UBPE@Valence

Charlière 02 s'est envolé de la cité scolaire Triboulet de Romans-sur-Isère le mardi 15 juin vers 12h, après quelques péripéties de dernière minute (sinon, si tout marche bien du premier coup ce n'est pas drôle ;-) )
Des vidéos du décollage sont visibles ici et là.

Son vol a duré 2 heures 30, a été conforme à la prévision de la veille (voir ci-dessus), et a pu être suivi de plusieurs manières :

• Système Kikiwi : le suivi des télémesures du système principal (Kikiwi), à l'aide de la baie de réception Planète-Sciences, a été mis en place localement sur le site de lacher. Le système kikiwi avait du être remplacé juste avant le gonflage de l'enveloppe après être tombé inexplicablement en panne. Après son remplacement, quelques-uns des capteurs connectés n'ont plus fonctionné correctement, mais des mesures de température ont pu être collectées pendant le vol. La télémesure a fonctionné de manière intermittente et le GPS du kikiwi n'a fonctionné que dans les premières et dernières dizaines de minutes.
• Balise Radio-Amateur : le site Web de suivi mis en place par un radio-amateur n'a pas permis de visualiser la trajectoire par manque de relai de données, mais les radio-amateurs partis à la recherche du ballon n'ont jamais perdu sa trace (sauf au dessus de 31000m, altitude d'éclatement estimée), qui pourra être collectée à posteriori.
• Système LoRaWan : le suivi des télémesures du système secondaire (LoRaWan), à l'aide de stations de réception fixes et mobiles connectées au réseau communautaire The Things Network, a été possible via un tableau de bord TagoIO (lien). Le système secondaire a plutôt bien fonctionné et les paquets émis depuis la nacelle ont été majoritairement reçus (plus de 60%), par des stations localisées dans le bassin valentinois, mais également à Grenoble, Beziers, Lausanne (Suisse) et Bologne (Italie), ce qui est honorable car ce système a une puissance d'émission plutôt faible.
  La DemoMote Orange a quand a permis de recevoir 1600 messages (un toutes les 20 secondes) jusqu'au décrochage de la nacelle, relayés par des stations un peu partout en France.

Ci dessous, le tajet complet, un zoom sur l'atterrissage, et le point de chute (à 8m dans un châtaignier :-())

Ci dessous, les mesures collectées par le système secondaire LoRaWan :

C'est un projet à vocation pédagogique (mais ayant aussi servi de support à des activités de recherche) mené depuis septembre 2007 dans la région de Valence.
L'objectif est d'équiper un ballon stratosphérique d'un système embarqué capable de faire des mesures de grandeurs physiques et de les transmettre à un serveur au sol assurant le suivi en temps-réel (géolocalisation, courbes).
Le projet se déroule dans le cadre de l'opération Un ballon pour l'école, coordonnée par l'association Planète-Sciences et soutenue par le CNES (Centre National d'Etudes Spatiales).

La vidéo du vol 2009 vous en apprendra rapidement un peu plus !

Cette année le projet a été baptisé Charlière 02, en hommage au premier ballon à gaz de l'histoire (1783).
Il s'envolera le 15 juin 2021, à 11h, de la cour du lycée/collège Triboulet

Il est mené par :

• Le Lycée Triboulet de Romans-sur Isère

2 groupes d'élèves de seconde option SL (Sciences de Laboratoire) définissent les expériences, étudient les capteurs embarqués (étalonnage) et exploitent les résultats

• Le Collège Triboulet de Romans-sur Isère

2 groupes d'élèves de troisième, dans le cadre de leur enseignement en technologie, étudient les aspects mécaniques du cahier des charges et concoivent la nacelle (la boite embarquant les expériences).
Leur présentation du projet est visible via ce lien.

• Le département Informatique de l'IUT de Valence

4 étudiants de 2e année de DUT Informatique, dans le cadre de leur projet tutoré de 2e année, ont débuté la conception du système embarqué et la mise en place de l'infrastructure de suivi.

• Le L0AD (Laboratoire Ouvert Ardèche-Drôme)

Quelques membres de ce hackerspace associatif ont intégré le système dans la nacelle et procédé aux tests de l'ensemble.

Partie embarquée

Le système principal est fourni par le CNES (émetteur Kikiwi), et permet :

• de prendre des mesures analogiques sur 8 voies (capteurs alimentés en 3.3V)
• de transmettre (toutes les 2s) les mesures et la position (AFSK 1200 bits/s, sur 869.525 MHz, portée à plusieurs centaines de km)
• de stocker les mesures et la position sur une carte micro-SD
• d'émettre la position GPS par SMS chaque minute (si couverture réseau)

Un schéma d'architecture est présenté ci-dessus (cliquer pour voir l'image complète), avec les mesures embarquées :

• Température intérieure / extérieure
• Pression
• Hygrométrie
• Luminosité visible et infra-rouge

L'ensemble est alimenté par 2 piles 4.5V, assurant un fonctionnement pendant plus de 12h

Le système secondaire a été réalisé à l'IUT de Valence (étudiants, enseignants) et permet :

• de prendre des mesures numériques (modules capteurs alimentés en 5V)
, toutes les 10 secondes
• de stocker les mesures, la position et d'autres informations utiles sur une carte micro-SD
• de transmettre (toutes les 45s) les mesures et la position (LoRaWan, SF9/868MHz)

Un schéma d'architecture est présenté ci-dessus (cliquer pour voir l'image complète), avec les mesures embarquées :

• Température intérieure / extérieure (capteurs redondants différents)
• Pression
• Hygrométrie

L'ensemble est alimenté par 2 accumulateurs LiPo 3.7V/3000mAh, assurant un fonctionnement pendant plus de 12h
2 caméras autonomes (semblables à des GoPro) permettent de filmer :

• Le sol et l'horizon, en plongée à 45°, en 1080p à 30 images/s
• le ballon (et son éclatement), en 720p à 120 images/s

Ces caméras sont alimentées par leur batterie interne, rechargée en permanence en USB via un sytème composé d'un accumulateur LiPo 3.7V/9000mAh et un dispositif d'élévation de tension à 5V).

Partie mécanique

La nacelle, réalisée par les collégiens, est un cube polystyrène extrudé de 25x25x27cm (collé/renforcé), d'une masse inférieure à 300g.
Ci dessous, quelques photos des éléments intégrés (presque prêt à voler, tout n'est pas connecté), sur lesquelles on retrouvera les capteurs et systèmes présentés précédemment.

Partie sol

La nacelle possède 4 dispositifs radio différents :

• L'émetteur Kikiwi du système principal, prété par Planète-Sciences et le CNES, en AFSK (1200-2200 Hz) sur 868 MHz
• L'émetteur LoRaWan du système secondaire, sur 868 MHz
• Une radio-sonde RS400, prétée par les radios-amateurs Rhônalpins, sur 433 MHz
• Un émetteur LoraWan (Demo Mote Orange Live Objects) prété par l'équipe ERODS du laboratoire LIG de Grenoble

Un schéma d'architecture est présenté ci-dessus (cliquer pour voir l'image complète), avec les différentes solutions de suivi :

• Les trames émises par le système principal pourront être observées localement sur le site de lacher, par un aérotechnicien de Planète-Sciences, à l'aide d'une baie de réception UHF et du logiciel KikiwiSoft qui permettra de voir les données brutes, les courbes de mesure et la trajectoire du ballon.
• Les trames émises par la Demo Mote seront relayées par le réseau Orange et les données seront à disposition sur le cloud Live Objects. Les trames reçues pourront être récupérées via MQTT pour être visualisées.
• Les trames émises par le système secondaire seront relayées par les réseaux IoT Campus (réseau universitaire) et The Things Network. Elles pourront être observées directement via les interfaces web des clouds IoT Campus TTN, ou être récupérées via MQTT pour être visualisées. Un tableau de bord a été également réalisé sur Tago Io afin de pouvoir visualiser les mesures instantanées, les courbes et la trajectoire du ballon. Une voiture de poursuite sera équipée d'une station de réceptionmobile LoRaWan qui participera au relai des données et permettra de suivre en local la trajectoire du ballon.
• Les trames émises par la radio-sonde seront relayées par des stations radio-amateurs (fixes ou mobiles) vers un serveur web qui permettra d'observer à distance les données brutes, les courbes de mesure et la trajectoire du ballon