Detektor lawinowy

O projekcie

W ramach działalności koła naukowego opracowany został prototyp detektora lawinowego, znanego także jako ARTVA beacon. Urządzenia tego typu stanowią kluczowy element wyposażenia osób poruszających się w terenach wysokogórskich, gdzie istnieje ryzyko zejścia lawin. Ich podstawowym zadaniem jest wspomaganie działań ratunkowych poprzez lokalizację osób zasypanych śniegiem.

Zasada działania detektorów lawinowych została szczegółowo określona w europejskim standardzie EN 300 718, która definiuje zarówno parametry transmisji, jak i wymagania dotyczące kompatybilności między różnymi modelami urządzeń. Każdy detektor może pracować w dwóch trybach: nadawania oraz poszukiwania.

Tryb nadawania stanowi domyślny stan pracy urządzenia używanego przez narciarzy, snowboardzistów czy turystów górskich. W tym trybie detektor cyklicznie emituje sygnał radiowy o częstotliwości 457 kHz, który może zostać odebrany przez inne urządzenia pracujące w trybie poszukiwania. Ratownicy, korzystając z odbiornika, są w stanie określić kierunek oraz przybliżoną odległość do źródła sygnału, co umożliwia szybkie zlokalizowanie osoby przysypanej przez lawinę i znacząco zwiększa jej szanse na przeżycie.

Prototyp

Prototyp opracowany w ramach projektu bazuje na nowoczesnych rozwiązaniach radiokomunikacyjnych i pracuje na częstotliwości 433 MHz. Wybór tej częstotliwości podyktowany był kilkoma czynnikami praktycznymi. Przede wszystkim w paśmie tym dostępnych jest wiele gotowych, niedrogich i łatwych w integracji modułów radiowych. Ponadto pasmo 433 MHz należy do tzw. pasm nielicencjonowanych (ISM), co umożliwia jego legalne wykorzystanie bez konieczności uzyskiwania dodatkowych zezwoleń radiowych.

Prototyp stanowi pierwszą wersję urządzenia, której celem jest zweryfikowanie koncepcji działania systemu, przetestowanie komunikacji radiowej oraz opracowanie wstępnych algorytmów przetwarzania sygnału i lokalizacji źródła emisji. W dalszych etapach projektu planowane jest dostosowanie konstrukcji do standardowej częstotliwości 457 kHz oraz wprowadzenie rozwiązań zwiększających niezawodność i ergonomię użytkowania w warunkach zimowych.

Funkcjonalności prototypu

Opracowany prototyp detektora lawinowego został zaprojektowany tak, aby możliwie wiernie odwzorowywać działanie komercyjnych urządzeń tego typu, jednocześnie zachowując elastyczność typową dla konstrukcji badawczo-rozwojowych. Do podstawowych funkcji prototypu należą:

• Praca w dwóch trybach – nadawania i poszukiwania: urządzenie może działać zarówno jako nadajnik, emitując sygnał, jak i jako odbiornik służący do lokalizacji źródła sygnału.
• Nadawanie i odbieranie sygnału radiowego na częstotliwości 433 MHz.
• Wskazywanie kierunku do źródła sygnału: kierunek wyznaczany jest na podstawie danych pochodzących z czujnika ruchu, co pozwala użytkownikowi intuicyjnie podążać w stronę osoby poszukiwanej.
• Szacowanie odległości na podstawie wartości RSSI: na podstawie mocy odebranego sygnału prototyp oblicza przybliżoną odległość do nadajnika.
• Komunikacja z użytkownikiem za pomocą ekranu.
• Zasilanie bateryjne.

Układ elektroniczny

W celu realizacji powyższych funkcji zaprojektowano układ elektroniczny składający się z kilku głównych bloków funkcjonalnych. Centralnym elementem konstrukcji jest mikrokontroler, odpowiedzialny za zarządzanie pracą urządzenia, przetwarzanie danych z czujników oraz obsługę interfejsu użytkownika.

Do komunikacji radiowej wykorzystano moduł Si4432, umożliwiający zarówno nadawanie, jak i odbiór sygnału. Układ pomiarowy wyposażono w czujnik ruchu, który dostarcza informacji o orientacji urządzenia, co pozwala na wyznaczenie kierunku do źródła sygnału. W celu wizualizacji danych zastosowano ekran OLED, natomiast źródłem zasilania jest bateria li-on.

KOmunikacja z użytkownikiem

Sposób komunikacji z użytkownikiem oparty jest na wyświetlaniu informacji za pomocą ekranu OLED, który stanowi główny interfejs urządzenia. Na ekranie prezentowane są podstawowe komunikaty systemowe, takie jak wiadomość powitalna, kierunek oraz moc sygnału oraz informacja o utraconym sygnale.

POMIARY radiowe

W celu oceny poprawności działania układu nadawczo-odbiorczego przeprowadzono serię pomiarów obejmujących charakterystykę kierunkową anteny oraz zależność poziomu sygnału (RSSI) od odległości między urządzeniami. Wyniki porównano do obliczeń dla modelu propagacji w wolnej przestrzeni i modelu wykładniczego.

Podsumowanie

Przeprowadzone pomiary potwierdziły poprawne działanie prototpu. Uzyskane wyniki stanowią podstawę do dalszego doskonalenia układu — w szczególności w zakresie poprawy czułości odbiornika, zwiększenia precyzji wyznaczania kierunku oraz przystosowania systemu do pracy na częstotliwości zgodnej z normą EN 300 718.

Zastosowany interfejs użytkownika oparty na ekranie OLED zapewnia czytelną i intuicyjną prezentację informacji o trybie pracy, sile sygnału oraz kierunku do źródła emisji, co przekłada się na wygodę obsługi w warunkach terenowych. Kompaktowa konstrukcja oraz zasilanie bateryjne czynią urządzenie w pełni przenośnym i łatwym w użyciu.

Podsumowując, opracowany prototyp stanowi solidną podstawę do dalszych prac rozwojowych, których celem będzie dostosowanie urządzenia do obowiązujących standardów, miniaturyzacja konstrukcji oraz zwiększenie jego niezawodności w trudnych warunkach środowiskowych.