Capsule SSTV pour ballons à haute altitude : 11 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Ce projet est né après le ballon ServetI à l'été 2017 avec l'idée d'envoyer des images en temps réel de la Stratosphère vers la Terre. Les images que nous avons prises ont été stockées dans la mémoire du rpi et après, elles ont été envoyées grâce à être converties en un signal audio. Les images doivent être envoyées chaque fois « x » à la station de contrôle. Il a également été suggéré que ces images fourniraient des données telles que la température ou l'altitude, ainsi qu'une identification afin que toute personne qui recevrait l'image puisse savoir de quoi il s'agit.

En résumé, un Rpi-z prend des images et collecte les valeurs du capteur (température et humidité). Ces valeurs sont stockées dans un fichier CSV et plus tard, nous pouvons l'utiliser pour faire des graphiques. La capsule envoie des images SSTV sous forme analogique via la radio. C'est le même système utilisé par l'ISS (Station Spatiale Internationale), mais nos images ont une résolution moindre. Grâce à cela, il faut moins de temps pour envoyer l'image.

Étape 1: choses dont nous avons besoin

-Le cerveau Pi-Zero: https://shop.pimoroni.com/products/raspberry-pi-ze… 10$-Horloge:

Rtc DS3231

-Capteur de température et de pression barométrique: BMP180-Module radio: DRA818V

Juste quelques composants:

-10UF CONDENSATEUR ELECTROLYTIQUE x2

-0.033UF CONDENSATEUR CERAMIQUE MONOLITHIQUE x2

-150 OHM RÉSISTANCE x2

-270 OHM RÉSISTANCE x2

-600 OHM TRANSFORMATEUR AUDIO x1

-1N4007 diode x1

-100uF CONDENSATEUR ELECTROLYTIQUE

-10nf CONDENSATEUR CERAMIQUE MONOLITHIQUE x1-10K RESISTANCE x3

-1K RÉSISTANCE x2

-56nH INDUCTEUR x2*-68nH INDUCTEUR x1*-20pf CONDENSATEUR CÉRAMIQUE MONOLITHIQUE x2*

-36pf CONDENSATEUR CÉRAMIQUE MONOLITHIQUE x2*

* Composants recommandés, la capsule peut fonctionner sans eux

Étape 2: Pi-Zéro

Rpi Zero Nous devons installer Raspbian avec un environnement graphique, en accédant au menu raspi-config, nous activerons l'interface de la caméra, I2C et Serial. Bien sûr l'interface graphique n'est pas obligatoire mais je l'utilise pour tester le système. Merci à WS4E, parce qu'il explique une solution pour SSTV sur RPI, téléchargez le dossier SSTV dans notre référentiel et faites-le glisser dans votre répertoire "/home/pi", le code principal s'appelle sstv.sh, quand démarrera le code, il permettra la communication avec la radio module et capteur bmp180, prendra également des photos et les convertira en audio pour les transmettre par système radio en audio.

Vous pouvez essayer le système en utilisant directement un câble audio mâle à mâle de 3,5 mm ou en utilisant un module de radio et un autre appareil pour recevoir les données comme SDR ou n'importe quel talkie-walkie avec une application Android Robot36.

Étape 3: Appareils

Les unités RTC et BMP180 peuvent être montées ensemble sur un circuit imprimé, grâce à cela elles peuvent partager la même interface d'alimentation et de communication. Pour configurer ces modules peut suivre les instructions sur les pages suivantes, qui m'ont aidé. Installer et configurer bmp180Installer et configurer le module RTC

Étape 4: Paramètres de l'appareil photo

Dans notre projet, nous pourrions utiliser n'importe quelle caméra mais nous préférons utiliser la raspi-cam v2 en termes de poids, de qualité et de taille. Dans notre script, nous utilisons l'application Fswebcam pour prendre des photos et mettre des informations sur le nom, la date et les valeurs du capteur via l'OSD (données à l'écran). Pour la bonne détection de la caméra par notre logiciel, nous devons consulter ces instructions.

Étape 5: sortie audio

Rpi-zero n'a pas de sortie audio analogique directe, cela nécessite d'ajouter une petite carte audio par USB ou de créer un circuit simple qui génère l'audio via deux ports PWM GPIO. Nous avons essayé la première solution avec une carte audio USB mais celle-ci redémarrait à chaque fois que la radio était mise en TX (Stranger Things). À la fin, nous avons utilisé la sortie audio via la broche PWM. Avec plusieurs composants, vous pouvez créer un filtre pour obtenir un meilleur son.

Nous avons assemblé le circuit complet avec deux canaux, L et R audio, mais vous n'en avez besoin que d'un. De plus, et comme vous pouvez le voir sur les photos et le schéma, nous avons ajouté un transformateur audio de 600 ohms comme une isolation galvanique. Le transformateur est optionnel mais nous avons préféré l'utiliser afin d'éviter les interférences.

Étape 6: Module radio VHF

Le module utilisé était le DRA818V. La communication avec le module se fait via le port série, nous devons donc l'activer dans les broches GPIO. Dans les dernières versions de RPI, il y a un problème à le faire car RPI a un module Bluetooth qui utilise les mêmes broches. À la fin, j'ai trouvé une solution pour faire cela dans le lien.

Grâce à l'uart nous pouvons établir une communication avec le module pour lui attribuer des fonctions d'émission radiofréquence, de réception (rappelons qu'il s'agit d'émetteur-récepteur) ainsi que d'autres spécificités. Dans notre cas, nous n'utilisons le module que comme émetteur et toujours sur la même fréquence. Grâce à une broche GPIO, il activera le module radio PTT (Push to talk) lorsque l'on voudra envoyer l'image.

Un détail très important de cet appareil est qu'il ne tolère pas l'alimentation 5v et nous disons cela par …"expérience". On peut donc voir dans le schéma qu'il y a une diode typique 1N4007 pour réduire la tension à 4,3V. On utilise aussi un petit transistor pour activer la fonction PTT. La puissance du module peut être réglée à 1w ou 500mw. Vous pouvez trouver plus d'informations sur ce module sur la fiche technique.

Étape 7: Antenne

C'est un élément important de la capsule. L'antenne envoie des signaux radio à la station de base. Dans d'autres capsules, nous avons testé avec une antenne ¼ lambda. Cependant, afin d'assurer une bonne couverture, nous concevons une nouvelle antenne appelée Turnstile (dipôle croisé). Pour construire cette antenne, vous avez besoin d'un morceau de câble de 75 ohm et de 2 mètres de tube en aluminium de 6 mm de diamètre. Vous pouvez retrouver les calculs et une conception 3D de la pièce qui maintient le dipôle au fond de la capsule. Nous avons testé la couverture de l'antenne avant le lancement et finalement, elle a envoyé des images sur 30 km avec succès.

-Valeurs pour calculer les dimensions de l'antenne (avec nos matériaux)

Fréquence de SSTV en Espagne: 145.500 MhzRapport de vitesse de l'aluminium: 95%Rapport de vitesse du câble de 75 ohms: 78%

Étape 8: Alimentation

Vous ne pouvez pas envoyer une pile alcaline dans la stratosphère, elle descend à -40 °C et elle cesse de fonctionner. Même si vous isolez votre charge utile, vous souhaitez utiliser des piles au lithium jetables, elles fonctionnent bien à basse température.

Si vous utilisez un convertisseur cc-cc et un régulateur à chute de tension ultra-faible, vous pouvez tirer plus de temps de vol de votre bloc d'alimentation

Nous utilisons un watimètre pour mesurer la consommation électrique et ainsi calculer combien d'heures il pourrait fonctionner. Nous avons acheté le module et monté dans une petite boîte, nous sommes rapidement tombés sous le charme de cet appareil.

Nous utilisons un pack de 6 piles au lithium AA et ce abaisseur.

Étape 9: Concevoir une capsule

Nous utilisons de la "mousse" pour construire une capsule légère et isolante. Nous le fabriquons avec CNC à Lab´s Cesar. Avec un cutter et un soin, nous introduisions tous les composants qu'il contient. Nous avons enveloppé la capsule grise avec une couverture thermique (Comme les vrais satellites;))

Étape 10: Le jour du lancement

Nous avons lancé le ballon le 2018-02-25 à Agon, une ville près de Saragosse, le lancement était à 9h30 et le temps de vol était de 4 heures, avec une hauteur maximale de 31, 400 mètres et une température extérieure minimale de - 48º Celsius. Au total, le ballon a parcouru environ 200 km. Nous avons pu continuer sa route grâce à une autre capsule Aprs et le service de www.aprs.fi

La trajectoire a été calculée grâce au service www.predict.habhub.org avec un grand succès, comme on peut le voir sur la carte avec les lignes rouges et jaunes.

Altitude maximale: 31 400 mètres Vitesse maximale de descente enregistrée: 210 km/h Vitesse de descente enregistrée au terminal: 7 m/s Température minimale extérieure enregistrée: -48°C à 14 000 mètres d'altitude

Nous avons réalisé la capsule SSTV mais ce projet n'aurait pu être réalisé sans l'aide des autres collaborateurs: Nacho, Kike, Juampe, Alejandro, Fran et d'autres bénévoles.

Étape 11: Résultat étonnant

Grâce à Enrique, nous avons une vidéo récapitulative du vol où vous pouvez voir tout le processus de lancement. Sans aucun doute le meilleur cadeau après un dur labeur

Premier prix du Space Challenge