Flug-sensorik

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Flugobjekte Sensorik


Interessante Messdaten:
Geschwindigkeit
Höhe
Luftdruck
Beschleunigung
Position (GPS)
magnetisches Feld
Luftwerte CO, Ozon, ...
Temperatur


Geschwindigkeit:

Airspeed:
Geschwindigkeit in Verhältniss zur umgebenden Luftmasse. Gibt Aufschluss über die Luftkräfte und den benötigten Schub zur Stabilisierung. Ballon nahezu null da er nur von der umgebenden Luft bewegt wird. Probleme der statische Druck ändert sich mit zusammensetzung der Atmosphäre und ihrer Temperatur
Messmethode:
Staurohr -> Differenzmessung zwischen statischem Druck (Abhängig von der Flughöhe) und dem Staudruck von Luft die Aufgrund der Geschwindigkeit in ein Rohr gedrückt wird.

Groundspeed:
Tatsächliche Fortbewegung relativ zur Erdoberfläche.
Messmethoden: GPS, Time of Flight (für uns eher nicht machbar)


Steiggeschwindigkeit und Höhenbestimmung:
Variometer -> Gemessen wird die Luftdruckdifferenz. Der Luftdruck sinkt mit steigender Höhe und kann dadurch Auskunft über die Steiggeschwindigkeit geben.
Messmethoden:
Analog über Ausgleichsbehälter der verzögert auf den statischen Luftdruck reagiert (muss thermisch komplett isoliert sein, da die Messung sonst von der Temperatur beeinflusst wird); Elektronisch mittels Drucksensor

Links Erklärungen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Fluggeschwindigkeit
http://de.wikipedia.org/wiki/Staurohr
http://de.wikipedia.org/wiki/TOF-Kamera
http://de.wikipedia.org/wiki/Variometer
http://de.wikipedia.org/wiki/Luftdruck
http://de.wikipedia.org/wiki/Barometrische_H%C3%B6henformel

Links Hardware und DIY
http://www.instructables.com/id/GoFly-paraglidinghanglidinggliding-altimeter-v/?ALLSTEPS
http://www.watterott.com/de/Breakout-Board-mit-dem-BMP085-absoluten-Drucksensor
http://store.diydrones.com/Kit_MPXV7002DP_p/kt-mpxv7002dp-01.htm


Beschleunigung:
MEMS Sensoren oder piezoelektrische Messung
Gibt Auskunft über die erzeugten g-Kräfte in bis zu 3 Achsen. Kann Rückschlüsse auf Position und Geschwindigkeit geben.
Und wenns 9,81m/s² sind stürzen wir gerade ab.

Links:
http://www.watterott.com/de/Sensoren/Beschleunigung/3-Achsen



elektronischer Gyroskop
Mittels Gyroskop lässt sich die Lage eines Objekts im Raum feststellen. Künstlicher Horizont.
Der elektronisch Gyroskop gibt seine Lage im Raum aus -> dreht man in um 45° entlang der x-Achse kann dies ausgelesen werden. Durch speichern der letzen Position und kontinuirliches auslesen des Sensors ist immer eine Definition der Lage im Raum möglich. Achtung der Wert ist nicht absolut und muss vor dem Start kalibriert werden -> es wird nur die winkeländerung ausgegeben.

Links:
http://www.watterott.com/de/Sensoren/Gyroskop/3-Achsen



GPS:
Genauigkeit ca. 15 – 5m
Positionsbestimmung, ab 4 Sattelitten auch im 3D Raum möglich
GPS Daten Protokoll -> NMEA Arduino Library

Links:
https://www.sparkfun.com/pages/GPS_Guide
http://www.sparkfun.com/tutorials/169
http://www.arduino.cc/playground/Tutorials/GPS
http://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System




Magnetisches Feld:
Magnetometer Richtungsbestimmung Kompass

Links:
https://www.loveelectronics.co.uk/Tutorials/8/hmc5883l-tutorial-and-arduino-library
http://www.watterott.com/de/Sensoren/Magnetometer-Kompass



Luftwerte CO, Ozon,....:
CO Sensor: https://www.sparkfun.com/products/9403
ab 20ppm blöd zu messen braucht viel Leistung und reagiert auch auf andere Gase
Schaut allgemein eher schwierig aus. Entweder zu ungenau oder zu aufwendig (Ozon). Vielleicht mit Wetterballon Leuten reden.


Temperatur:
Mittels Veränderlichen Widerstand oder Infrarotthermomether (für uns eher ungeeignet in der Luft).
Mein Vorschlag eher schon fertige Sensoren verwenden zwecks Kalibrierung und Verstärkung.

Links
http://www.watterott.com/de/Sensoren/Temperatur
Luftfeuchtigkeit + Temperatur:
http://www.watterott.com/de/Feuchtigkeits-und-Temperatur-Sensor-SHT15-Breakout




Allgemeines zu Sensoren:

Kommunikation:
Fertige Module kommunizieren auf 3 Arten mit dem Mikrocontroller:
SPI: Serial Peripherie Interface
I2C: Auch Serielles Protokoll
Analogwerte

Vor- und Nachteile:
Arduino hat nur 6 Stück 10Bit AnalogDigital Wandler (ADCs). 10 Bit können unter umständen nicht genug sein um die Sensoren genau genug auszulesen zu können. Dafür sehr einfach zum Programmieren.
SPI und I2C sind mit etwas mehr Programmieraufwand verbunden wen noch keine Arduino Library existiert. Ist aber machbar. Genauigkeit hängt nur noch vom Sensor ab.

Kalibrierung:
Achtung manche Sensoren bringen uns überhaupt nichts, da wir sie nicht kalibrieren können. Viele Sensoren werden bereits Vorkalibriert geliefert.

Große Höhe:
Eines der größten Probleme ist, dass die Temperatur sinkt (-50°C bei 10km Höhe). Bei diesen Temperaturen funktionieren viele Sensoren nicht mehr oder Sie sind überhaupt auf Raumtemperatur kalibriert. Des weiteren bin ich mir nicht sicher ob z.Bsp. Ein Arduino bei diesen Temperaturen noch funktioniert -> Geräte beheizen bei zu hoher Flughöhe? -> viel zusätzliches Gewicht.
Manche Geräte kann man natürlich Wärmeisoliert einpacken, aber beim CO-Sensor und Luftdruck bringt das halt nix.


Allgemein Interessante Seiten:
http://store.diydrones.com
http://watterott.com
http://sparkfun.com
http://www.physicalcomputing.at/
http://conrad.at
http://farnell.at
http://reichelt.de
http://rs-components.at