Co to CanSat je ?
Soutěž CanSat je unikátním Arduino projektem, který kombinuje několik oborů, a to velmi komplexním způsobem. Základem je postavit napodobeninu skutečné družice obsahující všechny základní systémy od baterie přes vysílací zařízení až po samotné senzory. To by však samo o sobě nestačilo – součástí projektu je také získání dat pro další analyzování. Ta jsou přijímána během letu na zemi po jejím vypuštění dronem z výšky 500 metrů. K příjmu dat slouží pozemní stanice, kterou si studenti musí sami postavit. Posledním krokem soutěže je analýza získaných údajů, jejich případné zasazení do širšího kontextu celé mise a prezentace výsledků odborné porotě.
Už druhým rokem jsem se přihlásil s plzeňským týmem středoškolských studentů. V současné době se se členy tohoto týmu, který si říká PILSAT, připravuji na semifinále národního kola, jež se uskuteční 30. ledna v Praze. Nyní se Vám pokusím popsat hlavní části CanSatu i s technickými detaily.
Řídicí jednotka
Řídicí jednotka je v našem případě tvořena dvěma Arduino čipy ATmega328P, které jsou zasazeny do navržené PCB desky. Každý z nich má svůj vlastní program s odlišnou funkcí. Oba čipy načítají data ze všech senzorů, jeden z nich odesílá data do pozemní stanice a druhý je ukládá na SD kartu.
PCB řídicí jednotka – CanSat
Senzory
Všechny senzory jsme nejdříve zapojili do nepájivého pole na otestování a ladění Arduino programování. Vyzkoušeli jsme na něm potřebné změny, které byly takto snadno realizovatelné. Pro potřeby semifinále nám tato verze stačí. Do finále jsme začali postupně tvořit PCB desky, na kterých budou umístěny všechny senzory a také řídicí jednotka. Tyto desky budou zapojené v “sendviči” a propojeny pomocí pinových lišt.
Jako senzor teploty a tlaku využíváme BMP180, komunikuje s řídicí jednotkou pomocí I2C sběrnice. Další senzor je tří-osý akcelerometr a gyroskop, pomocí kterého měříme zrychlení a náklon na osách XYZ. Jeden z největších modulů je GPS s anténou, která souřadnice polohy CanSatu odesílá do pozemní stanice. Tyto data následně plánujeme vizualizovat pomocí Google map.
Pozemní stanice
Pozemní stanice je tvořena řídicí jednotkou Arduino UNO WiFi, do které je vložen námi navržený a vyrobený Arduino shield. Na tomto shieldu je umístěn komunikační modul RFM98W, totožný s tím v CanSatu. Z vnější části krabičky jsou umístěny barevné led pásky signalizující aktuální teplotu v CanSatu. Všechna data budou odesílána na internet a zobrazeny na Internetové stránce.
Řízené přistání
Asi největší částí naší sekundární mise je řízené přistání, které nám dalo spoustu práce vymyslet a teď i realizovat. Naše řízené přistání proběhne po vypuštění CanSatu z dronu, kdy se z něho vysunou čtyři ramena s motory a vrtulemi. Tato ramena nám z CanSatu udělají dokonalý dron, který přistane na místo vzletu. Každý motor dokáže poskytnout vztlak asi 220g (celkem 880g), což pro 350g CanSat bude bohatě stačit. Řídicí jednotka pro “droní” část CanSatu bude NAZE32. Tato deska se využívá ke stavbě dronů.
Samotné přistání bude realizováno vypnutím vysílačky spárované s naším CanSatem po vypuštění z drona. Přerušením spojení s CanSatem se spustí program pro nouzové přistání v případě ztráty signálu. Tento princip využívá většina dnešních dronů. V našem případě je v protokolu pro nouzové přistání zabudovaný program pro vrácení na místo vzletu, což bude náš hlavní cíl sekundární mise.
Kompletní model CanSatu
Celou konstrukci jsme si vymodelovali a vytiskli na 3D tiskárně a následně smontovali. Jako napájení pro CanSat bude sloužit Li-pol baterie 11,2 V s kapacitou 800mAh, což nám vychází asi na 2 minuty letu. Náš let by měl podle výpočtů s rychlostí klesání 6m/s trvat asi 90 sekund, takže by nemělo dojít k problému. Pro senzory a řídící jednotku CanSatu bude použita druhá baterie, která zajistí jeho funkčnost na požadovanou dobu.
3D tisk CanSatu
Veškeré technické podklady (Arduino programy, schémata…), které budeme aktualizovat s tím, jak se bude vylepšovat náš CanSat, naleznete zde.
Navštivte Pilsat i na Facebooku!
Pozn. red. O CanSatu jsme tu už psali minulý rok.