Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE

1 Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Autor: M.ª Teresa Rodríguez Tabares Tutor: Miguel Ángel Aguirre Echanove Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2018 2 3 Trabajo de Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Autor: M.ª Teresa Rodríguez Tabares Tutor: Miguel Ángel Aguirre Echanove Catedrático de la Universidad Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2018 4 5 Trabajo de Fin de Grado: Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Autor: M.ª Teresa Rodríguez Tabares Tutor: Miguel Ángel Aguirre Echanove El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: El Secretario del Tribunal Sevilla, 2018 6 A mi familia 7 9 Agradecimientos Este proyecto es fiel reflejo de lo que ha supuesto mi paso por la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y de mi participación en el programa de REXUS/BEXUS, que ofrece la Agencia Espacial Europea junto con la Agencia Espacial Sueca y la Agencia Espacial Alemana, con el proyecto SPADE. Antes de empezar a desarrollarlo me gustaría dedicar un momento a todas esas personas que en mayor o menor medida han contribuido en que hoy esté un poco más cerca de ser Ingeniera. En primer lugar, agradecer a mi tutor Miguel todo el apoyo, dedicación y consejos que nos ofreció durante todas las etapas del proyecto, sin su ayuda muchos asuntos se hubieran quedado a medias. Mención especial también a los demás profesores que nos ayudaron en el desarrollo de SPADE, Hipólito, Rogelio y Fernando. A mi familia y sobre todo a mis padres, gracias a su esfuerzo, paciencia y compresión he llegado tan lejos y podré tener la vida que deseo. Ellos creyeron en mi cuando ni yo misma creía, ¡por fin se ve la luz al final del túnel! También agradecer a mis compañeros de batallas y ‘de salas’, aquellos que con una mirada sabían qué decir o hacer para animarme en los días de estudio intensivo, sin ellos este trayecto hubiera tenido más obstáculos. Mencionar a mis compañeros de Alter, Javi, Álvaro y Aintzane, sin sus conocimientos y dedicación incluso cuando no debían, me hubiera perdido entre mosfets y resistencias. Por último, a Diego, por no permitir que me rindiera en ningún momento, sin su apoyo en esta experiencia este trabajo no hubiera sido posible. M.ª Teresa Rodríguez Tabares Sevilla, 2018 16 17 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Frecuencias no permitidas en los experimentos 31! Tabla 2. Especificaciones red ONE GO 34! Tabla 3. Especificaciones del sensor de temperatura 38! Tabla 4. Especificaciones del sensor de CO2 38! Tabla 5. Especificaciones Router DSR-250N 45! Tabla 6. Especificaciones LG G3 46! Tabla 7. Especificaciones interruptores 47! Tabla 8. Especificaciones cable conexión baterías BEXUS 48! Tabla 9. Características convertidores DC/DC 51! Tabla 10. Consumos de los componentes de SPADE 63! Tabla 11. Consumo máximo por cada componente 63! Tabla 12. Presupuesto electrónica de SPADE 78! 18 19 ÍNDICE DE FIGURAS Ilustración 1. Configuración del globo estratosférico. 24! Ilustración 2. Perfil de vuelo 25! Ilustración 3. Set-up del experimento 28! Ilustración 4. Gráficas de temperatura obtenidas por las sondas de BEXUS 29! Ilustración 5. Cambio de condensadores electrolíticos a condensadores de tántalo 30! Ilustración 6. Esquema completo de conexiones de SPADE 33! Ilustración 7. Configuración red estrella ONE GO 34! Ilustración 8. PCB_BASE 35! Ilustración 9. PCB_CMB 36! Ilustración 10. Beaglebone Black 36! Ilustración 11. Dimensiones sensores STHI 37! Ilustración 12. PCB de los sensores STHI 37! Ilustración 13. Sensores STHI 39! Ilustración 14. Sistema completo del detector de protones 39! Ilustración 15. Detector 40! Ilustración 16. Electrónica de lectura del detector 40! Ilustración 17. PCB de alimentación del sistema detector 41! Ilustración 18. Arduino UNO 41! Ilustración 19. Modo de test del detector de protones 42! Ilustración 20. MAX3460ESD+ 42! Ilustración 21. Esquemático PCB Modbus 42! Ilustración 22. Implementación protocolo Modbus 43! Ilustración 23. Respuesta en el osciloscopio 43! Ilustración 24. Router DSR-250N 44! Ilustración 25. PCB router 45! Ilustración 26. LG G3 Modelo de smartphone de SPADE 45! Ilustración 27. Distribución interior unidad central 46! Ilustración 28. Modelo de interruptor 47! Ilustración 29. Protector interruptores 47! Ilustración 30. Modelo de cable Ethernet 48! Ilustración 31. Adaptadores USB-Ethernet 48! Ilustración 32. Modelo cable microUSB-USB 49! Ilustración 33. Abrazaderas para los cables 49! Ilustración 34. Clips para las baterías proporcionadas por ADEVICE 49! Ilustración 35. Dimensiones THN 15-2411 51! 20 Ilustración 36. Dimensiones TEN 30-2412WIN 52! Ilustración 37. Esquemas de conexión para convertidores DC/DC 52! Ilustración 38. Esquemático PCB placa de potencia 53! Ilustración 39. Layout PCB placa de potencia 53! Ilustración 40.Visión 3D de la PCB de la placa de potencia 54! Ilustración 41. Instalaciones y equipos 54! Ilustración 42. Ejemplos PCBs fabricadas para SPADE 54! Ilustración 43. Launchpad de Texas Instrument 55! Ilustración 44. Resistencia cerámica 55! Ilustración 45. MOSFET 56! Ilustración 46. Esquema del sistema térmico 57! Ilustración 47. Esquemático PCB sistema térmico 57! Ilustración 48. Layout PCB sistema térmico 58! Ilustración 49. Visión 3D de la PCB del sistema térmico 58! Ilustración 50. Visión 3D de la PCB del sistema térmico (Vista de planta) 59! Ilustración 51. Baterías de 9V de Saft [8] 62! Ilustración 52. Conector del sistema de potencia de la góndola 62! Ilustración 53. Cargador inalámbrico WCD-100 64! Ilustración 54. Datos de altitud durante la duración del vuelo 65! Ilustración 55. Datos de temperatura durante el vuelo 65! Ilustración 56. Datos recibidos del sensor de CO2 66! Ilustración 57. Temperatura durante toda la vida del sensor 67! Ilustración 58. Distribución de temperaturas durante el vuelo 67! Ilustración 59. Distribución de temperaturas previa al vuelo 68! Ilustración 60. Posición de la góndola antes del lanzamiento 68! Ilustración 61. Distribución de temperaturas después del aterrizaje 69! 21 23 1 INTRODUCCIÓN Este trabajo es un análisis del desarrollo y de la adaptación de todos los componentes electrónicos que formaban parte del proyecto SPADE. No se va a entrar en otros aspectos del proyecto, ya que forman parte de otros TFG de mis compañeros, salvo cuando sea necesario para explicar el desarrollo de algunas placas electrónicas. ¿Pero qué es exactamente SPADE? ¿En qué consiste? SPADE fue un experimento llevado a cabo por un equipo multidisciplinar de estudiantes de ingeniería de la Universidad de Sevilla seleccionado, en diciembre de 2014, para el programa REXUS/BEXUS en la campaña de BEXUS 20/21. El programa REXUS/BEXUS es un acuerdo bilateral entre el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la Junta Nacional Espacial Sueca (SNSB) en colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA) y apoyados por centros europeos relacionados con el sector aeronáutico y espacial (ZARM, EuroLaunch). El experimento SPADE (Smartphone Platform for Acquisition of Data Experiment) pretendía diseñar y construir una plataforma inalámbrica de adquisición de datos basada en hardware comercial. Dicha plataforma consiste en una red de sensores inalámbricos y una unidad de medición con smartphones; esta fue embarcada en un globo estratosférico que ascendió hasta 27 km. de altura. El objetivo de SPADE era analizar el rendimiento de la plataforma en condiciones estratosféricas como primera aproximación para futuras plataformas de sensores inalámbricos embarcadas en misiones de exploración espacial. El resultado del experimento no solo es de gran utilidad para el sector espacial, sino también, por extrapolación, para la industria aeronáutica, comercial y militar. Además de los patrocinadores del programa se contó con el apoyo de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla (US), de la asociación de ingeniería AICIA, de la cátedra Airbus Group de Estudios Aeronáuticos, de la empresa Alter Technology (perteneciente a Tüv Nord Group) y de la empresa de microelectrónica Adevice. Finalmente, tras concluir las distintas etapas de control del proyecto, en las que hubo que defender tanto la idea como el diseño, en octubre de 2015 se produjo la campaña de lanzamiento del globo estratosférico en Kiruna (Suecia), donde se embarcó SPADE. El éxito de la misión recaía en que nuestro experimento comprobara si es posible reemplazar la tecnología espacial por tecnología comercial estudiando la actuación de la plataforma y la precisión de los datos obtenidos. Tanto si el comportamiento era bueno o malo implicaba grandes resultados. En caso de fallo en la obtención de datos se podía probar cuando y en qué condiciones había sucedido. De esta manera este proyecto no tenía en ningún caso un mal resultado y sería un buen punto para empezar a mejorar el diseño de una futura plataforma de sensores inalámbricos para el espacio. El tren de configuración del globo estratosférico [1] en el que fue embarcado el experimento SPADE se muestra en la Ilustración 1, donde los principales elementos eran: góndola, EBASS (sistema de control de vuelo), y globo. 24 Ilustración 1. Configuración del globo estratosférico. Fuente: BEXUS User's Manual, REXUS/BEXUS Organisers [1] El experimento, situado en la góndola, estaba diseñado para funcionar durante todo el vuelo soportando las condiciones externas. El vuelo se dividía en distintas fases que componen el perfil de vuelo como se puede observar en la Ilustración 2: 1. Lanzamiento: mientras se infla con helio el globo, se sujeta la góndola que porta los experimentos con una grúa; cuando se termina de rellenar se suelta para que se inicie la siguiente etapa. 2. Ascenso: la velocidad nominal es de 5 m/s. Esta fase depende de la altitud de flotación estimada y de las variaciones de la velocidad; dura aproximadamente 1.5 horas. 3. Flotación: cuando toda la masa del sistema (localizada principalmente en la góndola) y el gas alcanzan el equilibrio, el ascenso finaliza y comienza la etapa de flotación. La altitud de flotación depende de la masa del sistema y se encuentra aproximadamente entre 25 y 30 km. Esta fase puede durar entre 1 y 5 horas. 4. Corte: en este punto se produce el corte del globo y la góndola empieza a caer en picado. 5. Descenso con paracaídas: poco después del corte se activa el paracaídas, reduciendo la alta velocidad del inicio del descenso; posteriormente se estabiliza cuando ya la góndola se encuentra más cerca del suelo. 6. Impacto: se suele dar con una velocidad de 7 – 8 m/s. El lugar de aterrizaje de la góndola no se conoce con precisión, lo que provoca una pequeña demora en la recogida de los experimentos. 25 Ilustración 2. Perfil de vuelo Fuente: BEXUS User's Manual, REXUS/BEXUS Organisers [1] Cada una de las fases del vuelo tiene características propias y gran importancia; se irán definiendo a lo largo del experimento y serán expuestas más adelante. A continuación, se detallarán algunos de los requisitos tanto funcionales como de diseño a los que iremos dando respuesta a lo largo de este trabajo: Los requisitos funcionales del experimento son: F.1: El experimento debe medir la temperatura fuera de la góndola durante todo el vuelo usando el nodo sensor. F.2: El experimento debe medir la concentración de CO2 fuera de la góndola durante todo el vuelo usando el nodo sensor. F.3: El experimento debe medir partículas de rayos cósmicos durante el vuelo. En cuanto a los requisitos de diseño, se tendrán los siguientes: D.1: Las baterías de los componentes de la red de sensores deben estar calificados para su uso en las condiciones de BEXUS. D.2: Las baterías de los componentes de la red de sensores deben ser recargables o tener la suficiente capacidad como para alimentar al experimento durante los tests pre-vuelo y vuelo. D.3: Los componentes de la red de sensores no deben transmitir en la frecuencia de 2.4 GHz. D.4: El router debe operar según las condiciones de presión de BEXUS. D.5: Los componentes de la red de sensores deben poder operar según el perfil de temperatura de BEXUS. 4 DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS DE SPADE Aunque el experimento conllevaba una gran carga de desarrollo a nivel de software, al usar tecnología low cost se garantizaba una baja probabilidad de sufrir un fallo en el hardware debido al diseño del producto. En este capítulo los requisitos a los que les daremos respuesta serán: F.1: El experimento debe medir la temperatura fuera de la góndola durante todo el vuelo usando el nodo sensor. F.2: El experimento debe medir la concentración de CO2 fuera de la góndola durante todo el vuelo usando el nodo sensor. F.3: El experimento debe medir partículas de rayos cósmicos durante el vuelo. 4.1 Esquema general de interconexiones de toda la electrónica. Como fuente principal de alimentación se usaron las baterías de 28V que proporcionaba la góndola para uso de los equipos y que nos sirvieron para poder alimentar a la unidad central (CU). En el experimento tuvimos la necesidad de incluir el sistema de control térmico en el nodo 2 y en la unidad central. El siguiente esquema muestra el diagrama de conexiones de nuestro experimento. Ilustración 6. Esquema completo de conexiones de SPADE Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE 4.2 Red de sensores inalámbrica La red de sensores inalámbrica (nodos + concentrador ONE GO [2]) fue proporcionada en su totalidad por la empresa ADEVICE para el desarrollo del experimento. ONE GO es un sistema de comunicaciones inalámbricas que permite transportar los valores leídos desde diferentes terminales, que se encuentran repartidas por una instalación, a un punto central donde se pueden consultar y gestionar. El sistema ONE GO se compone de los siguientes elementos: • Terminales de lectura: son los dispositivos que se acoplan a los distintos equipos y almacenan la información relativa a la identificación del equipo, fecha y hora de la medida realizada y su valor. Esta información la manda al concentrador. • Concentradores: son los dispositivos encargados de transportar los datos de los terminales de lectura o repetidores hasta el Servidor. En nuestro caso solo existía un nodo concentrador. La configuración de la red en el experimento corresponde con una red de estrella con los nodos enviando directamente toda la información de los sensores al nodo concentrador (Ilustración 7). Ilustración 7. Configuración red estrella ONE GO Fuente: Manual sistema inalámbrico ONE GO, ADEVICE [2] Las características técnicas se recogen en la siguiente tabla (Tabla 2). Especificaciones ONE GO Frecuencia de transmisión 868/915 MHz Distancia máxima 400 m Lectura Modbus RTU/RS485 Protocolo IEEE 802.15.4 / Red ONE – GO Tasa de datos 20kbps (modulación BPSK) Potencia de transmisión 25mW Sensibilidad del receptor -110 dBm Antena 3 dB Tabla 2. Especificaciones red ONE GO Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE 4.2.1 Nodos (terminales de lectura): Cada nodo disponía de dos PCBs que se distinguían entre PCB_BASE y PCB_CMB. La PCB del nodo concentrador era similar a la de los otros nodos, pero no incluía la interfaz para la comunicación Modbus. - La PCB_BASE y la PCB_CMB formaban parte de la conexión inalámbrica. - La PCB_BASE estaba formada por la interfaz de comunicación Modbus y de pulso y la estación de carga; mientras que la PCB_CMB tenía la unidad de comunicación a 868 MHz bajo el estándar 802.15.4. Características de la PCB_BASE: • Core: Microcontrolador EFM32TG210F32. • Interfaz de programación. • Interfaz con la PCB_CMB: dos conectores para realizar la conexión. • Core-CMB comunicación por UART. • Soporte físico para la PCB_CMB. • Alimentación para la PCB_CMB. • Interfaz RS-485. Ilustración 8. PCB_BASE Fuente: Manual sistema inalámbrico ONE GO, ADEVICE [2]  Características de la PCB_CMB: • Alimentada por el conector CON101. • Radio: Microcontrolador ATXMEGA256A3U // Transceiver: el transceptor usado es AT86RF 212 que trabaja en la banda ISM 863-870MHz y con modulación BPSK con una tasa de datos de 20kpbs. • Reloj en tiempo real RTC ISL1208. • Interfaz de programación. Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Ilustración 9. PCB_CMB Fuente: Manual sistema inalámbrico ONE GO, ADEVICE [2] 4.2.2 Concentrador: El nodo concentrador estaba formado por una PCB comercial (Beaglebone Black); una PCB_CMB (la misma que en el caso de los nodos) y una PCB denominada PCB_CAPE. Esta última es una PCB de adaptación entre la PCB_CMB y la Beaglebone Black. Ilustración 10. Beaglebone Black Fuente: Manual sistema inalámbrico ONE GO, ADEVICE [2] Especificaciones de la PCB Beaglebone Black: • Memoria FLASH: 4GB. • Ethernet: 10/100, RJ45. • Alimentación: vía USB o 5V DC. • Procesador: 1GHz AM3359 Sitara ARM Cortex-A8. Esta PCB incluye un puerto MicroSD donde se introdujo una tarjeta de memoria para almacenar toda la información de los sensores. Además, cuenta con un puerto Ethernet para conectarlo al router directamente. Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Conexiones entre las PCBs En los nodos, la PCB_CMB estaba conectada a la PCB_BASE por la interfaz CMB. La alimentación de las PCBs se hacía por medio de baterías de litio de 3.6V para conectar sus terminales a los conectores de la PCB_BASE. Con respecto al nodo concentrador, la PCB_CMB estaba conectada a la Beaglebone Black mediante la PCB de adaptación (PCB_CAPE). La alimentación de las PCBs se hacía por medio del conector en la Beaglebone Black. 4.2.3 Sensores: Los sensores low cost elegidos para el experimento fueron los STHI, ya que destacaban por su forma compacta, su comunicación por RS-485 y su operatividad en el rango de temperatura de -40ºC a 85ºC. Los modelos que se usaron dentro de la gama existente fueron: - Modelo 150113-T: sensor de temperatura. - Modelo 150113-TH: sensor mixto de temperatura, humedad y CO2. - Modelo 150113-C: sensor CO2. Ilustración 11. Dimensiones sensores STHI Fuente: Manual sensores STHI, RAY Ingeniería Electrónica [3] Las dimensiones de los sensores STHI se muestran en la Ilustración 11. Para todos los sensores eran las mismas dimensiones, solo cambiaba la presencia del sensor de temperatura que salía hacia fuera a modo de antena. 4.2.3.1 Sensor de temperatura y sensor de CO2 La arquitectura interna de los sensores STHI estaba basada en Arduino e incorporaba el microcontrolador ATMega328. Ilustración 12. PCB de los sensores STHI Fuente: Manual sensores STHI, RAY Ingeniería Electrónica [3] Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Para los sensores de temperatura y CO2, debido a que los sensores trabajaban en un rango de 6.5 V a 30 V (según las especificaciones de los sensores), encajaron con las baterias de 9 V que teníamos certificadas para el vuelo. Para medidas de temperatura y de humedad presenta protección IP66, y además protección contra inversión de polaridad inversa, por si ocurría algún problema con las baterías. En las siguientes tablas (Tabla 3 y Tabla 4) se presentan las especificaciones[3] concretas para los sensores de temperatura y CO2. Especificaciones del sensor de temperatura Tipo de sensor DS18B20+ (DALLAS-MAXIM) Interface 1-wire Resolución 0.1ºC Rango de medida -40 a 85ºC Precisión típica ± 0.1ºC Precisión máxima ± 1ºC Grado de protección IP66 Tabla 3. Especificaciones del sensor de temperatura Especificaciones del sensor de CO2 Tipo de sensor CDM8S (SENSE AIR) Tecnología del sensor Infrarrojos Interface SERIAL TTL Resolución 1 ppm Rango de medida 400 ~ 10000ppm Precisión típica ± 0.02%(volumen CO2) ±3%(lectura) Rango de temperatura de operación 0ºC a 50ºC Grado de protección IP40 Tabla 4. Especificaciones del sensor de CO2 4.2.3.2 Sensor de temperatura + CO2 + humedad: (versión de vuelo) Este sensor reemplazó al detector de protones en la versión definitiva de vuelo. Tiene las mismas especificaciones y la misma configuracion de PCB (Ilustración 12) que el sensor de temperatura y CO2, como se ha explicado en el apartado anterior. Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Ilustración 13. Sensores STHI 4.2.3.3 Detector de protones en colaboración con el CNM (Barcelona): (no en la versión de vuelo). Este detector de protones estaba compuesto por 4 PCBs: una PCB con la electrónica de lectura del detector, una PCB con los sensores detectores de las partículas, una de alimentación del sistema y un Arduino UNO. El sistema completo montado sobre soporte (Ilustración 14), tenía unas dimensiones de 12x12 cm2 y un peso de 116 g, sin incluir el peso de las baterías. Ilustración 14. Sistema completo del detector de protones Fuente: Sistema detector SPADE, CNM Barcelona [6] Detector: El sensor se trataba de un diodo de silicio, tipo PiN con 525 µm de espesor y 4 cm2 de superficie. El detector se componía de 4 sensores (1 cm2 de superfice cada uno) conectados en paralelo. Los sensores llevaban una capa de protección, debido a que el silicio podría rallarse y, por ello, dejaría de funcionar el conjunto entero. Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Ilustración 15. Detector Fuente: Sistema detector SPADE, CNM Barcelona [6] Electrónica de lectura del detector: La PCB de electrónica llevaba tres potenciómetros regulados para que el sistema solo detectase partículas que dejaran energía ≥1MeV. Ilustración 16. Electrónica de lectura del detector Fuente: Sistema detector SPADE, CNM Barcelona [6] Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE PCB de alimentación del sistema: Ilustración 17. PCB de alimentación del sistema detector Fuente: Sistema detector SPADE, CNM Barcelona [6] Arduino UNO: Ilustración 18. Arduino UNO Fuente: Sistema detector SPADE, CNM Barcelona [6] Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE 4.5 Cables Para la conexión del router con el E-Link se utilizó el siguiente modelo de cable Ethernet: Ilustración 30. Modelo de cable Ethernet En la unidad central se necesitaban cuatro cables Ethernet. Cada uno con una longitud de 0.5 m, U/UTP, sin halógenos (LSZH) y baja desgasificación. Para la conexión con las baterías de la góndola se utilizó un cable con las siguientes especificaciones. Especificaciones del cable de conexión con las baterías Longitud 1.5 m Tensión 28 V ∆V 0.7 V I 1 A Sección 72e-3 mm2 Sección estándar * 0.25 mm2 Tabla 8. Especificaciones cable conexión baterías BEXUS *Estos valores han sido calculados con la siguiente fórmula: 𝑆 = 2ρLI Δ𝑉 Los adaptadores para conectar los smartphones al router eran de la casa Edimax (Ilustración 31). Estos adaptadores no requerían un adaptador de potencia externo. Estaban diseñados bajo el estándar USB 2.0 que soportaba una tasa de transferencia de datos de más de 480 Mbps, asegurando una correcta actuación Ethernet de 10/100Mbps. Ilustración 31. Adaptadores USB-Ethernet Para conectar estos adaptadores a los smartphones era necesario incluir unos cables microUSB-USB. El modelo elegido fue uno genérico: Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Ilustración 32. Modelo cable microUSB-USB 4.6 Fijaciones Debido a la cantidad de cables y adaptadores existentes en el experimento, era muy importante el desarrollo de un buen sistema de fijación de estos cables; para ello se usaron abrazaderas. Ilustración 33. Abrazaderas para los cables El rango de temperatura de estas abrazaderas era de -30ºC a 60ºC. Además, ADEVICE nos proporcionó clips para agarrar las baterías y que estas no se movieran dentro de los nodos. También el uso de estos clips nos aseguraba que la batería estuviera bien conectada al sensor. Ilustración 34. Clips para las baterías proporcionadas por ADEVICE 5 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LA PLACA DE POTENCIA PARA LA UNIDAD CENTRAL Para la alimentación del router y del nodo concentrador (elementos que conforman la CU) se utilizó una batería de 28V que nos proporcionaba la organización, denominada battery pack. Para poder realizar el cambio de 28V a las tensiones que necesitaban cada uno de los elementos se realizó una PCB con este fin. Esta PCB se denominó Power PCB. El nodo concentrador necesitaba 5V de alimentación y el router 12V. Para hacer esta adaptación de tensión se usaron dos transformadores DC/DC. En la elección de estos transformadores se tuvo en cuenta que ambos debían soportar temperaturas extremas, por eso se eligieron los modelos siguientes: • 5V: THN-15 SERIES, 15 WATTS, TRACO POWER • 12V: TEN 30WIN SERIES, 30 WATTS, TRACO POWER  Ambos son de la marca TRACO POWER, soportan un rango de temperatura desde -40ºC hasta 75ºC, y tienen las siguientes propiedades [4]: Modelo Input Voltage range Output Voltage Output Current max. Efficiency Weight THN 15-2411 18-36V 5 VDC 3'000 mA 86% 15 g TEN 30-2412WIN 9-36 V 12 VDC 1.25 A 87% 31 g Tabla 9. Características convertidores DC/DC Las dimensiones de los componentes y la denominación de los pines se muestran en la Ilustración 35 y en la Ilustración 36. Ilustración 35. Dimensiones THN 15-2411 Fuente: Datacheet DC/DC Converters, TRACO POWER [4] Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Ilustración 36. Dimensiones TEN 30-2412WIN Fuente: Datacheet DC/DC Converters, TRACO POWER [4] Un dato curioso de estos componentes es que han sido sometidos a pruebas de vibración y choque, según la norma MIL-STD-810F, certificando que los componentes soportarían el impacto del globo en el choque del aterrizaje del globo. Antes de empezar con el diseño de la placa se realizó un pequeño esquema básico de conexiones, Ilustración 37. Ilustración 37. Esquemas de conexión para convertidores DC/DC 5.1 Diseño PCB A continuación, se va a mostrar tanto el diseño del esquemático como el layout de la placa de potencia. Para este documento se han desarrollado de nuevo las pcbs en el programa Altium (durante el desarrollo del experimento se usó Eagle como programa de diseño de las pcbs) para poder visualizarlas en 3D y ver su aspecto, las conexiones y los componentes son los mismos que se utilizaron en la versión de diseño anterior. A la hora de elegir todos los componentes pasivos que irían en la placa había que tener en cuenta las condiciones en las que se encontrarían una vez embarcados en el globo estratosférico. Todos los documentos de los componentes que se describen a continuación se encuentran en el Anexo de este documento. Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Ilustración 38. Esquemático PCB placa de potencia Para el diseño de esta pcb se tuvo en cuenta todo lo comentado anteriormente, prestando especial atención a la restricción de tamaño y peso para introducirla sin problema dentro de la unidad central, donde se produciría la conversión de los 28V a los necesarios 12V y 5V para alimentar al concentrador y al router respectivamente. Las dimensiones de la pcb fueron 130x50 mm. Ilustración 39. Layout PCB placa de potencia En la placa podemos encontrar los dos convertidores DC-DC, 6 resistencias de 100kΩ para limitar la entrada del mismo, 2 diodos zener y tres conjuntos de dos pines para que los convertidores trabajaran correctamente sin que se produjera ningún tipo de fallo que hiciera que peligrara el experimento, y además conectar la salida de los convertidores con el equipo que queremos alimentar. Estos pines permitirían conectar el concentrador al convertidor que tiene la salida de 12V y el router al convertidor que tiene la salida a 5V. Además, uno de los pines serviría para que todos las pcbs de cada nodo/concentrador estuvieran conectadas a la misma tierra. Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Ilustración 40.Visión 3D de la PCB de la placa de potencia 5.2 Proceso de fabricación En el proceso de fabricación de las distintas PCB que se incluían en SPADE, se contó con el apoyo de los maestros de taller y las instalaciones y equipos de la Escuela Superior de Ingeniería de Sevilla. Ilustración 41. Instalaciones y equipos Ilustración 42. Ejemplos PCBs fabricadas para SPADE 6 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LA PLACA DEL SISTEMA TÉRMICO El sistema térmico era un aspecto importante en el funcionamiento del experimento. Como se ha comentado anteriormente, el sensor de CO2 y los móviles tenían una abertura al exterior, y había que mantener el calor dentro de la caja para impedir que todos los componentes fallaran debido al frío. Para el control del sistema térmico de SPADE se utilizó un microcontrolador integrado en un Launchpad MSP430 de Texas Instrument como se muestra en la Ilustración 43. Este Launchpad se conecta a un transistor de potencia MOSFET y este a una resistencia cerámica (Ilustración 44) de 10Ω y 11W para calentar el nodo del sensor de CO2 y los dos smartphones. El Launchpad MSP430 de Texas Instrument es una tarjeta que dispone de 20 pines y que alberga uno de los microcontroladores de 16 bits de la familia de MSP430 cuyo modelo es MSP430G2553. Las características diferenciales de este modelo son RAM de 512B, 16 kB de memoria Flash y comunicación serial UART que no posee el modelo base. Este modelo fue elegido por tener una mayor capacidad de almacenamiento Flash y memoria RAM que nos permitió ejecutar mejor el código. Ilustración 43. Launchpad de Texas Instrument Ilustración 44. Resistencia cerámica Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Se eligió un transistor MOSFET de tipo p ( Ilustración 45). La idea era que la temperatura interna del microcontrolador es medida con una relación con el número de períodos que tiene, así si nosotros controlábamos el número de períodos podríamos controlar la temperatura. Ilustración 45. MOSFET Las razones por las que se eligió este modelo fueron un coste bajo, su popularidad, que facilita su reemplazabilidad en caso de fallo o de rotura, aparte de cumplir con los requisitos técnicos necesarios para su correcto funcionamiento en la PCB. Algunas de las características que considerábamos más limitantes fueron: • La intensidad varía levemente con la temperatura. • El rango térmico de funcionamiento cercano a los valores límites a los que se vería afectado el experimento. El microcontrolador se colocaba en contacto con uno de los smartphones para tener una mejor aproximación de la temperatura que tenían ambos dispositivos en cada instante. Gracias al código desarrollado, si la temperatura caía por debajo de los -12ºC, el microcontrolador enviaría un PWM (Pulse-Width Modulation) al circuito para calentar la resistencia cerámica que estaba unida a una placa metálica en contacto con ambos smartphones para distribuir mediante conducción todo el calor generado por el PWM. Este circuito necesitó ser duplicado en la caja del sensor de CO2, con el mismo objetivo. Para el sistema térmico de la CU, el consumo es calculado de la siguiente forma (así se ha ajustado en el software del launchpad): • Tª>-10°C à Duty cycle: 25% à 0A • -10°C>Tª>-25° à Duty cycle: 50% à 0.17A • Tª<-25°C à Duty cycle: 75% à 0.34A La información sobre el sistema térmico junto con el código software del mismo, se ampliará en el Trabajo de Fin de Grado de mi compañero de equipo Diego Almodóvar López. Antes de empezar con el diseño de la placa se realizó un pequeño esquema básico de conexiones como se muestra en la Ilustración 46. Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Ilustración 46. Esquema del sistema térmico 6.1 Diseño de la PCB A continuación, se va a mostrar tanto el diseño del esquemático como el layout de la placa del sistema térmico. Para este documento se han desarrollado de nuevo las pcbs en el programa Altium (en el desarrollo del experimento se uso Eagle como programa de diseño de las pcbs) para poder visualizarlas en 3D y ver su aspecto, las conexiones y los componentes son los mismos que se utilizaron en la versión de diseño anterior. A la hora de elegir todos los componentes pasivos que irían en la placa había que tener en cuenta las condiciones en las que se encontrarían una vez embarcados en el globo estratosférico. Todos los documentos de los componentes que se describen a continuación se encuentran en el Anexo de este documento. Ilustración 47. Esquemático PCB sistema térmico Para el diseño de esta pcb se tuvo en cuenta todo lo comentado anteriormente, prestando especial atención a la restricción de tamaño y peso para introducirla sin problema dentro de los nodos y el concentrador. Por ello, al no tener una gran cantidad de componentes las dimensiones de la pcb pudieron reducirse a 30x30mm. Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Ilustración 53. Cargador inalámbrico WCD-100 8 RESULTADOS Y LECCIONES APRENDIDAS A continuación, se van a mostrar los resultados obtenidos y las lecciones aprendidas a lo largo del desarrollo del experimento y del programa REXUS/BEXUS. Las siguientes gráficas muestran los perfiles de vuelo a los que estaba sometida la góndola que contenía a SPADE. Estos datos fueron proporcionados por los ingenieros de la agencia espacial sueca (Swedish Space Center, SSC) para ayudarnos a comprobar adecuadamente los datos obtenidos por nuestros experimentos. En la Ilustración 54, se representa la altitud que alcanzó la góndola y el tiempo de vuelo total (aproximadamente 4h) y en la Ilustración 55, la temperatura del aire según la altitud de la góndola. Ilustración 54. Datos de altitud durante la duración del vuelo Fuente: Swedish Space Center, SSC Ilustración 55. Datos de temperatura durante el vuelo Fuente: Swedish Space Center, SSC 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 9:00:00 9:30:00 10:00:0010:30:0011:00:0011:30:0012:00:0012:30:0013:00:0013:30:00 Altitude Altitude (m) Time (UTC) 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 -60 -56 -52 -48 -44 -40 -36 -32 -28 -24 -20 -16 -12 -8 -4 0 4 8 Air Temperature Altitude (m) Temperature (C˚) Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Un pequeño agujero en el globo causó el descenso del mismo, lo que hizo imposible mantener la góndola más tiempo a la altitud de flotación ideal (>25 km). Sin embargo, se alcanzó nuestro requisito del mínimo de altitud, 20 km. En resumen, las características generales del vuelo fueron las siguientes: • Velocidad en ascenso: 5.00 m/s • Altitud de flotación: 27000 m cuando se alcanzó la altura de flotación y 20500 m cuando llegó el momento de realizar el corte para iniciar el descenso. • Duración de la flotación: 1 h 36 min 10 sec 8.1 Análisis de los distintos sensors 8.1.1 Análisis del sensor de CO2 Las medidas que se obtuvieron de este sensor se muestran en la Ilustración 56. La unidad de medida es en partes por millón (ppm), cuyo significado es equivalente a 0.000001 kilogramos por metro cúbico de aire. Actualmente, la concentración de CO2 en la atmosfera es de 380 ppm, por tanto, los resultados de las medidas de CO2 tomadas por el sensor, muestran que presentaba un buen comportamiento. Entre T-1H40M y T-0H40M todos los dispositivos fueron encendidos y apagados de forma intermitente para diferentes pruebas pre-lanzamiento en consecuencia no se considerarán estos valores. A partir de T+1H20M el sensor comenzó a enviar valores ‘0’ a causa de un problema con la conexión de la batería. La tensión comenzó a caer y el sensor paró de funcionar. Una vez recuperamos el equipo iniciamos una investigación que nos llevó a la conclusión de que había un pequeño contacto entre la antena y la caja metálica; además comprobamos un elevado consumo del launchpad. Así que la combinación de estas dos razones pudo provocar el apagado del sensor. Ilustración 56. Datos recibidos del sensor de CO2 Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE 8.1.2 Análisis del sensor de temperatura En la Ilustración 57 se presentan los distintos valores de temperatura recogidos a lo largo de todo el tiempo que estuvo encendido el sensor. Como se observa en la gráfica, se tienen temperaturas cercanas a 0ºC durante el periodo de ascenso y parte del tiempo de vuelo, pero se observa un gran decremento de temperatura debido a la posición angular relativa al sol. Después vuelve a subir y a bajar hasta llegar a 0ºC de nuevo después del aterrizaje. Esta gráfica la encontraremos en el Anexo para que se aprecien mejor los detalles de las medidas. Ilustración 58. Distribución de temperaturas durante el vuelo Esta gráfica (Ilustración 58), centra la distribución de temperaturas durante el tiempo de vuelo diferenciando las distintas partes de las que se componía la fase de vuelo. Después de cruzar datos con la cámara de nuestros compañeros de FREDE, comprobamos que nuestro sensor de temperatura apuntaba hacia el sol hasta las 11:30h, aunque la góndola diera alguna vuelta completa. No pudimos obtener el vídeo completo del vuelo, pero después de contrastar datos con otros compañeros, todos obtuvimos resultados similares de temperaturas. Ilustración 57. Temperatura durante toda la vida del sensor Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Como aporte extra, las siguientes ilustraciones muestran los datos obtenidos antes del lanzamiento y después de perder la comunicación con la góndola. Estos datos se recogieron después de la recuperación del experimento. Ilustración 59. Distribución de temperaturas previa al vuelo Esta gráfica (Ilustración 59) muestra las medidas de temperatura desde que se encendieron los sensores en la mañana del día del lanzamiento. Debido a la posición en la que apuntaba el sensor (apuntaba fuera de la góndola) y a la orientación de la góndola dentro del edificio Dome, como se muestra en la Ilustración 60, podemos asumir que las altas temperatura que presenta son debidas al calentador (marcado en la imagen) que estaba apuntando directamente al sensor. También esto concuerda con el gran decremento que sufre la temperatura hacia las 09:02h cuando la góndola salió del edificio. Así como una bajada de temperatura cuando se abrió la puerta que daba al exterior, como se aprecia también en la Ilustración 60. Ilustración 60. Posición de la góndola antes del lanzamiento Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Ilustración 61. Distribución de temperaturas después del aterrizaje En la Ilustración 61, podemos observar el decremento de la temperatura después del aterrizaje. Una de las cosas que llaman la atención, es que después de las 14:45h, el corte de la batería lleva al sensor de temperatura a marcar 0ºC (o valores cercanos) hasta que la PCB de comunicación del sensor se queda sin alimentación. 8.1.3 Análisis del sensor de CO2+temperatura No se obtuvieron datos de este sensor durante el vuelo debido a un problema con la conexión de la batería. Cuando se cambiaron las baterías antes de iniciar el vuelo y se cerró la carcasa el clip de la batería se abrió y no hizo buen contacto. Una vez que se revisó el experimento a la vuelta del lanzamiento se comprobó que el sensor siguiera funcionando correctamente y la respuesta fue afirmativa. 8.2 Lecciones aprendidas Durante el desarrollo del programa REXUS/BEXUS todos los miembros de SPADE hemos ido adquiriendo conocimientos más allá del que correspondería a nuestra área de estudio tanto personal como técnicamente. En cuanto a mi propia experiencia, se podrían resumir las lecciones aprendidas en los siguientes conceptos. • Adaptación a los problemas que van surgiendo a medida que un proyecto evoluciona y búsqueda de la mejor solución posible. • Remedio eficiente de los fallos que ya han ocurrido. • Aceptación de los consejos y recomendaciones que se ofrecen para el desarrollo de cualquier proyecto. • Todo puede fallar, aunque sea altamente probable que no ocurra. • Cada área del proyecto (mecánica, sistema térmico, electrónica, software...) debe estar respaldada por más de una persona. • Todos los miembros del equipo deben estar involucrados en el proyecto y poner de su parte para mejorar Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE la comunicación en el equipo. • Es esencial tener claros los objetivos del proyecto. En cuanto a la electrónica hay varios puntos que me gustaría destacar y mejorar de cara al futuro. • La importancia de un buen sistema de fijación de conectores y, especialmente, del sistema de alimentación. Sin ellos, el experimento puede dejar de funcionar en cualquier momento. Si el sensor no funciona, la primera cosa que hay que hacer es comprobar la continuidad entre los conectores. • El desafío que supone el tener que adaptar todos los subsistemas de un experimento a condiciones de espacio. • La importancia de una buena unión de soldadura; por ello, es indispensable llevar contigo siempre un buen soldador. • En cuanto a las baterías, el sistema de alimentación tiene que ser diseñado para cada componente y dispositivo que deba ser alimentado para su funcionamiento. También es necesario realizar un complejo estudio sobre el ciclo de vida de la batería. • En caso de uso previo de las baterías, siempre deben ser colocadas en lugares visibles y de fácil acceso. REFERENCIAS [1] Manual BEXUS, REXUS/BEXUS program. [2] Manual sistema inalámbrico ONE GO, ADEVICE. [3] Manual sensores STHI, RAY Ingeniería Electrónica. [4] Datacheet DC/DC Converters, TRACO POWER. [5] Datasheet DSR-250N router, D-link. [6] Sistema detector SPADE, CNM Barcelona. [7] Primary lithium battery LSH 20, Saft. [8] Primary lithium battery LS 9V, Saft. Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE Desarrollo de la sección electrónica de un experimento en BEXUS 21: SPADE ANEXO En este anexo se van a incluir aquellas gráficas que no se aprecian en detalle en el documento por el tamaño de las mismas y los datasheets de los componentes usados en el documento. Adjunto también se incluye una memoria de costes de toda la electrónica del experimento. http://www.tracopower.com Page 1 of 4 DC/DC Converters THN 15 Series, 15 Watt Features ◆ Smallest encapsulated 15W Converter! Ultra compact size: 1.0” x 1.0” x 0.4” ◆ Shielded metal case with isolated baseplate ◆ Wide 2:1 input ranges ◆ Output voltage Trim ◆ I/O isolation voltage 1500 VDC ◆ Very high efficiency up to 88% ◆ Operating temp. range : –40°C to +85°C ◆ Remote On/Off control ◆ Industry standard pinout ◆ 3-year product warranty The THN-15 series is the latest generation of high performance dc-dc converter modules setting new standards concerning power density. This product with 15W comes in a encapsulated, shielded metal package with dimensions of only 1.0”x1.0”x 0.4” and occupies 50%(!) less board space. All models have wide 2:1 input voltage range and precisely regulated, isolated output voltages. Advanced circuit design provides high efficiency up to 88% which allows a operating temperature range of –40°C to +85°C (with derating) Further features include remote On/Off and trimmable output. Typical applications for these converters are mobile equipment, instrumentation, distributed power architectures in communication and industrial electronics and everywhere where space on PCB is critical. Order code Input voltage range Output voltage Output current max. Efficiency typ. THN 15-1210 3.3 VDC 4‘000 mA 84 % THN 15-1211 5.0 VDC 3‘000 mA 86 % THN 15-1212 9 – 18 VDC 12 VDC 1‘300 mA 85 % THN 15-1213 (12 VDC nominal) 15 VDC 1’000 mA 87 % THN 15-1221 ±5 VDC ±1’500 mA 85 % THN 15-1222 ±12 VDC ±625 mA 87 % THN 15-1223 ±15 VDC ±500 mA 88 % THN 15-2410 3.3 VDC 4‘000 mA 86 % THN 15-2411 5.0 VDC 3‘000 mA 86 % THN 15-2412 18 – 36 VDC 12 VDC 1‘300 mA 87 % THN 15-2413 (24 VDC nominal) 15 VDC 1’000 mA 88 % THN 15-2421 ±5 VDC ±1’500 mA 85 % THN 15-2422 ±12 VDC ±625 mA 88 % THN 15-2423 ±15 VDC ±500 mA 88 % THN 15-4810 3.3 VDC 4‘000 mA 86 % THN 15-4811 5.0 VDC 3‘000 mA 88 % THN 15-4812 36 – 75 VDC 12 VDC 1‘300 mA 88 % THN 15-4813 (48 VDC nominal) 15 VDC 1’000 mA 88 % THN 15-4821 ±5 VDC ±1’500 mA 85 % THN 15-4822 ±12 VDC ±625 mA 89 % THN 15-4823 ±15 VDC ±500 mA 88 % Models CB Scheme UL 60950-1UL 60950-1 http://www.tracopower.com Page 2 of 4 All specifications valid at nominal input voltage, full load and +25°C after warm-up time unless otherwise stated. DC/DC Converters THN 15 Series 15 Watt Input Specifications Input current at no load 12 Vin; 3.3 VDC model: 120 mA typ. 12 Vin 5 VDCmodel: 90 mA typ. 12 Vin other models: 40 mA typ. 24 Vin; 3.3 VDC model: 50 mA typ. 24 Vin; 5 VDC model: 65 mA typ. 24 Vin; other models: 20 mA typ 48 Vin; 3.3 & 5 VDC models: 40 mA typ. 48 Vin; other models: 15 mA typ. Input current at full load (nominal input) 12 Vin; 3.3 VDC model: 1370 mA typ. 12 Vin; other models: 1550 mA typ 24 Vin; 3.3 VDC model: 670 mA typ. 24 Vin; other models: 750 mA typ. 48 Vin; 3.3 VDC model: 330 mA typ. 48 Vin models: 380 mA typ. Start-up voltage / 12 Vin models: 9.0 VDC / 8.0 VDC under voltage shut down 24 Vin models: 17.0 VDC / 14.5 VDC 48 Vin models: 33.0 VDC / 30.5 VDC Surge voltage 12 Vin models: 36 V max.. (100 msec. max.) 24 Vin models: 50 V max. 48 Vin models: 100 V max. Reflected input ripple current 30 mA typ. Conducted noise (input) EN 55022 level A, FCC part 15, level A with external capacitor see application note. Output Specifications Voltage set accuracy ±1 % Output voltage adj. range ±10 % only for single output models. see application note. Regulation – Input variation (Vmin – Vmax) single output models: 0.2 % max. dual output models: 0.5 % max. – Load variation (0 – 100 %) single output models: 0.2 % max. dual output models balanced load: 1.0 % max. dual output models unbalanced load (25% /100%): 5.0 % max. Minimum load not required Ripple and noise (20 MHz bandwidth) 100 mVpk-pk max. with external capacitor see application note. Temperature coefficient ±0.02 %/K Output current limitation at 150 % of Iout max., foldback Short circuit protection indefinite (automatic recovery) Over voltage protection 3.3 Vout models: 3.7 – 5.4 Vout 5 Vout models: 5.6 – 7.0 Vout 12 Vout models: 13.5 – 19.6 Vout 15 Vout models: 16.8 – 20.5 Vout Start up time (nominal Vin and constant resistive load) 30 ms typ. (for power on and remote on) Transient response setting time (25% load step chang) 250 µs typ. Max. capacitive load 3.3 VDC models: 12’000 µF 5 VDC models: 6’000 µF 12 VDC models: 1’000 µF 15 VDC models: 660 µF ±5 VDC models: ±3’000 µF ±12 VDC models: ±520 µF ±15 VDC models: ±330 µF Page 3 of 4 DC/DC Converters THN 15 Series 15 Watt General Specifications Temperature ranges – Operating –40°C to +85°C (with derating) – Case temperature +105°C max. – Storage –55°C to +125°C Power derating 2.8 %/K above 70°C Thermal impedance – Natural convection 18.2°C/W – Natural convection with heat-sink 15.8°C/W Humidity (non condensing) 5 % to 95 % rel H max. Reliability, calculated MTBF (MIL-HDBK-217F, at +25°C, ground benign) >1.6 Mio. h Isolation voltage (60 sec.) – Input/Output 1’500 VDC Isolation capacitance – Input/Output 1000 pF typ. Isolation resistance – Input/Output (500 VDC) >1’000 MOhm Remote On/Off – On: 3.0 ... 15 VDC or open circuit – Off: 0 ... 1.2 VDC or short circuit pin 6 and pin 2 – Off idle current: 2.5 mA Switching frequency (fixed) 400 kHz typ. (pulse width modulation PWM) Thermal shock, mechanical shock & vibration EN 61373, MIL-STD-810F – Test conditions www.tracopower.com/products/mil810.pdf Safety standards UL /cUL 60950-1, EN 60950-1, IEC 60950-1 Safety approvals – CB test report (IEC 60950-1) www.tracopower.com/products/thn15-cb.pdf – UL/cUL www.ul.com -> certifications -> File e188913 Environmental compliance – Reach www.tracopower.com/products/reach-declaration.pdf – RoHS RoHS directive 2011/65/EU Physical Specifications Casing material nickel coated copper Baseplate non conductive FR4 Potting material epoxy (UL 94V-0 rated) Weight 15 g (0.53oz) Soldering temperature max. 265°C / 10sec. Application note: www.tracopower.com/products/thn15-application.pdf http://www.tracopower.com All specifications valid at nominal input voltage, full load and +25°C after warm-up time unless otherwise stated. Page 4 of 4 DC/DC Converters THN 15 Series 15 Watt Outline Dimensions Dimensions in [mm], () = Inch Pin diameter ø 1.0 (0.04) Pin pitch tolerances: ±0.25 (±0.01) Tolerances: ±0.5 (±0.02) 25.4 25.4 Bottom view 20.32 7.62 5.6 (0.3) (0.22) (0.8) (1.0) (1.0) 5.08 (0.2) 9.9 (0.39) 1 2 3 6 5 2.5 (0.1) 4 10.16 (0.4) 2.5 (0.1) 10.16 (0.4) Pin Single Dual 1+Vin (Vcc) +Vin (Vcc) 2–Vin (GND) –Vin (GND) 3+ Vout + Vout 4Trim Common 5–Vout –Vout 6Remote On/Off Pin-Out Note: The product label on converter has to be removed before mounting the heat-sink. For volume orders converters will be supplied with heat-sink already mounted. Please contact factory for quotation. Separate heat-sinks are only available for prototypes and small quantity orders. Order code: THN-HS1 (cont.: heat-sink, thermal pad, 2 clamps) Material: Aluminum Finish: Anodic treatment (black) Weight: 8 g (0.28oz) without converter Thermal impedance after assembling: 15.8 K/W Heat-Sink (Option) 31.0 (1.22) max. 14.5 (0.57) 16.5 (0.65) max. Converter Heat-sink Thermal pad Clamp Dimensions in mm, () = Inch Specifications can be changed without notice! Make sure you are using the latest documentation, downloadable at www.tracopower.com www.tracopower.com Rev. August 11. 2014 *Optional versions: • without remote and trim pins add suffix -B (e.g.THN 15-2412-B) • without remote pin add suffix -B1 (e.g. THN 15-1211-B1) • without trim pin add suffix -B2 (e.g. THN 15-2413-B2) http://www.tracopower.com Features ◆ Smallest encapsulated 30 W converter ◆ 2” x 1” x 0.4” shielded metal package ◆ Ultra wide 4:1 input voltage range ◆ Singledual- and triple output models ◆ Very high efficiency up to 91% ◆ Operating temp. range –40°C to +75°C ◆ I/O isolation 1500 VDC ◆ Over temperature and short circuit protection ◆ Remote On/Off ◆ Adjustable output voltage ◆ 3-year product warranty DC/DC Converters TEN 30WIN Series, 30 Watt Page 1 of 4 Order code Input voltage range Output 1 Output 2 Output 3 Efficiency typ. TEN 30-2407WIN 1.5 VDC / 8.5 A 80 % TEN 30-2409WIN 2.5 VDC / 8.0 A 83 % TEN 30-2410WIN 3.3 VDC / 7.5 A 86 % TEN 30-2411WIN 5.1 VDC / 6.0 A 88 % TEN 30-2412WIN 12 VDC / 2.5 A 89 % TEN 30-2413WIN 15 VDC / 2.0 A 89 % TEN 30-2421WIN 9 – 36 VDC + 5 VDC / 3.0 A –5 VDC / 3.0 A 88 % TEN 30-2422WIN (24 VDC nominal) +12 VDC / 1.25 A –12 VDC / 1.25 A 87 % TEN 30-2423WIN +15 VDC / 1.0 A –15 VDC / 1.0 A 87 % TEN 30-2433WIN 3.3 VDC / 5.0 A +12 VDC / 0.42 A –12 VDC / 0.42 A 86 % TEN 30-2434WIN 3.3 VDC / 5.0 A +15 VDC / 0.33 A –15 VDC / 0.33 A 86 % TEN 30-2431WIN 5 VDC / 4.0 A +12 VDC / 0.42 A –12 VDC / 0.42 A 88 % TEN 30-2432WIN 5 VDC / 4.0 A +15 VDC / 0.33 A –15 VDC / 0.33 A 88 % TEN 30-4807WIN 1.5 VDC / 8.5 A 80 % TEN 30-4809WIN 2.5 VDC / 8.0 A 84 % TEN 30-4810WIN 3.3 VDC / 7.5 A 86 % TEN 30-4811WIN 5.1 VDC / 6.0 A 88 % TEN 30-4812WIN 12 VDC / 2.5 A 90 % TEN 30-4813WIN 15 VDC / 2.0 A 91 % TEN 30-4821WIN 18 – 75 VDC + 5 VDC / 3.0 A –5 VDC / 3.0 A 88 % TEN 30-4822WIN (48 VDC nominal) +12 VDC / 1.25 A –12 VDC / 1.25 A 88 % TEN 30-4823WIN +15 VDC / 1.0 A –15 VDC / 1.0 A 88 % TEN 30-4833WIN 3.3 VDC / 5.0 A +12 VDC / 0.42 A –12 VDC / 0.42 A 86 % TEN 30-4834WIN 3.3 VDC / 5.0 A +15 VDC / 0.33 A –15 VDC / 0.33 A 86 % TEN 30-4831WIN 5 VDC / 4.0 A +12 VDC / 0.42 A –12 VDC / 0.42 A 88 % TEN 30-4832WIN 5 VDC / 4.0 A +15 VDC / 0.33 A –15 VDC / 0.33 A 88 % Models The TEN 30WIN series is a family of high performance 30W dc-dc converter modules featuring ultra wide 4:1 input voltage ranges in a compact low profile case with industry-standard footprint. Standard features include remote On/Off, output voltage trimming, over voltage protection, under voltage lockout, over temperature and short circuit protection. Typical applications for these products are battery operated equipment and distributed power architectures in communication and industrial electronics, everywhere where isolated, tightly regulated voltages are required and space is limited on the PCB. CB Scheme UL 60950-1 http://www.tracopower.com Input Specifications Input current at no load 12 & 15 VDC / ±12 & ±15 VDC models, 24 V: 30 mA typ. (nominal input) other models, 24 V: 100 mA typ. ±12 & ±15 V models, 48 V: 15 mA typ. other models, 48 V: 55 mA typ. Input current at full load 1.5 VDC model, 24 V: 700 mA typ. (nominal input) 2.5 VDC model, 24 V: 1050 mA typ. 3.3 VDC model, 24 V: 1250 mA typ. other models, 24 V: 1500 mA typ. 1.5 VDC model, 48 V: 350 mA typ. 2.5. VDC model, 48 V: 520 mA typ. 3.3 VDC model, 48 V: 630 mA typ. other models, 48 V: 750 mA typ.) Start-up voltage / under voltage lockout 24 V models: 9 VDC / 8 VDC (typ.) 48 V models: 18 VDC / 16 VDC (typ.) Surge voltage (100 msec. max.) 24 V models: 50 VDC max. 48 V models: 100 VDC max Conducted noise (input) EN 55022 class A with input capacitor 24 V models: 4.7 µF / 50 V 1812 MLCC 48 V models: 2.2 µF / 100 V 1812 MLCC) Output Specifications Voltage set accuracy ±1 % (±5 % for auxilary outputs) Output voltage adjustment (only for single output models) ±10 % with external resistor (see page 3) Regulation – Input variation single- and dual output models: 0.2 % max. triple output models: 1 % / 5 % max. (main / auxilary) – Load variation single output models: 0.5 % max. (0 – 100 %) dual output models balanced load: 1 % max. (0 – 100 %) dual output models unbalanced load: 5 % max. (25 / 100 %) triple output models (main/auxiliary): 1 % max. / 5 % max. (10 – 100 %) Minimum load single- and dual output models: not required triple output models: 10% of rated max current on each output (operation at lower load condition will not damage the converters. However, they may not meet all listed specifications) Temperature coefficient ±0.02 %/K max. Ripple and noise (20 MHz Bandwidth) 1.5 V – 5.1 VDC models: 100 mVpk-pk. typ. triple output models: 50 / 75 mVpk-pk typ. (main / auxilary) other models: 150 mVpk-pk typ. Start up time (nominal Vin and constant resistive load) 30 ms typ. Transient response time (25% load change) 250 µs typ. Short circuit protection indefinite (automatic recovery) Over load protection 150 % of Iout max. typ. Thermal shutdown at +115°C typ. Over voltage protection 1.5 VDC models: 2.0 V 2.5 VDC models: 3.3 V 3.3 VDC models: 3.9 V 5.1 VDC models: 6.2 V 12 VDC models: 15 V 15 VDC models: 18 V Capacitive load output models 1.5 – 3.3 VDC models: 20’000 µF max. 5.1 VDC models: 14’000 µF max. 12 & 15 VDC models: 2’000 µF max. ±5 VDC models: ±3’000 µF max. other dual output models: ±1’300 µF max. 3.3 VDC triple output models: 15’000 / ±220 µF max. (main / auxilary) 5.1 VDC triple output models: 8’000 / ±220 µF max. (main / auxilary) DC/DC Converters TEN 30WIN 30 Watt All specifications valid at nominal input voltage, full load and +25°C after warm-up time unless otherwise stated. Page 2 of 4 http://www.tracopower.com DC/DC Converters TEN 30WIN 30 Watt General Specifications Temperature ranges – Operating –40°C to +75°C – Case temperature +105°C max. – Storage –55°C to +125°C Derating 3.5 %/K above +60°C Humidity (non condensing) 95 % rel. H max. Thermal inpedance – Natural convection 12°C/W – Natural convection with heat sink 10°C/W Reliability, calculated MTBF single- and dual output models: 1.2 Mio. h (MIL-HDBK-217F, at +70°C, ground benign) triple output models: 1.1 Mio. h Isolation voltage (60 sec.) – Input / Output 1500 VDC Isolation resistance – Input / Output >1000 M Ohm Isolation capacitance – Input / Output 1500 pF max. Remote On/Off – On: 3.0 to 12 VDC or open circuit. – Off: 0 to 1.2 VDC or short circuit pin 3 and pin 2 – Off idle current: 3 mA max. Switching frequency (pulse width modulation PWM) single- and dual output models: 430 kHz typ. triple output models: 400 kHz typ. Thermal shock, mechanical shock & vibration EN 61373, MIL-STD-810F – Test conditions www.tracopower.com/products/mil810.pdf Safety standards UL 60950-1, IEC/EN 60950-1 Safety approvals – UL/cUL www.ul.com -> certifications -> File e188913 Output Voltage Adjustment (for single output models only) Rd Trim +Vout Ru Trim - Vout Trim up Trim down Page 3 of 4 Nominal output voltage at open Trim input! Physical Specifications Casing material copper, nickel plated Baseplate material none conductive FR4 Potting material epoxy (UL 94V-0 -rated) Weight 31 g (1.1oz) Soldering temperature max. 265°C / 10 sec. Environmental compliance – Reach www.tracopower.com/products/reach-declaration.pdf – RoHS RoHS Directive 2011/65/EU Ru [kohm] output 1.5 2.5 3.3V 5.1V 12V 15V +5% 0.56 4.3 6.8 5.1 43 47 +10% 0.051 0.33 0.75 0.75 4.3 1.8 Rd [kohm] output 1.5 2.5 3.3V 5.1V 12V 15V –5% 0.68 6.2 8.2 6.2 56 56 –10% 0.062 0.75 0.62 0.82 5.6 2.2 Application note: www.tracopower.com/products/ten30win-application.pdf Specifications can be changed without notice! Make sure you are using the latest documentation, downloadable at www.tracopower.com www.tracopower.com Outline Dimensions Rev. July 25 2014 Dimensions in [mm], () = Inch Pin diameter: 1.0 ±0.1 (0.04 ±0.004) Pin pitch tolerances: ±0.25 (±0.01) Case tolerances: ±0.5 (±0.02) Page 4 of 4 DC/DC Converters TEN 30WIN 30 Watt Bottom View 12 456 3 5.6 (0.22) 10.2 (0.4) 50.8 (2.0) 45.72 (1.8) 2.5 (0.1) 2.54 (0.1) 5.08 (0.2) 15.24 (0.6) 10.16 (0.4) 20.32 (0.8) Bottom View 12 457 3 7.62 (0.3) 5.08 (0.2) 12.7 (0.5) 5.08 (0.2) 6 25.4 (1.0) 25.4 (1.0) Pin Single Dual Triple 1+Vin (Vcc) +Vin (Vcc) +Vin (Vcc) 2–Vin (GND) –Vin (GND) –Vin (GND) 3 Remote On/Off Remote On/Off Remote On/Off 4+Vout 1 Output 1 Output 2 5–Vout 1 Common Output 3 6Trim Output 2 Common 7No pin No pin Output 1 Pin-Out Single- and dual output models 56.0 (2.2) max. 14.5 (0.57) 16.8 (0.66) max. Converter Heat-sink Thermal pad Clamp Note: Before attaching the heatsink, the product label on converter has to be removed for optimal performance. For volume orders we can supply the converters with heatsink already mounted. Please contact us for a relative quotation. Order code: TEN-HS1 (cont.: heat-sink, thermal pad, 2 clamps) Material: Aluminum Finish: Anodic treatment (black) Weight: 17g (0.60oz) without converter Thermal impedance after assembling: 10 K/W Heat-Sink (Option) Triple output models Unified Services Routers DSR-150/150N/250/250N/500/500N Cost effective multi-function network solution ideal for small businesses High speed router with integrated VPN tunnel support for secure network access from a remote location Policy based service management allows for easy configuration of firewall rules Available failover and load balancing for maximum productivity, uptime and performance 2 Product Highlights D-Link Unified Services Routers are secure, high performance networking solutions that address the growing needs of small and medium businesses. The integrated high-speed IEEE 802.11n wireless technology in the DSR-150N, DSR-250N and DSR-500N routers offers comparable performance to traditional wired networks, but with fewer limitations. Each router provides optimal network security via features such as Virtual Private Network (VPN) tunnels, IP Security (IPSec), Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP), Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP), and Secure Sockets Layer (SSL). These routers also allow you to empower your road warriors with clientless remote access anywhere and anytime using SSL VPN tunnels. Reliable Internet Connectivity The DSR-500/500N include dual-WAN Gigabit Ethernet ports that provide policy-based service management to ensure maximum productivity for your business operations. The failover feature maintains data traffic without disconnecting when a landline connection is lost. The Outbound Load Balancing feature adjusts outgoing traffic across two WAN interfaces and optimizes system performance, resulting in high availability. The second WAN port can be configured as a DMZ port, allowing you to isolate servers from your LAN. Superior Wireless Performance Designed to deliver superior wireless performance, the DSR-150N, DSR-250N and DSR-500N include 802.11b/g/n support allowing for operation on the 2.4 GHz wireless LAN radio band. Multiple In Multiple Out (MIMO) technology allows the DSR-150N, DSR-250N and DSR-500N to provide high data rates and a wide wireless coverage area with minimized “dead spots.” Features Comprehensive VPN Support t 1SPUPDPMT   t *14FD   t 1151   t -51   t 44- t 71/5VOOFMT   t 6QUP%43/   t 6QUP%43/   t 6QUP%43/ t 44-71/UVOOFMT   t 6QUP%43/   t 6QUP%43/   t 6QUP%43/ t %&4%&4"&4&ODSZQUJPO t .BJO"HHSFTTJWF/FHPUJBUJPO Wireless Access and Security1 t *&&&CHO()[ t *&&&Y3"%*64"VUIFOUJDBUJPOXJUI EAP-TLS, EAP-TLLS, EAP-PEAP t 8148&181"14,81"&"181"14, WPA2-EAP DSR-150/150N/250/250N/500/500N Unified Services Routers Robust VPN Features A full featured virtual private network (VPN) provides your mobile workers and branch offices with a secure link to your internal network. The DSR-150/150N, DSR-250/250N and DSR-500/500N are capable of simultaneously managing 1, 5 or 10 Secure Sockets Layer (SSL) VPN tunnels respectively, empowering your mobile users by providing remote access to a central corporate network. Site-to-site VPN tunnels use IP Security (IPSec) Protocol, Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP), or Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP) to facilitate branch office connectivity through encrypted virtual links. The DSR- 150/150N supports up to 10 simultaneous VPN tunnels, the DSR-250/250N supports up UPTJNVMUBOFPVT71/UVOOFMTBOEUIF%43/TVQQPSUTVQUP71/UVOOFMT Efficient Green Technology As a responsible member of the global community, D-Link is devoted to providing ecofriendly products. D-Link Green Wi-Fi and D-Link Green Ethernet features save power and help cut energy costs. The D-Link Green WLAN Scheduler shuts down your wireless network automatically according to a schedule you define, allowing you to turn off your wireless network during off-peak hours, saving energy and keeping your network secure. The D-Link Green Ethernet feature can detect the length of the cables connected to the router and can adjust power usage accordingly to save energy automatically without sacrificing performance. It can also detect if a link is down on a port and automatically puts that port into a sleep mode, reducing the amount of power used. In addition, compliance with RoHS (Restriction of Hazardous Substances) and WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) directives make D-Link Green certified devices an environmentally responsible choice. Enhanced Network Services t *1W t %)$14FSWFS3FMBZ t %ZOBNJD%/4 t *&&&R7-"/ t .VMUJQMF44*%T t 44*%UP7-"/.BQQJOH Content Filtering t 4UBUJD63-"EESFTT'JMUFSJOH t ,FZXPSE'JMUFSJOH Fault Tolerance2 t 8"/5SBóD'BJMPWFS t 0VUCPVOE-PBE#BMBODJOH DSR-150/150N t 8 Fast Ethernet LAN Ports t 1 Fast Ethernet WAN Port t USB 2.0 Port t IEEE 802.11b/g/n wireless LAN - 2.4 GHz (DSR-150N) DSR-250/250N t 8 Gigabit LAN Ports t Gigabit WAN Port t USB 2.0 Port t IEEE 802.11 b/g/n wireless LAN - 2.4 GHz (DSR-250N) DSR-500/500N t 4 Gigabit Ethernet LAN Ports t 2 Gigabit Ethernet WAN Ports t USB 2.0 Port t IEEE 802.11b/g/n wireless LAN - 2.4 GHz (DSR-500N) The WLAN Scheduler shuts down the WLAN during off-peak hours to enhance network security and save power D-Link Green Ethernet detects link status and cable length and adjusts power usage accordingly. Green Ethernet Green WiFi1 Primary lithium battery LSH 20 3.6 V Primary lithium-thionyl chloride (Li-SOCl2) High power D-size spiral cell October 2006 Benefits ●High voltage response, stable during most of the lifetime of the application ●High drain/pulse capability ●Wide operating temperature range (-60°C/+85°C) ●Easy integration into compact systems ●Low self-discharge rate (less than 3% after 1 year of storage at +20°C) Key features ●Stainless steel container ●Hermetic glass-to-metal sealing ●Built-in safety vent ●Finish with 5 A fuse ●Non-flammable electrolyte ●Underwriters Laboratories (UL) Component Recognition (File Number MH 12609) ●Restricted for transport (Class 9) Main applications ●Radiocommunication and other military applications ●Alarms and security systems ●Beacons and emergency location transmitters ●GPS ●Metering systems ●Sonobuoys ●Tracking systems ●GSM communication NATO stock number 6135 14 440 1213 Cell size references UM1 – R20 – D Electrical characteristics (typical values relative to cells stored for one year or less at + 30°C max.) Nominal capacity 13.0 Ah (at 15 mA + 20°C 2.0 V cut off. The capacity restored by the cell varies according to current drain, temperature and cut off) Open circuit voltage (at + 20°C) 3.67 V Nominal voltage (at 2 mA + 20°C) 3.6 V Pulse capability: Typically up to 4000 mA (4000 mA/0.1 second pulses, drained every 2 mn at + 20°C from undischarged cells with 10 µA base current, yield voltage readings above 3.0 V. The readings may vary according to the pulse characteristics, the temperature, and the cell's previous history. Fitting the cell with a capacitor may be recommended in severe conditions. Consult Saft) Maximum recommended continuous current 1800 mA (to maintain cell heating within safe limits. Battery packs may imply lower level of maximum current and may request specific thermal protection. Consult Saft) Storage (recommended) + 30°C (+ 86°F) max (for more severe conditions, consult Saft) Operating temperature range - 60°C/+ 85°C (Operation above ambient T may lead to reduced capacity and (- 76°F/+ 185°F) lower voltage readings at the beginning of pulses. Operation with current continuously above 1 A may restrict upper T range. Consult Saft) Physical characteristics Diameter (max) 33.4 mm (1.32 in) Height (max) 61.6 mm (2.42 in) Typical weight 100 g (3.5 oz) Li metal content approx. 3.8 g Available termination suffix CN, CNR radial tabs CNA (AX) axial leads FL flying leads ...etc. Ø 33.1 ± 0.3 2.1 ± 0.2 61.0 ± 0.6 0.5 Ø 9.3 ± 0.1 (on flat surface) Ø 18.0 ± 0.2 (on flat surface) LSH 20 Saft Specialty Battery Group 12, rue Sadi Carnot 93170 Bagnolet - France Tel +33 (0)1 49 93 19 18 Fax +33 (0)1 49 93 19 69 www.saftbatteries.com Storage •The storage area should be clean, cool (preferably not exceeding + 30°C), dry and ventilated. Warning •Fire, explosion and burn hazard. •Do not recharge, short circuit, crush, disassemble, heat above 100°C (212°F), incinerate, or expose contents to water. •Do not solder directly to the cell (use tabbed cell versions instead). Doc. No31015-2-1006 Information in this document is subject to change without notice and becomes contractual only after written confirmation by Saft. For more details on primary lithium technologies please refer to Primary Lithium Batteries Selector Guide Doc No31048-2. Published by the Communications Department. Photo credit: Saft Société anonyme au capital de 31 944 000 € RCS Bobigny B 383 703 873 Produced by Arthur Associates Current (mA) Voltage plateau versus Current and Temperature (at mid-discharge) Time (hours) Typical discharge profiles at + 20°C Current (mA) Restored Capacity versus Current and Temperature (2.0 V cut off) Cell voltage (V)Cell voltage (V)Capacity (Ah) Dimensions in mm. Pág. 1 Manual sensor STH I – v1.0 0 SENSOR AMBIENTAL STHI Modelos disponibles: - MODELO 150113-T: TEMPERATURA - MODELO 150113-TH: TEMPERATURA Y HUMEDAD - MODELO 150113-C: CO 2 - MODELO 150113-Q: CO - MODELO 150113-H: H 2 o LPG Revisiones manual: - V1.00 - 25-04-2015 Pág. 2 Manual sensor STH I – v1.0 0 ÍNDICE DE CONTENIDO 1. Descripción general. ............................................................................................. 3 2. Características comunes. ....................................................................................... 3 3. Microcontrolador. ................................................................................................. 4 4. Conexiones y configuración. ................................................................................ 5 5. Mapa MODBUS. .................................................................................................. 6 6. Especificaciones técnicas generales. .................................................................... 7 7. Especificaciones sensor temperatura. ................................................................... 8 8. Especificaciones sensor temperatura y humedad.................................................. 8 9. Especificaciones sensor CO 2 . ............................................................................... 9 10. Especificaciones sensor CO. ................................................................................. 9 11. Especificaciones sensor H 2 o LPG (metano, butano, propano...). ...................... 10 Pág. 3 Manual sensor STH I – v1.0 0 1. Descripción general. Los sensores ambientales STHI son dispositivos basados en arquitectura Arduino que nos ofrece la posibilidad de supervisar y leer remotamente valores de temperatura, humedad, CO 2 , CO, H 2 ,... mediante el protocolo estándar RS485 MODBUS RTU. Pueden combinarse, bajo pedido, cualquiera de los distintos sensores disponibles. Opcionalmente se puede pedir con salida relé. Gracias a su puerto RS485, está recomendado para aplicaciones distribuidas como domótica, conexión con PLCs industriales, control de climatización, estaciones meteorológicas, etc. Todas las entradas y salidas son accesibles a través de robustas bornas de tornillo. El sensor STHI se entrega montado en una caja discreta y robusta de policarbonato para montar en pared. 2. Características comunes. • Microcontrolador Atmel ATMega328P compartible con Arduino. • Protocolo cargado por defecto: MODBUS RTU • 8 interruptores dipswitch para direccionamiento modbus y cambio de parámetros de comunicación. • Opcionalmente salida de relé libre de tensión. • Bus de comunicaciones RS485 con detección automática de dirección. • Amplio rango de alimentación de 6.5 a 30VDC. • Regulador conmutado de alta eficiencia. • Bornas de tornillo. • Protección IP66 para medidas de temperatura y humedad. • Protección contra inversión de polaridad de alimentación. • Medidas disponibles: temperatura, humedad, CO 2 , CO y H 2 Pág. 4 Manual sensor STH I – v1.0 0 3. Microcontrolador. STHI está basado en arquitectura Arduino y por consiguiente podremos utilizar cualquiera de los entornos de desarrollo Arduino si necesitamos reprogramar nuestro sensor. La equivalencia entre las E/S de STHI Arduino son las siguientes: E/S STH E/S Arduino RELE 4 DIPSWITCH 1 5 DIPSWITCH 2 6 DIPSWITCH 3 7 DIPSWITCH 4 8 DIPSWITCH 5 9 DIPSWITCH 6 10 DIPSWITCH 7 A6 DIPSWITCH 8 A7 SENSOR MQ-7 A1 SENSOR FCM6812 A2 SENSOR CMD8S RX 2 SENSOR CMD8S TX 3 SENSOR SHT21 I2C Pág. 5 Manual sensor STH I – v1.0 0 4. Conexiones y configuración. Para acceder a los bornes de conexión, afloje los cuatro tornillos de la parte superior con la ayuda de un destornillador plano. El sensor SHTI está protegido contra conexión de polaridad inversa en la alimentación. Antes de alimentar el sensor, establezca la dirección MODBUS y los parámetros de comunicación mediante el dipswitch obedeciendo una codificación binaria estándar. Así, el interruptor número 1 es el bit menos significativo y el 6 el más significativo. Puede direccionar hasta 63 dispositivos en el bus: SW1 - SW6 DIRECCIÓN SW7 VELOCIDAD SW8 PARIDAD ON 63 19200 Even (par) OFF 0 9600 None Si es necesario, puede activar la resistencia terminal del bus RS485 activando el jumper S2. Esta resistencia tiene un valor nominal de 120 Ohm. Pág. 6 Manual sensor STH I – v1.0 0 5. Mapa MODBUS. MODO R: FUNCION 3 - READ BLOCK HOLDING REGISTERS MODO W: FUNCION 6 - WRITE SINGLE HOLDING REGISTER DIRECCION TIPO MODO FORMATO MAXIMO MINIMO UNIDADES DESCRIPCION ----------------------------------------------------------------------------------------------- 0x0000 int R 0000.0 +0155.0 -0055.0 ºC TEMPERATURA 0x0001 uint R 00000 00100 00000 % HUMEDAD 0x0002 int R 0000.0 +0155.0 -0055.0 ºC TEMPERATURA DE ROCIO 0x0003 int R 00000 00001 00000 --- PARAMETROS SENSOR OK = 0 (solo SHT21) 0x0004 int R/W 00000 00001 00000 --- RELE 0x0005 int R 00000 00255 00000 --- ESTADO DEL DIPSWITCH 0x0006 int R 00000 +14000 00000 ppm GAS COMBUSTIBLE o H2 0x0007 int R 00000 +05000 00000 ppm GAS CO con preheating de 2 horas 0x0008 int R 00000 +05000 00000 ppm GAS CO sin preheating 0x0009 int R 00000 +32000 00000 ppm CO2 Pág. 7 Manual sensor STH I – v1.0 0 6. Especificaciones técnicas generales. • Rango de alimentación: 6.5 ~ 30 VDC • Protección de alimentación: inversión de polaridad • Protecciones de sobretensión en: puerto RS485 • Consumo a 24VDC máximo: 50mA (1.2W) • Microcontrolador: Atmega328P @ 16Mhz • Memoria Flash: 32K • Memoria RAM: 2Kb • Máxima corriente salidas relé: 3A • Máxima tensión salida relé: 250VAC, 30VDC • Puerto RS485: No aislado, ¼ unidad de carga, protección ESD +/- 15Kv, control automático de dirección de datos. Max. 500Kbps. • Temperatura de funcionamiento: -40 ~ 85 ºC • Ancho: 94 mm • Alto: 94 mm • Fondo: 57 mm • Peso: 120 g. Pág. 8 Manual sensor STH I – v1.0 0 7. Especificaciones sensor temperatura. • Modelo: 150113-T • Tipo sensor: DS18B20+ (DALLAS-MAXIM) • Interface: 1-wire • Resolución: 0.1ºC • Rango de medida: -40 ~ 85ºC • Precisión típica: +/- 0.1ºC • Precisión máxima: +/- 1ºC • Grado de protección IP: IP66 8. Especificaciones sensor temperatura y humedad. • Modelo: 150113-TH • Tipo sensor: SHT21 (SENSIRION) • Interface: I2C • Resolución temperatura: 0.1ºC • Rango de medida: -40 ~ 85ºC • Precisión típica: +/- 0.3ºC • Precisión máxima: +/- 1ºC • Resolución humedad: 1% • Rango de medida: 0 ~ 100%RH • Precisión típica: +/- 2%RH • Precisión máxima: +/- 5%RH • Grado de protección IP: IP66