Author: Daniel Serena Sanz
Los procesos de intercambio de gases entre la tierra y la atmósfera determinan una parte importante del clima, por lo tanto es fundamental poder obtener datos fiables sobre su comportamiento y entender los mecanimos que lo determinan. Entre los diferentes factores que afectan al comportamiento de los gases se pueden encontrar, la temperatura, la humedad, la presión y el viento. Las concentraciones y flujos de gases fluctuan por la atmósfera debido al viento, es por esto que es importante realizar un estudio de este parámetro. En este trabajo de final de grado se detalla el proceso de diseño, desarrollo y construcción de un dron como plataforma móvil para la instalación de un sensor de viento. Además, este sistema es capaz de acoplar otros sistemas de sensorización miniaturizados, de esta manera, el dron puede incluir sensores de viento, sensores de medición de gases, de temperatura, de presión y de humedad. La plataforma móvil construida para esta unificación es un cuadrotor, dron con 4 motores. Se ha realizado un estudio técnico de cada componente de forma individual para obtener un sistema optimizado en términos de capacidad de carga útil y tiempo de vuelo. Además, ha sido necesario diseñar y producir una serie de piezas con un programa de diseño asistido por ordenador 3D y una impresora 3D para así acoplar los sistemas de medición necesarios y convertir finalmente el dron en un sensor. Por otro lado para la gestión y obtención de los datos a de los sensores instalados, se ha tenido que diseñar y codificar un software específico en python. También se ha desarrollado un algoritmo que es capaz de obtener y analizar los parámetros de los motores convirtiendo de esta forma el dron en un sensor. Finalmente, el sensor de viento diseñado se ha implementado en base a una unidad de medición inercial, registrando inclinación, aceleración y orientación del sistema donde se ha instalado. Después de construir e implementar los diferentes sistemas de administración y establecer la recopilación de datos, el sistema se probó en una prueba de campo y los resultados obtenidos muestran un buen funcionamiento. Por medio de la representación de los datos tomados, se observa y procesa la dirección y la velocidad del viento.
The gas exchange processes between the earth and the atmosphere determine an important part of the climate. Therefore, it is essential to obtain reliable data on their behavior in order to understand the mechanisms that determine it. Among the different factors that affect the behavior of gases are temperature, humidity, pressure, and wind. Gas concentrations and fluxes vary in the atmosphere due to the wind, which is why it is important to determine this parameter. This final degree project deals with the design, development and construction of a drone as a mobile platform for the installation of a wind sensor. Additionally the system is able to couple other miniaturized, digitized sensors. This way the drone system can include wind sensors, gas sensors, temperature, pressure and humidity sensors. The mobile platform for this assembling is a quadcopter, i.e. a drone with 4 motors. A technical study of each drone component has been carried to obtain an optimized system in terms of payload and flight time. On top of that it has been necessary to design and produce a series of pieces using a 3D computer assistance design program and a 3D printer. In order to obtain and to manage the data of the various sensors, it has been necessary to design and codify a specific software in python. Furthermore, an algorithm has been developed to read-out and analyze the motor´s operational parameters to convert the drone itself into a wind sensor. Finally, a designed wind sensor has been implemented based on an inertial measurement unit, registering inclination, acceleration and orientation of the system where it is installed. After building and implementing the different management systems and establishing data collection, the system has been tested in a field trial and the obtained results show good performance. By means of the representation of the taken data the direction and the speed that the wind can be is observed and processed further.
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