Autor: Lars Heinrichs

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Sensorik – Hardware

Zur Messwertaufnahme und -aufbereitung werden ein MSP430F5529 sowie zwei MSP430G2553 von Texas Instruments verwendet, deren Firmware selbst geschrieben wurde. Die kleineren MSP430G2553 Controller übernehmen Unteraufgaben und verwalten das Spektrometer sowie das Geiger-Müller-Zählrohr, während der stärkere und großzügiger ausgestatte MSP430F5529 das Herzstück der Sensorik bildet. Neben der Aufnahme aller Messwerte kommuniziert er mit einem Raspberry Pi (nachfolgend RPi), welcher die Daten in Datenbanken speichert und zur Bodenstation sendet. Informationen zum Rpi sowie zur Datenkommunikation finden sich in einem separaten Artikel unter RPi - Hardware. Der gesamte Aufbau der Sensorik ist im nachfolgenden Bild dargestellt:

In der Stratosphäre und in einer Höhe von über 30 km herrschen extreme Bedingungen. Die Umgebungstemperatur liegt dort bei ca. -55°C und der Luftdruck bei ca. 10 mbar, was ungefähr einem Hundertstel des Luftdrucks auf dem Erdboden entspricht.

Zur Verarbeitung und Übertragung der Sensordaten an den Raspberry Pi wird das Launchpad Evaluation Kit von Texas Instruments verwendet: Launchpad Evaluation Kit, MSP430 F5529

 
 Launchpad2

zentraleinheit

Da einige der Sensoren nicht ohne Weiteres an einen Port geschlossen werden können, wird die Zentraleinheit mit diversen Schaltungen zwischen Sensoren und Launchpad verwendet.

Die gesamte Zentraleinheit wurde mit dem Programm „Altium Designer V13“ entworfen.

Board

Aufbau und Platzierung der Bauteile auf der neuen Platine in SMD-Bauweise.

in einigen Kilometern Höhenunterschied weicht die Temperatur stark von der an der Erdoberfläche ab. Temperatursensoren sollen während der gesamten Flugdauer die Temperaturen inner- und außerhalb des Gehäuses messen. Für den Einsatz werden die digitalen Thermometer DS18S20 von maxim integrated verwendet. Mit einem Messbereich von -55°C bis +125°C entsprechen diese den Anforderungen. 

DS1820

Der Luftdrucksensor MS5803-01BA von Measurement Specialties kann bis zu Temperaturen von unter -40°C den Luftdruck messen.

Der Messbereich für den Luftdruck liegt im Bereich von 10 bis 1300 mbar und ist damit ausreichend.

 
luftdruck 

Der Sauerstoff-Sensor 7OX-V CiTiceL wird mit der entsprechenden Elektronik von GAWADO zur Verfügung gestellt. 
Es handelt sich um einen galvanischen Sauerstoffsensor, der eine dem Sauerstoffgehalt proportionale Spannung ausgibt.

 
 o2sensor

Zur Messung der Luftfeuchtigkeit wird der digitale Sensor Si7021-A10-GM1 von Silicon Labs verwendet.
Dieser kann Temperaturen von bis zu -40°C standhalten.

luftfeuchtigkeit

Die Strahlungsintensität des UV-Lichtes ist eine physikalische Größe, die stark von der Höhe über dem Erdboden und natürlich auch von den Wetterverhältnissen abhängt. Verwendet wird die UV-Diode SG01S-18.

uv2

Zur Messung radioaktiver Strahlung wird ein Geiger-Müller-Zählrohr verwendet, welches eine Eingangsspannung von etwa 450V DC benötigt. Aufgrund der niedrigen Temperaturen strebten wird jedoch eine Eingangsspannung von etwa 600V bei Raumtemperatur an. Ziel war es, das Zählrohr mit einer Spannungsversorgung von 5V DC und praktisch stromlos betreiben zu können.

 geiger

Die uns ständig umgebende gasförmige Masse, die Atmosphäre, lässt sich grob in die fünf Schichten Tropo-, Strato-, Meso-, Thermo- und Exosphäre unterteilen. Jede dieser Schichten  weißt eine andere Zusammensetzung und Dichte auf. Während des Ballonfluges werden Höhen von bis zu 40 Kilometern erreicht und ermöglicht so eine Betrachtung von Troposphäre und Stratosphäre.