Telemetría Ambiental Con Cohete De Agua: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Hola soy Fabián Picado García y quiero mostrarles cómo elaborar um sistema de telemetría ambiental mediante o empleo de um cohete de agua, lo cual implica que nos enfocaremos na construcción de dos componentes:

a) primero, un cohete y su base de lanzamiento; y

b) luego, un sistema de recolección de datos incorporado al cohete.

De esta forma, concretaremos o principal objetivo deste projeto, consistente em:

- Medir a concentração de monóxido de carbono (CO) no aire segundo a altitude e o lugar geográfico mediante um coeto de água, para estabelecer seu possível impacto tóxico em aves.

Como ya lo habrán notado, es una meta bastante ambiciosa pero realizável. Para hacerlo debemos recolectar diferentes dias (por ejemplo las variaciones de presión y en la aceleración) y, finalmente, identificar la concentración en el aire del citado gas (CO), para asíecer sus efectos.

Una cosa si es segura, al terminaremos con um sistema de telemetría con un costo aproximado de sesenta mil colones y de gran interés ambiental, sea para aportar con la preservación de nuestro hogar: el planeta Tierra.

Ahora sí, ¡manos a la obra!

Passo 1: Materiais Indispensáveis

Materiales:

1. Un sensor de presión barométrica. * Ver:

2. Un acelerómetro. * Ver:

3. Um sensor de gás de monóxido de carbono. Ver:

4. Arduino UNO. Ver:

5. Un Adafruit Featther MO. * Ver:

6. Receptor de emissor e (2 antenas de cabo de cobre *). Ver:

7. Três breadboards (con las siguientes dimensiones: verde de 1,5 x 2 cm y blanca de 83 x 54,5 cm). Ver: a) https://www.crcibernetica.com/clear-breadboard-8-3… b)

8. Láminas MDF de 3 mm de grosor para los cortes láser.

9. Tornillos M3X25 y M2X12.

10. Una pantalla LCD. Ver:

11. Cabos USB DOS (tipo B e tipo Micro USB).

12. Dos botellas de plástico de 3 litros (usado para refrescos).

13. Una botella de plástico de 2,5 litros (usada para refresco).

14. La mitad of una esfera plástica, hueca y de 45 mm de diámetro.

15. Una bolsa plástica para basura.

16. Un rollo de pábilo.

17. Una cinta adesiva y un rollo de tape eléctrico.

18. Dos litros de agua.

19. Una tarjeta memoria Micro SD e adaptador SD.

20. Para a base de lanzamiento del cohete, ocuparemos: 2 tubos de PVC de 1/2 "de 6 metros, 3 sindicatos tipo T de 1/2" PVC, 3 tapones de 1/2 "PVC para tubos selares, unión de PVC de 2”(lanzador), 8 gazas plásticas, 2 gazas metálicas, trozo de botella plástica de 2.5 litros (sobrante de uso), pegamento para PVC y válvula para aro de carro.

* Nota: estas piezas requieren de soldadura previa en sus pines.

1. Herramientas: 1. Cautín y soldadura de estaño. 2. Desatornillador. 3. Alicate. 4. Tijeras. 5. Regla. 6. Llave Allen (para ajustar os tornillos). 7. Cutter o cuchilla. 8. Marcador. 9. Computadora (portátil recomendável). 10. Um inflador para bicicleta de 100 PSI.

Etapa 2: Cortar El Cohete

En esta etapa construiremos os módulos, el cono y el paracaídas del cohete. Empezaremos por el compartimento denominado módulo 2 de mediciones porque aquí se almacenará el sistema de telemetría. Para sua elaboração tomamos una de las dos botellas de 3 litros (preferiblemente estas botellas deben tener el cilindro con una superficie lisa) y cortamos con la cuchilla donde termina la superficie plana, en la parte inferior; es decir, aproximadamente de la boca de la botella a dicho punto se miden 31 cm (donde se marca em la imagen), cortándose en linea recta y alrededor de todo el perímetro. Lo que nos interesa conservar es el cilindro pues la parte inferior cortada se desecha. Además, para obter o nível de pressão necessária do sensor, abra este módulo 2 una ventana que ubicaremos na parte media da botella, especialmente a uma distancia de 13 cm de sua boca. La ventana se hace en forma retangular, dibujándose com marcador el contorno com uma dimensão de 4,5 cm x 7 cm y para realizar los cuatro cortes con la cuchilla les recomiendo introducir dentro de la botella una base o apoyo sólido y encima de este una hoja blanca para que você possa distinguir o retângulo marcado. Después cubrimos los bordes con tape eléctrico para evitar accidentes.

Al segundo compartimiento le llamamos módulo 1 de propulsión porque es el que impulso el cohete durante el despegue. Su elaboración es muy simple porque se usa la botella en sí, sen añadirle ni hacerle ningún cambio o modificación. Eso sí, es fundamental cerciorarse que no contenga ningún tipo de agujero o filtración porque aquí se vaciarán los 2 litros de agua antes del despegue; líquido que funcionará como combustível del cohete.

Cono del cohete: se elabora con la tercera botella de 2.5 litros, midiéndose 12 cm from la boca de la botella hacia su base, punto en el cual se realiza um corte com la cuchilla en linea recta y alrededor de todo el diámetro (como se muestra en la imagen). Posteriormente, tomamos a pizza que contém a boca da botella (a restante se pode usar na base de lanzamiento) e tapamos a última com a mitad da esfera de 45 mm de diâmetro. La esfera se adhiere a la tapa with tape eléctrico, dándole dos vueltas para que se sujete bien.

Paracaídas: é o componente que amortece o aterramento, para sua construção, uma bolsa plástica para base retangular de 45 cm x 50 cm, o cual em caso diferente das comunas debido a su forma distinta na parte inferior (ver imagem). No embargo, na eventualidade de não conseguir este tipo, a solução é adaptar cualquier bolsa de plástico do supermercado e cuyo tamaño mar de aproximadamente 29 cm x 47 cm (inclua na última medida las agarraderas). Primeiro, acomodan la bolsa introduciendo los pliegues de los lados para que quede con la forma retangular designada (conforme viene empacada cuando todavía no ha sido usado y se aprecia na foto). Después le cortan las asas o las agarraderas, doblan la bolsa a la mitad, unen con cinta adesiva ambas partes por el borde inferior y la voltean de afuera hacia adentro, de manera tal que la unión realizada quede a lo interno de la bolsa y lista para ser usado. (Ver las imágenes)

Luego nos ubicamos en la parte superior de la bolsa (por donde usualmente se introducen los objetos en esta) y hacemos cinco aberturas, de modo que el perímetro de la bolsa (que por cierto es mayor en ese borde que en el inferior debido a las porciones dobladas no has been used) se dividir e identificar com o marcador em cinco fracciones, para obter o espaço entre cada abertura que realizaremos. La bolsa que empleo mide 90 cm de perímetro (longitude similar a la que presenta la bolsa adaptada), por lo que marqué 18 cm de espaciado. Además, cada abertura se efectua com la tijera, de modo que inicia o corte no borde superior hacia o borde inferior da bolsa, hasta alcanzar 20 cm de longitudinal; por lo que, uma vez cortadas todas as aberturas, veja 5 franjas na bolsa. Después, tomamos el pábilo y cortamos un segmento de 70 cm, el cual atamos en el extremo superior de la primera franja de la bolsa, Para hacerlo registeramos la base inferior de la franja, colocamos el pábilo a una distancia de 7 cm del borde, lo pasamos alrededor del rollo, le hacemos un nudo; luego le damos una vuelta más y hacemos un segundo nudo. Seguimos este procedimiento con las cuatro franjas restantes (según la secuencia fotográfica).

Por último, juntamos os cinco segmentos de pábilo e sobre ellos montamos em sexto segmento de pábilo de 60 cm. Hacemos un nudo con todos los hilos, el cual debe quedar bien firme. El extremo final del pábilo se inscreve dos veces na boca de la botella del módulo 2 y, luego, para unir el paracaídas con el compartimiento de mediciones hacemos otro nudo (como se aprecia em las imágenes).

Etapa 3: Conexiones Eléctricas (Receptor)

Escolha o momento de realizar as conexões elétricas entre o LCD pantalla e a placa de prototipado ou breadboard, com o final de receber o sinal sobre o início dos médicos.

No primeiro lugar, unir os cabos da tela LCD com o Arduino UNO e a placa de prototipado (seguir o vídeo). Al respecto es importante hacer dos observaciones:

a) Aclarar que para las conexiones de la pantalla nos basamos en el texto: "El libro de proyectos de Arduino" (2014, p.116) y para la conexión de cada pin consultamos la hoja de datos del receptor. Ver:

b) Na conexão de la pantalla seguiremos la identificación del Arduino UNO (como se ve en la imagen adjunta); sen embargo, les recomiendo cambiar el potenciómetro por una resistencia fija con un valor de 10 k y conectamos a GND (divisor de tensión), por lo que não les aconsejo utilizar o elemento propuesto en el citado libro, cuyo ajuste es manual. Lo anterior con el fin de que el brillo de la pantalla se mantenga constante sem requerir os ajustes.

En segundo orden, dado que es necesaria la protección y estabilidad de la placa de prototipado con sus conexiones, también vamos a elaborar lo que llamamos una "caja receptora", la cual tiene forma de prisma rectangular de 150 x 80 x 80 mm. O procedimento para construir a caja exercida es mediante os cortes no láser das lâminas MDF (de 3 mm de grosor). Descargue el siguiente archivo that contiene las formas con los cortes en láser. Debo indicar que o contorno dos caras do prisma está baseado no desenho elaborado por Thomas de Camino. Ver:

Archivo:

Cuando tenemos listos los cortes de la caja, en un de las caras de 150 x 80 mm debe empotrarse la pantalla LCD, pasándose primero los cabos por una ranura retangular, para luego atornillar (com tornillos M3) la pantalla (ver el vídeo). Com a placa de prototipado e seus circuitos terminados, procedemos a colocar o receptor em sua antena. La last debemos hacerla porque si bien en la hoja de datos sim se visualiza manualmente como parte do kit de emissor y receptor, lo cierto es que no venía en el producto comprado y por ello, tenemos que construirla. Com este propósito les recomendo registrar um alambre de cobre em uma pieza cilíndrica de 5 mm de diámetro (yo utilizar una pieza de Lego pero pueden usar un lápiz, lapicero, etc.). A antena é de 21 espiras e se deja um espaço de 2 cm para soldarla no receptor e assim registrar a maior manipulação e funções (ver os detalhes na seção fotográfica).

Para a instalação da antena para o receptor tomá-lo como modelo da hoja de dados antes de aplicar, pero conectando o pino de "dados" na entrada digital 8 del Arduino UNO porque en la hoja lo ubicano no pino 2, el cual ya está ocupado.

Habiendo colocado o receptor na antena, introduzindo a placa do prototipado que deve ser colocado à frente dos pinheiros de las salidas de alimentação do Arduino UNO; es decir, en posición paralela a la pared donde se empotró la pantalla dentro de la caja receptora, para local se engranan las restantes paredes de la caja. Na parte posterior, deve ser definido o previsto para a conexão de USB na ranura cuadrada e o retangular para a saída da antena. (Ver el vídeo).

Etapa 4: Conexiones Eléctricas (A Bordo Del Cohete)

Nesta etapa vamos ensamblar o sistema de telemetria que se introduz posteriormente no módulo 2 do cohete.

Inicialmente empotramos o microcontrolador ou a pena Adafruit M0, o sensor de pressão barométrica, o sensor de gás MQ-7 e as tábuas de pão correspondentes, mar para estabelecer as conexões entre sí.

Ante lo dicho ocuparemos una estructura a la cual Adesir los componentes indicados. Com este propósito, diseñe una con forma cilíndrica integrada por dos discos de 115 mm de diámetro e uma pieza retangular de 70 x 50 mm; adjuntándose el archivo para el corte láser. Archivo:

Tomamos la pieza retangular y con la ayuda de los tornillos M2 sujetamos cada uno de los componentes en seu respectivo espacio. Para ello sujetamos la pieza de MDF de forma tal que las aberturas de los dos retângulos paralelos se posicionen en el borde superior izquierdo y seguidamente, colocamos el microcontrolador con el USB hacia abajo, agregándole cuatro espaciadores para lo cual utilice piezas circulares de Lego, pero también pueden usarse tuercas o cualquier otro elemento funcional. Esta manera é a separação necessária para facilitar a conexão posterior. Después ponemos el sensor de presión y así, sucesivamente, los restantes componentes, todo según la imagen. Les sugiero pegar las breadboard con tape eléctrico (aunque igual puede emplearse goma, silicona ou similares) y colocar la memoria antes del microcontrolador porque, de lo contrario, la tapa inferior no lo allow.

Luego tomamos una de las dos tapas circulares, especialmente la that tiene varios agujeros, y la ponemos en la parte superior, or sea por encima del Adafruit feather M0. En los agujeros de dicha tapa aderentes ao acelerómetro, posteriormente, as melhores breadboards con las conexiones del circuito. La breadboard blanca y la primera breadboard verde en la pieza retangular. A segunda tábua de pão verde na tapa superior junto com o acelerômetro.

Na breadboard de color blanco conectamos a pin de tierra del microcontrolador a la parte negativa de la tabla e a pin USB lo conectamos a la parte positiva. El pin SDA lo conectamos a una de las filas de la bread board color verde; de igual modo, com o pino SCL.

Para conectar o sensor de pressão ao pino Vcc para inserir na coluna positiva. De igual modo, com o pino GND na coluna negativa. Finalmente, los pines SDA y SCL los conectamos nas últimas colunas do breadboard verde.

En cuanto al sensor de gas, el pin Vcc lo conectamos a la columna positiva y el pin GND en la negativa. Por último, o pino A0 para conectar em uma das colunas restantes da placa de ensaio verde e esta conectar com o pino A3 do microcontrolador.

Para o acelerômetro conectamos o pino GND na coluna negativa e o pino Vcc ao conectamos em uma das filas de alimentação do breadboard verde, luego de aquí al pino 3.3 V de micro controlador. Después, los pines SDA e SCL se unen com a informação columna de la breadboard verde.

Por outro lado, na placa de ensaio que colocamos na parte superior conectamos o emissor. O pino Vcc e o pino GND se une com a coluna positiva e negativa de la barra de alimentação cor branca. Asimismo, o pino de dados para conectar na entrada 11 do microcontrolador.

En resumen, las conexiones en una de las dos breadboard verdes puede observarse en la imagen adjunta.

Después, pegamos a bateria USB na pieza retangular, al frente e na posição vertical. A este momento único que nos resta inserir esta estrutura no módulo 2 do coeto, o cual se fez manualmente e no momento em que se iniciar a recuperação de dados. La forma ingresarla es ubicando la parte donde está la antena de primero. Después debe alinearse con la ventana que abrimos en este compartimiento y assim lograr la ventilación necesaria pues al quedar de frente a tal ventana permitirá que el sensor de presión y de gas puedan efectuar las correctas mediciones de altitud y de concentración de CO en el aire.

Etapa 5: Descargar Los Programas

Ahora debemos descargar los programas en los microcontroladores para que comiencen a funcionar. Con este propósito inglês na página seguinte e descargue os arquivos denominados: a) emissão de dados, b) recepção de dados, yc) las bibliotecas necesarias (I2Cdev.zip, MPU6050.zip, Adafruit_BMP280_Library-master.zip e Adafruit_Sensor-master.zip e Adafruit_Sensor-master.zip) Arquivos:

Dentro de cada programa se incorporan, a manera de comentario, las correspondientes explicaciones sobre el funcionamiento general de cada uno de ellos.

Para descargar o programa no microcontrolador se realizar os siguientes pasos:

-Arduino UNO: conectamos o cabo USB da caja receptora a um dos portos USB do computador. En el software Arduino IDE desde a pestaña de Herramientas seleccionamos el puerto COM donde el Arduino UNO se conectó (o computadora le indicará dicho puerto). Igual, dentro de la pestaña Herramientas, entramos a Plaça y seleccionamos Arduino / Genuino UNO (ver captura de pantalla). Finalmente, damos clique em subir e se realiza la descarga.

- Pena de fruta M0: conecta o cabo USB do sistema de telemetria a uma das portas USB do computador. Ingresamos no software Arduino IDE e desde a pestaña de Herramientas seleccionamos el puerto COM, faça a pena Adafruit M0 se conectar. Nos mantenemos en Herramientas, ahí nos dirigimos a Plaça y seleccionamos Pena de Adafruit M0 (ver captura de pantalla). Para finalizar, damos click en subir.

Después, para comprobar el trabajo realizado from el software ingresamos all monitor series for each uno de los instrumentos construidos y verificamos los datos en pantalla.

Etapa 6: Ensamblar El Cohete e La Base Del Lanzamiento

Una de las partes más fáciles y emocionantes del projeto es cuando unimos todas las piezas del cohete para luego dar inicio a la medión de los datos requeridos.

Comenzamos con el emppaque del paracaídas, para lo cual doblamos la bolsa a la mitad y luego dividimos la franja que se nos forma en tres porciones. La primera se dobla hacia donde están amarrados los pábilos, lego se dobla la segunda parte en la misma dirección. Después, se toman todos los pábilos unidos con las manos y se rodea la última fracción del paracaídas hasta que los pábilos la rodeen por completo ya no queda más pábilo por registerar. El paquete formado se coloca tapando la boca de la botella del módulo 2, al cual antes habíamos atado el paracaídas. Encima se pone el cono presionado la pieza hacia el módulo 2 (como se observa nas imagens).

Posteriormente, corresponde ensamblar el módulo 1 pero aquí en forma pues provisórios, de manera definitiva, se realizará cuando ya se va a realizar el despegue y hayamos cargado el líquido que funciona como "combustível" (como se explica en el siguiente paso). Para realizar este ensamble a parte inferior da botella se introduzir uma presión, sea que quede sujeta por sí misma; dentro del módulo 2. Finalmente, deberá reforzarse con tape eléctrico pero está acción -como se ha dicho- se realizará como último paso, sea poco antes de iniciar el vuelo.

Con el cohete ya concluido solo nos falta construir la base de lanzamiento. para cuyo procedimiento pueden visitar las siguientes páginas:

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Además, en la imagen adjunta en el siguiente paso se detallan las partes y medidas that deben tomarse en cuenta for la construcción de una base similar to la that aquí use.

Finalizada a base de lanzamiento, ajustamos el inflador with la válvula.

Etapa 7: Recolección De Datos (Despegue Del Cohete)

Antes de colocar o cohete na base de lanzamiento llenamos com os litros de água, como combustível (según se observa na imagem), o módulo 1 de propulsão. Luego apresenta a boca da estrutura do módulo 1 na base de linguagem. Después se ensambla el módulo 2 de mediciones, fornecendose encima del módulo 1 y assegurándolo con tape eléctrico na unión de ambos compartimientos (con, al menos, dos vueltas de tape). Finalmente, se inscrever el paracaídas na forma ya explicada, este se colocará na boca de la botella do módulo 2 e se tapar com os respectivos cono. Cabe aclarar que o cono único se coloca encima sem ningún tipo de seguro o unión para que o viento fácilmente lo pueda desprender cuando inicie la etapa de regreso a tierra.

Preparado el cohete en la base de lanzamiento (cuyas medidas y componentes se observan en la imagen anexa), esperamos la señal canalizado por el sistema de telemetría that Nos Indicará cuando todo esté listo para el despegue; esto con el fin de asegurarnos que el equipo funcione correctamente para poder recolectar los datos deseados.

Conectamos o receptor ao computador e integramos o software Arduino IDE, selecionamos o pacote Arduino / Genuino UNO, o porto COM correspondente e entramos na série de monitores. Tanto no computador como no LCD pantalla de la receptora de caja se nos señalará que o sistema está preparado para a obtenção de información y automáticamente comenzará a recolección de datos from tierra.

Com o cohete colocado na parte superior da base de lanzamiento (como se visualiza no vídeo) se pedalea el inflador hasta alcanzar 30 PSI, se acciona o lanzador bajando la pieza de PVC (donde lo indica la flecha) e se produz o despegue (ver vídeo).

Desde el cohete en vuelo, el sistema simultáneamente comienza a almacenar los datos recolectados en la memoria SD interna como a enviarlos a la computadora. Dichos datos serão processados no computador em um livro do Excel, tomando como referência a informação guardada na memória.

Etapa 8: Análisis De Los Datos Recolectados

Terminado el vuelo del cohete, podemos realizar várias tarifas, entre outras:

- Utilizar as variações de pressão para determinar a altitude alcanzada por el cohete.

- Identificar a concentração de monóxido de carbono no ar.

Com esta finalidade, concluido o aterramento do coeto se apresentar a memória do sistema de telemetria no computador. Aí encontraremos um arquivo “datalogger.txt” del cual copiamos los datos. Dicha información la pegamos en la hoja de Excel llamada “Análisis de datos”. Después de haber pegado los datos en la pestaña de Inicio buscamos la función de Reemplazar, mude el ponto por la coma y damos click en la opción Reemplazar todos.

Una vez descargada la hoja, hallaremos dos tablas, una denominada “Mediciones sin procesar”, donde se pega la información recogida y la otra llamada “Mediciones procesadas”, en la cual se registra la concentração de monóxido de carbono (CO) en partes por millón (ppm), a aceleração em cada um de los ejes (g), la altitud (msnm) y el ángulo com respecto a los ejes “x” y “y”. Además, más abajo, en el mismo documento, se despliegan dos gráficos, uno sobre a concentração de CO en función de la altura y otro de la altura en function del tiempo. En la siguiente página descargue el archivo de Excel (“Análisis de datos”).

Com o processo de contos de dados, finalmente, podemos definir o possível impacto tóxico para o ambiente. Esto porque el monóxido de carbono é um gás incoloro, inoloro e insípido, real refleja su dificultad para ser detectado, por lo que -con la ayuda de estas mediciones- podemos identificar lugares donde su concentración es mayor.

Para mais informações sobre o tema, visite as páginas siguientes:

- Reglamento sobre la calidad del aire na Costa Rica

www.digeca.go.cr/sites/default/files/reglam…

- Otra información complementaria:

www.estadonacion.or.cr/files/biblioteca_vir…

www.ministeriodesalud.go.cr/index.php/noti…

É conocido que este compuesto químico afecta tanto a los seres humanos como a la flora y fauna y si bien es cierto también es más común de localizar en la superficie de la tierra, su detección es poco frecuente en otras altitudes, donde podria ser mayor su incidencia en animales que usualmente ocupan estos espacios, como ocurre –por ejemplo- con las aves. Además, la telemetría nos permitirá valorar si las concentraciones de CO son constantes, independientemente de la altitud; o si, por el contrario, se apresenta variações conforme a la altura alcanzada y a la trayectoria del cohete.