Proyecto CanSat PEU 2018

 Este proyecto se realizó en la competencia de CANSAT organizada por el Programa Espacial Universitario de la Universidad Nacional Autónoma de México. 

Figura 1. CanSat el día de la presentración

El equipo se conformo por Atemoc de la Hoz, Juan Antonio Hernández, José Manuel Ochoa, Raymundo, Jacinto Flores y Daniel García; asesorados por el MI. Cuauhtémoc Funes.

Figura 2. Equipo CanSat Cemanahuatl 2017-2018

FASE 1. INVESTIGACIÓN TEÓRICA.

 En esta primera fase se dividió el trabajo que realizaría el grupo

 1.1 Introducción

Como parte del proyecto se deber´a investigar todo lo relacionado con este para determinar la mejor manera de como se llevara a cabo el proyecto. A cada integrante se le asignara uno o mas temas a investigar con relación a su carrera y el proyecto, este deber´a usar fuentes confiables y subir la información al grupo de Facebook del equipo. 

Es necesario que todos los miembros del equipo lean todos los documentos subidos a dicho grupo. La fecha límite es el 8 de enero del 2018. 

 2. Asignación

 Manuel Ochoa Ing. Eléctrica Electrónica 

Procesos y precios para la realización de circuitos impresos en PCB.

 Cual es el mejor Software libre para el diseño de placas PCB, explicar el porque.

 Normas para el diseño de placas PCB. 

Arduino nano Sensor IMU-GY80 1

 

 Juan Hernández Ing. Mecánica

Desarrollar la propuesta del fluido viscoso para la supervivencia del huevo, si es posible, el peso por unidad cuadrada de dicho fluido, el tipo de resortes que se deben utilizar y el costo. mejor material para la estructura del Cansat y su costo. 

 

Jacinto Flores Ing. Mecánica

Tipo de fibra capaz de amortiguar la caída del huevo y su costo.

 Ecuaciones cinemáticas en la caída libre de un cuerpo.

 

 Raymundo Ing. en Telecomunicaciones 

Modulo Xbee modelo XB24CZ7SIT-004

 Antena dipolo modelo RF-L3dBi con frecuencia a 915 MHz 

Antenas similares Relación de xbee con arduino

 

 Daniel García Ing. Computación

 Procesing o proponer otro Software libre para la interfaz, capaz de leer los datos arrojados por arduino y la xbee. 

Tipo de lenguaje que maneja. 

 

Atemoc de la Hoz Ing. Mecánica 

Mecánica de sólidos, esfuerzos en el cansat antes y después del impacto. 

software libre para el CAD y análisis de la estructura 

Diferentes esfuerzos en la geometría del huevo, determinar la mejor posición en la que deberá estar el huevo para evitar una ruptura.

2. LOGO

 

Nuestro logo se basa en una imagen mesoamericana que representa una flor, el nombre del equipo cemanahuatl provine del nahuatl y significa "universo", con esto queremos dar a entender que el equipo representa el amor por el conocimiento

--------------------DISEÑO CANSAT----------------

 

1. Introducción

En el presente documento se presenta el plan de trabajo que seguir´a el equipo Cemanahuatl en el proyecto de Cansat, organizado por el Programa Espacial Universitario.

 2. Planteamiento del Problema 

Se busca la realización de un ”satélite enlatado”. En un cilindro con capacidad de 355 [ml] debe contener un sistema electrónico con capacidad de recolectar y transmitir datos ambientales, estos datos deberán ser recibidos en un programa realizado por nosotros, así mismo este debe contener un huevo que representa una carga util y debe permanecer intacto después de una caída de aproximadamente 300 [m]. 

3. Objetivos

 3.1. General 

Hacer un satélite capaz de transmitir los datos al instante sin interrupción después del impacto así como un sistema capaz de hacer que el huevo permanezca intacto. Este satélite debe hacerse con el menor costo y peso posible y funcionar de una manera optima. 

3.2. Específicos

Diseñar y desarrollar un programa capaz de recibir los datos arrojados por el cansat. Utilizando software libre.

Realizar el circuito impreso en una o varias PCB utilizando la menor cantidad de cables posibles. Hacer un sistema capaz de amortiguar el golpe y que el huevo resulte intacto después de la caída. Cuidar la estética y la calidad de nuestro producto.

4. Justificación

Se debe destacar la importancia de desarrollar y participar en un proyecto como este, debido a que ser´a una gran experiencia para sus integrantes y ayudara a aplicar y adquirir conocimientos así como complementar su formación como ingenieros, ademas de ser uno de los primeros proyectos del reciente creado Programa Espacial universitario el cual busca colocar a nuestro país en uno de los sectores mas ambiciosos de la ingeniera.

5. Marco de referencia 

El proyecto de Cansat, se ha realizado en muchas partes del mundo, entre los cuales tomaremos algunos como referencia. 

5.1. Estado del Arte 

Tesis de Marco Antonio Olvera López En noviembre del 2014, Marco Antonio Olvera López presento la Tesis ”Diseño, pruebas e implementación de un sistema de adquisición de datos y comunicación inalámbrica para la enseñanza de tecnología espacial”para obtener el grado de maestro en ingenieria en la UNAM. En el cual no muestra su experiencia en la construccion de dos cansat diferentes y en su participación en el concurso de CANSAT Texas. En la presente Tesis se utilizan los componentes electrónicos que seran utilizados en este proyecto.

 CANSAT AAFI RUE En el año 2016 un equipo de la Asociación Aeroespacial de la Facultad de Ingeniera participo en el concurso de Cansat organizado por la Red Universitaria del Espacio, en dicho concurso la carga útil fue un huevo.

CANSAT Siqueiros El proyecto de Cansat Siqueiros fue el representante de la UNAM en el ultimo concurso realizadó en Texas.

 6. Diseño Mecánico

Para el diseño del cuerpo exterior del cansat se selecciono que el material ideal debido a su resistencia era el cartón. Para esto se utilizo un cañón de pirotecnia el cual tiene 3 in de diámetro externo y 6.5 cm de diámetro interno con 13 cm de altura. Para el sistema de amortiguamiento se optó por meter el huevo en una espinillera de futbol cortada por la mitad ya que su geometría y los materiales utilizados nos ayudarán a amortiguar el golpe.

Se realizaron los cálculos correspondientes:

 

 

 Figura 6.1. Cañón de pirotecnia. material cartón.

 

Figura 6.2. Distribución de componentes

7. Diseño electrónico

Componentes del circuito : 

2 módulos XBee modelo: XB24CZ7SIT-004. 

1 interfaces PCB para el XBee. 

1 arduino nano. 2 programadores para XBee. 

7.1. Circuito

 Se cambio el software de diseño de kicad a Fritzing, por practicidad a la hora de hacer el circuito impreso y también es un software libre al igual que kidcad.

 

 Figura 7.1. Circuito Esquemático

Figura 7.2. Circuito distribución en protoboard.

 

 Figura 7.3. Primeras pruebas en protoboard.

 

7.2. Detalles de circuito 

 El circuito en la placa impresa se realizó doble cara para ahorrar espacio y mejor acomodo de los componentes en el CanSat.  

Figura 7.4. Diseño para placa PCB

7.3. Especificaciones del circuito

 Se utilizo una pila de 9 [V] de carbón ya que es la forma mas fácil de alimentar el Arduino que trabaja a 5[V], tiene un regulador de tensión, que básicamente es un componente que convierte el voltaje que con el que tu alimentas la placa (lo recomendado es entre 7 y 12V) a 5V (o 3.3V),en este caso la pila de 9[V] el resto se va por tierra, y de carbón porque también le reduce peso al circuito.

 

 

 Figura 7.5. Configuración de pines.

 

Se aprovecharon las terminales de alimentación de 5[V] y 3.3[V] del Arduino para Xbee y el sensor IMU-GY80 con que son necesarias para el sistema, de esta manera se probo alimentarlos por separado y tener que hacer circuitos divisores de tensión y se ahorro espacio para el CanSat.

 

 Figura 7.6. Placa PCB física realizada con el método de la plancha.

8. Diseño de Software

La estación terrena se hizo con el software de procesing y la conexión con las placas Xbee se realizó con éxito.

Figura 8.1. Monitor serial del IDE arduino mostrando la comunicación con Xbee.

Figura 8.2. Interfaz gráfica final.

9. Diseño de Antena

Se decidió que para fines prácticos debemos diseñar nuestra antena, haciendo uso de una antena tipo parche. Las antenas de tipo parche son antenas planas fabricadas sobre tecnología de circuito impreso. Consiste en un parche muy fino que se coloca a pequeña fracción la longitud de onda sobre un plano de tierra. 

El parche y el plano de tierra son separados por un dieléctrico. Las antenas tipo parche se clasifican según la forma. Las más habituales son los parches rectangulares y circulares. Para diseñar esta antena tipo parche, definimos nuestra frecuencia de resonancia, fo = 2.4GHz para poder calcular las dimensiones de nuestra antena tipo parche.

 

 

Figura 9.1. Parámetros antena tipo parche.

 

Calculamos el ancho con la formula:  

Los datos que teníamos eran: Frecuencia de resonancia: fr=2.4Ghz Constante dieléctrica Er=4.3 Velocidad de la Luz Co=3 × 108 Teniendo en cuenta que la longitud de onda esta dada por la velocidad de la luz entre la frecuencia de resonancia

 

 W=3.839cm 6 Despues determinamos el largo L = 2.89cm Yo= 0.8mm Para x0 ocupamos un valor puy peque˜no xo=1mm Wo = 0.51 Una vez calculados las dimisiones procedimos a hacer la antena

 

 

Figura 9.2. Trazado de pista

 

Figura 9.3. Pista despues de baño en acido.

Figura 9.4. Antena con la conexión

 

Figura 9.5. Conexión de antena a entrada.

10.  Pruebas.

Pruebas Parámetros generales: 

Altura: 10 [m] Espacio utilizado dentro del C: 10 [cm] 

a)Harina Desarrollo El huevo se coloco dentro de una botella de plástico que se corto previamente y se relleno de harina a la mitad. Se cerro la botella con cinta adhesiva. La botella se introdujo en la C. Resultados -Prueba fallida 

b)Harina + Delcron Desarrollo El huevo se introdujo dentro de una botella de plástico cortada con harina en su interior. Se cerro la botella con cinta adhesiva. Finalmente la botella se coloco en la C que contenía Delcron a presión. Resultados -Prueba 1 con éxito -Prueba 2 fallida 

c)Delcron Desarrollo El huevo se introdujo directamente en la C la cual contenía Delcron y se sellaron las entradas con carton. Resultados -Prueba fallida (la prueba con mas daños) 

d)Delcron + botella de plástico Desarrollo El huevo se introdujo dentro de una botella de plástico cortada con Delcron en su interior firmemente apretado. Se cerro la botella con cinta adhesiva. La botella se introdujo en la C con Delcron entre las paredes. Resultados -Prueba 1 con éxito -Prueba 2 fallidas.

 

11. Conclusiones

Las pruebas con éxito presentaban como ventajas la inmovilidad y firmeza que adquiría el huevo con el material de soporte, se consiguió con la harina y el Delcron, sin embargo, solo resistan una prueba, ya que despues de la c´ıda el material de soporte se apretaba y tambien el huevo terminaba mas cerca de la pared.

 Las pruebas con exito nos permitieron observar el comportamiento de cada material de soporte despues de un impacto severo, y logramos concluir que la proteccion que brinda un material dependera de la movilidad que le permita al huevo sin tocar la pared, tambien del tipo de estructura que se tenga en el soporte y la cantidad de material que se utilice en las pruebas.