EyeFarmSOL es un sistema de monitorización en altura de distintas variables ambientales relevantes para la agricultura y ganadería.

Consiste en un dirigible relleno de helio al que se le incorpora la mecánica y electrónica de control necesarias para que pueda realizar vuelos telecontrolados o automáticos de larga duración. Esta pensado para muestrear continuamente en aplicaciones en las que un tiempo de muestreo largo es necesario. El sistema puede situarse a diversas alturas, pudiendo alcanzar varios kilómetros si la presión del gas y la masa a elevar son adecuadas. Durante el vuelo se pueden medir tanto variables meteorológicas básicas (temperatura, humedad, velocidad de viento, presión atmosférica), como realizar ortofotografías aéreas con cámaras hiperespectrales para monitorizar estado del terreno, o bien realizar conteo de cabañas ganaderas. También se puede medir la composición química atmosférica usando sensores de gases, permitiendo por ejemplo detectar incendios o escapes de gas.

Motivados por páginas como SentintoSpace o Stratostar nos decidimos a hacer nuestra propia versión para investigar las posibilidades de tecnologías de vuelo continuado basadas en helio u otros gases ligeros.

Ya sea para fotografía aérea de tu ciudad o de tu comarca, la sola posibilidad de grabar un vuelo estratosférico es motivadora. Así que conseguimos todos los materiales por relativamente poco dinero y gracias a jornadas de difusión de cultura científica como la Noche de los Investigadores. Posteriormente recibimos un premio de la Cátedra Telefónica de Internet de las Cosas con Fines Agroganaderos y conseguimos algo más de recursos. Pero se ha mantenido de momento como un proyecto de desarrollo low-cost.

Hay decenas de webs en las que e describe cómo realizar un vuelo con globo de látex inflado con helio. Hay empresas especilizadas y aficionados en todo el mundo que lo hacen. Por ejemplo aqui.

A esos objetos se les añaden cámaras, sistemas de localización, paracaídas y sensores variados. Muchos de ellos son abiertos y es sencillo seguir los pasos. Muchos profesores de instituto están haciendo este tipo de ensayos con sus alumnos y son interesantes.

En nuestro caso nos basaremos en hardware y software abierto, siempre que sea posible.

La solución que se describe a continuación es la implementada como prueba de concepto, en la que el globo de helio se mantenía fijo y a cierta altura con todos los sistemas de sensores y comunicación activos para probar la estabilidad, durabilidad y correcto funcionamiento del sistema.

Como el globo estuvo fijo, la comunicación y la alimentación se realizaron a través de un cable de ethernet conectado a una RaspberryPi utilizando PoE y este escudo. Para poder medir la altura, la temperatura y la humedad utilizamos este práctico escudo. También está la opción de poner Sistema de Alimentación Ininterrumpida, como este, que funciona muy bien.

Con este tipo de comunicación es muy sencillo acceder al servidor en vuelo utilizando un protocolo de comunicación ssh o similar. Haciéndolo, es posible tanto descargarse los datos registrados en el servidor en vuelo, como hacer fotografías o videos aéreos y descargarlos en tiempo real. Todo utilizando Linux estándar a través de Raspbian. La visualización de los datos puede realizarse como se desee, una vez descargados en el servidor de tierra.

La carcasa donde guarda todo el sistema nos dio bastantes quebraderos de cabeza e hicimos varios diseños 3D distintos. De cualquier modo debía ser estanca, ligera y lo más aerodinámica posible. Un buen reto. Finalmente optamos por una solución cilíndrica impresa en 3D, que duró más de 45 días a la intemperie. Después de que el globo se desinflara lo dejamos en el tejado del edificio midiendo hasta que falló.

Es importante mencionar que como era de esperar… el viento es un gran enemigo de los dirigibles. Su gran volumen hace que sean muy móviles y que si no están lo suficientemente altos, o lo suficientemente bien anclados, se golpeen y se pinchen, o se liberen y se pierdan para siempre… Tuvimos alguna pérdida irreparable en este proyecto. Aunque siempre hicimos las pruebas de sujeción e inflados SIN nada de electrónica colocada aún.

Una opción que finalmente no implementamos, pero que seguramente hubiera funcionado, es poder controlar la altura del globo desinflándolo con una electroválvula. Tenemos varios diseños 3D que la incluyen e hicimos pruebas con ella. Aumentaba el peso y no dedicamos más tiempo a ello.

• Globos de latex de diversos tamaños, bombona de Helio comprimido, electroválvulas.
• Placas de microordenador RaspberryPi 3 B+
• Sensores diversos de presión, humedad, temperatura, acelerómetro y giróscopo, brújula, módulos de GPS y GSM.os
• Modulo de cámara oficial de RaspberryPi, que puede ser de visión nocturna e incorporar LED-IR.

El modelo de globo mantenido fijo con el sistema de cámara y con sensores de presión, temperatura y humedad tiene un precio aproximado de 150€.

Si se incorpora módulo de GPS el precio aumenta unos 40€.

Si se incorporan más cámaras el precio sube.

El resultado de la prueba fue exitosa. A pesar de las limitaciones de altura debido al viento y la falta de buen sistema de anclaje, el sistema electrónico y las comunicaciones fueron estables y suficientes. Ni el software ni el hardware fallaron en los 45 días de prueba.

Por lo tanto los globos de helio resultan una opción interesante a explorar y explotar para la monitorización en altura. El sistema desarrollado es de bajo coste, consumo y relativamente robusto. Aún así, hay mucho espacio para la mejora aún.

Agradecemos de nuevo la ayuda prestada al Servicio de Difusión de Cultura Científica de la UEx y a la Cátedra Telefónica UEx.

Antonio Gordillo Guerrero (anto@unex.es)

Antonio Gálvez Godoy (yavhee.joram@gmail.com)

David Tovar Moreno (dtovarmo@alumnos.unex.es )