Little Investigator of Fluorescence Emission Pre-Launch Report

Transcript

1 Little Investigator of Fluorescence Emission Pre-Launch Report CanSat in Greece #launching_your_dreams

2 ΑΝΑΦΟΡΑ ΣΧΕΔΙΟΥ CanSat in Greece #launching_your_dreams

3 Περιεχόμενα ΑΝΑΦΟΡΑ ΣΧΕΔΙΟΥ 2 Περιεχόμενα 3 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οργάνωση της ομάδας και ρόλοι των μελών Στόχοι της αποστολής 5 2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ CANSAT Επισκόπηση αποστολής 11 Ενδεικτικό σχηματικό διάγραμμα: Μηχανολογικό/κατασκευαστικό σχέδιο Ηλεκτρολογικό σχέδιο Λογισμικό Σύστημα ανάκτησης Εξοπλισμός σταθμού βάσης 34 3 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ PROJECT Χρονικό πλάνο της προετοιμασίας του CanSat Απαιτούμενοι πόροι Κόστος Εξωτερική υποστήριξη Πλάνο δοκιμών 36 4 ΠΛΑΝΟ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ 37 5 ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ 38 CanSat in Greece #launching_your_dreams

4 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Οργάνωση της ομάδας και ρόλοι των μελών Υπεύθυνος καθηγητής: Δρ. Σωτήρης Τσαντίλας, Μαθηματικός Αστροφυσικός Μέλη: Δημήτρης Καφετζής: Αρχηγός, Υπεύθυνος Ηλεκτρονικών. Ενδιαφέροντα: Ηλεκτρονικά, Προγραμματισμός, Μαθηματικά, Φυσική. Σταμάτης Σέττας: Υπεύθυνος Προγραμματιμού. Ενδιαφέροντα: Ηλεκτρονικά, Προγραμματισμός, Μαθηματικά, Φυσική. Αποστόλης Μέξας: Υπεύθυνος Ανάλυσης Δεδομένων. Ενδιαφέροντα: Μαθηματικά, Φυσική. Λουκία Πραματευτάκη: Υπεύθυνη τηλεμετρίας Ενδιαφέροντα: Σκάκι, Προγραμματισμός, Μαθηματικά, Φυσική. Ριγκέλς Ράπαϊ: Υπεύθυνος αλεξιπτώτου Ενδιαφέροντα: Μαθηματικά, Φυσική, Η/Υ Αναστάσης Βατίστας: Υπεύθυνος Δομής και Κατασκευής Ενδιαφέροντα: Μαθηματικά, Φυσική, Η/Υ CanSat in Greece #launching_your_dreams

5 Ελένη Παπαδάκη: Υπεύθυνη Προώθησης Ενδιαφέροντα: Μαθηματικά, Φυσική, Η/Υ Θανάσης Βασίλαινας: Υποστήριξη, Δομή, Αλεξίπτωτο Ενδιαφέροντα: Μαθηματικά, Φυσική, Κολύμβηση. Οι εργασίες για το CanSat μας πραγματοποιήθηκαν σε προγραμματισμένες εβδομαδιαίες συναντήσεις, στα πλαίσια του Ομίλου Αριστείας Προγραμματισμού και Διαστημικής κάθε Τετάρτη 2-4 μ.μ. Από προστέθηκε και άλλη μία ώρα σε εβδομαδιαία βάση, κάθε Τρίτη 3-4 μ.μ. Πραγματοποιήθηκαν και αρκετές έκτακτες συναντήσεις. Συνολικά διατέθηκαν περίπου 70 ώρες. 1.2 Στόχοι της αποστολής Περιγραφή δευτερεύουσας αποστολής Η αποστολή του δορυφόρου μας αφορά την ανίχνευση της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης μέσω του φαινομένου photosynthetic fluorescence. Επίσης, ανιχνεύονται και τα αέρια O 3 (Όζον) και CO 2 ενώ παράλληλα μελετάται και το μαγνητικό πεδίο. Βέβαια, ως προαπαιτούμενα, μετρώνται η θερμοκρασία, η ατμοσφαιρική πίεση ενώ καθορίζεται και η θέση του δορυφόρου μέσω GPS. Η ανίχνευση και καταγραφή του photosynthetic fluorescence μπορεί να αξιοποιηθεί για τη μελέτη της χλωρίδας στον πλανήτη μας. Ιδιαίτερα, ο διαφορετικός τρόπος φθορισμού των φυτών κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης μπορεί να αποκαλύψει την ποιότητα των φυτών και ιδιαίτερα αυτό που ονομάζεται vegetation under stress που δεν είναι πάντοτε ορατό με γυμνό μάτι. Επιπλέον, η ύπαρξη Όζοντος και ισχυρού μαγνητικού πεδίου, είναι δύο πολύ σημαντικοί παράγοντες που εξασφαλίζουν τη διατήρηση της ζωής, αφού την προστατεύουν από επιβλαβείς ακτινοβολίες και από τον αστρικό άνεμο. Ο ίδιος λοιπόν δορυφόρος θα μπορούσε να ανιχνεύσει ενδεχόμενη διαδικασία φωτοσύνθεσης σε άλλους πλανήτες, αλλά και τις πιθανότητες ύπαρξης ευνοϊκού και προστατευμένου από ακτινοβολίες περιβάλλοντος. Η δορυφορική μελέτη του ενεργειακού ισοζυγίου κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης των φυτών, αποτελεί καινοτομία, ακόμα και για τις αποστολές της ESA αφού η πρώτη αποστολή (FLEX) σχετική με το φαινόμενο αυτό θα εκτοξευθεί το Επίσης, καινοτομία αποτελεί και το γεγονός ότι η αποστολή αυτή μπορεί να αξιοποιηθεί με δύο τρόπους: α) Στη Γη, για τη δορυφορική μελέτη της χλωρίδας β) Σε άλλους πλανήτες για την ανίχνευση χλωρίδας, αλλά και της βιωσιμότητας του περιβάλλοντος. CanSat in Greece #launching_your_dreams

6 Εικόνα 3. Η ίδια περιοχή φωτογραφημένη στο ορατό (αριστερά) και στο υπέρυθρο (μέσον). Η αριστερή φωτογραφία απεικονίζει την NDVI επεξεργασία που έγινε από την ομάδα μας για τη μελέτη του vegetation stress. Παρατηρήστε ότι το γήπεδο rugby που φαίνεται στο μέσον των εικόνων έχει πράσινο χορτάρι που είναι όμως πλαστικό. Έτσι, στην αριστερή (NDVI) εικόνα φαίνεται μπλε (όπως και το τσιμέντο ή η άσφαλτος) και όχι πράσινο. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο με τα γήπεδα baseball (πάνω αριστερά στις εικόνες) που έχουν φυσικό χορτάρι, αλλά αρκετά ταλαιπωρημένο με αποτέλεσμα να φαίνεται σκούρο πράσινο και όχι τόσο ανοιχτόχρωμο όσο η υγιής βλάστηση. Ο φθορισμός της χλωροφύλλης, είναι η ακτινοβολία που επανεκπέμπεται από μόρια χλωροφύλλης κατά την επιστροφή τους από τη διεγερμένη στη μη-διεγερμένη κατάσταση και χρησιμοποιείται ως δείκτης για τη φωτοσυνθετική μετατροπή της ενέργειας στα φυτά. Η ανίχνευσή του (σε άλλους πλανήτες) μας αποκαλύπτει την ύπαρξη διαδικασίας φωτοσύνθεσης, ενώ οι τιμές του (στη Γη), την ποιότητα αυτής της διαδικασίας και άρα την υγεία των φυτών. Επίσης, το μαγνητικό πεδίο και το όζον αποτελούν τις δύο σημαντικότερες ομπρέλες προστασίας για τη ζωή σε οποιοδήποτε πλανήτη. Για να μπορέσουμε να μελετήσουμε το vegetation stress χρειάστηκε να μετατρέψουμε κατάλληλα μια μικρή ψηφιακή κάμερα: α) Αφαιρέθηκε το φίλτρο υπερύθρου. β) Στη θέση του τοποθετήθηκε το Roscolux Cinegel #2007 (Superblue), το οποίο είναι ένα φίλτρο που έχει χαρακτηριστική διαπερατότητα σε ορισμένες περιοχές του φάσματος, και συγκεκριμένα στο NI (Near Infrared) και στο B (Blue) όπως φαίνεται στην εικόνα 1. Αυτό το κάνει ιδανικό για το σκοπό της αποστολής μας ενώ παράλληλα έχει εξαιρετικά χαμηλή τιμή συγκρινόμενο με άλλα. Στη συνέχεια εντοπίσαμε το κατάλληλο λογισμικό που μετατρέπει τις αποκτηθείσες εικόνες σε NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) το οποίο μας δίνει απ ευθείας την εικόνα της υγείας των φυτών και του λεγόμενου vegetation stress με τον πιο παραστατικό τρόπο, το οποίο είναι και ένας από τους σημαντικότερους στόχους της δευτερεύουσας αποστολής. Το λογισμικό αυτό λέγεται Infragram και είναι ένα online tool με το οποίο μπορούμε να αναλύσουμε υπέρυθρες εικόνες και να κατασκευάσουμε τις αντίστοιχες NDVI. CanSat in Greece #launching_your_dreams

7 Εικόνα 1. Φάσμα του Roscolux Cinegel #2007 vs Blue Εικόνα 2. Το Superblue φίλτρο που χρησιμοποιούμε και με το οποίο αντικαταστήσαμε το κλασικό φίλτρο υπερύθρου που υπάρχει σε όλες τις κάμερες. CanSat in Greece #launching_your_dreams

8 Για την επίτευξη της δευτερεύουσας αποστολής θα τοποθετηθεί στον δορυφόρο μας μία (τουλάχιστον) ψηφιακή κάμερα, ένας αισθητήρας όζοντος, ένας αισθητήρας CO 2 και ένα Μαγνητόμετρο τριπλού άξονα. Εκτός από την ένταση του μαγνητικού πεδίου, ο τύπος του μαγνητόμετρου μας δίνει τη δυνατότητα να βρούμε και τη διεύθυνση των μαγνητικών δυναμικών γραμμών. Έτσι, η τυχόν οργανωμένη δομή των μαγνητικών γραμμών δείχνει την ύπαρξη πόλων στον πλανήτη και είναι πολύ σημαντική για τη βιωσιμότητα της ζωής. Από το πείραμά μας αναμένουμε μια καθ ύψος καταγραφή του μαγνητικού πεδίου, ή οποία πέραν της έντασης του μαγνητικού πεδίου, θα αποκαλύψει αν οι δυναμικές του γραμμές έχουν τυχαίο προσανατολισμό ή αν είναι οργανωμένες. Όπως φαίνεται και στο παράδειγμα της Εικόνας 2, η καταγραφή του MAG3110 γίνεται και στις τρεις συνιστώσες του πεδίου, οπότε έχουμε το πλήρες διάνυσμα. Για παράδειγμα, στον Άρη υπάρχουν ασθενή τοπικά μαγνητικά πεδία, αλλά όχι πλανητικό δίπολο με αποτέλεσμα να μην παρέχεται ικανοποιητική προστασία από τον ηλιακό άνεμο. Έτσι, ο τυχόν εντοπισμός μαγνητικών γραμμών οργανωμένων σε μαγνητικό δίπολο δείχνει την παρουσία μαγνητικής «ομπρέλας» που αποτελεί τη σημαντικότερη προστασία ενός πλανήτη από τον Εικόνα 4. MAG3110 test output. αστρικό άνεμο. Η απουσία τέτοιας προστασίας θα καθιστούσε αδύνατη την ύπαρξη της ζωής όπως τη γνωρίζουμε. Εικόνα 5. Μαγνητικό πεδίο της Γης. CanSat in Greece #launching_your_dreams

9 Εικόνα 6. Προστασία της Γης από τον ηλιακό άνεμο με τη βοήθεια του μαγνητικού της πεδίου Εικόνα 7. Μαγνητικό πεδίο του Άρη. Η (αναμενόμενη για τη Γη) ταυτόχρονη ανίχνευση φωτοσυνθετικού φθορισμού, όζοντος, διοξειδίου του άνθρακα και ισχυρού μαγνητικού πεδίου θα σήμαινε την ύπαρξη (τουλάχιστον) χλωρίδας, αλλά και προστατευμένων συνθηκών σε άλλο πλανήτη, κάνοντάς τον σχετικά κατάλληλο για αποίκιση. Λόγω του μικρού μεγέθους του δορυφόρου, και με δεδομένο ότι στο άμεσο μέλλον (αν όχι ήδη) όλα τα συγκεκριμένα κυκλώματα και οι αντίστοιχοι ανιχνευτές θα μπορούν να CanSat in Greece #launching_your_dreams

10 χωρέσουν σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα λίγων χιλιοστών, ο δορυφόρος θα μπορούσε να αποτελεί ένα nanocraft κατάλληλο ακόμα και για διαστρικά ταξίδια χρησιμοποιώντας Ηλιακά Ιστία. Για παράδειγμα, θα μπορούσε κινούμενο με τη βοήθεια της ηλιακής ακτινοβολίας και μόνο, να φτάσει στον Άλφα Κενταύρου σε μία γενιά. Στην περίπτωση της τηλεπισκόπισης της Γης όμως, η αξία είναι ακόμα πιο χειροπιαστή και άμεση αφού θα μας δώσει και την επιπλέον πληροφορία της ποιότητας της βλάστησης, αλλά και του vegetation stress που δεν μπορεί να ανιχνευθεί με άλλο τρόπο, πριν αυτό γίνει καταστροφικά εμφανές Στόχοι δευτερεύουσας αποστολής Α. Η ψηφιακή καταγραφή των εικόνων NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) της χλωρίδας του εδάφους. Β. Η καταγραφή του τοπικού μαγνητικού πεδίου. Γ. Η Καταγραφή του επιπέδου του όζοντος. Δ. Η καταγραφή του CO 2 Η αποστολή θα θεωρηθεί επιτυχής εφόσον α) καταγραφούν εικόνες της τοπικής βλάστησης στο υπέρυθρο και μετατραπούν επιτυχώς σε NDVI β) εντοπιστεί μαγνητικό πεδίο και καταγραφεί ο προσανατολισμός των μαγνητικών του γραμμών. γ) καταγραφεί η ποσότητα όζοντος σε διάφορα ύψη δ) καταγραφεί η ποσότητα CO 2 σε διάφορα ύψη Αναμενόμενα αποτελέσματα δευτερεύουσας αποστολής Α. Αξιολόγηση της υγείας των φυτών στην περιοχή μελέτης Β. Αξιολόγηση του τοπικού μαγνητικού πεδίου. Είναι ισχυρό; Είναι οργανωμένο; Οφείλεται σε γενικότερο πλανητικό δίπολο ή σε τοπικά μαγνητικά πετρώματα; Γ. Αξιολόγηση της ποσότητας όζοντος και της προστασίας που μπορεί να προσφέρει. Δ. Αξιολόγηση της ποσότητας CO Αναμενόμενες μετρήσεις δεδομένα δευτερεύουσας αποστολής Α. Τουλάχιστον 15 ψηφιακές φωτογραφίες ικανοποιητικής ποιότητας της χλωρίδας. Β. Μέτρηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Καταγραφή του προσανατολισμού του. Γ. Καθ ύψος (ή μετά την προσγείωση) μέτρηση του O 3. Δ. Καθ ύψος (ή μετά την προσγείωση) μέτρηση του CO 2. CanSat in Greece #launching_your_dreams

11 2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ CANSAT 2.1 Επισκόπηση αποστολής Θα σχεδιαστεί και θα κατασκευαστεί ένα CanSat το οποίο θα εκτοξευθεί με τη βοήθεια πυραύλου σε υψόμετρο 1000 μέτρων και στη συνέχεια θα διαχωριστεί από αυτόν. Θα προσγειωθεί με τη βοήθεια αλεξιπτώτου τέτοιου ώστε να έχει ταχύτητα καθόδου μεταξύ 8 και 11 μέτρων ανά sec. Κατά τη διάρκεια της καθόδου, θα καταγράφει τη θέση του, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, την ατμοσφαιρική πίεση και τα στοιχεία του μαγνητικού πεδίου ανά 1 sec. Επίσης θα λαμβάνει φωτογραφίες NDVI του εδάφους μέσω ειδικά τροποποιημένης ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής και ειδικών φίλτρων ώστε να καταγραφεί η υγεία της τοπικής χλωρίδας. Οι αισθητήρες CO 2 και Ο 3 που θα χρησιμοποιηθούν θα λαμβάνουν μετρήσεις ανά 1 sec. Τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν: Πίνακας 1. Αισθητήρας Διοξειδίου του άνθρακα (MG811) Αισθητήρας Όζοντος (MQ131) Αισθητήρας Μαγνητικού Πεδίου (MAG3110) Αισθητήρας GPS (NEO-6M) Αισθητήρας Θερμοκρασίας (LM35) Αισθητήρας Ατμοσφαιρικής Πίεσης (BMP180) Mini Mobius Actioncam MicroSD card module for Arduino (DFR0229) 2 μπαταρίες Ιόντων Λιθίου 3.500mAh 3.7V (L18650) 2x Κυκλώματα επικοινωνίας sparkfun-rfm69-breakout-434mhz Arduino micro Arduino UNO 2 διακόπτες 2 led φορτιστής μπαταριών L micro SD card 8GB case holder for Li-Ion batteries Περίβλημα από Carbon Fiber Κεραία YAGI 433MHz 3x Διαχωριστικά 3D printed Nylon Ripstop για το αλεξίπτωτο (2m) CanSat in Greece #launching_your_dreams

12 Ενδεικτικό σχηματικό διάγραμμα: CanSat in Greece #launching_your_dreams

13 2.2 Μηχανολογικό/κατασκευαστικό σχέδιο 1. Περίβλημα από carbon fiber. Κύλινδρος διαμέτρου 6.5 mm και ύψους 11.5 mm Το πάχος του κυλινδρικού περιβλήματος είναι 1.5 mm. 2. Τρία 3D printed διαχωριστικά. Το ένα έχει κολληθεί 5 mm ψηλότερα από το κάτω μέρος του περιβλήματος και αποτελεί τη βάση του. Τα άλλα δύο αποτελούν τη δομή μέσα στην οποία έχουν τοποθετηθεί όλα τα εξαρτήματα του δορυφόρου μας. Ενώνονται με 3 κατακόρυφες ντίζες διαμέτρου 4 mm, και σταθεροποιούνται με μεταλλικά παξιμάδια και ροδέλες. CanSat in Greece #launching_your_dreams

14 CanSat in Greece #launching_your_dreams

15 CanSat in Greece #launching_your_dreams

16 CanSat in Greece #launching_your_dreams

17 CanSat in Greece #launching_your_dreams

18 CanSat in Greece #launching_your_dreams

19 CanSat in Greece #launching_your_dreams

20 2.3 Ηλεκτρολογικό σχέδιο Διάγραμμα 1α. Ηλεκτρολογικό σχέδιο δορυφόρου Cansat. CanSat in Greece #launching_your_dreams

21 Διάγραμμα 1β. Ηλεκτρολογικό σχέδιο δορυφόρου Cansat. CanSat in Greece #launching_your_dreams

22 Διάγραμμα 2α. Ηλεκτρολογικό σχέδιο Σταθμού Βάσης. CanSat in Greece #launching_your_dreams

23 Διάγραμμα 2β. Ηλεκτρολογικό σχέδιο Σταθμού Βάσης. CanSat in Greece #launching_your_dreams

24 2.4 Λογισμικό Flowchart Δορυφόρου Αρχή Αρχικοποίηση αισθητήρων και άλλων συσκευών Είναι η αρχικοποίηση επιτυχής; Όχι Τύπωσε μήνυμα σφάλματος Ναι Διάβασε τα δεδομένα από τους αισθητήρες και τις συσκευές Καταχώρησε τα δεδομένα στην κάρτα SD Όχι Στείλε τα δεδομένα στη Βάση Εστάλησαν τα δεδομένα; Ναι Είναι το υψόμετρο<5μ Όχι CanSat in Greece Ναι #launching_your_dreams Τέλος

25 Flowchart Σταθμού Βάσης CanSat in Greece #launching_your_dreams

26 Πρόγραμμα. #include <Wire.h> //Including wire library #include <SFE_BMP180.h> //Including BMP180 library //#include <CO2Sensor.h> //Including MG811 library #include <SoftwareSerial.h> #define MAG_ADDR 0x0E #define ALTITUDE 13.6 //Altitude where I live (change this to your altitude) SoftwareSerial GPSModule(10, 11); // TX, RX SFE_BMP180 pressure; //Creating an object //CO2Sensor co2sensor(a0, 0.99, 100); int val; int temppin = 2; int i; int updates; int failedupdates; int pos; int stringplace = 0; String timeup; String nmea[15]; String labels[12] {"Time: ", "Status: ", "Latitude: ", "Hemisphere: ", "Longitude: ", "Hemisphere: ", "Speed: ", "Track Angle: ", "Date: "; void setup() { Serial.begin(9600); //Starting serial communication // pinmode(sensorpin, INPUT); Serial.println("Program started"); // co2sensor.calibrate(); if (pressure.begin()) //If initialization was successful, continue CanSat in Greece #launching_your_dreams

27 Serial.println("BMP180 init success"); else //Else, stop code forever { Serial.println("BMP180 init fail"); pinmode(9, OUTPUT); String ConvertLat() { String posneg = ""; if (nmea[3] == "S") { posneg = "-"; String latfirst; float latsecond; for (int i = 0; i < nmea[2].length(); i++) { if (nmea[2].substring(i, i + 1) == ".") { latfirst = nmea[2].substring(0, i - 2); latsecond = nmea[2].substring(i - 2).toFloat(); latsecond = latsecond / 60; String CalcLat = ""; char charval[9]; dtostrf(latsecond, 4, 6, charval); for (int i = 0; i < sizeof(charval); i++) { CalcLat += charval[i]; latfirst += CalcLat.substring(1); latfirst = posneg += latfirst; return latfirst; String ConvertLng() { String posneg = ""; if (nmea[5] == "W") { posneg = "-"; String lngfirst; float lngsecond; for (int i = 0; i < nmea[4].length(); i++) { if (nmea[4].substring(i, i + 1) == ".") { lngfirst = nmea[4].substring(0, i - 2); //Serial.println(lngfirst); lngsecond = nmea[4].substring(i - 2).toFloat(); //Serial.println(lngsecond); lngsecond = lngsecond / 60; String CalcLng = ""; char charval[9]; dtostrf(lngsecond, 4, 6, charval); CanSat in Greece #launching_your_dreams

28 for (int i = 0; i < sizeof(charval); i++) { CalcLng += charval[i]; lngfirst += CalcLng.substring(1); lngfirst = posneg += lngfirst; return lngfirst; void config(void) { Wire.beginTransmission(MAG_ADDR); // transmit to device 0x0E Wire.write(0x11); // cntrl register2 Wire.write(0x80); // write 0x80, enable auto resets Wire.endTransmission(); // stop transmitting delay(15); Wire.beginTransmission(MAG_ADDR); // transmit to device 0x0E Wire.write(0x10); // cntrl register1 Wire.write(1); // write 0x01, active mode Wire.endTransmission(); // stop transmitting void print_values(void) { //Serial.print(MAG3110); Serial.print("x="); Serial.print(read_x()); Serial.print(","); Serial.print("y="); Serial.print(read_y()); Serial.print(","); Serial.print("z="); Serial.println(read_z()); int mag_read_register(int reg) { int reg_val; Wire.beginTransmission(MAG_ADDR); // transmit to device 0x0E Wire.write(reg); // x MSB reg Wire.endTransmission(); // stop transmitting delaymicroseconds(2); //needs at least 1.3us free time between start and stop Wire.requestFrom(MAG_ADDR, 1); // request 1 byte while(wire.available()) // slave may write less than requested { reg_val = Wire.read(); // read the byte return reg_val; CanSat in Greece #launching_your_dreams

29 int mag_read_value(int msb_reg, int lsb_reg) { int val_low, val_high; //define the MSB and LSB val_high = mag_read_register(msb_reg); delaymicroseconds(2); //needs at least 1.3us free time between start and stop val_low = mag_read_register(lsb_reg); int out = (val_low (val_high << 8)); //concatenate the MSB and LSB return out; int read_x(void) { return mag_read_value(0x01, 0x02); int read_y(void) { return mag_read_value(0x03, 0x04); int read_z(void) { return mag_read_value(0x05, 0x06); void loop() { switch (i) { case 1 : //GPS Serial.begin(57600); GPSModule.begin(9600); Serial.flush(); GPSModule.flush(); while (GPSModule.available() > 0) { GPSModule.read(); if (GPSModule.find("$GPRMC,")) { String tempmsg = GPSModule.readStringUntil('\n'); for (int i = 0; i < tempmsg.length(); i++) { if (tempmsg.substring(i, i + 1) == ",") { nmea[pos] = tempmsg.substring(stringplace, i); stringplace = i + 1; pos++; if (i == tempmsg.length() - 1) { nmea[pos] = tempmsg.substring(stringplace, i); CanSat in Greece #launching_your_dreams

30 updates++; nmea[2] = ConvertLat(); nmea[4] = ConvertLng(); for (int i = 0; i < 9; i++) { Serial.print(labels[i]); Serial.print(nmea[i]); Serial.println(""); else { failedupdates++; stringplace = 0; pos = 0; Serial.begin(9600); delay(3000); i = 2; break; case 2 : //Camera digitalwrite(9,high); delay(1000); digitalwrite(9,low); delay(1000); i = 3; break; case 3 : //MAG3110 print_values(); delay(5); i = 4; break; case 4 : //BMP180 char status; double T, P, p0; //Creating variables for temp, pressure and relative pressure Serial.print("You provided altitude: "); Serial.print(ALTITUDE, 0); Serial.println(" meters"); status = pressure.starttemperature(); if (status!= 0) { delay(status); status = pressure.gettemperature(t); if (status!= 0) { Serial.print("Temp: "); Serial.print(T, 1); Serial.println(" deg C"); status = pressure.startpressure(3); if (status!= 0) { CanSat in Greece #launching_your_dreams

31 delay(status); status = pressure.getpressure(p, T); if (status!= 0) { Serial.print("Pressure measurement: "); Serial.print(P); Serial.println(" hpa (Pressure measured using temperature)"); p0 = pressure.sealevel(p, ALTITUDE); Serial.print("Relative (sea-level) pressure: "); Serial.print(p0); Serial.println("hPa"); delay(1000); i=5; break; case 5 : //LM35 val = analogread(temppin); float mv = ( val / ) * 5000; float cel = mv / 10; Serial.print("TEMPRATURE = "); Serial.print(cel); Serial.print("*C"); Serial.println(); delay(1000); i = 6; break; case6 : //O3 // sensorvalue = analogread(sensorpin); // Serial.println(sensorValue); delay(1000); i = 7; break; case7: //CO2 // int val = co2sensor.read(); Serial.print("CO2 value: "); Serial.println(val); delay(1000); i = 1; break; CanSat in Greece #launching_your_dreams

32 2.5 Σύστημα ανάκτησης Μετά από σχετικές μελέτες, επιλέξαμε τη χρήση νάιλον από άποψη ελαφρότητας και ευκαμψίας Μελετήσαμε τεχνικές εργονομικής αναδίπλωσης που ξετυλίγονται γρήγορα και βρίσκονται μέσα στα όρια διαστάσεων του διαγωνισμού. Για τα υλικά πρόσδεσης έχει γίνει συνδυασμός με σπάγκο και πετονιά. CanSat in Greece #launching_your_dreams

33 Οι πρώτες δοκιμές έγιναν με αλεξίπτωτο σταυροειδούς σχήματος και συνολικού εμβαδού 0.8 m 2. Έγινε ρήψη από ύψος 17 μέτρων και η μέση ταχύτητα καθόδου υπολογίστηκε σε 3,4 m/s. Αυτή η ταχύτητα καθόδου είναι πολύ μικρότερη της επιθυμητής και η ομάδα χρειάστηκε να κάνει ξανά τους υπολογισμούς της με βάση τον ακόλουθο τύπο: Vmax = 2mg ρc d A όπου είναι Vmax είναι η επιθυμητή οριακή ταχύτητα, m η μάζα του cansat, g η επιτάχυνση της βαρύτητας, ρ η πυκνότητα του αέρα, c d ο συντελεστής οπισθέλκουσας και A το εμβαδόν του αλεξιπτώτου. Λύνοντας ως προς το εμβαδόν έχουμε: Α = 2mg ρc d v 2 Χρησιμοποιήσαμε τις συνήθεις τιμές ρ = Kg m 3 και c d = 1.3. Θέτοντας την επιθυμητή ταχύτητα καθόδου 8 m/s βρήκαμε ότι το συνολικό εμβαδόν που αντιστοιχεί σε «ημισφαιρικό» αλεξίπτωτο είναι m 2 και επομένως σε ακτίνα r=0.14 m. Αυτή η ακτίνα με τη σειρά της αντιστοιχεί σε «διάμετρο» σταυροειδούς αλεξιπτώτου ίση με α=0.45 m και συνολικό εμβαδόν 0.11 m 2 δηλαδή πολύ μικρότερο από αυτό που είχαμε αρχικά κατασκευάσει. Με αυτές τις διαστάσεις κατασκευάσαμε το αλεξίπτωτό μας για το οποίο χρησιμοποιήθηκε ripstop nylon που προμηθευτήκαμε από την Αγγλία. CanSat in Greece #launching_your_dreams

34 2.6 Εξοπλισμός σταθμού βάσης 1. Arduino UNO R3 ATmega328P Board + USB Cable 2. SparkFun RFM69 Breakout (434MHz) 3. Κεραία YAGI 433MHz CanSat in Greece #launching_your_dreams

35 3 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ PROJECT 3.1 Χρονικό πλάνο της προετοιμασίας του CanSat Έναρξη εργασιών Τετάρτη 8 Νοεμβρίου ΕΒΔΟΜΑΔ ΕΡΓΑΣΙΕΣ Α 1 η 2 η Σχεδιασμός - Έρευνα αγοράς Αγορά υλικών 3 η 10 η Κατασκευή - Λογισμικό 11 η 14 η Κατασκευή Δοκιμές Έλεγχος Λογισμικού και κατασκευής - Πτητικοί μηχανισμοί (αλεξίπτωτο κλπ) 14 η 18 η Κατασκευή Δοκιμές Έλεγχος αντοχής υλικών και Πτητικών μηχανισμών 19 η 20 η Γενικοί έλεγχοι Περιθώριο Ασφαλείας 3.2 Απαιτούμενοι πόροι Κόστος Πίνακας 2. Υλικά Τιμή Αισθητήρας Διοξειδίου του άνθρακα(mg811) 15,5 Αισθητήρας Όζοντος(MQ131) 13,03 Αισθητήρας Μαγνητικού Πεδίου (MAG3110) 1,59 Αισθητήρας GPS(NEO-6M) 6 Αισθητήρας Θερμοκρασίας (LM35) 0,64 Αισθητήρας Ατμοσφαιρικής Πίεσης (BMP180) 1 Mini Mobius Actioncam 56,56 MicroSD card module for Arduino (DFR0229) 7 2 πακέτα Μπαταρίες Ιόντων Λιθίου 3.500mAh 3.7V (L18650) 10,92 2x Κυκλώματα επικοινωνίας sparkfun-rfm69-breakout-434mhz 3,48 Arduino micro 2,73 Arduino UNO 4,6 2 διακόπτες 0,5 2 led 0,2 φορτιστής μπαταριών L ,14 2 micro SD card 8GB 17,4 case holder for Li-Ion batteries 1,5 CanSat in Greece #launching_your_dreams

36 Κατασκευή περιβλήματος από Carbon Fiber 25 Κεραία YAGI 433MHz 20 3x Διαχωριστικά 3D printed 6 Nylon Ripstop για το αλεξίπτωτο (2m) 10,1 Σύνολο 220, Εξωτερική υποστήριξη Α. DataLogic. Χορηγία υλικών για ένα πλήρες cansat. Β. REDPLAN S.A. Χορηγία 500 ευρώ. 3.3 Πλάνο δοκιμών Δοκιμάστηκαν: 1) Η αντοχή του εξωτερικού περιβλήματος. 2) Η ταχύτητα καθόδου του cansat. CanSat in Greece #launching_your_dreams

37 4 ΠΛΑΝΟ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ Η ομάδα μας αποφάσισε να στοχεύσει την καμπάνια για την προώθηση της εργασίας μας σε όσο το δυνατόν πλατύτερο κοινό και όχι μόνο στη σχολική ή την εκπαιδευτική κοινότητα. Έτσι επελέγησαν ΜΜΕ ευρείας κυκλοφορίας. Στη συνέχεια, συγγράψαμε και αποστείλαμε ένα δελτίο τύπο, στο οποίο με σύντομο αλλά κατατοπιστικό τρόπο περιγράφεται ο διαγωνισμός γενικά και η αποστολή του δορυφόρου μας ειδικότερα. Το δελτίο τύπου απεστάλη στις εξής εφημερίδες: ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ (και στο περιοδικό), ESPRESSO, GOAL NEWS, PRESS TIME, ΑΓΓΕΛΙΟΦΟΡΟΣ, ΑΔΕΣΜΕΥΤΟΣ ΤΥΠΟΣ, ΑΠΟΓΕΥΜΑΤΙΝΗ, ΑΥΓΗ, ΑΥΡΙΑΝΗ, ΒΡΑΔΥΝΗ, ΕΘΝΟΣ, ΕΛΕΥΘΕΡΟΣ, ΕΛΕΥΘΕΡΟΣ ΤΥΠΟΣ, ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ, ΕΞΠΡΕΣ, ΕΣΤΙΑ, Η ΑΠΟΦΑΣΗ, Η ΠΡΑΣΙΝΗ, ΗΜΕΡΗΣΙΑ, ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΟΣ ΑΔΕΣΜΕΥΤΟΣ, ΝΕΑ ΠΡΟΟΠΤΙΚΗ, ΤΑ ΝΕΑ, ΤΟ ΒΗΜΑ, ΤΟ ΠΑΡΟΝ, ΤΟ ΠΟΝΤΙΚΙ. Δελτίο τύπου στείλαμε και στο επίσημο portal της ESA Greece που ανάρτησε την είδηση: Επιπλέον στείλαμε δελτίο τύπου στον Elon Musk και την SpaceX για να ενταχθούν στους χορηγούς μας. Παράλληλα δραστηριοποιηθήκαμε στα Social Media αλλά και στο διαδίκτυο γενικότερα όπως φαίνεται παρακάτω. Α. Website B. Facebook page. Γ. Instagram Δ.Twitter Ε. Youtube CanSat in Greece #launching_your_dreams

38 5 ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ Χαρακτηριστικά Μέτρηση (μονάδα) Ύψος του CanSat (mm) 115 mm Μάζα του CanSat (g) 330 g Διάμετρος του CanSat (mm) 66 mm Μήκος του συστήματος ανάκτησης (mm) 450 mm Προγραμματισμένος χρόνος πτήσης (s) 125 s Υπολογισμένη ταχύτητα καθόδου (m/s) 8 m/s Χρησιμοποιούμενη Ραδιοσυχνότητα (hz) Ενεργειακή κατανάλωση (wh) 433 MHz 50mA για το Arduino Η κάμερα έχει δική της τροφοδοσία. Συνολικό κόστος ( ) 220,89 Εκ μέρους της ομάδας επιβεβαιώνω ότι το CanSat μας πληροί όλες τις προδιαγραφές οι οποίες θεσπίστηκαν για τον διαγωνισμό CanSat in Greece 2018 στις επίσημες Οδηγίες Συμμετοχής. Υπογραφή, τόπος, ημερομηνία Σ. Τσαντίλας Πειραιάς, 25/3/2018 CanSat in Greece #launching_your_dreams