Universidad Tecnológica de Puebla
PROYECTO DRONE-FIRE
PRESENTA:
Guadalu!e M$C%&R'#"C% "#G$#"$R"% Castillo Román Humberto Javier Onofre Piedras Mario Ordoñez Gutiérrez Cesar Oswaldo Vargas González Jonatan
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Índice DIAGNÓSTICO DE NECESIDADES.............. NECESIDADES.................................. ........................................ ................................................... ............................... 3 Introducción Introducción al probl!a.................... probl!a....................................... ....................................... ...................................... ................................ ................ ..3 3 "u # $a $c$o $a#ta a$ora.................................... a$ora................................................................................ .................................................. ...... 3 O%&ETI'OS..................... O%&ETI'OS......................................... ........................................ ....................................... ....................................... ....................................... ................... 3 A(CANSE DE( PRO)ECTO............. PRO)ECTO................................ ....................................... ............................................................... ........................................... * Solucion# + lcción.............................. lcción................................................. ....................................... .................................................. .............................. * P(ANEACIÓN DE( PRO)ECTO............... PRO)ECTO................................... ................................................................. ....................................................... .......... , GESTIÓN DE( PRO)ECTO........... PRO)ECTO............................... ....................................... ....................................... ........................................ .......................... ...... El!nto# Dl Si#t!a............................. Si#t!a................................................. ....................................... ...................................... ............................ ......... %lou d control......................... control............................................. ........................................ ....................................... ..................................... .................. %lou d /ulo.................................... /ulo........................................................ ....................................... ........................................ ........................... ...... 11 %lou d #tación ba#.......................................... ba#.............................................................. ............................................... ........................... 10 2NCIONAIENTO............... 2NCIONAIENTO................................... ....................................... ....................................... ........................................ ............................ ........ 1, DIAGRAA DIAGRAA DE %(O"2ES.................. %(O"2ES...................................... ....................................... ............................................. ................................... ......... 1DIAGRAA DIAGRAA DE 4ARD5ARE 4ARD5ARE DE( DRONE............................ DRONE............................................................ ......................................... ......... 1DIAGRAA DIAGRAA DE SOT5ARE SOT5ARE DE( DRONE............................... DRONE........................................................... ....................................... ........... 66 CIRC2ITO CIRC2ITO CARGADOR PARA (A ESTACION ESTACION %ASE.................................... %ASE.................................................. ................. ...63 63 COPORT COPORTAIENTO DE (OS ROTORES SEG2N S2 'E(OCIDAD............................. 'E(OCIDAD................................67 ...67 (ISTA (ISTA DE ATERIA(ES.. ATERIA(ES...................... ........................................ ........................................ .................................................. ................................ 6* (IITACIONES... (IITACIONES...................... ....................................... ........................................ ........................................ ........................................ .............................. .......... 60
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DIAGNÓSTICO DE NECESIDADES Introducción al problema
Los graves daños que producen los incendios forestales así como la gran dimensión social alcanzada por los mismos, han supuesto que las Administraciones públicas con competencia en esta materia estén dedicando importantes recursos económicos a la prevención lucha contra el fuego a remediar sus negativas consecuencias! "n incendio forestal puede producir una perdida medio ambiental irreparable, puede producir pérdidas humanas, un gran gasto económico así como el desalo#o de pueblos enteros por la llegada del incendio! Que se ha hecho hasta ahora
$odos los dispositivos de e%tinción de incendios forestales cuentan con numerosos modernos medios tanto terrestres como aéreos para la realización de las tareas de lucha contra el fuego, por lo que cada vez se hace m&s necesario la aplicación de nuevas tecnologías que optimicen la utilización de tales medios, auden a la toma de decisiones por parte de los responsables de la lucha contra el fuego, permitan evaluar las consecuencias de los incendios sobre las &reas quemadas su m&s adecuada restauración! 'n este sentido la (onse#ería de )edio Ambiente, a través del *lan +-.(A, cuen ta con una organización, unas instalaciones unos medios, que han permitido desarrollar numerosas aplicaciones basadas en estas nuevas tecnologías, valiéndose para ello de sus propios medios, de convenios con "niversidades (entros de +nvestigación, de la colaboración de empresas especializadas, así como de las aportaciones del )inisterio de )edio Ambiente! 'ntre estas aplicaciones pueden citarse las siguientes/ La detección autom&tica de incendios forestales, mediante la utilización de c&maras de raos infrarro#os colocadas sobre observatorios fi#os en el conocido como 01istema 2osque0, del que e%isten seis instalaciones en Andalucía, o situadas a bordo de minisatélites en el denominado 0*rograma -uego0 en fase de e%perimentación! 'l empleo de im&genes de satélite para estimar el riesgo por el estrés hídrico de la vegetación o la evaluación de los daños causados por el fuego a la vegetación! La medición durante el incendio, de &reas quemadas por el fuego, por medio del 01istema 1AL'+-0, basado en el vuelo de un helicóptero provisto de un ordenador con 3*1! La simulación de la posible evolución del incendio con el 0*rograma (A45+0 basado en la utilización de sistemas de información geogr&fica! OBJETIVOS 'l ob#etivo de este proecto es dar un paso m&s en la auda predicción de los incendios forestales! A través de los medios actuales, cuando se produce un foco de incendio es posible ser detectado! 'l problema reside en que los costes materiales humanos puede 3
ser mu elevado debido a que al avistarse un foco de incendio, un grupo de guardas forestales o bomberos han de desplazarse a la zona para ver el alcance del incendio o bien para ver si es una falsa alarma !
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ALCANSE DEL PROYECTO Soluciones y elección
'l sistema propuesto se basa en un 54.'! "n 54.' es un vehículo aéreo no tripulado utilizado cada vez con m&s frecuencia en multitud de tareas! 'l sistema consiste en la instalación de unas pequeñas bases terrestres colocadas estratégicamente por todo el &rea que se quiere controlar o proteger, donde los 54.' estar&n a la espera de que cualquier persona autorizada ordene su despegue lo diri#a hacia una zona 6en peligro7! Los 54.' del mercado funcionan en general con tecnología inal&mbrica o 8ifi! 'sto tiene el inconveniente del reducido alcance de manipulación en zonas que por lo normal son zonas mu e%tensas! *ara este proecto se ha decidido crear un 54.' capaz de ser manipulado por cualquier persona desde cualquier distancia! 1e ha decidido controlarlo a través de la red móvil 3*41! 5e este modo desde cualquier parte del mundo a un ba#o precio un centro nacional de incendio, guarda forestal o cuerpo de bombero podría controlarlo con el simple uso de un *(, teléfono móvil o $ablet! 'n la foto siguiente se puede ver una demostración de como se manipularía el 54.' mediante un simple i*hone! 'n su pantalla podemos ver las coordenada geogr&fica a la que mira el 54.', las coordenadas 3*1 donde est& el 54.', la temperatura a la que est& sometido el ambiente! $ambién podemos ver en la parte de aba#o de la pantalla los botones principales de funcionamiento como puede ser el botón de activar la grabación de la c&mara, el zoom de ella el botón de 9ome, que indicar& al 54.' que regrese a la base de forma autom&tica! *ara manipular el 54.', lo haremos desplazando el dedo por la pantalla o bien moviendo el i*hone utilizando el sensor de giro de este!
*
'l 54.' cuenta con una c&mara para que la persona que la controle sea capaz de inspeccionar en todo momento la zona por donde se mueve el 54.'! 'sta c&mara emitir& el video vía streaming por internet! .tro aspecto importante es la base del 54.'! *ara el desarrollo de esta se ha optado por construir una base alimentada por unas placas solares unas baterías de tal forma que el 54.' pueda recargarse autom&ticamente después de una misión así reducir el coste de mantenimiento! $ambién se ha decidido incluir al 54.' con un pequeño altavoz un micrófono para que también pueda servir para dar posibles avisos u órdenes a cualquier persona, bien porque se ha perdido no se pudiera comunicar con nadie o bien para comunicar la situación del incendio a los agentes de e%tinción del incendio! 'l sistema cuenta adem&s de un sistema de posicionamiento 3*1 para que la persona que controla a distancia al 54.' sepa en todo momento donde se encuentra este por consiguiente saber donde est& el peligro! .tra utilidad importante del 3*1 es que si en cualquier momento el 54.' pierde la cone%ión 3*41 este pueda terminar su misión volver a la base de forma autónoma! "na vez allí recuperada la cone%ión este enviaría los datos, fotos o videos por sí mismo recargaría sus baterías!
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PLANEA CIÓN DEL PROYECTO
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GESTIÓN DEL PROYECTO Elementos Del Sistema
'n el sistema 54.':-+4' podemos distinguir tres bloques! 'l bloque de (ontrol! 'l bloque de ;uelo! 'l bloque de la 'stación 2ase! Bloque de control
A45"+. )'3A 'l sistema principal cerebro del proecto es el Arduino )ega <=>?! 'ste es una placa electrónica basada en el microprocesador Atmega<=>?! Lleva =@ entradassalidas digitales B@ de estas pueden utilizarse para salidas *8) C)odulación por ancho de pulsosD! Adem&s lleva B> entradas analógicas, "A4$s Cpuertas serialesD, un oscilador de B>)9z, una cone%ión "12, un conector de alimentación, un header +(1* C*rogramador 1erieD un pulsador para el reset! 1e ha decidido por este microcontrolador por su gran versatilidad el el gran número de entradassalidas de las que dispone! 3racias a ellas, adem&s de poder controlar toda la instrumentación que controla es posible en un futuro ampliar sus prestaciones!
'specificaciones/ )icroprocesador $ensión operative $ensión de alimentación CrecomendadoD $ensión de alimentación ClimitesD 'ntradas1alidas 5igitales )&%ima c!c! para las entradas )&%ima c!c! para los pins )emoria -lash 14A) ''*4.) ;elocidad del 4elo#
A$mega<=>? =; E:B<; >: G2 Cel bootloader usa H G2D H G2 @ G2 B> )9z
,
F33*41 19+'L5 *A4A A45"+. CF3 I 3*1D I A"5+.;+5'. G+$ 'ste shield para Arduino, bastante completa para nuestros propósitos, permite la conectividad con 8(5)A de alta velocidad redes de telefonía móvil 91*A con el fin de hacer posible la conectividad a internet del 54.'! 'l módulo también cuenta con un 3*1 interno lo que permite la ubicación del dispositivo en el e%terior! 'l 1hield adem&s cuenta con una entrada de video una entrada salida de audio!
(ompatibilidad con 4edes/ 3*1 )odem (omunicaciones
;ideo Audio Almacenamiento
8(5)A 91*A F3 3*1 $raba#a como un modem F3 CE!<)bps de descarga =!=)bps de subida! (one%ión Jeb directa 9$$*9$$*1 1ubida ba#ada de archivos vía -$*-$*1 'nvío recepción de email vía (&mara de ;ideo de C>@?%@H?D para 'ntrada de micrófono salida de altavoz (ompresión de archivos de Audio $ar#eta 15 F< 32
)+(4.15 <32 (A45 'n la tar#eta )icro1d del 54.' contiene información relativa del softJare de funcionamiento del aparato guarda todos los datos de la misión como puede ser fotos, videos, etc! -
's una parte mu importante del 54.' a que si perdiera la cone%ión con el emisor, este no podría enviar los datos! 1i esto sucediese todos los datos quedarían guardados en la tar#eta hasta que se restableciera la señal 3*41, este por sí mismo enviaría la información!
'L'($4'$ )+(4.*9.' La misión es comunicarse por medio de voz con equipos de e%tinción de incendio o personas pérdidas o desorientadas en los bosques o &reas de influencia!
;3A 1'1.4 (A)'4A ).5"L' 'l modulo del sensor de c&mara ;3A con una resolución de >@?%@H? es suficiente para poder apreciar el alcance del siniestro!
Bloque de vuelo
A$'A 3*1 'K$'4A La antena 3*1 e%terna est& especialmente diseñada para una perfecta recepción de la señal del 3*1!
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-recuencia +mpedancia *olarización 3anancia ;184 ;olta#e (orriente *otencia Cm&%!D (onector $amaño $emperatura de funcionamiento
3*1 B=E=!@< )9z =? .hms 49(* <>d2 at F;,
A('L'4.)'$4. A5KLFF=:F'N'1 'l A5KLF== es un acelerómetro de tres e#es con mu ba#o ruido un consumo de corriente de solo F;5(!
3+4.1(.*+. (. $4+*L' 'N' 5+3+$AL +$3:F bits CA5(D para la digitalización de las salidas del giroscopio , un ancho de banda del filtro de paso ba#o interno seleccionable por el usuario! Las características adicionales incluen un sensor de temperatura incorporado un oscilador interno de precisión del
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'specificaciones/ -recuencia ;olta#e (orriente (orriente en espera 1alida del 1ensor de $emperatura $amaño $emperatura de funcionamiento
FH o BP!<)9z ; >!=mA =QA 5igital BE!EH % BF!PE mm :@?M(to IH=M(
).5"L. (.)*A11 9)(:>F=< 1e trata de una brú#ula digital! $iene la capacidad de indicarnos hacia donde nos dirigimos o como estamos orientado en un momento dado! -recuencia de Actualización ;olta#e 4esolución (orriente de suministro
B a
'1$4"($"4A 5' -+24A 5' (A42.. ==?mm La estructura est& hecha a mano en fibra de carbono de alta calidad! 1us principales características son/ *eso Ancho
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).$.4'1 *A4A LA *4.*.L1+.
H?? rpmv = g!
2A$'4+A zipp flightma% F??? mah FsBp
2atería especialmente fabricada para proporcionarnos la potencia requerida a un peso mu reducido! 'specificaciones/ (apacidad ;olta#e *eso 5imensiones
F??? mAh F (eldas BB!B;
(.$4.LA5.4 5' ;'L.(+5A5 24"19L'4 '1(<:@s F?amp 's un controlador de velocidad con una gran relación calidad precio! 5iseñado para una instalación sencilla una f&cil configuración! (uenta con una respuesta al acelerador lineal pero mu suave, sin sacrificar una respuesta r&pida nítida, a cualquier entrada del acelerador! 'specificaciones/ +ntensidad (onstante ;olta#e de entrada )a% rpm 1alida *eso
F?A <:@ celdas Lipol <@?!??? rpm =,=;@A
9'L+('1 *4.*"L1.4'1 B?%@!=' 17
3racias al material de nlon utilizados en la construcción de estos propulsores ofrecen un maor rendimiento eficiencia que las hace perfectas para su proecto multi:rotor! 'stos apoos B?%@!= pulgadas son increíblemente rígido en comparación con otras hélices pl&sticas disponibles est&n moldeados con precisión desde la f&brica para garantizar un equilibrio óptimo! 'specificaciones/ 5iametro *eso
<=,@ cm B< g!
Bloque de estación base
*LA(A1 1.LA4'1 B
'specificaciones/ 1*
*eso *otencia $ensión ominal $ensión ;.( (orriente minima )edidas e%teriors
<@?? grm BHJ B<; BH; B???mA >@?%
4'3"LA5.4 1.LA4 B
:B?T( a @?T( ==8 C@AD BF,H; B<; F mA B< g!
2A$'4+A B<;
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FUNCIN!"IEN#
*ara e%plicar el funcionamiento del 54.':-+4' lo realizaré e%plicando basicamente cada componente! (omo en todo proecto comple#o el primer componente es el microcontrolador, en este caso el A$mega<=>?! 'ste microprocesador es el cerebro de la placa de código abierto de Arduino, encargado de procesar todos los datos proveniente del usuario sensores, de hacer volar al 54.'! .tro componente mu importante en este proecto es la 1hield F33*41 que se encarga basícamenete de F cosas/ La primera es la de comunicarse con la placa Arduino ampliando las posibilidades de este! La shield F33*41 convierte al arduino basicamente en un dispositivo con acceso a internet para que un usuario desde cualquier parte del mundo pueda acceder a el, dandole las ordenes de vuelo recuperando la información del estado del posible incendio a traves de la camara de video que incorpora! La segunda es la de posicionar globalmente al 54.+5 por medio del 3*1 interno que dispone! U la tercera última es la de hacer que el usuario pueda comunicarse con cualquier persona por medio de audio a traves del 54.'! *ara controlar el vuelo del 54.' disponemos de la tar#eta 3ro +$3:FF=< se encarga de decir como si fuese una bru#ula tradicional, hacia que punto geogr&fico est& volando el 54.'! $odos estos datos son procesados por el Arduino que a su vez manda al (ontrol de ;elocidad de cada motor la orden para hacerlos girar a m&s o menos revoluciones según le intere en un momento dado siguiendo el plan de vuelo establecido por el usuario! *ara el diseño del 54.', se ha mirado al m&%imo el peso de cada componente para que los motores puedan proporcionar el empu#e necesario para elevar dirigir al 54.'! (ada motor tiene una fuerza de empu#e de B,
U por último, no menos importante es el softJare de manipulación por el usuario! )ediante este softJare, el usuario podr& mane#ar el 54.' a distancia desde internet! DI!$%!"! DE B&QUES DI!$%!"! DE '!%D(!%E DE& D%NE
aD (one%ión general
bD ;ista general de cone%iones/ 1,
bD ;ista desde la placa 1hield F3 una vez insertada en el Arduino 1-
DI!$%!"! DE SF#(!%E DE& D%NE
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CI%CUI# C!%$!D% )!%! &! ES#!CIN B!SE
3racias a las baterías de la estación base cargadas ininterrumpidamente por las placas solares, se podr& tener al 54.' siempre operativo sin ningún mantenimiento!
'l circuito siguiente muestra el sistema de carga!
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C")%#!"IEN# DE &S %#%ES SE$UN SU *E&CID!D+
'l movimiento del 54.' depender& como es evidente de la velocidad a la que gira sus motores del motor que esta girando en un momento dado! La configuración escogida es la configuración en cruz! 'n los siguientes dibu#os podemos observar como se comporta el 54.' según las velocidades de giros de los motores!
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&IS#! DE "!#E%I!&ES
CONCEPTO
2NIDADE PRECIO2NID
Arduino EGA 6*09
1
71;99 $
3GGPRS #$ild para Arduino =3G > GPS?
1
17-;99 <
17-;99 <
1 1 1 1 1 1 1
16;99 < 1;99 < *.3 61. 13;99 16;99 61.
16;99 < 1;99 < *.33 61;-9 13;99 16;99 61;-9
icroSD 6Gb icrop$on Spa@r , o$!io# 65 %atra 11.1' 6699 Antna GPS 'GA Sn#or Ca!ra Aclró!tro odulo COPAS 4C03*6 Giro#copo ITG3699 E#tructura d ibra d OTOR NT Prop Dri/ 6,39S ,99' 3995 %ATERIA PARA E( dron IPP) liF$t!a Control d /locidad TurniF+ ulti#tar 39 A ultirotor %ru#$l## ESC 4Hlic# 197.*E %atra 16 / para la #tación odulo SO(AR 16' RFulador Solar 16' 7A
TOTA( 71;99 <
1
37.-
37;-*
1
6-.-
6-;-*
1
*7.7
;*7;7-
7
1*.6 -
01;10
1
17. 7
17;79
7
16.-
*1;-0
1
3.*
1
3;*7
**;99
**;99
3
19*.,9
318;79
1
6*. 8
6*;89
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LIMITACIONES
(ompras un nuevo flamante dron, lo sacas de la ca#a decides probarlo en la plaza de tu pueblo! ., aún peor, en una plaa repleta de gente! V'rrorW 'st&s infringiendo la normativa vigente podrías llevarte una importante multa! 1i bien en 'spaña tan sólo e%iste una regulación nacional específica para el uso profesional comercial de estas aeronaves no tripuladas con control remoto, el uso de drones con fines recreativos también debe cumplir unas lees m&s generales pero también importantes! Al ver que cada vez es m&s común el uso de este tipo de dispositivos con fines deportivos o de recreo, desde la Agencia 'statal de 1eguridad Aérea CA'1AD, organismo que depende del )inisterio de -omento, han publicado una serie de recomendaciones con el fin de convencer a la gente de que 0los drones no son #uguetes, son aeronaves0! XYué recomiendan e%actamente de qué legislación parten para elloZ Lo vemos a continuación! Las recomendaciones de la A'1A Aesa 'l documento, que puedes consultar aquí en versión pdf, recoge varias recomendaciones recordatorios/ 1iempre tenerlo a la vista no superar los B
XYué dice la Le sobre drones para recreoZ ;ale, pero Xde dónde vienen estas recomendacionesZ X'n qué lees se fundamentanZ 'n primer lugar est& la Le BH
normativa específica que regule las distintas actividades aeron&uticas de las e%enciones para operaciones especiales! XYué quieren decir con 0aglomeraciones0Z La legislación europea C1'4AD de la que se adapta el artículo nos da m&s pistas, pero b&sicamente estaríamos hablando no solo de zonas urbanas, sino también de otras localizaciones o eventos en los que e%ista un grupo de gente aunque sea 0al aire libre0/ 1'4A FB?=/ '%cepto cuando sea necesario para despegar o aterrizar, o cuando se tenga permiso de la autoridad competente, las aeronaves no volar&n sobre aglomeraciones de edificios en ciudades, pueblos o lugares habitados, o sobre una reunión de personas al aire libre, a menos que se vuele a una altura que permita, en caso de emergencia, efectuar un aterriza#e sin peligro e%cesivo para las personas o la propiedad que se encuentren en la superficie! \!!!] 9ace unos meses, la A'1A respondía a las consultas de los ciudadanos e%plicando por las normas a seguir para el uso recreativo de su dron decía que era necesario cumplir el punto
A'1A! Ua vimos, por e#emplo, como *amplona blindaba 1an -ermín contra los drones! (onsulta lo que dice tu comunidad tu auntamiento! XU dentro de un espacio cerradoZ Ahí las lees no se aplicarían al no ser parte del espacio aéreo no habría problemas!!! siempre que sea cerrado de verdad Cun estadio con el techo abierto no cuentaD que se tenga permiso de sus dueños/ 0Los recintos completamente cerrados Cun pabellón industrial o deportivo, un centro de convenciones, un domicilio particular, etc!D no est&n su#etos a la #urisdicción de A'1A, al no formar parte del espacio aéreo! Los titulares de esos recintos pueden decidir si autorizan el vuelo de drones en su interior en qué condiciones0! *or último, e%isten otras lees que debes tener en cuenta, es que al fin al cabo tú eres el responsable de lo que haga tu dron de los daños que éste pueda causar! o sólo eso/ si captas im&genes o recoges información, debes respetar la Le de *rotección de 5atos, aunque ésta sea de difícil cumplimiento en muchos casos Cpor e#emplo, Xcómo puede alguien solicitar que borres im&genes que haas tomado de élZD! 5e ahí a que la "nión 'uropea esté poniendo especial interés en regular el uso de este tipo de dispositivos aéreos todo lo que les rodea!
6,
