Capteurs

GPS

Les modules de systèmes de navigation par satellites américains, GPS, sont les plus faciles à trouver et les moins chers. On commence à trouver des modules qui intègrent aussi les satellites russes (GLONASS) pour avoir une meilleure résolution. Le problème principal des modules GPS est qu'ils sont bridés par les lois d'export des USA, et qu'on ne peut pas s'en servir à une altitude de plus de 18km ou à une vitesse de plus de 1900km/h (voir les détails). Heureusement il existe des modules qui n'ont que la limite de vitesse et pas d'altitude, ou qui ont une limite un peu plus haute, justement pour les ballons :

• Le module uBLOX MAX-7 avec une limite à 50km, fait par les amateurs pour les amateurs, voir les autres modules du site aussi. Des cartes de montage (breakout board) existent sur le même site, avec différentes options d'antennes, et le module uBlox déjà monté.
  • MAX-7Q: 2.7V à 3.6V (le modèle 7C peut descendre jusqu'à 1.65V), I2C, multi-GNSS (GPS, GLONASS, Galileo, QZSS and SBAS) engine, 5mA @ 1Hz, 22mA en recherche.
• Le module MTK3339, monté par exemple sur l'adafruit Ultimate GPS breakout, indiqué pour avoir fonctionné à 27km d'altitude
• Le module Venus638FLPx, qui a l'air de fonctionner à 21km au moins, ici sur une carte sparkfun avec branchement pour antenne et mémoire
• Et enfin LA liste des modules qui fonctionnent au dessus de 60'000 pieds.

Pression

La plupart des capteurs à bas coût actuels ont une plage de lecture de 300 à 1100hPa environ, soit du niveau de la mer à 9000m d'altitude. Ils fonctionnent cependant plus haut, mais avec une erreur de plusieurs centaines de mètres dans l'altitude calculée, comme testé ici sur le BMP085. Pour avoir de la précision à haute altitude, il faudrait un capteur qui soit précis aussi bas que 5 hPa (ou mbar).

Liste de capteurs disponibles :

• Nous pouvons récupérer un capteur de pression du ballon Kiwi, de type mécanique et analogique, dans ce genre mais probablement en absolu (ses caractéristiques à déterminer). Fait amusant: il était monté dans une cage de Faraday, pourquoi ?
• Le Bosch BMP085 de 300 à 1100hPa (MEMS, I2C) était le plus connu mais maintenant en fin de vie. Exemple d'utilisation avec Arduino: wiki d'electrolab. On trouve maintenant son remplaçant, le BMP180, chez un revendeur français du breakout d'Adafruit par exemple (12 EUR). Équivalent chez Sparkfun.
• Le ST LPS331AP de 260 à 1260hPa (MEMS), disponible ici monté sur une carte. Alimentation de 1.71V à 3.6 V, SPI ou I2C, 30 μA en haute résolution 24 bits.
• Une piste pour les basses pressions : les capteurs Honeywell mécaniques à microstructure mesurent des pressions de 0 à 1atm :
  • ASDXACX015PA7A5 2% full scale accuracy, 5V 6mA, numérique, 0°C compensated minimum, -20°C operating minimum, environ $30.
  • SSCDANN015PAAA5 2% full scale accuracy, 5V 2mA ou 3.3V 1.6mA, analogique, -20°C minimum compensated, -40°C operating minimum, environ $30. Exemple d'application HAB.

Un lien intéressant sur les sources d'erreurs des altimètres à pression.

Température

Les capteurs de GPS et de pression embarquent généralement déjà un capteur de température pour compenser leurs fréquences ou valeurs.

Nous avons à notre disposition des capteurs de température analogiques et probablement d'humidité aussi, provenant du ballon Kiwi trouvé.

Sinon voici un exemple de capteur et sa carte, sur sparkfun, capteur TMP102. Plage de température: -25 à 85°C, précis à 0.5°C, I2C, tension de 1.4V à 3.6V, 10µA.

Le modèle d'atmosphère standard donne une température de l'air à -56°C minimum pendant l'ascension, valeur donnée pour une température au niveau de la mer de 15°C, et le modèle calcule les valeurs de température en additionnant la différence entre la température réelle et 15 aux valeurs standard. Voir ce lien pour plus d'infos.

Autres

Il serait intéressant d'avoir la tension de la batterie parmi les informations disponibles. Il faut une tension de référence supérieure à la tension à mesurer, et stable, il me semble, donc c'est un peu embêtant, mais faisable avec 2 piles bouton CR2032 par exemple (2×3V).

Doit-on enregistrer les accélérations ? Un simple accéléromètre ferait l'affaire, ça ne coute presque rien.

Une centrale inertielle 10 axes pour calculer les vitesses locales et l'altitude, si on veut vraiment plein de capteurs.