Ballon stratosphérique

15 Mai 2016

 

Projet en cours : Système embraqué dans un ballon sonde.

Construction d’une nacelle suspendue à un ballon rempli d’hélium.

Objectif : atteindre les 30 000 mètres d’altitude voir plus !

strato

 

A l’intérieur de la nacelle on y trouvera une partie électronique ( télémétrie ) ainsi qu’une caméra afin de prendre des vidéos et photos.

Attention, avant de pouvoir envoyer un ballon sonde il est obligatoire de suivre le règlement du SPF Mobilité et transports et d’en faire la demande !

Voici le lien pour télécharger la circulaire GDF-12 :

L’élément principal de l’électronique sera un raspberry pi2. Sur celui-ci viendra se connecter différents capteurs.

  • Capteur GPS
  • Sonde de température (intérieure – extérieure de la nacelle)
  • Sonde barométrique
  • Sonde hygrométrique
  • Autres….

Un émetteur radio y sera également connecté afin de recevoir les coordonnées GPS ainsi que les valeurs des capteurs en temps réel pendant le vol. Un second GPS type Tracker permettra de localiser la nacelle une fois au sol par réseau GSM 

Voici le schéma de principe:

 

La programmation sera faite en Python

Le projet n’en est qu’à ses débuts donc pas encore de date de lancement sachant qu’il faut faire la demande minimum deux mois avant. De plus je n’ai que le dimanche soir pour m’y consacrer

Le lancement de la sonde est prévue pour le mois de Juillet 2017.

Voici un de site de référence ou on peut trouver beaucoup d’info :UKHAS.org

Actuellement je planche sur la communication radio. Mon émetteur est un NTX2 434 MHz 10mW.

L’envoi des données du Raspberry Pi vers l’émetteur NTX2 se fera par l’intermédiaire d’un convertisseur FTDI USB / Série, ainsi la connexion série ( dev/ttyAMA0 ) du Raspberry Pi sera dédié exclusivement au GPS Ublox. ( Ne pas oublier de désactiver le terminal sur le port série pour le rendre libre)

 

22 Mai 2016

Construction de l’émetteur radio et de l’antenne : 

 

ntx2_imprim

Un sélecteur par cavalier permet de choisir la bonne résistance en fonction de la tension de TX 5 ou 3,3v.

ntx2

 

Même si la puissance du NTX2 n’est que de 10mW celui-ci reste très utilisé dans les ballons sondes amateur car aucune licence n’est exigé pour son utilisation. De plus malgré sa faible puissance il peut émettre sans problème à plus de 40 km d’altitude en y raccordant une antenne. 

Le datasheet précise une nette amélioration de l’émission avec une antenne type Fouet et encore mieux en y ajoutant des radiants à +- 40°.

Concernant la fabrication de l’antenne, le type « Ground Plane 1/4 d’onde » est très bien adaptée pour l’émetteur NTX2.

De plus elle est très facile à réaliser.

Antenne type Ground plane 1/4 d’onde :

groud plane

 

 

 

En fonction de l’inclinaison des radians l’impédance de l’antenne change. Pour une impédance de 50 ohms les radians devront être inclinés de +- 40 degrés par rapport au plan horizontal.

La longueur du brin rayonnant et des radians peut être calculé facilement avec la formule suivante :

λ = (C / F) x FV

λ: lambda est la longueur d’onde en mètre

C: est la vitesse de la lumière dans le vide, 300 000 km/s

F: est la fréquence en khz

FV: est le facteur de vélocité dans l’air = 0.95

λ = (300 000 / 434 650) x 0.95 = 655.7 mm 

Diviser par 4 pour obtenir un quart d’onde : 655.7 / 4 = 163.92 mm => 164 mm

 

 

ntx2 antenne

antenne ntx2

 

03 Juillet 2016

 

Envoi des données:

L’envoi des données du Raspberry Pi vers l’émetteur NTX2 se fera par l’intermédiaire d’un convertisseur FTDI USB / Série.

 

 

Pour recevoir et décoder les trames il faut:

  1. Un récepteur UHF portable (ex Yupiteru MVT 7100) avec une antenne Yagi 434 Mhz.
  2. Un cable audio Jack 3.5 mm mâle / mâle.
  3. Un pc portable avec entrée micro seule. Si pas d’entrée micro seule une carte son usb de ce type fera l’affaire:


carte son ex
      4. Télécharger et installer DL-Fldigi : https://ukhas.org.uk/projects:dl-fldig   , voici ma configuration:

fldigi config     5. Régler le récepteur à la bonne fréquence en mode LSB. Quant le signal est clairement audible connecter la sortie casque du récepteur à l’entrée micro du pc. Ensuite caler le curseur sur le signal. Voir flèches bleu.

 

fldigi

 

21 Janvier 2017

Ébauche nacelle :  

Voici une ébauche de la nacelle, dimension 250 x 250 x 250 mm. Épaisseur du Styrodur (isolant en plaque ) 30 mm.

L’antenne ne sera pas nue comme sur les images, une protection y sera placée afin de ne blesser personne.

nacelle hab balloon 

 

 

16 Avril 2017

Les capteurs:

 

 

Sonde barométrique et température, BMP180 :

Cette sonde sera utilisé pour mesurer la température à l’intérieur de la nacelle ainsi que la pression atmosphérique jusqu’à 9000 mètres.

 

Caractéristiques :

  • Dimension du PCB : 10 x 12 x 2 mm
  • Alimentation : de 3 à 5 Volts
  • Faible consommation : 5 µA pour 1 mesure par seconde
  • Plage de mesure de la pression atmosphérique : de 300-1100 hPa (jusqu’à 9000m au dessus de niveau de la mer)
  • Précision de mesure : 0,03hPa – 0,25m d’altitude
  • Fonctionnement : de -40°C à +85°C
  • Bus de communication : I2C

 

Sonde de température, MCP9808 :

Cette sonde sera utilisé pour mesurer la température extérieure de la nacelle. 

 

Caractéristiques :

  • Dimensions : 20*13*12 mm
  • alimentation : 2.7à 5.5Vcc
  • Consommation : 200uA
  • Plage de mesure : -40 à +125°C
  • Résolution : 0.0625 °C
  • Bus de communication : I2C

 

 

Convertisseur analogique / numérique 16 Bit, ADS1115 :

Le Raspberry Pi ne dispose pas d’entrée analogique. Pour y remédier il est nécessaire d’utiliser un circuit dédier à cette tâche, le ADS1115 fait très bien l’affaire. Son interface de communication est le I2C.

Sur l’ADS1115 y sera branché un capteur de pression absolu le MPX2200AP, capteur donc le signal de sortie est analogique.

Plusieurs mode de fonctionnement sont disponibles avec l’ADS1115, le mode différentiel sera utilisé avec le MPX2200AP.

 

Capteur de pression MPX2200AP :

Contrairement au capteur BMP180 le MPX2200AP permet de descendre à une pression quasi nul.

Le capteur MPX2200AP ne disposant pas de bus communication mais d’une sortie analogique proportionnelle à la pression mesurée, un convertisseur A/D y sera branché faisant ainsi le lien avec Raspberry Pi.

Voici le montage :

Caractéristiques :

  • Plage de mesure : 0 à 200kPa
  • Sensibilité : 0.2mV/kPa
  • Tension : 10 à 16 Vcc ( le capteur accepte également une tension de 5 Vcc)

 

 

Montage de l’instrumentation dans la nacelle :

 

   

 

Calcul du coefficient de masse surfacique :

La circulaire DGF-12 nous impose un coefficient de masse surfacique inférieur à 13g/cm².

La charge totale de la nacelle avec toute l’instrumentation à son bord est de 1013 grammes.

La surface totale de la nacelle est de: 250 mm x 250 mm x 6 cotés = 375000 mm² => 3750 cm²

La masse surfacique est de : charge totale nacelle / surface totale nacelle

=> 1013 g / 3750 cm² = 0.270 g/cm² < à 13g/cm²

 

Le ballon météorologique :

Le ballon est de la marque Kaymont 1000 grammes.

Volume d’hélium pour une ascension de ~ 5 m/s est de 3.30 m²

 

 

(2 commentaires)

  1. Tony

    Bonjour,

    Merci de partager ce beau projet.Je vais la suivre avec beaucoup d’intérêt.

    Merci.

    1. admin

      Merci pour l’intérêt porté à mon projet! Des mises à jour y seront bientôt ajoutées.

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