Equipo indicador de peso y balanceo de aeronavesEspecialización en Sistemas Embebidos - FI-UBADiciembre - 2017

Autor: Ing. Gonzalo E. SanchezDirector de trabajo: Esp. Ing. Facundo Larosa (UTN-FRH, FI-UBA)Jurados: Patricio Bos (FI-UBA)

Julián Iglesias (FI-UBA)Sergio Renato de Jesús (FI-UBA)

Fuerza Aérea ArgentinaÁrea Material Quilmes

Hoja de ruta

● Introducción

● Nociones de peso y balanceo

● Hardware

● Comunicaciones inalámbricas

● Demostración

Hoja de ruta

● Introducción

● Nociones de peso y balanceo

● Hardware

● Comunicaciones inalámbricas

● Demostración

Introducción

● El proyecto consiste en la fabricación de un equipo de lo que en jerga aeronáutica se conoce como “maleta de peso y balanceo”

● En la actualidad, una de las balanzas de peso y balanceo presenta un desperfecto que no admite reparación y debe ser reemplazada.

● Todas las conexiones de las celdas de carga son cableadas; por lo que se implementó una conexión inalámbrica.

Introducción - (cont.)

Introducción - (cont.)

● Se poseen tres celdas de carga, las cuales traducen una variable mecánica (fuerza) en una variable eléctrica (tensión).

● A cada celda se conecta un dispositivo remoto, que se comunica con el coordinador inalámbricamente.

● El coordinador es implementado con una EDU-CIAA que recolecta los datos y los envía a una PC mediante conexión USB

Introducción - (cont.)

Propósito

● Sentar las bases para el desarrollo de un producto que pueda ser fabricado y calibrado en las dependencias de la Fuerza Aérea Argentina.

● Posibilidad cierta de crecimiento profesional en la institución.

● Ahorro de dinero y esfuerzos de coordinación para calibraciones en el exterior.

Hoja de ruta

● Introducción general

● Nociones de peso y balanceo

● Hardware

● Comunicaciones inalámbricas

● Demostración

Nociones de peso y balanceo de aeronaves

Nociones de peso y balanceo de aeronaves - (cont.)

● La distribución de peso en una aeronave es uno de los factores para la operación segura y eficiente de la misma.

● Se asume que el peso total de la aeronave está concentrado en su centro de gravedad (CG).

● La ubicación del CG determina si la aeronave está balanceada correctamente.

Nociones de peso y balanceo de aeronaves - (cont.)

● Si el CG se ubica dentro de los límites impuestos por el fabricante, la aeronave tendrá una estabilidad longitudinal adecuada.

● Un balanceo inapropiado puede causar pérdidas materiales y de vidas.

Nociones de peso y balanceo de aeronaves - (cont.)● CG hacia atrás: el avión se vuelve inestable y difícil de recuperar en el caso de

entrar en pérdida.

Nociones de peso y balanceo de aeronaves - (cont.)

● CG hacia adelante: En el caso de aterrizaje puede no haber suficiente elevación para efectuar las maniobras necesarias.

Cálculo de la posición del centro de gravedad

Hoja de ruta

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● Hardware

● Comunicaciones inalámbricas

● Demostración

Celdas de carga

● Es un tipo de sensor utilizado para medir la magnitud de una fuerza.

● Esta fuerza deforma una estructura metálica (cuerpo elástico).

● El cuerpo elástico tiene una membrana resistiva adosada.

● Al deformarse el cuerpo elástico, varía la resistencia de la membrana.

Circuito equivalente de una celda de carga típica

Implementación de hardware

● Resolución mínima necesaria en conversion analogica-digital: 11 bits.

● Amplificación diferencial de alto rechazo al ruido necesaria.

● Utilizado Conversor A/D MCP3202:

○ Cantidad de canales: 2.

○ Resolución: 12 bits.

○ Comunicación SPI.

Implementación de hardware - (cont.)

● Utilizado amplificador de instrumentación INA326.

○ Offset de entrada muy bajo (máximo 100uV).

○ Alimentación: 2,7V - 5,5V.

○ Entrada diferencial y salida Rail to Rail.

Implementación de hardware - (cont.)

● Microprocesador: MSP430G2553

○ Ancho de palabra: 16 bits.

○ Modos de ultra bajo consumo

○ Bajo precio (alrededor de USD 2.30)

Implementación de hardware - (cont.)

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● Hardware

● Comunicaciones inalámbricas

● Demostración

Comunicación inalámbrica● Utilizado módulo nRF905

● Generación de preámbulo y CRC16 por hardware, sin intervención del microcontrolador.

● Detección de portadora y de direccionamiento válido.

● Formación de paquete enviado

Transacciones básicas - comunicación inalámbrica● Se utilizó como base el protocolo 802.15.4 sin balizamiento.

● Transacción del tipo I: La comunicación se da desde el dispositivo remoto hacia el coordinador.

Transacciones básicas - comunicación inalámbrica● Transacción del tipo II: La comunicación se da desde el coordinador

hacia el dispositivo remoto.

● Esto permite facilidad en implementación de modos de bajo consumo.

Transacciones básicas - comunicación inalámbrica● Sensado del canal para evitar colisiones

Implementación de HAL● Se implementó el protocolo de

comunicación en dos plataformas (MSP430 y EDU-CIAA).

● Se reutilizo un alto porcentaje de código.

● El código está abierto para desarrollos futuros en la comunidad (GitHub).

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