Sensores 🌎🌡️🧭 - EDAE-Chile/tt-and-c GitHub Wiki

A grandes rasgos, el equipo de sensores está a cargo de:

  • ✅ Establecer los requerimientos técnicos para los sensores del cohete, incluyendo especificaciones para los márgenes de error y tolerancia a distintas condiciones de velocidad, aceleración, temperatura, etc.
  • 📋 Definir, en base a los requerimientos, los sensores que serán utilizados en el cohete
  • 🔌 Asegurar la conectividad de estos sensores al computador de vuelo, e integrarlos con el objetivo de entregar datos "raw" al equipo de integración y rastreo
  • 🔥 Probar los sensores en distintas situaciones para asegurar que estos funcionen correctamente durante el vuelo

El equipo de sensores debe trabajar cercanamente con el equipo de integración y rastreo para asegurar que los datos de los sensores se puedan usar para formar una imagen completa de la posición, orientación y estado del cohete en todo momento. Eventualmente, es posible que ambos equipos se fusionen.

Generalmente hablando, los sensores mínimos que necesitamos son una Unidad de Medición Inercial (IMU, para determinar orientación), un barómetro (para determinar altura) y un sensor de posición (ej. GPS). Es posible agregar sensores de efecto Hall (magnetómetros) para verificar integridad estructural y sensores de temperatura para medir el estado interno del motor, cohete y placa.

Mi primera fuente para esta lista de opciones es r/rocketry, combinado con posts varios de internet y las specs de fabricantes. Una consideración a tener en cuenta es que por la pandemia hubo un shortage enorme de semiconductores y muchos de los sensores comunes dejaron de ser producidos, por lo que todavía es muy difícil encontrar algunos de ellos, e incluso al encontrarlos a veces el tiempo de espera (lead time) es de casi un año.

Una consideración que no he tomado en cuenta es la disponibilidad de breakout boards o conectores tipo I2C que ayuden a conectar todo. Probablemente, no queremos gastar mucho tiempo diseñando PCBs y soldando contactos a mano mientras prototipamos, así que igual es importante.

🧭 Unidad de Movimiento Inercial (IMU)

Casi todas las opciones populares son de Bosch, las más usuales siendo el BNO055 y el BMI088. El primero es 9 grados de libertad (por magnetómetro), mientras que el segundo solo 6. Si bien el primero hace sensor fusion automático, al parecer no integra bien en la clase de aceleración que se usa en cohetería. Por eso se suele recomendar más el BMI088 para estos use-cases porque está diseñado para aplicaciones de alto-rendimiento (como drones).

Otra opción es el MPU-6050 producido por TDK, también 6-DoF, que es popular en r/rocketry para sensor fusion manual. Es el que usa BPS Space.

El BMI088 se vende a 10.523 la unidad en Mouser (sin envío). El MPU-6050 está a 10.151.

🌡️ Barómetro

Hay barómetros de suficiente rendimiento a muy bajo costo, los más populares también son de Bosch (BMP):

  • BMP280 (el más popular, creo que ya tenemos uno)
  • BMP388
  • BMP390
  • LPS22HH
  • MS5607

Para altimetría de precisión, la línea BMP3xx es probablemente la ideal. El BMP388 tiene una precisión de 8 pascals (± 0.5 metros), mientras que el BMP390 tiene precisión de 3 pascales (± 0.25 metros). El clásico BMP280 tiene precisión de 12 pascales (± 1 metro).

Si usamos el barómetro solo para determinar el lanzamiento del paracaídas, puede que la precisión no importe mucho bajo los 5 metros de error.

🌎 Posición

En general se habla de sensores GPS, pero la mayoría de los sensores de posición modernos combinan más de un sistema de posicionamiento, como GNSS, GLONASS, Galileo y BeiDou.

Una consideración importante es que no necesitamos un sensor de posición sin bloqueo COCOM, dado que nuestras velocidades probablemente nunca excedan los 1,900 km/h y no estamos construyendo un misil balístico intercontinental (la última vez que revisé).

Ya tenemos un uBlox Neo 7M, pero no hemos probado su frecuencia de actualización o lag cuando se está en movimiento. En todo caso, la velocidad horizontal del cohete probablemente no cause un problema, además de que la ubicación solo es crítica una vez que el cohete ya aterrizó (o se cayó) en algún lado, por lo que un poco de lag no es un problema.