Guía taller ALUM PROYECTO para: CANSAT

Transcripción

1 Guía taller ALUM PROYECTO para: CANSAT (minisatélites)

2 Contenido INICTEL - UNI Dirección de Investigación y Desarrollo Tecnológico DIDT Oficina de Relaciones Públicas ORRPP UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA 1. Introducción... 3 Tema:... 3 Competencias:

3 Objetivo:... 3 Equipos y materiales:... 3 Programa de capacitación de líder CANSAT (CLTP)... 4 Ventajas del CANSAT Fundamento Teórico Electrónica del CANSAT Placa del Arduino UNO Placa de batería y LED Placa de sensores Aceleración y acelerómetros Placa de GPS Datos obtenidos por el GPS Parte Práctica

4 1. Introducción El CanSat es un aparato o Sistema, del tamaño de una lata de gaseosa, cuya misión es recoger datos, efectuar retornos controlados o cumplir algún perfil de misión predeterminado. Su principal función es la enseñanza de tecnologías aeroespaciales en escuelas y universidades. Si bien se los denomina "satélites", no lo son en el sentido estricto de su definición como cuerpo que gira alrededor de un planeta. Se monta normalmente un paracaídas que permite amortiguar la caída. Se usan como introducción a la tecnología espacial por su pequeño coste. Figura 1. Misión del CANSAT Tema: Introducción a la tecnología aeroespacial mediante la integración electrónica y programación del CANSAT Competencias: Integrar conocimiento con las habilidades y destrezas de cada participante para generar actitudes y valores. Lograr que los estudiantes adquieran los conocimientos básicos en Electrónica y la programación de un microcomputador (integración software hardware). Objetivo: Lograr que los participantes adquieran conocimiento básico en tecnología aeroespacial (nanosatélite) a través del CANSAT. Equipos y materiales: Para la programación e integración de la electrónica para el CANSAT: 3

5 - Computadora y/o laptop c/s acceso a Internet - Sistema operativo Windows Vista o superior - Aplicación de escritorio Arduino IDE (software libre) INICTEL UNI - CANSAT INICTEL UNI - Mesas de trabajo Programa de capacitación de líder CANSAT (CLTP) El CLTP es un curso de capacitación que se estableció para que los participantes experimenten todo el ciclo de desarrollo CanSat desde el diseño hasta el lanzamiento de cohetes modelo. A través del presente proyecto, el estudiante aprenderá la tecnología espacial y los métodos de enseñanza utilizados en la Ingeniería Espacial. Ventajas del CANSAT CanSat es el análogo a un pequeño satélite. Todos los componentes, como sensores, actuadores y GPS, se encuentran dentro de una lata. CanSat ofrece una oportunidad económica para que los educadores y estudiantes adquieran conocimientos básicos de Ingeniería Espacial y experimenten desafíos de ingeniería en la construcción de un satélite. Los participantes podrán diseñar y construir una pequeña carga electrónica que pueda caber dentro de una lata. El CanSat será lanzado por un cohete, globo o un edificio y lanzado en el aire. Usando un paracaídas, el CanSat descenderá lentamente al suelo a medida que realiza su misión designada (es decir, sensando la temperatura, humedad, presión y reconocimiento de su localización en tiempo real). Al analizar los datos registrados por CanSat, los participantes investigarán las razones de su éxito y / o fracaso. 2. Fundamento Teórico 2.1 Electrónica del CANSAT El CANSAT está constituido por las siguientes placas: - Placa 1: Placa del Arduino UNO - Placa 2: Placa de batería y LED - Placa 3: Placa de sensores - Placa 4: Placa de GPS 4

6 Figura 2. Integración del CANSAT A continuación, se detallará cada una de las placas. 2.2 Placa del Arduino UNO El Arduino Uno es una placa con un microcontrolador basada en ATmega328P. Tiene 14 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 6 se pueden usar como salidas PWM), 6 entradas analógicas, un cristal de cuarzo de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, un encabezado ICSP y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para soportar el microcontrolador; simplemente conéctelo a una computadora con un cable USB o con un adaptador de CA a CC o batería para comenzar. 5

7 Figura 3. Placa ARDUINO UNO 2.3 Placa de batería y LED La placa está constituida por una batería alcalina de 9v y 03 LED de color rojo, verde y amarillo Figura 4. Placa 2: Placa con batería y LEDs Esta placa se encargará de proveer energía al CANSAT 2.4 Placa de sensores La placa de sensores está integrada por 03 sensores: 6

8 - Sensor de temperatura y humedad DHT11 - Sensor de presión barométrica BMP180 - Sensor de aceleración y rotación MPU6050 Figura 5. Placa 3: Placa de sensores 2.5 Aceleración y acelerómetros La aceleración es la variación de la velocidad por unidad de tiempo es decir razón de cambio en la velocidad respecto al tiempo: a = V/t Ecuación de la aceleración (1era representación) Así mismo la segunda ley de Newton indica que en un cuerpo con masa constante, la aceleración del cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él mismo: a = F/m Ecuación de la aceleración (2da representación) 7

9 Figura 6. Representación de la aceleración 2.6 Placa de GPS La placa de GPS está integrada por 01 componente:gps GPS6MV2 Figura 7. Placa 4: Placa con GPS A continuación, se presenta conceptos generales de los datos obtenidos por el GPS. 2.7 Datos obtenidos por el GPS La tecnología GPS nos permite conocer nuestra ubicación exacta en cualquier parte del mundo, el sistema provee información de navegación: Latitud, Longitud, Velocidad, Rumbo, Tiempo, etc. 8

10 Figura 8. Representación de la longitud y latitud El funcionamiento del sistema GPS se basa en el principio matemático de la triangulación. Por tanto, para calcular la posición de un punto será necesario que el receptor GPS determine con exactitud la distancia que lo separa de los satélites. 3. Parte Práctica Paso 1 : Figura 9. Triangulación satelital Ingresa a la carpeta arduino y ejecuta el programa arduino 9

11 Figura 10. Carga del Entorno de desarrollo del Arduino Una vez abierto el programa se tendrá el Entorno de Desarrollo Integrado IDE para la programación del CANSAT, tal como se muestra en la figura 10. Figura 10. IDE Arduino para la programación del CANSAT Paso 2 Conexión de las placas 1 y 2 10

12 Conecta las placas según indicaciones del profesor Paso 3 Figura 11. Conexión de la Placa de Sensores con la placa Arduino Conexión del Arduino UNO con el IDE Arduino Para la programación del Arduino, los sensores y demás se procederá de la siguiente manera: Conectar el cable impresora (USB) al a la Placa 1: Arduino UNO Figura 12. Conexión del cable impresora al Arduino UNO Posteriormente realizar la conexión a la computadora como se muestra en la figura 13 11

13 Paso 4 Figura 13. Conexión de Placa Arduino a la computadora Para verificar la correcta instalación del Arduino UNO, ir a la pestaña Herramientas y corrobora que haya un Puerto asignado para la comunicación con tu placa Arduino/Genuino Uno) tal como se muestra en la figura 14. Figura 14. Verificación de conexión Ahora estamos listos para la programación del CANSAT. Se desarrollarán 2 ejercicios. Paso 5 12

14 Ejercicio 1: Encendido y apagado de un LED Para desarrollar este primer ejemplo, debes ir a la pestaña archivo y cargar el ejemplo Led tal como se muestra en la figura 15. Figura 15. Carga de programa del Ejercicio 1 En el entorno de programación se cargará el código mostrado: Figura 16. Ejercicio 1 en el IDE Arduino Para que se ejecute el programa debes presionar la flecha derecha tal como se muestra en la figura 17. En la parte baja del entorno aparecerán sucesivamente los mensajes: Compilando.., Subiendo. y finalmente: Subido.. 13

15 Figura 17. Subir programa al Arduino Qué ocurre en tu placa de batería y LED? Descríbelo:... Paso 6: Ejercicio 2: Integración del CANSAT Conecta las 4 placas del CANSAT en el orden respectivo y vuelve a conectar el cable de impresora. Antes de colocar la placa 4 colocar la memoria Micro SD en la placa 3. Figura 18. Colocación de Memoria e integración del CANSAT Carga el ejemplo CANSAT, tal como se muestra en la figura 19: 14

16 Paso 7: Figura 19. Carga del programa CANSAT Sube el programa, tal como lo hiciste en el ejercicio anterior. Este programa realizará las siguientes acciones: - Lectura de la temperatura - Lectura de la humedad - Lectura de la latitud y longitud - Lectura de la hora - Lectura de la velocidad - Almacenamiento de la información anterior en la usd en formato.txt Mientras se activa la Placa del GPS. Procederemos a armar el paracaídas según indicaciones del profesor. Paso 8: Cuando te lo indique el profesor, conecta la batería en el broche correspondiente y luego desconecta el cable USB de impresora. 15

17 Paso 9: Figura 20. Caonexión de batería Coloca todo el CANSAT en el recipiente y procede a lanzarlo, según te indique el profesor. Paso 10 : Luego de rescatar el CANSAT retira la memoria micro SD y colócala en el adaptador USB, luego conecta éste a la computadora y abre el archivo DATALOG Qué contiene este archivo? Descríbelo Figura 21. Conexión de memoria Micro SD 16