Autoren: Grujic, Heemann
Für die Datenübertragung über große Strecken bieten sich eine Vielzahl von Möglichkeiten an, klassischerweise wird diese über kabelgebundene Lösungen realisiert und bietet zum Beispiel bei der Verwendung von Lichtwellenleitern hohe Übertragungsraten bei gleichzeitiger, nahezu verlustlosen Übertragung des Signals. Bei vielen mobilen Anwendungen ist jedoch eine kabelgebundene Verbindung nicht realisierbar, daher werden hier drahtlose Kommunikationsformen verwendet. Die Übertragung von Daten über große Strecken mit Hilfe von drahtlosen Verbindungen stellt jedoch eine größere technische Herausforderung dar. Zum einen nimmt die Signalstärke mit zunehmender Distanz ab, hierfür Verantwortlich ist die Freiraumdämpfung (Abnahme der Leistungsdichte mit größer werdendem Abstand), des Weiteren sind die Daten störempfindlicher und müssen für die Übertragung zunächst in ein übertragbares Signalformat moduliert und anschließend demoduliert werden.
Für die Kommunikation von Ballonsonde zu Bodenstation werden zwei Sendemodule verwendet, welche die zu übermittelnden Informationen mittels Frequenzmodulation übertragen. Hierbei wird der Träger, häufig eine einfach Sinus-Schwingung, durch das zu übertragende Signal in ihrer Frequenz verändert. Über die Demodulation kann aus der Frequenzänderungen des Trägers das Signal zurückgewonnen werden. Als Sendemodule wurden das Baofeng UV5-R, sowie das Radiometrix NTX2 eingesetzt. Gesteuert werden diese beiden Sendemodule mit Hilfe eines Raspberry Pi B (plus). Die zu übertragenden Daten setzen sich aus ermittelten Messwerten für Temperatur, Luftdruck und –feuchte, Sauerstoffgehalt, UV-Strahlung, Radioaktivität und Spektrometriemessung, sowie den, über eine Raspberry Pi Kamera aufgenommenen, Bilddaten während des Fluges.
Raspberry PI
Der Raspberry Pi ist ein kreditkartengroßer Computer, welcher von der Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde. Die Stiftung wurde am 5. Mai 2009 durch David Braben und einiger weiterer Computerexperten gegründet und verfolgt das Ziel jungen Menschen eine kostengünstige Plattform zu liefern und die Möglichkeit zu bieten erste Erfahrungen in der Programmierung und Ansteuerung von Computerschnittstellen zu sammeln.
Ermöglicht wurde die Realisierung des Projektes erst durch den starken Zuwachs an Smartphones und die Entwicklung kleiner, günstiger und leistungsstarker Prozessoren. Die Grundlage des Raspberry Pi ist ein Broadcom BCM2835, ein System on a Chip, welches vorher hauptsächlich in Mobiltelefonen Anwendung gefunden hat. Das verwendete Betriebssystem ist, sofern es den vorhandenen Prozessor unterstützt, frei wählbar. Als Standard gilt das Raspbian Betriebssystem (aktuelle Version Wheezy, Stand 2015), eine auf den Raspberry angepasste Debian Distribution. Neben der Verwendung als Heimcomputer, genießt der Raspberry auch große Popularität als Mediencenter, oder als Plattform für die Entwicklung computergestützter Projekte und eingebetteter Systeme (embedded sytems). In diesem Projekt wird der Raspberry als Zentraleinheit eingesetzt, welche die Sensorplatine per I2C ansteuert und mittels der Raspberry Kamera Bilder aufnimmt. Die digitalen Bild- und Messdaten werden anschließend codiert und in AX25 Format umgewandelt. Anschließend werden diese Daten mit Hilfe des TNC-Pi in Audiosignale konvertiert und an die Basisstation übertragen.
Übertragung der Messwerte an den Raspberry Pi
Während des Fluges wird eine Vielzahl von Messwerten aufgenommen, die hierfür benötigten Sensoren steuert ein Microcontroller der MSP430-Serie aus dem Hause Texas Instruments. Die aus den analogen und digitalen Sensoren ermittelten Messwerte werden über diesen in numerische Werte umgewandelt und an einen Raspberry Pi übertragen, als Übertragungsprotokoll wird der I2C-Standard verwendet.