Capteurs

Les capteurs choisis ont été indiqués en gras. GPS1 fonctionne en variable entre 2.7 et 3.6V, P1 en 5V, P2 en variable aux alentours de 3V. Probablement qu'un régulateur 3.3V ne sera pas nécessaire si on utilise des piles fournissant 3V, mais un 5V oui, pour les capteurs du moins. Si une batterie LiPo est utilisée, il faudra un peu abaisser sa tension pour utiliser les capteurs, et toujours l'augmenter pour P1.

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 :

• CAPTEUR GPS1 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 :

• CAPTEUR P1 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 (1.8 - 3.6V, 32µA en haute résolution 19 bits, -40 à +85°C), chez un revendeur français du breakout d'Adafruit (régulé, alimentation entre 3 et 5V) par exemple (12 EUR). Équivalent chez Sparkfun non régulé, donc 1.8 - 3.6V, et en France chez Conrad ! (13 EUR). Contient un thermomètre précis à +/- 2K.
• 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.

CAPTEUR P2 Un deuxième capteur pourra être choisi pour fournir une 3e source de données d'altitude, ce qui permettrait d'avoir une redondance et de comparer les différentes caractéristiques de 3 altimètres assez différents. Donc un capteur numérique n'est pas à exclure, basé sur le LPS331AP ou le BMP180, selon la disponibilité en France.

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

Température

Les capteurs de GPS (mais pas CAPTEUR GPS1) et de pression (CAPTEUR P2) embarquent généralement déjà un capteur de température pour compenser leurs fréquences ou valeurs. Un capteur supplémentaire pourrait être placé à l'extérieur de la nacelle, mais il faut qu'il puisse supporter une plage de température entre -60 et +30°C, ce qui est assez rare.

Nous avons à notre disposition des capteurs de température analogiques et probablement d'humidité aussi, provenant du ballon Kiwi trouvé, mais je (Vincent) ne sais pas les distinguer ou les identifier, et donc pas les réutiliser.

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 standards. Voir ce lien pour plus d'infos.

Graeme a acheté et monté deux capteurs Dallas DS18B20, 1-Wire protocol, plage de température : -55 à +125°C, ce qui est très bien pour nous ! Un est monté sur la carte arduino (CAPTEUR T1) et permettra de comparer la température interne à un éventuel CAPTEUR T3 intégré à P2 par exemple ; l'autre est monté sur une breakout board au bout d'un câble de 40cm (CAPTEUR T2) et pourra être monté à l'extérieur. Des exemples de code et de la documentation sur le montage et le protocole de T1 et T2 sont disponibles sur le site Arduino.

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). Une autre solution est offerte si nous avons un régulateur réhausseur de tension, voir la page Ordinateur de bord. D'après Graeme, l'Arduino a un régulateur interne qui permet de faire une mesure de tension !

Il existe un capteur de rayonnement UV, à 12 EUR environ, dispo chez HT.

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.