UNIVERSIDAD DISTRITAL

Francisco José de Caldas

Facultad Tecnológica

Tecnología Electrónica

SISTEMA DE DIRECCIONAMIENTO DE LA ANTENA PARA EL VEHÍCULO

ESTRATOSFÉRICO SABIO CALDAS

Eduard Giovanny Rincón Murillo

Hans Sneider Montañez Rodríguez

DIRECTOR

Ing. Esperanza Camargo Casallas

Co-Director

Ing. Cesar Coronel Segrera

Bogotá, Colombia

2017

Resumen

El grupo de investigación DIGITI ha desarrollado durante los últimos 5 años cuatro

proyectos de investigación institucionalizados, entre sus líneas de investigación se

encuentra el diseño e implementación de vehículos estratosféricos, como desarrollo

en esta línea de trabajo se implementó una base mecánica capaz de seguir el

movimiento del vehículo durante su ascenso, esto debido a que existen fuerzas

externas que dificultan que el vehículo siga la trayectoria que inició con respecto a la

superficie terrestre y generen grandes cambios en su dirección, por lo cual la pérdida

de comunicación con el vehículo es un peligro real y se busca minimizar este riesgo.

El proyecto se realizó bajo el concepto de geolocalización por GPS, es decir, la base

cuenta con un GPS el cual compara la posición actual del vehículo con la base y por

medio de cálculos matemáticos se obtiene la dirección a la cual se debe apuntar,

esta dirección es controlada por un magnetómetro el cual funciona como sistema de

control que permite al microprocesador posicionar los servomotores en la dirección

correcta y permitir la comunicación con el vehículo.

Se obtuvieron buenos resultados con el proyecto terminado lo cual permite y da paso

para futuras mejoras en el ámbito mecánico, para ampliar la capacidad de carga y

aumentar el número de antenas, se recomienda utilizar otro medio de control

diferente debido a que el magnetómetro puede variar por factores externos y puede

generar movimientos no deseados.

Este proyecto se desarrolló para el grupo de investigación DIGITI de la Universidad

Distrital Francisco José de Caldas, fue apoyado y financiado por el CIDC de la misma

Universidad y la OTRI Bogotá.

Palabras Clave: sistema de posicionamiento, azimut, microcontrolador, GPS,

control.

ABSTRACT The DIGITI research group has developed four institutionalized research projects

during the last five years, among its lines of research is the design and

implementation of stratospheric vehicles, as a development in this line of work was

implemented a mechanical base capable of following the movement of the vehicle

during its ascent, this because there are external forces that make it difficult for the

vehicle to follow the trajectory that it started with respect to the earth's surface and

generate great changes in its direction, for which the loss of communication with the

vehicle is a danger real and seeks to minimize this risk.

The project was carried out under the concept of geolocation by GPS, that is, the

base has a GPS which compares the current position of the vehicle with the base and

by means of mathematical calculations the direction to which it is aimed is obtained.

The direction is controlled by a magnetometer which functions as a control system

that allows the microprocessor to position the servomotors in the correct direction and

allow communication with the vehicle.

Good results were obtained with the finished project which allows and gives way for

future improvements in the mechanical field, to expand the load capacity and

increase the number of antennas, it is recommended to use another different control

means because the magnetometer can vary by external factors and can generate

unwanted movements.

This project was developed for the DIGITI research group of the Francisco José de

Caldas District University, and was supported and financed by the CIDC of the same

University and the OTRI Bogotá.

Keywords: positioning system, Azimuth, microcontroller, GPS, control.

Agradecimientos

Los autores de este proyecto agradecen al grupo de investigación DIGITI de la

Universidad Distrital Francisco José de Caldas por permitir la utilización de sus espacios para la realización de las tareas de implementación y pruebas correspondientes. El agradecimiento a los ingenieros Esperanza Camargo y Cesar

Coronel por su constante dedicación en las asesorías que dieron paso al desarrollo del módulo.

TABLA DE CONTENIDO

AGRADECIMIENTOS………………………………………………………………………………………………………………… .5

1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………………………………….8

1.1 Planteamiento Del Problema………………………………….…………………………………………………….8

1.2 Justificación………………………………………………………………………………………………………………….9

1.3 Objetivos………………………………………………………………………………………………………………………9

1.3.1 General…………………………………………………………………………………………………………………………9

1.3.2 Específicos…………………………………………………………………………………………………………………….9

2 MARCO DE REFERENCIA……………………………………………………………………………………………..10

2.1 Estado del arte……………………………………………………………………………………………………………10

2.1.1 Implementación del sistema seguidor………………………………………………………………………..10

2.1.2 DE-LINK, sistema de apuntamiento de antena para globos estratosféricos………………..11

2.1.3 Determinación de la posición de satélites en tiempo real para sistemas TDMA………….12

2.1.4 Diseño del Sistema de Apuntamiento de la Antena, desafíos de control y

comunicación…………………………………………………………………………………………………………………………142.

2 Marco Teórico…………………………………………………………………………………………………………….16

2.2.1 GPS (Sistema de Posicionamiento Global)…………………………………………………………………..16

2.2.2 Servo Motor……………………………………………………………………………………………………………….17

2.2.3 Magnetómetro………………………………………………………………………….……………………………….18

2.2.4 Rumbo y Azimut………………………………………………………………………………………………………….19

2.2.5 Coordenadas Geográficas…………………………………………………………………………………………..20

2.2.6 Sistemas de Lazo Cerrado…………………………………………………………………………………………..21

3 METODOLOGÍA……………………………………………………………………………………………….............22

3.1 Diseño de Software…………………………………………………………………………………………………….22

3.1.1 GPS…..…………………………………………………………………………………………………………………………23

3.1.2 Magnetómetro……………………………………………………………………………………………………………24

3.1.3 Servomotor 360 (Eje azimutal)……………………………………………………………………………………26

3.1.4 Servomotor (Eje elevación)…………………………………………………………………………………………28

3.2 Diseño mecánico………………………………………………………………………………………………………..30

3.3 Acople de Software y base mecánica………………………………………………………………………….34

4. RESULTADOS………………………………………………………………………………………………………………37

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………………………………………………………..42

6. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………………………………………..45

TABLA DE FIGURAS

Figura 1. Ejes Azimut y Elevación [1]…………………………………………………….12

Figura 2. Antenna Pointing System For Stratospheric Balloons [4]…………………...13

Figura 3. Coordenadas cartesianas geocéntricas X-Y-Z [3]……………………………14

Figura 4. Coordenadas cartesianas geocéntricas X'-Y'-Z' [3]………………………….14

Figura 5. Diagrama de bloques para APS [2]……………………………………………15

Figura 6. Algoritmo de control [2]………………………………………………………….16

Figura 7. Algoritmo de posicionamiento [2]………………………………………………17

Figura 8. Triangulación GPS [5]…………………………………………………………...18

Figura 9. Control con PWM[7]……………………………………………………………..19

Figura 10. Polos Magnéticos[8]……………………………………………………………19

Figura 11. Sensores ARM[9]………………………………………………………………20

Figura 12. Rumbo y Azimut[10]…………………………………………………………...20

Figura 13. Conversiones Azimut y Rumbo[10]…………………………………………..21

Figura 14. Longitud…………………………………………………………………………21

Figura 15. Latitud……………………………………………………………………………22

Figura 16. Sistema de control de lazo cerrado…………………………………………..22

Figura 17. Modulo GPS y Arduino UNO………………………………………………….24

Figura 18. Magnetómetro y Arduino UNO…………………….………………………….25

Figura 19. Servomotor 360………………………………………………………………...28

Figura 20. Servomotor……………………………………………………………………...30

Figura 21. Base 360………………………………………………………………………...31

Figura 22.Diseño base magnetómetro……………………………………………………32

Figura 23. Diseño soporte giro 90°………………………………………………………..32

Figura 24. Configuración impresora 3D…………………………………………………..33

Figura 25. Programa Cura…………………………………………………………………33

Figura 26. Base inferior acoplada…………………………………………………………35

Figura 27. Tapa base acoplada……………………………………………………………35

Figura 28. Magnetómetro acoplado……………………………………………………….36

Figura 29.Acople servomotor 90° …………………………………………………………36

Figura 30. Datos Módulo GPS....................................................................................37

Figura 31. comparación gps........................................................................................38

Figura 32. brújula digital..............................................................................................39

Figura 33. Brujula de comparacion…..........................................................................39

Figura 34. Pantalla de visualizacion............................................................................40

Figura 35. Comparacion pagina web..........................................................................40

Figura 36. Distancia Google eath ...............................................................................41

Figura 37. Simulacion Google earth............................................................................41

Figura 38. Perfil de elevación......................................................................................42

Figura 39. Datos de Simulación..................................................................................42

Figura 40. Tabla de coordenadas ...............................................................................42

Figura 41. Programa Mbed.........................................................................................42

Figura 42. Grafico de elevacion..................................................................................43

1. Introducción

Se planteó el proyecto desde la necesidad de mantener la comunicación

constante con el vehículo estratosférico y la base de operaciones ubicada en

tierra, la solución realizada fue un modelo tipo “traker” el cual posicionar la antena

en dirección al vehículo todo el tiempo, el desarrollo empezó por la realización del

algoritmo que realizara la triangulación del vehículo y la base en tierra, se optó

por realizar este cálculo mediante las datos del GPS que era entregado por el

vehículo y un GPS que se mantendría en tierra, esta fue la mejor solución

encontrada debido a que las distancias serían muy grandes durante el trayecto,

mediante esto sabemos la distancia y dirección a la cual se encuentra el vehículo,

una vez realizado el programa se diseñó la base basados en la diferentes

proyectos los cuales encontramos en la investigación previa, el proyecto final fue

una base accesible y de bajo costo que funcionaba de manera correcta pero con

la limitación del número de antenas que es capaz de mover al mismo tiempo.

En los siguientes capítulos se vera de manera más detallada la justificación del

proyecto, trataremos los objetivos que se buscaban realizar, observaremos los

proyectos de los cuales se tomaron las bases para la realización de trabajo y la

explicación teórica-matemática de la solución dada, por último se observara el

diseño de software y el modelo mecánico implementado y los resultados

obtenidos.

1.1 Planteamiento Del Problema

El vehículo estratosférico debe viajar por la atmósfera, por consiguiente, estará

propenso a varias fuerzas externas como los vientos que varían la trayectoria de este

vehículo. La velocidad del viento aumenta rápidamente con la altura sobre el nivel del

suelo [1], como éstas fuerzas no pueden ser controladas, generan que las

desviaciones sean un problema en la comunicación del vehículo con la antena

terrestre.

El vehículo cuenta con un sistema de navegación, para aterrizar lo más cerca posible

del punto de despegue. Si el sistema de navegación falla, este caerá abruptamente

sin ningún destino al cuál dirigirse, causando la deslocalización de la sonda,

dificultando de gran manera su recuperación, lo que puede llevar a cabo, varios días

de búsqueda o incluso la pérdida de la sonda con toda su tecnología y los datos

obtenidos durante el recorrido.

1.2 Justificación

Las tecnologías de rastreo han tomado fuerza en los últimos años, la mayoría de

éstas se basan en obtener la ubicación del dispositivo por medio de antenas

celulares, lo que limita el uso a zonas con cobertura móvil, lo cual genera, que si no

están en las zonas urbanas pierdan su ubicación, existen GPS con antena propia los

cuales son más costosos y tiene un rango de error de aproximadamente 15 metros.

El vehículo utiliza una antena UHF como receptor, ubicando así por telemetría el

dispositivo. Como la antena debe apuntar al vehículo constantemente se necesita

realizar los cálculos necesarios para realizar el movimiento en los 3 ejes del plano

para la correcta comunicación con el vehículo y asegurar la trasmisión de los datos.

1.3 Objetivos

1.3.1 General.

Desarrollar un sistema de direccionamiento que apunte la antena hacia el

vehículo estratosférico Sabio Caldas.

1.3.2 Específicos.

- Desarrollar el algoritmo que triangule la posición del vehículo

estratosférico con la posición de la antena.

- Controlar el movimiento de los motores de los ejes azimut y elevación de

la antena por medio de un micro controlador.

- Implementar y acoplar un soporte mecánico con el sistema de

posicionamiento.

2 Marco de referencia

2.1 Estado del arte

El seguimiento y monitoreo del vehículo estratosférico se realiza en una base

terrestre, la cual contiene un conjunto de elementos, que agrupados, constituyen la

estación terrestre [4]. Entre estos elementos, el seguimiento del vehículo requiere de

una antena que reciba los datos de la posición en la que se encuentra el dispositivo.

Cuando el vehículo estratosférico parte hacia la atmósfera, existen algunas fuerzas

externas que dificultan que el vehículo siga la trayectoria que inició con respecto a la

superficie terrestre. Debido a estas fuerzas la comunicación de la antena con el

vehículo estratosférico puede presentar errores, causando la perdida de la ubicación

del dispositivo; por esta razón, es necesario un sistema de posicionamiento que

mantenga la antena con la mejor orientación posible apuntando hacia el vehículo.

El objetivo principal de este proyecto es implementar dicho sistema a base de

motores que permita direccionar la antena hacia el vehículo estratosférico, por medio

de un micro controlador, ayudado por un módulo GPS y un magnetómetro.

2.1.1 Implementación del sistema seguidor

La principal función de un sistema de apuntamiento de antena es poder mover la

antena en dos ejes llamados azimut y elevación. El rango de grados del azimut son

de 0 a 360 y de la elevación son de 0 a 90 [2]. Los valores de estos ángulos

dependen de la posición geográfica de la antena (longitud y latitud) y de la ubicación

del vehículo [1].

Figura 1. Ejes Azimut y Elevación [1]

Para determinar la posición del vehículo se deben tener en cuenta tres parámetros:

la distancia entre el vehículo y la antena terrestre, la elevación, y el azimut [3]. La

elevación es el ángulo que hay que elevar para ubicar el vehículo, en cambio, el

azimut es la cantidad de grados que hay que girar la base de la antena en el sentido

de las manecillas del reloj con relación al norte geográfico de la Tierra hasta

encontrar el vehículo [1].

Luego, para desarrollar el algoritmo se requieren obtener estos 3 parámetros

esenciales: para hallar el ángulo de elevación y la distancia entre la antena y el

vehículo, se requiere usar un módulo GPS para conocer la posición en la que se

encuentra la antena terrestre y compararla con la ubicación del vehículo, para el

ángulo de azimut se requiere un magnetómetro para conocer el norte geográfico,

teniendo en cuenta la diferencia entre el norte magnético.

A continuación, se exponen algunos sistemas de seguimiento:

2.1.2 DE-LINK, sistema de apuntamiento de antena para globos

estratosféricos

En esta investigación utilizan una combinación de receptores GPS, acelerómetros y

circuitos magneto-resistivos para determinar la posición absoluta del globo en tiempo

real, y dos motores de corriente continua para apuntar la antena en las direcciones

de azimut y elevación para compensar los movimientos de la góndola.

Figura 2. Antenna Pointing System For Stratospheric Balloons [4]

Los motores son controlados por PWM para mejorar la eficiencia, ya que los motores

raramente corren a toda velocidad. Para poder controlar la antena con un

controlador PID utilizaron sensores de ángulo absoluto para proporcionar el

conocimiento inmediato de la dirección de la antena. Los sensores proporcionan una

salida de tensión continua que es lineal con el ángulo de rotación del sensor [4].

2.1.3 Determinación de la posición de satélites en tiempo real para

sistemas TDMA

Esta investigación describe que para determinar la posición en tiempo real de un

satélite se deben tener en cuenta los mismos tres parámetros anteriormente dichos.

La posición del satélite se determina normalmente en un sistema cartesiano

geocéntrico donde 1) el eje X es la intersección del plano ecuatorial (0 grados latitud)

y el plano meridiano de Greenwich (0 grados longitud) y está orientado lejos del

centro de la Tierra, 2) el eje Z es el eje polar orientado de sur a norte, y 3) el eje Y

completa el diestro del sistema de coordenadas cartesianas [3].

Figura 3. Coordenadas cartesianas geocéntricas X-Y-Z [3]

Además, para calcular las coordenadas del satélite, se deben agregar otro sistema

de coordenadas que indique la distancia con respecto a la estación terrestre.

Figura 4. Coordenadas cartesianas geocéntricas X'-Y'-Z' [3]

En esta investigación se dedujo la siguiente ecuación para las coordenadas del

satélite:

[

𝑋𝑆

𝑌𝑆

𝑍𝑆

] = 𝑑𝑅 [

cos 𝜃𝐿 sin 𝜃𝑙 sen 𝜃𝐿 cos 𝜃𝐿 cos 𝜃𝑙

−sin 𝜃𝐿 sin 𝜃𝑙 cos 𝜃𝐿 −sin 𝜃𝐿 cos 𝜃𝑙

− cos 𝜃𝑙 0 sin 𝜃𝑙

] × [cos 𝐸 cos 𝐴′

cos 𝐸 sin 𝐴′

sin 𝐸

]

+ [

𝑅𝑒 cos 𝜃𝐿 cos 𝜃𝑙

−𝑅𝑒sin 𝜃𝐿 cos 𝜃𝑙

𝑅𝑒 sin 𝜃𝑙

] (1)

Donde 𝜃𝑙, es la referencia de latitud de la estación, 𝜃𝑙 > 0 para una latitud norte y

𝜃𝑙 < 0 para una latitud sur, 𝜃𝐿 es la referencia de longitud, 𝜃𝐿 > 0 para una longitud

oeste, y 𝜃𝐿 < 0 para una longitud este y 𝑅𝑒 es el radio de la Tierra. El ángulo de

azimut está dado por lo siguiente: Hemisferio Norte: La estación está al oeste:

A=180-A’, la estación está al este: A=180+A’; y el hemisferio sur: La estación está al

oeste: A=A’, la estación está al este: : A=360-A’ [3].

2.1.4 Diseño del Sistema de Apuntamiento de la Antena, desafíos de

control y comunicación

En esta investigación se llega a la conclusión que un sistema de apuntamiento de

antena (APS) es un sistema integrado con montaje electromecánico, cuya función

principal es señalar automáticamente el objetivo moviendo la antena en dos ejes, el

de azimut y el de elevación [2].

Los requerimientos principales del sistema son: El ordenador de control de vuelo

adquiere el GPS y los datos de los sensores, y los pone a disposición de la unidad

digital de control; basado en los datos de longitud y latitud recibidos, calcular el

ángulo de apuntamiento; controlar la posición de la antena en varios motos como

manual y programable; comunicarse con la antena para el intercambio de datos por

telemetría [2].

Figura 5. Diagrama de bloques para APS [2]

Lo importante del APS es el algoritmo de control, este se lleva a cabo mediante el

uso de un controlador proporcional:

Figura 6. Algoritmo de control [2]

Para el algoritmo del posicionamiento se tiene en cuenta: Obtener la latitud, longitud

de la antena, los cuales son ubicaciones fijas como coordenadas de referencia;

adquirir la latitud y longitud del vehículo de aire que es variable para el cálculo;

obtener la diferencia de latitud y longitud para el algoritmo de aproximación; obtener

la posición X y la posición Y; calcular el rodamiento utilizando la posición X y la

posición Y que ayudará el movimiento del azimut; usar el rango y la altitud para

calcular el ángulo para el movimiento de elevación; estos dos parámetros deben

mantener la escala dependiendo de la dinámica del sistema mecánico [2].

Figura 7. Algoritmo de posicionamiento [2]

Para concluir, un APS es un sistema electromecánico que requiere de módulos,

sensores y algoritmos para su implementación, el cual se basa en el control de los

ejes de azimut y elevación dependiendo de la posición de la antena y del vehículo

estratosférico. Para la posición de la antena se usa un GPS y para la posición del

vehículo se obtienen los datos que obtiene la antena por telemetría; para el control

de dichos ejes se obtienen los datos de latitud, longitud y altitud y se comparan entre

sí para calcular los ángulos en los cuáles debe moverse la antena para apuntar hacia

el vehículo, cuyo movimiento es generado por motores.

2.2 Marco Teórico

2.2.1 GPS (Sistema de Posicionamiento Global)

El GPS (Global Positioning System o Sistema de Posicionamiento Global) es un

receptor de radio especial el cual recibe información de los satélites para dar la

posición actual del objeto con relativa precisión, esta cuenta de 3 partes las

cuales son los satélites, las estaciones terrestres y los receptores. Los satélites

son un conjunto de 24 vehículos espaciales los cuales reciben y envían señales

de radio de 50 bits por segundo, la frecuencia portadora es enviada a 1227.6

MHz (L2C) [5]. Las estaciones terrestres se encargan de controlar los satélites

orbitando y corregir cualquier posible falla, se cuenta con una con una estación

principal, 12 estaciones de mando y control y 16 de seguimiento. Por ultimo

contamos con los receptores los cuales nos otorga la posición de este con un

error máximo de 15 metros por medio de la triangulación de los satélites como

se muestra en la siguiente figura.

Figura 8. Triangulación GPS [5]

2.2.2 Servo Motor

Un servo motor es un pequeño motor de corriente continua al cual se le

configura 2 etapas, una de control y la otra de potencia; la parte de potencia está

configurada con un arreglo de piñones los cuales disminuyen su velocidad y

aumenta su capacidad de torque, esta relación se da por la siguiente fórmula:

𝜏 =𝜔1

𝜔2

=𝑍2

𝑍1

(2)

Donde w es la velocidad angular y Z es el número de dientes, la etapa de control

está formada por una placa electrónica, este circuito compara la señal de

entrada de referencia (posición deseada) con la posición actual, medida por un

potenciómetro que se le adapta al sistema como retorno al potenciómetro. La

diferencia entre la posición actual y la deseada es utilizada para mover el motor

en la dirección necesaria para reducir el error[7], este control se ejerce a base

del ancho de pulso de una señal cuadrada o PWM como se observa en la

siguiente figura.

Figura 9. Control con PWM[7]

2.2.3 Magnetómetro

La tierra en su centro está conformada por hierro liquido el cual al moverse

genera un campo magnético que cubre a la tierra, este campo actúa como un

gran imán donde ubica 2 polos magnéticos en extremos opuestos del planeta,

dando como resultado que el polo sur magnético se encuentre a 1.300Km del

polo sur geográfico y el polo norte magnético a 1.200Km del polo norte

magnético como se observa en la siguiente figura.

Figura 10. Polos Magnéticos[8]

La fuerza de este campo medido en Teslas es de aproximadamente 0.05 mT

siendo mayor en los polos y menor en el ecuador, este valor es muy bajo si se

compara con un imán de pequeño tamaño el cual llega a tener un valor de

10mT[8], dado este valor tan bajo se necesitan sensores muy sensibles capaces

de identificar las líneas de campo magnéticas terrestres, los magnetómetros son

estos dispositivos que usan el principio de magneto-resistencias que cambia su

valor dependiendo la dirección usando sensores AMR (Anisotropic Magneto

Resistive, se utilizan 4 sensores en configuración de puente de Wheatstone)

como se muestra en la siguiente figura, lo que nos permite conocer la posición

con un rango bajo de tolerancia.

Figura 11. Sensores ARM[9]

2.2.4 Rumbo y Azimut

El azimut es el ángulo formado por una línea y el norte, sea este geográfico o

magnético, este puede tomar valores entre 0º y 360º en sentido de las agujas del

reloj como se muestra en la siguiente figura. El rumbo tiene la variación con

respecto al azimut de que este se divide en cuadrantes de 90º cada uno [10]

dando nombre a los cuadrantes dependiendo la posición de norte a sur y de este

a oeste como se ve en la siguiente figura.

Figura 12. Rumbo y Azimut[10]

Dependiendo el uso que se necesite se puede realizar la tranformacion de

rumbo a azimut y viceversa con la tabla de converciones que se puede observar

en la siguiente figura.

Figura 13. Conversiones Azimut y Rumbo[10]

2.2.5 Coordenadas Geográficas.

Las coordenadas geográficas se crearon como una manera de conocer la ubicación

de un punto en el globo terráqueo, para esto se tomó el eje central del planeta como

punto el referencia principal separando el planeta en 2 cuadrantes, la longitud toma

valores de 0º a 180º y es calculado como el Angulo desde 0º hasta el punto que se

quiere conocer, tomando como 0º el meridiano de Greenwich como se ve en la

siguiente figura, en los extremos del eje se ubica el polo norte y sur

respectivamente[11].

Figura 14. Longitud

Sucede lo mismo con respecto a la latitud, a el eje se le trazo

perpendicularmente otra división que la atravesaba por la mitad conocido como

el ecuador, este dividió el planeta en 2 partes conocidas como hemisferio norte y

sur, la latitud toma valores desde 0º a 90º siendo 0º el ecuador y 90º los polos

respectivamente [11], el cálculo de la latitud se realiza de manera similar a la

longitud como se observa en la siguiente figura.

Figura 15. Latitud

2.2.6 Sistemas de Lazo Cerrado.

Un sistema de lazo cerrado es aquel que cuenta con una retroalimentación para

realizar el control, es decir la salida del sistema afecta al módulo de control como

se observa en la siguiente figura, este sistema permite corregir los errores que

se puedan presentar en el proceso ya que manipula una señal de entrada lo

que le indica al sistema que se está presentando un fallo y permita realizar la

acción de control correspondiente para corregirlo[12].

Figura 16. Sistema de control de lazo cerrado

4. Conclusiones y recomendaciones

Los resultados obtenidos fueron los deseados, se logró construir un prototipo de

bajo costo, ideal para ser utilizado en futuros proyectos, ya sea para el área de

investigación, en el cual fue desarrollado o en cualquier otra área donde su uso

sea optimizable, cabe aclarar que existen muchos cambios aconsejados para

futuras mejoras los cuales serán expuestos de manera más extensa, cada uno

por separado.

Se recalca como punto principal el uso del magnetómetro, en este caso el usado

fue HMC5883L no presento ningún problema de funcionamiento, lo que si se

identificó, es que se ve afectado por otros campos electromagnéticos, que hacen

que varié de manera aleatoria los valores brindados por el magnetómetro, estos

cambias no fueron muy significativos durante el desarrollo del proyecto debido a

que en la base solo se ubicaba una antena y dos servomotores, estos no

generaban grandes campos que pudieran afectar a las mediciones del

magnetómetro.

Si se planea aumentar la capacidad, de tamaño y peso, puede llegar a ser un

problema los campos electromagnéticos generados por las antenas y los motores

de mayor tamaño, por lo que se recomienda generar un aislamiento del

magnetómetro, con los dispositivos que generen dichos campos o buscando otro

modo del control del plano azimutal.

Uno de los problemas que se encontraron en el desarrollo del proyecto fue la

alimentación de los servomotores, esto debido a que el Arduino no entregaba la

suficiente corriente para el movimiento de los motores, por esta razón se

alimentaron de manera independiente con una fuente externa, en este caso un

cargador, ya que no respondían a las ordenes mandadas de la tarjeta de

programación y se movían aleatoriamente. Otro de los inconvenientes fue acoplar

el módulo GPS con los servomotores, ya que al realizar diferentes pruebas

enviando datos por comunicación serial al computador, la librería SoftwareSerial y

TinyGPS, entraban en conflicto debido a un timmer interno, y no leía los datos del

GPS, haciendo que el servo se moviera a una posición errada, esto se pudo

solucionar adaptando otra librería similar a SoftwareSerial, descartando conflictos

entre las librerías.

La base mecánica funciono de manera correcta, ya que se acoplo correctamente

a los servomotores con el piñón encargado del giro azimutal y su movimiento no

se vio forzado en ningún momento.

5. Bibliografía

[1] D. Bullard and M. Peterson, “Basic Air Pollution Meteorology Student Guidebook,” 1982. [Online]. Available:

http://nepis.epa.gov/Exe/ZyNET.exe/20011ROL.TXT?ZyActionD=ZyDocument&Client=EPA&Index=1981+Thru+1985&Docs=&Query=&Time=&EndTime=&Se

archMethod=1&TocRestrict=n&Toc=&TocEntry=&QField=&QFieldYear=&QFieldMonth=&QFieldDay=&IntQFieldOp=0&ExtQFieldOp=0&XmlQuery=&.

[2] J. E. Díaz Espíndola, R. Ferro Escobar, and J. A. Mesa Lara, “Direccionamiento automático de antenas en estaciones terrenas de

seguimiento a picosatelites,” Tecnura, vol. 17, no. 35, pp. 26–37, 2012.

[3] S. M. Sundari and S. D. Member, “Design of Antenna Pointing System (APS)-

its Control and Communication Challenges,” no. Iccc, pp. 490–495, 2013.

[4] Virginia Polytechnic Institute and S. University, “Real Time Satellite Position Determination for TDMA Systems,” no. 6, pp. 751–756, 1985.

[5] G. Johansson, J. Selinder, and K. Hyyppä, “DE-Link, an antenna pointing system for stratospheric balloons,” Proc. IEEE Int. Conf. Electron. Circuits,

Syst., 2005.

[6] I. Release, S. Service, and S. Updates, “Global Positioning System Directorate Systems Engineering and Itegration: Navstar GPS space Segment/Navigation User Interface,” Is-Gps-200H, 2013.

[7] UTFSM, “Utfsm diciembre 2003,” 2003. [Online]. Available:

http://www2.elo.utfsm.cl/~mineducagv/docs/ListaDetalladadeModulos/servos.pdf.

[8] L. Tierra, O. Geof, O. Magn, and S. Pablo, “Campo magnético de la Tierra Radiaciones ionizantes naturales : Radiación cósmica,” pp. 8–10, 1998.

[9] M. J. Machado Buriticá, “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL DE ESTABILIZACIÓN PARA UNA PLATAFORMA ALTAZIMUT PARA USO EN

FOTOGRAFÍA,” 2013.

[10] Polivirtual, “Rumbos y Azimuts.” [Online]. Available: http://www.academico.cecyt7.ipn.mx/UTCV/uas/planimetria/menus/plan_u2/uni

dad2/documentos/u2_t3_rumbos_azimuts.pdf.

[11] S. Ibañez Asensio, H. Moreno Ramón, and J. M. Gisbert Blanquer,

Coordenadas Geográficas. 2009.

[12] J. M. Rocha Nuñez and E. Lara Hernandez, “Introducción a los sistemas de control,” Univ. Autónoma Nuevo León - Fac. Ing. Mecánica Y Eléctrica, pp. 1–10, 2011.

[13] Magnetic-Declination.com, “Find the magnetic declination at your location,”

2015. [Online]. Available: http://www.magnetic-declination.com/.