Telemetría Ambiental Con Cohete De Agua: 8 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Hola soy Fabián Picado García y quiero mostrarles cómo elaborar un sistema de telemetría ambiental mediante el empleo de un cohete de agua, lo cual implica que nos enfocaremos en la construcción de dos sangkap:

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

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

Para sa iyo, mga pangunahing kaalaman sa punong-guro na proyekto, binubuo ng:

- Medir la concentración de monóxido de carbono (CO) en el aire según la altitud y lugar geográfico mediante un cohete de agua, para sa pagtataguyod ng posible impacto tóxico en las aves.

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

Una cosa si es segura, al terminar contaremos con un 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!

Hakbang 1: Mga Materyal na Kinakailangan

Mga Materyales:

1. Un sensor de presión barométrica. * Ver:

2. Un acelerómetro. * Ver:

3. Un sensor de gas de monóxido de carbono. Ver:

4. Arduino UNO. Ver:

5. Un Adafruit Featther MO. * Ver:

6. Un emisor y receptor (2 antenas de cable de cobre *). Ver:

7. Tres breadboard (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 sa los Cortes láser.

9. Tornillos M3X25 y M2X12.

10. Una pantalla LCD. Ver:

11. Dos cable USB (tipo B y tipo Micro USB).

12. Dos botellas de plástico de 3 litros (usadas para refresh).

13. Una botella de plástico de 2.5 litros (usada para refresh).

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

15. Una bolsa plástica para basura.

16. Un rollo de pábilo.

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

18. Dos litros de agua.

19. Una tarjeta memoria Micro SD y adaptador SD.

20. Para sa base de lanzamiento del cohete, ocuparemos: 2 tubos de PVC de 1/2 "de 6 metro, 3 uniones tipo T de 1/2" PVC, 3 tapones de 1/2 "PVC para sa mga los tubos, unión de PVC de 2”(lanzador), 8 gazas plásticas, 2 gazas metálicas, trozo de botella plástica de 2.5 litros (labisante de la utilizada), pegamento para sa 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. Mag-alicate. 4. Tijeras. 5. Regla. 6. Llave Allen (para ajustar tornillos). 7. Cutter o cuchilla. 8. Marcador. 9. Computadora (recomendable portátil). 10. Un inflador para bicicleta de 100 PSI.

Hakbang 2: Cortar El Cohete

En esta etapa construiremos los módulos, el cono y el paracaídas del cohete. Empezaremos por el compartimiento denominado módulo 2 mula sa mga gamot na pinagsama-sama ng mga ito para sa isang sistema ng telemetría. Para sa elaboración 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 en la imagen), cortándose en línea recta y alrededor de todo el perímetro. Lo que nos interesa conservar es el cilindro pues la parte inferior cortada se desecha. Sa gayon, para makakuha ng isang nirlación de la presión necesaria del sensor, debe abrirse en este módulo 2 una ventana que ubicaremos en la parte media de la botella, específicamente a una distancia de 13 cm de su boca. Ang ventana se hace en forma ay hugis-parihaba, na nabanggit sa marcador el contorno na may isang sukat ng 4.5 cm x 7 cm y para sa 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 se pueda magkakaiba el rectángulo marcado. Después cubrimos los bordes con tape eléctrico para evitar aksidente.

Al segundo compartimiento le llamamos módulo 1 de propulsión porque es el que impulsa el cohete durante el despegue. Maaari kang magdagdag ng simpleng porque se usa sa botella en sí, sin añadirle ni hacerle ningún cambio o modificación. Sa gayon, pangunahing kaalaman na ito ay walang kinalaman sa pagtatapos ng pagsulat ng filtración porque aquí se vaciarán los 2 litros de agua antes del despegue; líquido que funcionará como combustible del cohete.

Mag-log in muestra en la imagen). Posteriormente, tomamos la pieza que contiene la boca de la botella (la restante se puede utilizar en la base de lanzamiento) y tapamos la última con la mitad de la esfera de 45 mm de diámetro. Narito ang isang patakaran sa tape eléctrico, dándole dos vueltas para sa se sejete bien.

Paracaídas: es el sangkapente que amortigua el aterrizaje, para sa construcción usamos una bolsa plástica para basura rectangular de 45 cm x 50 cm, la cual en mi caso difiere de las comunes debido a su forma distinta en la parte inferior (ver imagen). Sin embargo, en la eventualidad de no conseguir de este tipo, la solución es adaptar cualquier bolsa de plástico del supermercado y cuyo tamaño sea de aproximadamente 29 cm x 47 cm (incluyendo en la última medida las agarraderas). Primero, acomodan la bolsa introduciendo los pliegues de los lados para que quede con la forma parihabang pahiwatig (conforme viene empacada cuando todavía no ha sido usada y se aprecia en la foto). Después le cortan las asas o las agarraderas, doblan la bolsa a la mitad, unen con cinta adhesiva 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 usada. (Ver las imágenes)

Mag-log in sa loob ng mga pangunahing tauhan (tulad ng dati ng panahon) porciones dobladas no ha sido utilizada) se split at identifica con el marcador en cinco fracciones, para obtener el espaciado entre cada abertura que realizaremos. La bolsa que empleo mide 90 cm de perímetro (paayon na katulad ng isang kasalukuyang presentasyon ng bolsa adaptada), kung saan 18 cm de espaciado. Además, cada abertura se efectúa con la tijera, de modo que iniciamos el corte en el borde superior hacia el borde inferior de la bolsa, hasta alcanzar 20 cm de longhitud; por lo que, una vez cortadas todas las aberturas, se generan 5 franjas en la 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 enrollamos 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 prosedurimiento con las cuatro franjas restantes (según la secuencia fotográfica).

Para sa iyo, ang lahat ng mga segment na de pábilo y sobre ellos montamos un sexto segmento de pábilo de 60 cm. Hacemos un nudo con todos los hilos, el cual debe quedar bien firme. Ang pangwakas na pangwakas na pagtatapos ay mag-aaral ng mga pagpapatakbo sa pagtatapos ng botella del módulo 2 taon, para sa isang taon ng mga parokyano ng mga compartimiento ng mga gamot na hacemos otro nudo (como se aprecia en las imágenes).

Hakbang 3: Conexiones Eléctricas (Receptor)

Maaari kang makilala ang tunay na koneksyon ng eléctricas entre la pantalla LCD at ang proteksyon ng breadboard, upang makamit ang recibir la señal sobre el inicio de las mediciones.

Sa primer lugar, unimos los cables de la pantalla LCD con el Arduino UNO y la placa de prototipado (segu el video). Al respecto es important 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) En la conexión de la pantalla seguiremos la identificación del Arduino UNO (como se ve en la imagen adjunta); sin 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 no les aconsejo utilizar el element propuesto en el citado libro, cuyo ajuste es manual. Lo anterior con el fin de que el brillo de la pantalla se mantenga constante sin requerir ajustes.

En segundo orden, dado que es necesaria la protección y establilidad 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. El prosedurimiento para sa construir la caja paglalarawan ng mediante los Cortes en láser de las láminas MDF (de 3 mm de grosor). Descargue el siguiente archivo que contiene las formas con los Cortes en láser. Debo nagpapahiwatig que el contorno de las caras del prisma está basado en el diseño elaborado por Thomas de Camino. Ver:

Archivo:

Cuando tenemos listos los cortes de la caja, en una de las caras de 150 x 80 mm debe empotrarse la pantalla LCD, pasándose primero los cables por una ranura rectangular, para luego atornillar (con tornillos M3) la pantalla (ver el video). Con la placa de prototipado y sus circuitos ya terminada, mga pamamaraan ng isang colocar el receptor y su antena. Ang mga debemos na ito ay nagtuturo sa pamamagitan ng gabay sa pamamagitan ng panimula sa isang visualiza como parte del kit ng emisor at receptor, kung saan ay walang mga bisita sa mga kinalalagyan ng mga ito, ang mga ito ay nagkakaroon ng construirla. Con este propósito les recomiendo enrollar un alambre de cobre en una pieza cilíndrica de 5 mm de diámetro (yo utilizo una pieza de Lego pero pueden usar un lápiz, lapicero, etc.). Ang antena es de 21 espiras y se deja un espacio de 2 cm para soldarla en el receptor y así lograr mejor manipulación y funcionamiento (ver el detalle en la secuencia fotográfica).

Para sa installación de la antena al receptor tomé como modelo la hoja de datos antes referida, pero conectando el pin de "data" en la entrada digital 8 del Arduino UNO porque en la hoja lo ubican en el pin 2, el cual ya está ocupado.

Habiendo colocado el receptor y la antena, introducimos la placa del prototipado que debe quedar al frente de los pines de las salidas de alimentación del Arduino UNO; es decir, en posición paralela a la pared donde se empotró la pantalla dentro de la caja receptora, para sa cual se engranan las restantes paredes de la caja. En la pared posterior se debe dejar la prevista para la conexión de USB en la ranura cuadrada y el rectangular para la salida de la antena. (Ver video)

Hakbang 4: Conexiones Eléctricas (Isang Bordo Del Cohete)

En esta etapa vamos a ensamblar el sistema de telemetría que se introduce posteriormente en el módulo 2 del cohete.

Pinatawiran ng empotramos el microcontrolador o Adafruit feather M0, el sensor de presión barométrica, el sensor de gas MQ-7 y las correspondientes breadboard, sea para sa mga tagapagtatag ng conexiones entre sí.

Ante lo dicho ocuparemos una estructura a la cual adherir los nagpapahiwatig na mga sangkap. Ang mga ito ay maaaring magbigay ng isang koneksyon sa 115 mm de diámetro at isang pieza na parihaba ng 70 x 50 mm; adjuntándose el archivo para sa corte láser. Archivo:

Tomamos la pieza hugis-parihaba y con la ayuda de los tornillos M2 sujetamos cada uno de los componentes en su respivo espacio. Para sa mga mag-aaral sa MDF para sa talento ng mga talento para sa mga paralelos se posicionen en el borde superior izquierdo y seguidamente, colocamos el microcontrolador con el USB hacia abajo, agregándole cuatro espaciadores para sa iyong paggamit ng mga piezas también pueden usarse tuercas o cualquier otro elemento funcional. De esta manera se le da la separación nekesaria para facilitar su posterior conexión. 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 o mga katulad) y colocar la memoria antes del microcontrolador porque, de lo contrario, la tapa inferior no lo permite.

Luego tomamos una de las dos tapas circulares, específicamente la que tiene varios agujeros, y la ponemos en la parte superior, o sea por encima del Adafruit feather M0. En los agujeros de dicha tapa adherimos el acelerómetro y, posteriormente, las respivas breadboards con las conexiones del circuito. La breadboard blanca y la primera breadboard verde en la pieza hugis-parihaba. La segunda breadboard verde en la tapa superior junto al acelerómetro.

En la breadboard de color blanco conectamos el pin de tierra del microcontrolador a la parte negativa de la tabla y el 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 manera, con el pin SCL.

Para sa koneksyon ng sensor de presión el pin Vcc lo insertamos en la columna positiva. De igual manera, con el pin GND en la columna negativa. Finalmente, los pines SDA y SCL los conectamos en sus respivivas haligi de la breadboard verde.

En cuanto al sensor de gas, el pin Vcc lo conectamos a la columna positiva y el pin GND en la negativa. Sa gayon, pin ang A0 lo conectamos en una de las haligi restantes de la breadboard verde y esta la conectamos con el pin A3 del microcontrolador.

Para sa acelerómetro conectamos el pin GND en la columna negativa y el pin Vcc lo conectamos en una de las filas de alimentación de la breadboard verde, luego de aquí al pin 3.3 V de micro controlador. Kung hindi, ang mga pines ng SDA at SCL ay dapat na tuluyan ng paggalang sa iyong breadboard verde.

Para sa otro lado, en la breadboard que colocamos en la parte superior conectamos el emisor. El pin Vcc y el pin GND se une con la columna positiva y negativa de la indicada barra de alimentación color blanco. Asimismo, el pin de data lo conectamos en la entrada 11 del microcontrolador.

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

Mahusay, gagamitin ang baterya ng USB sa isang parihaba na parisukat, al frente y en posición patayo. Ang isang momento na ito ay naroroon upang mai-install ang isang estrapura na ito sa loob ng 2 araw, upang malaman ang manu-manong pag-uulat sa en mom mom en en se se a aici ng recolección de datos. La forma de ingresarla es ubicando la parte donde está la antena de primero. Ang mga tagapagpahiwatig na ito ay nagtutuon ng mga konstitusyon ng abrimos en este compartimiento y así lograr la ventilación nekesaria 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.

Hakbang 5: Descargar Los Programas

Ahora debemos descargar los programas en los microcontroladores para que comiencen a funcionar. Con este propósito ingrese en la siguiente página y descargue los archivos denominados: a) emisión de datos, b) recepción de datos yc) las librerías necesarias (I2Cdev.zip, MPU6050.zip, Adafruit_BMP280_Library-master.zip y Adorruit_BMP280_Library-master.zip y Adorruit_BMP280_Library-master.zip y Adorruit_BMP280_Library-master.zip y Adorruit_BMP280_Library-master.zip). Mga Archivos:

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

Para descargar el programa en el microcontrolador se realizan los siguientes pasos:

-Arduino UNO: conectamos el cable USB de la caja receptora a uno de los puertos USB de la computadora. En el software Arduino IDE desde la pestaña de Herramientas seleccionamos el puerto COM donde el Arduino UNO se conectó (la computadora le indicará dicho puerto). Igual, dentro de la pestaña Herramientas, entramos a Placa y seleccionamos Arduino / Genuino UNO (ver captura de pantalla). Sa wakas, damos mag-click sa subir y se realiza la descarga.

-Adafruit feather M0: koneksyon ng cable USB del sistema de telemetría a uno de los puertos USB de la computadora. Ingresamos al software Arduino IDE y desde la pestaña de Herramientas seleccionamos el puerto COM, donde el Adafruit feather M0 se conectó. Nos mantenemos en Herramientas, ahí nos dirigimos a Placa y seleccionamos Adafruit feather M0 (ver captura de pantalla). Para sa finalizar, damos click en subir.

Ang mga tagubilin, para sa comprobar el trabajo realizado desde el software ay nagsulat sa monitor ng mga serye para sa cada uno de los instrumento construidos at verificamos los datos en pantalla.

Hakbang 6: Ensamblar El Cohete Y La Base Del Lanzamiento

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

Comenzamos con el empaque del paracaídas, para sa 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, luego se dobla la segunda parte en la misma dirección. Ang mga sumusunod na proyekto ay dapat na magtapos ng uniberso upang makilala ang mga tao sa loob ng isang palasyo upang mag-sign up bilang isang taong hindi nakapaloob sa iyong pagpapatala. 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 en las imágenes).

Ang posteriormente, corresponde ensamblar el módulo 1 ngunit para sa pansamantalang mga pues, ng manera definitiva, se realizará cuando ya se va a efectuar el despegue y hayamos cargado el líquido que funciona como "combustible" (como se explica en el siguiente paso). Para sa realizar este ensamble la parte inferior de la botella se Introduces a 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 procedureimiento pueden visitar las siguientes páginas:

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Además, en la imagen adjunta en el siguiente paso se detallan las partes y medidas que deben tomarse en cuenta para la construcción de una base similar a la que aquí utilizada.

Finalizada la base de lanzamiento, ajustamos el inflador con la válvula.

Hakbang 7: Recolección De Datos (Despegue Del Cohete)

Antes de colocar el cohete en la base de lanzamiento llenamos con dos litros de agua, como combustible (según se observa en la imagen), el módulo 1 de propulsión. Ipinakikilala ang la boca de la botella del módulo 1 en la base de lanzamiento. Después se ensambla el módulo 2 de mediciones, colocándose encima del módulo 1 y asegurándolo con tape eléctrico en la unión de ambos compartimientos (con, al menos, dos vueltas de tape). Panghuli, upang mag-enrol ng isang paracaídas para sa iyong explicada, este se coloca en la boca de la botella del módulo 2 y se tapar con el respivo cono. Cabe aclarar que el cono únicamente se coloca encima sin ningún tipo de seguro o unión para que el viento fácilmente lo pueda desprender cuando inicie la etapa de regreso a tierra.

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

Ang Conectamos la caja receptor a la computadora ay nasa software ng software na Arduino IDE, seleccionamos la tarjeta Arduino / Genuino UNO, el puerto COM correspondiente at entramos al monitor serie. Tanto en la computadora como en la pantalla LCD de la caja receptor se nos señalará que el sistema está paghahanda para sa pagkuha ng impormasyon at automáticamente comenzará la recolección de datos desde tierra.

Con el cohete colocado en la parte superior de la base de lanzamiento (como se visualiza en el video) se pedalea el inflador hasta alcanzar 30 PSI, se acciona el lanzador bajando la pieza de PVC (donde lo indica la flecha) y se produce el hinamak (ver video).

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 serán procesados en la computadora en un libro de Excel tomando como referencia la información guardada en la memoria.

Hakbang 8: Análisis De Los Datos Recolectados

Terminado el vuelo del cohete, podemos realizar varias tareas, entre otras:

- Utilizar las variaciones de presión para determinar la altitud alcanzada por el cohete.

- Tukuyin ang concentrations ng monóxido de carbono en el aire.

Con esta finalidad, concluido el aterrizaje del cohete se ipakilala ang memoria del sistema de telemetría en la computadora. Ahí encontraremos un archivo “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, cambiamos el punto 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 cual se registra la concentración de monóxido de carbono (CO) en partes por millón (ppm), la aceleración en cada uno de los ejes (g), la altitud (msnm) y el ángulo con respecto a los ejes “x” y “y”. Además, más abajo, en el mismo documento, se despliegan dos gráficos, uno sobre la concentración de CO en función de la altura y otro de la altura en función del tiempo. En la siguiente página descargue el archivo de Excel (“Análisis de datos”).

Con el procesamiento de tales datos, finalmente, podemos definir el posible impacto tóxico para el ambiente. Ito ay upang mai-install ang mga ito sa isang gas incoloro, inoloro e insípido, lo cual refleja para mag-ayos para sa mga detectado, por lo que -con la ayuda de estas mediciones- podemos identificar lugares donde su concentración es mayor.

Para sa iyo ng impormasyon, tema ng tema, tema ng mga sigarilyo:

- Reglamento sobre la calidad del aire en Costa Rica

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

- Otra información komplementaryo:

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

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

Ito ay kung paano magtaguyod ng isang taon bago ang isang tao sa iyong flora at hayop at ang bien es cierto también es más común de localizar en la superficie de la tierra, su detección es poco frecuente en otras altitudes, donde podría ser mayor su incidencia en animales que karaniwangmente 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 presentan variaciones conforme a la altura alcanzada y a la trayectoria del cohete.