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Ballon sonde 2009 BTS Systèmes Electroniques Lycée Edouard Branly Amiens.

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1 Ballon sonde 2009 BTS Systèmes Electroniques Lycée Edouard Branly Amiens

2 La chaîne de vol Ballon gonflé à lhélium Parachute Réflecteur radar Nacelle principale Parachute Réflecteur radar Nacelle secondaire

3 Mise en œuvre de la nacelle principale Elle extrait et retransmet la trame GPGGA du GPS (heure, fix, altitude, latitude, longitude…). Elle transmet les informations de pression, températures intérieure et extérieure, humidité relative et intensité lumineuse. Lémetteur est un modulateur FM de porteuse 139,5 MHZ. Il est fourni par le CNES et porte le nom de Kiwi. Le signal modulant est une modulation FSK où un bit 0 est codé par un signal de fréquence 900 Hz et un bit 1 par un signal de fréquence 1500 Hz. Le débit de la communication est de 600 bauds.

4 Etalonnage des capteurs et vérification de conformité avec la documentation constructeur

5 Capteur de pression (MPX4115) Carte test Capteur de pression Capteur de pression étalon

6 Capteur dhygrométrie (HIH4000) Capteur dhumidité relative Hygromètre étalon Solutions salines saturées dont latmosphère présente un taux dhumidité connu et constant

7 Capteur dintensité lumineuse (BPW21R) Capteur de lumièreSource de lumière Luxmètre étalon

8 Capteur de température (thermocouple type K, conditionneur AD595) Thermocouple Carte de conditionnement Solution «antigel» à – 28 °C Thermomètre étalon

9 GPS (EM-406) GPS Carte test

10 Mise en œuvre de la nacelle secondaire Elle extrait et retransmet la trame GPGGA du GPS (heure, fix, altitude, latitude, longitude…). Elle transmet les informations de son accélération suivant 3 axes. Elle possède un système dauto-largage, soit automatique à une altitude de 500 m, soit forcé par une télécommande au sol. Elle possède un système de prise de photos cyclique ou forcée par une télécommande au sol. Elle possède un émetteur sonore déclenché automatiquement à une altitude de 200 m lors de la phase descendante. Lémission et la réception sont effectuées par un module Xbee- pro à 2,4 GHz (modulation DSSS identique au Wi-Fi). Le débit de la communication est de 4800 bauds.

11 Système dauto-largage de la nacelle secondaire par servo-moteur

12 Capteur daccélération (ADXL330) Capteur daccélération 3 axes Carte de conditionnement

13 Télécommande de la nacelle secondaire Ecran de contrôle Antenne démission Emetteur 2,4 GHz Commande départ cycle photos Commande forçage dune photo Commande dauto-largage de la nacelle secondaire Bouton de validation de la commande

14 Choix des piles de la nacelle principale par un test de capacité Les contraintes sont : Durée du vol de 3 h environ. Température minimale de latmosphère de – 70 °C. Consommation des cartes électroniques denviron 300 mA.

15 Décharge à courant constant à + 20°C et à – 20 °C Réalisé avec LabView

16 La nacelle principale

17 Emetteur Kiwi 139,5 MHz Antenne démission Capteur de lumière Processeur Capteur de pression Capteur de température Hygromètre Connecteur du GPS Modulateur FSK Blindage obligatoire contre le rayonnement de lémetteur Cartes électroniques nacelle principale

18 Appareil photos Fils de connexion des capteurs fixés à lextérieur de la nacelle, blindage Piles 4,5 V Cartes électroniques blindées Isolation thermique pour lélectronique ainsi que pour les piles Interrupteurs avec blindage Nacelle principale

19 La nacelle secondaire

20 Télécommande 2,4 GHz Appareil photos GPS Antennes Emetteur/récepteur 2,4 GHz Processeur Système dauto-largage de la nacelle secondaire Système sonore Cartes électroniques nacelle secondaire Accéléromètre

21 Assemblage de la nacelle secondaire

22 Nacelle secondaire avant fermeture

23 Le lâcher du ballon sonde Vendredi 3 avril h 59

24 Durée du vol : 3 heures

25 Durée du vol : 3 minutes

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27 Le suivi du ballon en temps réel

28 Le trajet de la nacelle secondaire Réalisé avec LabView

29 Suivi de la nacelle principale sur grand écran en salle de conférence et sur Internet (mise en place dun serveur web) Réalisé avec LabView

30 Affichage des mesures de la nacelle principale sur grand écran et sur Internet Réalisé avec LabView

31 Les résultats

32 Altitude en fonction du temps Point culminant : mètres au bout de 90 minutes Vitesse ascensionnelle de 5 m/s Vitesse pendant la chute de lordre de 20 m/s Au-delà de m le GPS nindique plus son altitude

33 Évolution de lhygrométrie A 5000 m la température est inférieure à - 40°C : Le capteur est en dehors de sa plage de fonctionnement Au-delà de 5000 mètres, la mesure nest pas significative

34 Évolution de la température à lintérieur de la nacelle Entre 0 et 10 km daltitude, le ballon traverse la troposphère : la température y décroît Au delà de 10 km daltitude le ballon évolue dans la stratosphère : la température y est constante (environ – 60°C) puis augmente jusquà environ 0°C Lisolation de la nacelle retarde la chute de la température. On peut voir laugmentation de température en fin dascension.

35 Évolution de la pression atmosphérique La pression atmosphérique décroît exponentiellement avec laltitude Le capteur a atteint sa limite basse de fonctionnement

36 Conclusion Le travail sous forme de projet permet daborder de manière concrète des parties du programme. Pour les élèves projet est ludique, tout en ayant un contenu scientifique dense. Les points forts de ce projet sont : –Acquisition de savoirs techniques et scientifiques de niveau BTS (GPS, accéléromètres, transmissions radios etc.). –Initiation à la conduite de projet : planification, travail en équipe. –Développement de la culture scientifique : connaissance de latmosphère, principes physiques relatifs au vol dun ballon sonde. –Intérêt des élèves pour les sciences et les techniques, au sein de la section de BTS, mais aussi au sein du lycée. –Communication des travaux réalisés par les élèves par le biais dun site internet et le lâcher en début daprès midi de semaine pour toucher un maximum délèves. –Communication dans la presse locale : mise en valeur du travail des élèves, des sections scientifiques et techniques et du partenariat avec Planète Sciences et le CNES.

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