El objetivo de este proyecto es dise\u00f1ar y construir un picosat\u00e9lite cansat que pueda ser capaz de recolectar y transmitir datos de telemetr\u00eda y posicionamiento global a una estaci\u00f3n terrena m\u00f3vil dentro de un smartphone, combinando algunas de las tecnolog\u00edas que son aplicadas en comunicaci\u00f3n inal\u00e1mbrica (Zigbee y wifi). Se pretende que los datos de inter\u00e9s (presi\u00f3n, temperatura, humedad, posicionamiento global, etc\u00e9tera) sean desplegados gr\u00e1ficamente en la aplicaci\u00f3n m\u00f3vil durante el lanzamiento y descenso del cansat, con intervalos de lecturas de los datos de al menos 0.5 segundos. Otro objetivo del proyecto es la recuperaci\u00f3n del cansat despu\u00e9s del lanzamiento.<\/p>\n
Palabras clave:<\/strong> picosat\u00e9lite, cansat, smartphone, wifi.<\/p>\n ABSTRACT <\/strong><\/p>\n Design and build a CanSat Picosatellite able to receive and broadcast Telemetry and Global positioning data to a mobile station inside a Smartphone, along with ZigBee and Wi-Fi which are applied technologies for wireless communication so the device will be able to display graphically in a mobile app important data (Pressure, Temperature, Humidity, Global Positioning, etc.) during the launch and landing of the Can Sat, with data reading lapses of at least 0.5 seconds, as well as the recovery of the device.<\/p>\n Keywords:<\/strong> Picosatellite, CanSat, Smartphone, wi-fi.<\/p>\n Este cansat trabaja con los requerimientos necesarios para el env\u00edo de datos de telemetr\u00eda y posicionamiento global (GPS). El segmento de vuelo est\u00e1 constituido por una computadora de vuelo que utiliza un microcontrolador ESP8266 encapsulado en una tablilla compacta denominada ESP12-Q, a la cual se le incorpora un GPS, el sensor BMP180 y otros dispositivos para procesar los datos y obtener los valores de posicionamiento global, temperatura interna y externa, presi\u00f3n, latitud y altitud relativa \u2013como lo har\u00eda un sat\u00e9lite convencional\u2013 (Walker et al., 2010).<\/p>\n La estaci\u00f3n terrena ha sido dise\u00f1ada y desarrollada a trav\u00e9s de una aplicaci\u00f3n m\u00f3vil, la cual despliega, en tiempo real, los datos recopilados del cansat en un smartphone o PC, con esto se logra un despliegue de datos m\u00e1s amigable, \u00e1gil y vers\u00e1til. La aplicaci\u00f3n ha sido desarrollada con tecnolog\u00eda web; para poder hacerla llegar a su destino combina la transferencia de datos entre tres protocolos de comunicaci\u00f3n inal\u00e1mbrica: Zigbee (IEEE 802.15.4), transmisi\u00f3n de video de 5.8 GHz y wifi (Domoprac, 2016; Pluralsigth, 2016).<\/p>\n MOTIVACI\u00d3N DEL PROYECTO<\/strong><\/p>\n El motivo para el desarrollo de este cansat, esencialmente, es que en la zona sur de Tamaulipas, compuesta por las ciudades de Tampico, Madero y Altamira, los temas relacionados con la tecnolog\u00eda espacial son escasos, y el peso acad\u00e9mico de la mayor\u00eda de las l\u00edneas de investigaci\u00f3n est\u00e1 estrechamente relacionado al \u00e1rea petroqu\u00edmica e industrial.<\/p>\n Otras motivaciones son el reto para combinar varias tecnolog\u00edas t\u00edpicas para la transmisi\u00f3n de datos de forma inal\u00e1mbrica, con el uso de los protocolos Zigbee (IEEE 802.15.4) y wifi. As\u00ed como programar y dise\u00f1ar nuestra propia estaci\u00f3n terrena mediante el software Node.js e IONIC (N\u00f3madas electr\u00f3nicos, 2015), para crear una aplicaci\u00f3n capaz de representar los datos de telemetr\u00eda del cansat en cualquier dispositivo, en cualquier parte del mundo, por medio de internet, ya sea una PC o un smartphone, como lo hiciera cualquier estaci\u00f3n terrena.<\/p>\n OBJETIVO DE LA MISI\u00d3N<\/strong><\/p>\n Desarrollar una aplicaci\u00f3n m\u00f3vil que cumpla las caracter\u00edsticas de una estaci\u00f3n terrena capaz de representar los datos de telemetr\u00eda y posicionamiento global transmitidos de un cansat al combinar varias tecnolog\u00edas de comunicaci\u00f3n inal\u00e1mbrica. \u00c9xito m\u00ednimo: trasmisi\u00f3n de datos entre el cansat y la estaci\u00f3n terrena cada segundo y transmisi\u00f3n de video a estaci\u00f3n terrena.<\/p>\n \u00c9xito medio: retransmitir y procesar datos durante el lanzamiento y descenso de 1\/2 segundo por muestreo. \u00c9xito m\u00e1ximo: env\u00edo y procesamiento de informaci\u00f3n entre los protocolos de comunicaci\u00f3n inal\u00e1mbrica Zigbee y wifi desplegados gr\u00e1ficamente en la aplicaci\u00f3n m\u00f3vil y en el ordenador usados como estaci\u00f3n terrena durante el lanzamiento y descenso del cansat, y recuperaci\u00f3n del mismo.<\/p>\n REQUERIMIENTOS DE LA MISI\u00d3N DE TELEMETR\u00cdA<\/strong><\/p>\n La misi\u00f3n debe cumplir con los requisitos que se detallan en la tabla I (las tablas y figuras en este trabajo fueron realizadas por los autores).<\/p>\n GESTI\u00d3N DEL PROYECTO<\/strong><\/p>\n Para poder lograr el funcionamiento del sistema Icarus se requiere el manejo de diferentes protocolos de comunicaci\u00f3n y para ello se sigui\u00f3 el diagrama de operaci\u00f3n de nuestro dispositivo que se muestra en la figura 1.<\/p>\n Figura 1. Diagrama de Operaci\u00f3n de Icarus.<\/p><\/div>\n DESGLOSE DE ACTIVIDADES DE LOS INTEGRANTES DEL EQUIPO<\/strong><\/p>\n En la figura 2 se muestra el organigrama de cada una de las actividades necesarias para el desarrollo de este proyecto.<\/p>\n Figura 2. Organigrama del proyecto.<\/p><\/div>\n DESCRIPCI\u00d3N F\u00cdSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO<\/strong><\/p>\n Arquitectura del sistema cansat<\/strong><\/p>\n Figura 3. Arquitectura del sistema cansat.<\/p><\/div>\n Lista de componentes en cada subsistema<\/strong><\/p>\n El proyecto est\u00e1 dividido en varios subsistemas cada uno, con un determinado conjunto de componentes. En la tabla II se muestra una lista de componentes.<\/p>\n Distribuci\u00f3n de masa<\/strong><\/p>\n Con base en los lineamientos del proyecto fue necesario realizar una tabla (v\u00e9ase tabla III) con los pesos de los componentes.<\/p>\n Costo de cada componente<\/strong><\/p>\n Integraci\u00f3n de los subsistemas <\/strong><\/p>\n En la figura 4 se muestra un diagrama que detalla la interacci\u00f3n de los subsistemas que componen el proyecto.<\/p>\n Figura 4. Interacci\u00f3n de subsistemas.<\/p><\/div>\n A continuaci\u00f3n se explica brevemente la secuencia a seguir de cada subsistema para lograr que la misi\u00f3n sea exitosa.<\/p>\n SUBSISTEMA CANSAT<\/strong><\/p>\n Se realiza la medici\u00f3n de las diversas variables f\u00edsicas mediante el uso de sensores. Las lecturas ser\u00e1n colectadas por la computadora de vuelo basada en el MCU esp8266 (N\u00f3madas electr\u00f3nicos, 2015) y, posteriormente, enviadas mediante un m\u00f3dulo emisor Xbee (Hangar, 2012). La transmisi\u00f3n de video ser\u00e1 encendida por la computadora de vuelo, pero ser\u00e1 transmitida independientemente por una conexi\u00f3n directa entre la c\u00e1mara y el m\u00f3dulo TBS Unify (Team Blacksheep, 2016).<\/p>\n SUBSISTEMA ESTACI\u00d3N TERRENA<\/strong><\/p>\n Se procede a la recepci\u00f3n de datos mediante un m\u00f3dulo receptor Xbee, posteriormente se realiza el tratamiento de datos \u2013recepci\u00f3n, proceso, empaquetado\u2013 en un peque\u00f1o servidor portable. Tambi\u00e9n recibe los datos de video mediante un receptor an\u00e1logo con pantalla y los reenv\u00eda mediante un servicio de websockets (Phoboslab, 2013).<\/p>\n SUBSISTEMA CLIENTE PC O DISPOSITIVO M\u00d3VIL<\/strong><\/p>\n La aplicaci\u00f3n Icarus realizar\u00e1 el desempaquetado y presentaci\u00f3n de datos num\u00e9rica y gr\u00e1ficamente. Y estar\u00e1 disponible para poder acceder a los datos y video en tiempo real desde la red local, y estamos trabajando en el acceso desde Internet.<\/p>\n RESULTADOS Y DISCUSI\u00d3N<\/strong><\/p>\n Se precis\u00f3 enfocar la transferencia de informaci\u00f3n en un alto muestreo del sensor MPU6050 (aceler\u00f3metro y giroscopio) (Naylamp Mechatronics, 2016), se obten\u00edan 46 muestras por segundo de los seis ejes, como se muestra en la figura 5.<\/p>\n En esta figura se presentan los datos de los tres ejes del aceler\u00f3metro. Son 70 muestras de cada eje a lo largo de 1520 milisegundos. Las vibraciones no parecen ser cr\u00edticas, pero en algunos puntos llegan a tener altos cambios. No se aplicaron filtros.<\/p>\n El resto de las mediciones se recibieron cada segundo (figuras 6 y 7). Debido a que la prueba fue de baja altitud se obtuvieron resultados sin cambios significativos. La prueba se realiz\u00f3 a 12 metros y el tiempo de ca\u00edda fue de poco m\u00e1s de dos segundos.<\/p>\n Debido al corto tiempo de ca\u00edda s\u00f3lo se tomaron tres muestras de presi\u00f3n (ver figura 6), que equivalen a altitudes desde 12.5 hasta un metro (si la presi\u00f3n a partir de la cual se mide es 1006.5hPa), como se muestra en la figura 7.<\/p>\n CONCLUSIONES<\/strong><\/p>\n Los resultados obtenidos nos permiten darnos cuenta que el manejo de los diferentes sistemas de comunicaci\u00f3n inal\u00e1mbrica pueden ser aplicadas a una misi\u00f3n cansat; con ello logramos tener el conocimiento necesario para poder utilizarla en otros campos, como la medicina espacial y la comunicaci\u00f3n satelital, entre otros.<\/p>\n Cabe mencionar que las conclusiones de este documento son preliminares, ya que se seguir\u00e1 trabajando en el dise\u00f1o de la aplicaci\u00f3n, la distribuci\u00f3n de componentes de cada subsistema y, por ende, en el dise\u00f1o mec\u00e1nico de nuestro cansat, adem\u00e1s de adherir algunos filtros y procesamiento de datos necesarios para obtener informaci\u00f3n de mejor calidad para el an\u00e1lisis.<\/p>\n Finalmente, el desarrollo de los sat\u00e9lites educativos cansat permite a la zona sur del estado de Tamaulipas (Tampico, Madero, Altamira) acercarse a los temas relacionados a la tecnolog\u00eda espacial.<\/p>\n AGRADECIMIENTOS<\/strong><\/p>\n Agradecemos al IEST por las facilidades dadas en el desarrollo de este proyecto. Al MCIE \u00d3scar Mart\u00ednez Hern\u00e1ndez por las asesor\u00edas brindadas en cada etapa desarrollada.<\/p>\n * Instituto de Estudios Superiores de Tamaulipas.<\/p>\n Contacto: oscar.martinez@iest.edu.mx<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n REFERENCIAS<\/strong><\/p>\n Domoprac. (2016). Protocolos de red: tipos y utilidades. Consultado el 4 de agosto de 2016. http:\/\/www.domoprac.com\/protocolos-decomunicacion-y-sistemas-domoticos\/protocolos-de-red-tipos-yutilidades.html<\/p>\n 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<\/p>\n Naylamp Mechatronics. (2016). Tutorial MPU6050, acelerometro, y giroscopio. Consultado el 11 de agosto de 2016. http:\/\/ www.naylampmechatronics.com\/blog\/45_Tutorial-MPU6050- Aceler%C3%B3metro-y-Giroscopio.html<\/p>\n N\u00f3madas electr\u00f3nicos. (2015). ESP8266-Wifi para microcontroladores. Consultado el 4 de agosto de 2016. https:\/\/nomadaselectronicos. wordpress.com\/2015\/03\/08\/esp8266-wifi-para-microcontroladores\/<\/p>\n Phoboslab. (2013). Html5 live video streaming via websockets. Consultado el 11 de agosto de 2016. http:\/\/phoboslab.org\/log\/2013\/ 09\/html5-live-video-streaming-via-websockets<\/p>\n Pluralsigth. (2016). How to get started with Ionic framework on Mac and Windows. Consultado el 4 de agosto de 2016. https:\/\/ www.pluralsight.com\/blog\/softwaredevelopment\/ionic-frameworkon-mac-and-windows<\/p>\n Team Blacksheep. (2016). TBS Unify Pro 5G8 (HV) Video Tx. Consultado el 10 de agosto de 2016. http:\/\/www.team-blacksheep.com\/ tbs-unify-pro-5g8-manual.pdf<\/p>\n Walker, R., et al. (2010). ESA Hands-on Space Education Project Activities for University Students: Attracting and Training the Next Generation of Space Engineers, IEEEEDUCON, Education Engineering, 1699-1708.<\/p>\n Recibido 8-8-16<\/p>\n Aceptado 10-9-16<\/p>\n <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" \u00d3SCAR MART\u00cdNEZ HERN\u00c1NDEZ, NOEL DEL \u00c1NGEL POLANCO*, ERIL A. 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