Un sous-ensemble d’émission embarqué dans la nacelle constitué
- d’un C.A.N. (convertisseur analogique-numérique) qui permet de numériser les - - signaux analogiques issus des capteurs
- d’un émetteur destiné à transmettre les données numérisées
- d’une antenne d'émission
Un sous ensemble de réception au sol constitué
- d’une antenne
- d’un récepteur dont le rôle est d’amplifier les signaux reçus par l’antenne
- d’un démodulateur permettant de transformer les signaux reçus en données compréhensibles par le calculateur
- d’un calculateur (ordinateur PC) qui permet de traiter et d’afficher les valeurs mesurées à bord de la nacelle.
L’utilisation du système KIWI est à comparer avec celle d’un simple voltmètre dont les pointes de touche seraient dans la nacelle et l’afficheur au sol.

De plus ce voltmètre sans fil possède 8 voies c’est à dire que l’on peut mesurer simultanément 8 tensions. Les tensions appliquées à l’entrée du codeur doivent obligatoirement être comprise entre 0 et 5 V.

Les tensions appliquées à l'entrée de l'émetteur sont transmises au sol et visualisées en direct sur l’écran de l'ordinateur. En parallèle, le calculateur génère un fichier au format EXCEL qui sera utilisé pour une exploitation ultérieure.

Choix des capteurs.
Réalisation d'un convertisseur de grandeur physique en tensions compatibles pour le KIWI.

Fonction :

Cette carte permet de mesurer differentes grandeurs physiques et de le envoyer sur un emetteur "Kiwi".

Caractéristiques :

-Electriques :
Tension d’alimentation : 0-5V fournie par la carte Kiwi.
Tension de sortie : signaux analogiques proportionnels aux grandeurs physiques mesurées

-Mécaniques :
Dimensions : largeur : 86,5mm ; longueur : 57mm
Poids : ~50g

-Physiques :
Pression : Pmax : 0 HpA Pmin : 1000 HpA (P ambiante)
Température : -10° à 60°C
Taux d'humidité de 90%.

Acquisition des paramètres de télémesure en temps réel :

Voie démission	Déscription du signal	Equation
Voie 1 :	Tension du 1er pack de piles de 0 à 9V.	V=1/2.V1
Voie 2 :	Tension du 2ème pack de piles de 0 à 9V.	V=1/2.V2
Voie 3 :	Tension du 3ème pack de piles de 0 à 13,5V.	V=1/3.V3
Voie 4 :	Eclairement de 0 à 200000 Lux.	E(lux)=(5-V4).10^3.35,8
Voie 5 :	Pression de 150 à 1150 HPa.	P(bar)=(3,166.V5+1,5).69.10^3
Voie 6 :	Température de l'émetteur vidéo de 0 à 100°C.	T(°C)=20.V6
Voie 7 :	Température intérieure de -10 à 40°C.	T(°C)=12.V7-10
Voie 8 :	Température extérieure de -70 à 30°C.	T(°C)=20.V8-70

Emetteur KIWI :

Nombre de voies : 8
Tension d’entrée minimale : 0V
Tension d’entrée maximale : 5V
Fréquence des mesures : 8 mesures quasi simultanées (8 voies) toutes les 2 secondes
Fréquence d’émission : 137,950 Mhz
Excursion de fréquence : + / - 5 kHz
Tension d’alimentation : 9 à 13 V
Puissance d’émission : 100 mW

L'émetteur KIWI a été conçu en 1995 par le CNES pour les besoins de l'activité ballon stratosphérique en direction des jeunes. Il est industrialisé par la société TENUM (Labège 31).
En 2002, une nouvelle version de l'émetteur, le KIWI Millenium a vu le jour afin d'améliorer son utilisation.

Format de la trame numérique :

Le standard de télémesure KIWI est proche du standard SNR développé par Planète Sciences pour les besoins des fusées expérimentales.

La trame « KIWI » est alors constituée de 11 octets répartis de la façon suivante :

FF est l'octet de synchronisation, il permet de repérer le début de la trame numérique.
V1...V8 sont les valeurs des voies 1 à 8 codées sur 8 bits. La valeur 255 n'est jamais atteinte (pour éviter l'obtention d'un FF)
Alim est un octet qui représente le tiers de la tension d'alimentation appliquée à l'émetteur. Il permet de surveiller l'état des piles ou des batteries pendant le vol du ballon.
Chk est une addition sur 8 bits des voies 1 à 8 et de la voie Alim suivi d’une division entière par 2 (pour éviter l'obtention d'un FF). Cette checksum bord, comparée à la même opération effectuée au sol permet de valider ou non la trame reçue.
Pour être transmis ces octets sont accompagnés de bits de contrôle à savoir :

Bit de start (0) 8 bits de données Bit de stop (1)
La vitesse de transmission est de 600 bauds (bits/s)
Le codage FSK (décalage en fréquence) consiste à associer à chaque bit un signal de fréquence déterminé.

Principe de fonctionnement :

Figure 1. Schéma fonctionnel de l'emisson télémesures.

Les 8 entrées d'une dynamique de 5V attaquent un multiplexeur analogique qui sélectionne une des entrées. Le microcontrôleur PIC 16C73 de microchip réalise la conversion analogique numérique sur 8 bits du signal sélectionné et forme une trame numérique cadencée par une horloge à 2 MHz. La trame numérique constituée, le microcontrôleur génère les signaux FSK correspondant sur 4 bits que le réseau R-2R met en forme pour moduler l'oscillateur haute fréquence. Cet oscillateur est asservi par une boucle à verrouillage de phase (PLL) qui lui confère une bonne stabilité. Un amplificateur HF fournit la puissance rayonnée nécessaire (100 mW).

Acquisition de la température :
		Cette partie de la carte de conversion permet de convertir proportionnellement la tension issue d'un capteur de température en une tension compatible pour l'emetteur kiwi. Il sagit d'un montage simple constitué d'un amplificateur opérationnel du type "rail to rail" monté en amplicateur suiveur. La tension de décalage se régle à l'aide du potentiomètre P2 tandis que le réglage du gain se réalise avec le potentiomètre P1. Le capteur de température est du type LM1xx du fabricant National Semiconductor, il a une précision de plus ou moins 1 degrés Celsius. Le capteur nous délivre une tension proportionnelle à la température avec un rapport de +10mV/°K. Pour étalonner nos capteurs de température, on les substituait par une alimentation continue stablisée. Le Zero degré Celsius était obtenu par une tension de 2,73 volts par exemple.

Cette partie a été validé en utilisant une "bombe de froid" qui pouvait descendre à -50°C. choix des capteurs de température : température extérieure : LM 135AH (-70°C à 30°C) température intérieure : LM 335 AZ (-10°C à 40°C) température de l'emetteur vidéo : LM 335 AZ (0°C à 100°C)
ci contre : courbes d'étalonage des capteurs.

Acquisition de la pression atmosphérique :
		Ce système nous permet d'obtenir directement une tension proportionnelle à la préssion atmosphérique avec une dynamique de 5 volts positifs. Le capteur est un MPX 4115 AP de Motorola. Il est compensé en température. Il peut mesurer une échelle de pression de 2,2 a 16,7 psi (15 à 115 kPa). Lors de nous essais pour la validation de ce système, nous avons utilisé une seringue pour simuler les variation de pression de l'atmosphère terrestre. En connaissant divers paramètres comme le volume par exemple on pouvait calculer la pression simulée. ci dessous : tension de sortie en fonction de la préssion.

Acquisition de la luminosité ambiante :
ci-dessus : essais de différents filtres pour la capture.		Ce montage nous sert à acquérir le flux lumineux ambiant à la nacelle. Il est constitué de deux parties distinctes : Le capteur. Le traitement du signal. Le capteur est un TFA 1001W. Il contient une photodiode et un amplificateur. C'est un puit de courant : plus il y a de lumière, plus le courant augmente. Dans la partie traitement, on converti le courant en tension par une résistance de 200 Ohms puis on intègre deux fois le signal avec un simple circuit RC. La constante de temps totale est de 100 secondes. L'amplificateur final nous sert à réaliser une adaptation de signal. Il nous fallait placer un filtre sur le capteur car la luminosité peut atteindre 200 000 lux à 35Km d'altitude. Nous l'avons réalisé avec deux feuilles de "couverture de survie" et nous avons pu obtenir un coefficient de 35,8.

Acquisition de la tension des packs de pile :
		Cette partie nous sert à adapter la tension d'un pack de pile pour l'envoyer sur une voie du Kiwi. En effet la tension d'un pack de pile peut être de 9 ou 13,5 Volts (en charge) ce qui nous empeche de l'envoyer sur le kiwi directement qui ne peut recevoir une tension supérieure à 5 volts. On réalise donc un diviseur de tension classique avec un pont de résistances. Le condensateur sert de filtrage tout simplement.

L'antenne sera faite à partir d'une tige de laiton (Antenne mono brin quart d'onde) reliée au montage par du cable coaxial muni d'une fiche BNC femelle.

Figure 2. Antenne quart d'onde de l'emetteur KIWI

Figure 3. ROS de l'antenne.

Photos :

Figure 4. La carte de conditionnement au cours de sa fabrication. (avant le laché) Figure 5. La carte de conditionnement et l'emetteur Kiwi. (après avoir passé 10 jours en Mer...)

Réaisation d'un récepteur de trame KIWI pour ordinateur.

Principe de fonctionnement :

Figure 6. Schéma fonctionnel de la réception

Figure 7. Le logiciel de réception

Les 8 voies de télémesures apparaissent sur l'écran de l'ordinateur. Les valeurs sont stockées sous forme de tension dans un fichier texte et peuveut être traitées avec un tableur comme Exel® par exemple.

Conversion analogique / numérique :

Ce schéma nous est fourni par l'association planète science. Vous pouvez vous rendre sur la page des liens pour vous rendre sur le site.

Photos :

Figure 7. Le récepteur Météo Sat modifié pour recevoir la fréquence du kiwi. Figure 8. La station de réception fixe. Figure 9. La station de réception mobile.