Visión general

El esquema de al lado muestra una visión general del proyecto.

El globo irá atado a un paracaídas, previamente desplegado, que a su vez llevará atada la sonda.

En el interior de la sonda encontramos todos los sistemas que nos permitirán la grabación del viaje y la posterior recuperación de los equipos.

Los equipos que instalaremos en la sonda serán los siguientes. (No os preocupéis si a continuación encontráis materiales o siglas que desconocéis. En las unidades didácticas se explica todo con detalle) :

• Una cámara de alta definición que grabará todo el viaje guardando la película en su memoria. Esta cámara no estará controlada por el sistema central.
• Una emisora de radio VHF que permitirá la transmisión de datos desde la sonda. Emitiremos en canales de radioaficionados, por lo que será necesario disponer de la licencia correspondiente para realizar esta actividad. Si no eres radioaficionado necesitarás encontrar un familiar o amigo que tenga esta licencia y que quiera participar en tu proyecto.
• Una placa electrónica "Placa Sonda" que incluirá todos los circuitos necesarios. La construcción de esta placa y el montaje de sus componentes se explicarán con detalle en la Unidad Didáctica 4.
• Una cámara de baja resolución que enviará imágenes por radio a baja velocidad. (Hemos eliminado esta cámara finalmente).
• Una memoria SD para guardar todos los datos del vuelo.
• Dos sensores de temperatura, para medir la temperatura en el interior y en el exterior de la sonda.
• Un  sensor de presión. Como la sonda  no será estanca la presión interior y exterior será la misma y sólo necesitaremos un sensor de presión.
• Un modem APRS para poder enviar los datos por radio. 
• Un módulo GSM para poder enviar mensajes SMS a nuestro móvil indicando las coordenadas del aterrizaje.
• Un módulo GPS que permitirá al sistema conocer las coordenadas de su posición.
• Una placa microcontroladora ARDUINO UNO para gestionar todos los sistemas y generar la trama de datos que será transmitida. (Finalmente hemos optado por la placa ARDUINO MEGA ya que proporciona suficientes puertos serie para trabajar cómodamente con todos los dispositivos y además dispone de más pines para posteriores ampliaciones).
• Unas baterías para proporcionar energía a los sistemas.

Además de la sonda necesitaremos una "Estación base" para el seguimiento del globo desde tierra. Esta estación base también se construirá en la Unidad Didáctica 4 y consta de los siguientes elementos:

• Un receptor de radio VHF que recibirá los datos de la sonda.
• Una placa electrónica "Placa APRS" que contendrá el modem que permitirá transformar los "sonidos" recibidos por radio en tramas de datos (unos y ceros).
• Una placa microcontroladora ARDUINO UNO de la que únicamente utilizaremos su puerto serie para comunicar los datos recibidos a un PC.
• Un ordenador portátil para poder visualizar los datos recibidos.
• Un programa para PC que permite comunicar con la placa ARDUINO para recibir los datos, interpretarlos y mostrarlos de forma gráfica. Este programa lo podrás descargar de forma gratuita en esta página.
• Una conexión GSM (3G) para el PC, ya que el programa mencionado anteriormente presentará la posición del globo y de la estación base de forma gráfica usando google maps.

Por último hay que destacar que la realización de esta actividad exige unos requisitos legales que es necesario conocer y satisfacer previamente. Será necesaria la obtención de un permiso de aviación civil para realizar el lanzamiento, así como la contratación de un seguro para esta actividad y una licencia de radioaficionado para la comunicación por radio. Estas cuestiones y otras de organización previa al lanzamiento se verán con más detalle en la Unidad Didáctica 8.

UNIDADES DIDÁCTICAS

UNIDAD 0.- Conocimientos previos.



UNIDAD 1.- La caja SONDA.
        Examina los retos del proyecto a fin de determinar las especificaciones de los componentes. Se realiza el diseño y construcción del habitáculo.

• La atmósfera y sus capas. La estratosfera.
• Densidad. Volumen. Principio de Arquímedes.
• Caída libre. Galileo.  Velocidad terminal. Paracaídas.
• PRÁCTICA.  Diseño y construcción del habitáculo.

UNIDAD 2.- Presión y temperatura.
Examina los conceptos de presión y temperatura, su influencia en el diseño del proyecto y su variación con la altura. Además estudia los conceptos de magnitudes analógicas y digitales a fin de poder medirlas con ARDUINO.

• Presión y temperatura
• Efecto de la altura sobre la presión y la temperatura
• Incremento del volumen del globo con la altura. Explosión final del globo
• Teoría cinética de los gases. Formas de transmisión del calor
• Capas de inversión térmica.
• Magnitudes analógicas y digitales. Digitalización.
• PRÁCTICA. Medición de presión y temperatura con ARDUINO.

UNIDAD 3.- El sistema GPS.
Estudia la gravedad y su efecto sobre nosotros y sobre los cuerpos que nos orbitan.  Examina las distintas órbitas de los satélites y sus usos. Explica el funcionamiento del sistema GPS.

• La gravedad. Newton. Órbitas. Keppler.
• Satélites. Satélites geoestacionarios y no geoestacionarios. Flota de satélites GPS.
• Funcionamiento del sistema GPS. Localización por triangulación.
• Efecto de ralentización del tiempo en el satélite debido a su velocidad. Su compensación. Relatividad especial. Einstein.
• Sistemas de coordenadas. Coordenadas terrestres.
• PRÁCTICA.  Determinación de datos GPS con ARDUINO.
• PRÁCTICA.  Localización de puntos geográficos marcados usando los datos recogidos por el GPS construido con ARDUINO.

UNIDAD 4.- Sistemas automatizados.
Estudia los  sistemas controlados por procesador y su necesidad en nuestro proyecto. La inclusión de esta unidad en este punto algo “fuera de sitio” es debida a que finaliza con la ejecución del circuito impreso y la implantación de sus componentes. La “placa sonda” construida en esta práctica será necesaria para la realización del resto de las unidades y posteriormente, será la que se incluya en el proyecto final.

• Arquitectura de sistemas automatizados. Microcontrolador. Memoria
• Sensores y periféricos
• PRÁCTICA. Realización de los circuitos impresos para nuestro proyecto.
• PRÁCTICA.  Soldadura de los componentes.
• PRÁCTICA.  Puesta en marcha y comprobación de su correcto funcionamiento.

UNIDAD 5.- Radiocomunicaciones. La radioafición.
Estudia el fenómeno físico de la transmisión de información por radio y el espectro electromagnético.  Expone la figura del radioaficionado y su labor. Explica el protocolo de transmisión de datos APRS que será usado en el proyecto. Estudia el sistema de repetidores de radio que harán posible que nuestra sonda pueda ser recibida y seguida en tiempo real desde cualquier parte del mundo.

• Las ondas de radio y el espectro radioeléctrico
• AM y FM.
• ¿Quiénes son los radioaficionados?.
• Repetidores y enlaces.
• El protocolo APSR. Las tramas. El FSK: unos y ceros con pitidos.
• PRÁCTICA. Envío y recepción de tramas APRS con nuestra placa sonda.

UNIDAD 6.- El Sistema GSM.
Estudia el sistema telefónico móvil celular. La implementación en nuestra sonda de un sistema de comunicaciones GSM obedece a la finalidad de poder conocer con exactitud el punto de aterrizaje de nuestra sonda. Tras la detección de la pérdida de velocidad vertical (aterrizaje) la sonda enviará un SMS indicando sus coordenadas GPS. Este mensaje se repetirá cada varios minutos en previsión de posibles “movimientos posteriores” de la sonda ajenos a nuestra voluntad.

• Distribución celular del territorio. La cobertura.
• Red GSM. Conexión con la red telefónica fija.
• El enlace radio.  Itinerancia.
• PRÁCTICA. Envío de SMS con la placa sonda.

UNIDAD 7.- Nuestra sonda terminada.
Esta unidad es fundamentalmente práctica. Aquí se realiza la interconexión de todos los elementos y se efectúan las pruebas y ajustes generales.

• PRÁCTICA. Interconexión de los elementos de la sonda
• PRÁCTICA. Programación completa del ARDUINO
• PRÁCTICA. Pruebas, ajustes y comprobaciones globales.

UNIDAD 8.- Preparación previa y lanzamiento.
La realización de esta actividad supone una serie de requisitos legales previos al lanzamiento que es necesario conocer. Dado que el lanzamiento se realizará en un lugar alejado de nuestras residencias será necesario prever el modo de desplazamiento. Además hay muchos retoques de última hora previos al lanzamiento que conviene tener preparados. Este es el objetivo de esta última práctica.

• Licencia radioaficionado.
• Solicitud de permisos legales.
• Contratación de un seguro.
• Selección de la zona para el lanzamiento.
• Organización general del día de lanzamiento.
• PRACTICA. Lanzamiento y recogida del globo

1. Inflado del globo.
2. Cumplimentación de la “Hoja de inspección final”.
3. Lanzamiento.
4. Seguimiento.
5. Recogida.
6. Visionado de nuestra filmación estratosférica en HD
7. Filmación de todo el evento.