CAPTEUR-SAT
RODRIGO SANTIAGO FLORES*, HOMERO DOMÍNGUEZ BARRANCO*, DIEGO MCKINNON GOVELA*, ALFREDO CHIMELY CASTILLO*, MARIO O. MERAZ ESPINOZA* Y ÓSCAR MARTÍNEZ HERNÁNDEZ*
CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016 45
RESUMEN
El objetivo de este proyecto es diseñar y desarrollar un picosatélite capaz de generar gráficos estadísticos que nos permitan determinar la condición ambiental del aire. Para ello, deberá medir, recolectar y transmitir ciertos compuestos quí- micos presentes, como el dióxido de carbono (C02 ) y dióxido de nitrógeno (NO2 ). Adicionalmente, se tomarán algunos datos de telemetría de interés –el posicionamiento global, temperatura interna y externa, altura, orientación, presión atmosférica, entre otros– durante su lanzamiento y descenso, con intervalos de lecturas de los datos de al menos 0.5 s y recuperación del cansat.
Palabras clave: picosatélite, telemetría, posicionamiento global.
ABSTRACT
Design and develop a picosatalite capable of measuring, gathering and transmiting certain chemical compounds in the air such as carbon dioxide (CO2 ) and nitrogen dioxide (NO2 ), with the objective of generating statistical graphics that would let us determine the environmental conditions of air. In addition, some interesting telemetry data is going to be taken for example: global positioning, internal and external temperature, height, orientation, atmospheric pressure, etc., during the launching and landing; with interval readings of data of at least 0.5 sec. to be able to obtain them.
Keywords: picosatellite, telemetry, global positioning
Hoy en día, los sistemas satelitales cumplen una función importante en el ámbito científico y tecnológico. Dentro de sus aplicaciones, se encuentra la captura de datos para medir las variables presentes en un entorno y así poder analizar su interacción en un espacio bajo condiciones específicas.
El estado del aire y de la atmósfera son factores de vital importancia para el bienestar del ser humano. Desafortunadamente, estos dos aspectos no son tomados en cuenta, a pesar de que actualmente los niveles de contaminación son demasiado altos en algunas zonas, lo que puede perjudicar la salud de las personas que se encuentren en contacto directo.
MOTIVACIÓN DEL PROYECTO
La realización del Capteur-sat surge de la necesidad de implementar una alternativa para medir las variables más sobresalientes de la calidad del aire. De tal manera que al calcular estas características, se intentará determinar si el área de estudio representa un riesgo para la salud del ser humano; cabe mencionar que en la zona sur de Tamaulipas existen indicadores de que el aire presenta índices elevados de factores contaminantes.
También se intenta, con este proyecto, fomentar en el estado el desarrollo de la tecnología aeroespacial con aplicaciones útiles en otros sectores de interés.
OBJETIVO DE LA MISIÓN
El objetivo es diseñar y desarrollar un cansat capaz de medir el nivel de ciertos compuestos químicos presentes en el aire, como el dióxido de carbono (C02 ), dióxido de nitrógeno (NO2 ) y humo, por mencionar algunos. Con el fin de construir gráficos estadísticos que permitan analizar los datos obtenidos de una manera sencilla.
Adicionalmente, se tomará telemetría del instrumento: datos de GPS, temperatura, altura, orientación y presión atmosférica.
Éxito mínimo: envío de datos de telemetría durante el ascenso y descenso entre el cansat y la estación terrena.
Éxito medio: envío de datos de telemetría y de CO2 , NO2 y humo; muestreo durante el lanzamiento y descenso cada ½ s.
Éxito máximo: lograr los dos objetivos de éxito anteriores; además, desplegar la información gráficamente en un ordenador (estación terrena) y recuperar el cansat.
REQUERIMIENTOS DE LA MISIÓN
GESTIÓN DEL PROYECTO
Descripción general del proyecto Capteur-sat
En la figura 1 se muestra el diagrama para la implementación y desarrollo de este proyecto (todas las figuras y tablas de este trabajo son obra de los autores).
La figura 2 muestra el organigrama de cada una de las actividades realizadas por cada integrante del equipo.
Figura 1. Diagrama de operación del proyecto Capteur-sat.
Figura 2. Organigrama de actividades realizadas por los integrantes del proyecto.
DESCRIPCIÓN FÍSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO
Arquitectura del sistema cansat
Figura 3. Arquitectura del sistema Capteur-sat.
Distribución de masa
Masa total: 140 gramos.
Figura 4. Distribución de masa del Capteur-sat.
Balance de consumo de energía estimado
La fuente de alimentación para los componentes del cansat será mediante una batería de litio de 5 V de 2000 mAh, la cual tiene una duración de 35 min de carga, el tiempo suficiente para poder realizar la misión.
La figura 5 muestra un diagrama del suministro de energía de las baterías para cada subsistema.
Figura 5. Diagrama del subsistema de energía.
Integración de subsistemas
Los subsistemas de Capteur-sat quedan distribuidas en tres etapas importantes: entradas, procesamiento de datos y salidas.
Figura 6. Integración de subsistemas del Capteur-sat.
Estos componentes son lo que se tienen actualmente, se pretende poner en funcionamiento otros sensores.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Antes de encapsular el cansat se realizó un diseño en 3D de la lata con el software Solid Work como se observa en la figura 7.
Figura 7. Diseño en
Solid Work de la lata.
Con la ayuda de una impresora en 3D el diseño en Solid Work fue impreso con material TPA (figura 8).
Figura 8. Máquina impresora en 3D.
Una vez impresa nuestra lata, se procedió a implementar los circuitos en tablillas para la conexión y distribución de los dispositivos, para poder encapsularlos de la mejor manera. La figura 9 muestra la estructura final del cansat.
Figura 9. Estructura final del Capteur-sat.
Después de ordenar todo, se procedió a implementar la interfaz de visualización de datos en un panel de instrumentación virtual diseñado en el software de LabVIEW. Como se muestra en la figura 10.
Figura 10. Panel de instrumentación virtual en LabVIEW
De tal manera que los datos enviados del Capteur-sat a través del procesamiento de los mismos por nuestra computadora de vuelo son recibidos mediante comunicación inalámbrica con protocolo IEE 802.15.4 en los dispositivos Xbee Pro S3 al desplegar los datos que aparecen en la figura 11 (Naylamp Mechatronics, 2015a y 2015b).
Figura 11. Visualización de la variable temperatura del picosatélite Capteursat.
Figura 12. Visualización de los datos de vibración del picosatélite Capteursat.
CONCLUSIONES
Aunque los valores obtenidos hasta el momento con el cansat no arrojan datos claros para determinar en qué cantidad se encuentran los contaminantes en el ambiente, nos ayuda a entender que nuestros dispositivos funcionan y con la asesoría adecuada poder determinar la afectación de interés.
Por lo anterior, trabajaremos en el análisis de los datos, además de adherir o cambiar algunos componentes para cubrir la mayoría de las variables solicitadas en el concurso.
El desarrollo de este cansat permite a la zona sur de Tamaulipas una alternativa para evaluar las variables más importantes para la medición de la calidad del aire. Además, brinda la oportunidad a abrir nuevos tópicos de investigación en la zona donde el mayor peso académico está estrechamente relacionado al área petroquímica e industrial.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al rector y al coordinador de ingeniería mecatrónica de la UT de Altamira por todo el apoyo y las facilidades dadas en el desarrollo de este proyecto. Asimismo, al M.C.I.E Óscar Martínez por los consejos dados en cada etapa desarrollada.
* Universidad Tecnológica de Altamira.
Contacto: oscar_mtz13@hotmail.com
REFERENCIAS
Agencia Espacial Mexicana. (2014). Material de enseñanza del Curso Nacional de Ingeniería en Sistemas Espaciales aplicado a una misión Cansat, del 8 al 12 de diciembre de 2014, Universidad Autó- noma de Querétaro, Querétaro.
Agencia Espacial Mexicana. (2015). Estructura de un cansat. Consultado el 17 de noviembre de 2015. http://www.educacion espacial.aem.gob.mx/cansat.html
Carrasco D., R., y Vázquez H., S. (2014). Nanosatélite basado en microcontroladores PIC: cansat, 3er. Congreso Virtual, microcontroladores y sus aplicaciones, Cuba.
Hangar. (2012). Arduino + Xbee; primeros pasos. Consultado el 10 de agosto de 2016. https://hangar.org/webnou/wp-content/uploads/ 2012/01/arduino-xbee-primeros-pasos.pdf
Hetpro. (2015). GPS Ublox: NEO-6M módulo GPS con MATLAB por USB. Consultado el 20 de noviembre de 2015. https://hetprostore.com/TUTORIALES/gps-ublox-neo-6m-modulo-con-matlab/
Naylamp Mechatronics. (2015a). Configuración del módulo bluetooth HC-06 usando comandos AT. Consultado el 20 de noviembre de 2015. http://www.naylampmechatronics.com/blog/15_Configuraci %C3%B3n—del-m%C3%B3dulo-bluetooth-HC-06-usa.html
Naylamp Mechatronics. (2015b). Tutorial sensor de temperatura y humedad DHT11 y DHT22. Consultado el 20 de noviembre de 2015. http://www.naylampmechatronics.com/blog/40_Tutorialsensor-de-temperatura-y-humedad-DHT1.html
Naylamp Mechatronics. (2015c). Tutorial sensor de presión barométrica BMP180. Consultado el 20 de noviembre de 2015. http:// www.naylampmechatronics.com/blog/43_Tutorial-sensor-depresi%C3%B3n-barom%C3%A9trica-BMP180.html
Nylund, A., y Antonsen, J. (2015). CanSat general introduction and educational advantages. Consultado el 20 de noviembre de 2015. https://www.narom.no/.
Ruiz G., J.M. (2015). Labview + arduino. Utilización LabVIEW para la visualización y control open hardware arduino. Consultado el 20 de noviembre de 2015. http://es.slideshare.net/AlbertoSanchez6/ arduino-lab-view
Sanchez C., A.E., et al. (2016). Picosatélites Educativos Cansat: Primer Concurso Nacional en México, Celerinet, Año 4, Vol. VII, 20 -28.
Twiggs, R. (1998). University Space System Symposium (USSS), Hawaii, USA.
UNISEC-MÉXICO (2016). Focused on continuous improvement. Consultado el 20 de noviembre de 2015. http://www.unisec.mx
Walker, R., et al., (2010), ESA hands-on space education project activities for university students: Attracting and training the next generation of space engineers. IEEE EDUCON Conference, Madrid. Consultado el 19 de noviembre de 2015 http:// ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber =5492406&isnumber=5492336
Recibido 8-8-16
Aceptado 10-9-16