Jump to content
ELFORUM - Forumul electronistilor
simplex

Satelit Cubesat de 1 kg si 1 decimetru cub cu Atmel AVR

Recommended Posts

Satelit Cubesat de 1 kg si 1 decimetru cub cu placa mama bazata pe microcontrolere din familia Atmel AVR

 

Lucrez la proiectarea unui picosatelit (studentesc) de tip cubesat intr-o configuratie minimala cu scop didactic demonstrativ (nu destinat plasarii pe orbita).

 

In rezumat, satelitul nu trebuie sa depasasca 1 kg greutate, forma sa fiind standard de cub cu latura de 10 cm. Pe fiecare din cele 6 fete cubsatul are cite un mic panou fotosolar. De asemenea, este necesar la bord un numar de 2-4 antene de aproximativ 50 cm fiecare, facute din banda metalica de ruleta pentru masurat.

 

Functiile pe care trebuie sa le indeplineasca placa mama de dimensiuni (9 x 9 cm) sunt:

1) Activarea a 8 sigurante nichel crom care sa topeasca cele 8 fire de undita care tin antenele satelitului bobinate in corpul sau (pentru a permite desfasurarea lor in spatiu).

2) Monitorizarea tensiunilor si curentilor de scurt circuit pentru fiecare din cele sase panouri fotosolare.

3) Monitorizarea a 6 senzori de temperatura

4) Transmisii si receptii de date catre un radiomodem de asemenea instalat in cubesat. Viteza de transmisie ceruta este de 1200 bps

Deocamdata minimal cam acestea ar fi cerintele.

 

Am vizitat forumuri "specializate" in picosateliti cubesat insa dupa cum se vede:

http://cubesat.ifastnet.com/forum

acestea par aproape pustii asa ca m-am reorientat spre situri de electronica in speranta ca voi obtine mai multe informatii.

 

INTREBARE: Ma puteti ajuta cu un link catre niste scheme cit mai simple de placi cu microcontroller Atmel AVR, de preferat ceva programabil direct pe USB (in genul Atmega32U4) care sa poata indeplini functiile de mai sus?

Link to comment
Share on other sites

Cam orice Atmega poate sa faca ce vrei tu, nu trebuie musai unul din seria U(SB).

Pentru inceput, pune mana pe ce atmega ti-e la indemana; mai ai nevoie de un programator, fie rs232 fie pe usb. Exista si posibilitatea sa scrii in microcontroler un "bootloader" care iti va permite pe urma sa il programezi de cate ori vrei, fara alt programator suplimentar (totusi, pentruprima programare - cea a bootloaderului - e necesar un programator separat).

O varianta (desi sincer nu o agreez, dar poti sa incepi repede cu ea) e sa folosesti o placa "arduino". Practic placa asta consta dintr-un microcontroler + adaptor rs232/usb. Nu e musai sa folosesti softul de la ei, mai ales ca nici nu e foarte optimizat, fiind orientati catre "generic".

O mica problema ar fi faptul ca tu vrei monitorizarea a 6 senzori de temperatura, plus monitorizarea a 6 panouri solare. Atmega-uri cu 12 convertoare ADC nu stiu sa fie, uzual au 6-8 convertoare; se rezolva simplu cu un multiplexor sau prin regandirea sistemului (chiar e nevoie sa monitorizezi panourile cu microcontrolerul?).

O idee de placa de dezvoltare, programabila prin usb (fara ft232):

http://metalab.at/wiki/Metaboard

Link to comment
Share on other sites

de ce trebuie ca senzorii de temperatura sa fie analogici ? DS18B20 nu se poate folosi ca senzor adresabil ? cei de la maxim au si switch-uri aderesabile.

un "satelit" are nevoie de bootloader, nu se mai suie nimeni dupa el sa-l resofteze :rade:

 

INTREBARE: Ma puteti ajuta cu un link catre niste scheme cit mai simple de placi cu microcontroller Atmel AVR, de preferat ceva programabil direct pe USB (in genul Atmega32U4) care sa poata indeplini functiile de mai sus?

pai functiile de "mai sus" nu trebuie sa le implementezi tu ?
Link to comment
Share on other sites

Multumesc pentru informatiile furnizate.

Oricine are niste scheme concrete care sa indeplineasca cerintele de mai sus este binevenit cu ele sau doar cu sfaturi in urmatoarele citeva luni. Cubesatul trebuie sa fie gata anul viitor, mai este timp.

 

“Pentru inceput, pune mana pe ce atmega ti-e la indemana; mai ai nevoie de un programator, fie rs232 fie pe usb.”

Pot cumpara orice fel de Atmega nu asta este problema. As prefera sa evit folosirea programatorului deoarece asta ar insemna o complicatie in plus. Un Atmega cu bootloader direct conectabil si programabil prin USB ar fi ideal.

 

(chiar e nevoie sa monitorizezi panourile cu microcontrolerul?).

Da, pentru ca satelitul se invirteste in jurul unei axe de rotatie arbitrara si in jurul pamintului. Puterea generata de panouri este variabila si trebuie monitorizata continuu pentru a face predictii si a stii pe ce energie se va baza cubsatul in urmatoarele ore, zile. Pe de alta parte, acest satelit trebuie sa faca ceva pentru a-si justifica existenta. Trebuie sa realizeze niste masuratori (cit mai complicate) si sa trimita datele pe Pamint.

 

de ce trebuie ca senzorii de temperatura sa fie analogici ? DS18B20 nu se poate folosi ca senzor adresabil ? cei de la maxim au si switch-uri aderesabile.

Pot fi si digitali si accesibili pe I2C, cel putin cei de temperatura.

 

un "satelit" are nevoie de bootloader, nu se mai suie nimeni dupa el sa-l resofteze

Bootloader in ideea ca se va folosi un Atmega32U4 sau ceva echivalent (preferabil mai puternic) adica un procesor direct programabil prin USB.

Resoftatul prin legatura radio este totusi o problema demna de luat in calcul deoarece socoteala de acasa nu se potriveste cu aceea din tirg si este foarte probabila aparitia necesitatii programarii satelitului pe orbita.

 

pai functiile de "mai sus" nu trebuie sa le implementezi tu ?

Ba da, insa mai intii trebuie sa ma documentez bine si sa preiau cit mai multe lucruri deja facute, testate si care au mari sanse de a functiona. Pe urma le asamblez. Luatul de la zero ar insemna munca ineficienta. Programele le scriu eu, nu asta este problema, ci hardul deoarece acesta costa bani, reproiectarile repetate ridicind considerabil costul proiectului.

Link to comment
Share on other sites

Pot cumpara orice fel de Atmega nu asta este problema. As prefera sa evit folosirea programatorului deoarece asta ar insemna o complicatie in plus. Un Atmega cu bootloader direct conectabil si programabil prin USB ar fi ideal.

Atunci cumpara unul cu bootloader "direct conectabil si programabil". Hopa stai ca nu exista asa ceva; ba in plus bootloaderul va trebui sa fie destul de "custom", avand in vedere ca vrei programare prin radio (se rezolva prin rs232, dar tu vrei si usb...)As mai zice si ca nu poti cumpara orice fel de atmega; chiar nu stiu unde gasesti Atmega32U4 pe stoc (ca tot pomenesti de el), poate ne spui si noua. Si totusi, insist ca "acolo sus" nu ai nevoie de usb. Iar "aici jos" musai vei avea nevoie de programator, mai ales daca vrei sa testezi/dezvolti diverse bootloadere pentru reprogramarea radio.Eu cred ca subevaluezi partea software, si supraevaluezi placa cu microcontrolerul. Perifericele da, alea pot fi mai simple sau mai complicate, in functie de tine (cum rezolvi cu comunicarea radio? chiar sunt curios de partea asta). In schimb placa pentru microcontroler e banala, si nu necesita fonduri imense. Iar un programator pentru atmel-uri nu e nici el o avere, si repet, vei avea nevoie de el. O alternativa de care ti-am zis sunt placile arduino, care au bootloaderul gata scris, dar nu vei iesi mai ieftin cu ele (ba eu zic ca te-ai complica/limita inutil). Restul componentelor: panouri solare, acumulatori, module radio, electronica pentru monitorizare, carcasa/scheletul, etc vor constitui partea semnificativa a costurilor proiectului; placa cu microcontrolerul plus programatorul aferent vor fi doar "costuri nesemnificative". De fapt divers, daca intrebui la "bursa", sunt sigur ca vei primi oferte interesante (nu scumpe) pentru programatoare de atmega, chiar si pe usb.Totusi, relativ la acest proiect, eu sper sa ajungi sa pui si intrebari concrete, deocamdata vad ca doar tatonezi terenul.Pana atunci, poate pui mana si citesti cateva tutoriale, si impreuna cu un microcontroler si cu un programator incepi sa citesti 1-2 senzori, sa aprinzi un led, chestii de inceput. Dupa ce iti faci idee ce se poate si in ce mod, pe urma iti va fi mai usor si sa proiectezi "cubul" acela. Nu e enorm de complicat ce vrei tu, dar trebuie sa intelegi ce poti sa ceri de la microcontroler. Pana una alta, ia si datasheet-ul la tocat, ca fara el nu faci nimic.
Link to comment
Share on other sites

Atunci cumpara unul cu bootloader "direct conectabil si programabil". Hopa stai ca nu exista asa ceva; ba in plus bootloaderul va trebui sa fie destul de "custom", avand in vedere ca vrei programare prin radio (se rezolva prin rs232, dar tu vrei si usb...)

Am apreciat contributia ta insa, te rog, mai lasa-i si pe altii sa-si spuna parerea.

Nu am port RS232 la calculator.

Programarea prin radio nu are nici o legatura cu RS232 care este un standard de comunicatie pe fir (printre altele niste nivele de tensiune specifice) intre calculatroul PC dotat cu port RS232 si un circuit de adaptare MAX232(de ex.)+Microcontroller. TX-ul si RX-ul microcontrollerului admit alte tensiuni care nu fac parte din standardul RS232.

Poate exista legatura RS232 intre calculator si modemul radio conectat la acesta insa mai departe pina la microcontrollerul de pe cubesat legatura nu mai este RS232. Transceiverul de pe cubesat nu se leaga neaparat la microcontrollerul acestuia cu o interfata RS232. In orice caz transmisia radio nu este sub nici o forma RS232.

 

As mai zice si ca nu poti cumpara orice fel de atmega; chiar nu stiu unde gasesti Atmega32U4 pe stoc (ca tot pomenesti de el), poate ne spui si noua. Si totusi, insist ca "acolo sus" nu ai nevoie de usb. Iar "aici jos" musai vei avea nevoie de programator, mai ales daca vrei sa testezi/dezvolti diverse bootloadere pentru reprogramarea radio.

Da, pe orbita este posibil sa nu fie nevoie de USB, ramine de vazut, insa este nevoie pe Pamint. Majoritatea satelitilor cubesat existenti au port USB si nu detin nici un fel de conector RS232.

 

Eu cred ca subevaluezi partea software, si supraevaluezi placa cu microcontrolerul. Perifericele da, alea pot fi mai simple sau mai complicate, in functie de tine (cum rezolvi cu comunicarea radio? chiar sunt curios de partea asta).

Pentru comunicatia radio va trebui sa cumpar un transceiver gata facut.

In ceea ce priveste perifericele, eu cind m-am interesat de o schema aici pe forum, evident ca o doresc cu periferice cu tot nu doar microcontrolerul in mijlocul unei placi goale.

 

In schimb placa pentru microcontroler e banala,... si nu necesita fonduri imense. Restul componentelor: panouri solare, acumulatori, ..., electronica pentru monitorizare.

Asta este problema, imi trebuie schemele electronicii de monitorizare.

 

Totusi, relativ la acest proiect, eu sper sa ajungi sa pui si intrebari concrete, deocamdata vad ca doar tatonezi terenul.

Intrebarea concreta am pus-o deja, doresc schema unei placi cu Atmel AVR care sa indeplineasca cerintele listate in prima mea postare.

Link to comment
Share on other sites

raspunsul concret: Nu exista ! trebuie realizat.te pricepi la programare ? iti faci o schema logica si cu ceva valori (la ce curent se topeste siguranta, ce tensiune/curent au panourie, ce fel/tip de senzori folosesti s.a.) si incepi sa realizezi placa fizic. piesele o sa fie lipite pe placute de test pentru modificari, dezvoltare si depanare.daca nu ai port COM la PC asta nu inseamna ca trebuie sa ai USB la uC-ler, vezi programatoare ISP pe USB pentru uC AVR - ex: STK500 (Bootloaderul trebuie scris cu ceva)RS232 este un protocol dar asta nu inseamna ca nu-l poti transport si fara fir, in principiu nu transporti tensiuni ci semnale logice, care le prelucrezi in zona TX respectiv RX pentru adaptarile de nivel.degeaba comunici serial cu un uC daca in prealabil nu-l programazi cu un soft ce initializeaza UART-ul si schimbul de date necesar.

Link to comment
Share on other sites

Punctual: - nu am oprit pe nimeni sa isi aduca contributia; insa la modul cum pui problema, putin probabil ca o vor face multi - te-am intrebat clar ce modul de comunicare folosesti; exista multe modele pe piata, iar o parte din acestea comunica cu microcontrolerul prin UART, sau, altfel spus, RS232 (da, stiu ca exista diferenta de tensiuni, dar daca asta e singura ta obiectie putem sari peste ea) - o placa cu tot cu periferice pentru ce vrei tu nu vei gasi, trebuie sa iti faci - chiar si banalii senzori de temperatura vor trebui alesi cu grija, deoarece putini sunt cei care sunt utili la variiatiile mari de temperatura din spatiu (ma gandesc ca ai nevoie de o variatie de minim -50..+150C, dar e posibil sa existe variatii mai mari); dupa ce alegi domeniul de masura poti vedea daca exista senzori pe i2c sau e nevoie de conversie ADC. Cam atat, iti voi respecta dorinta si ma voi retrage din discutie. Succese.

Link to comment
Share on other sites

NU stiu daca si-a pus cineva problema radiatiilor si efectelor acestora asupra montajului...Dar pana la urma la ce folosesc satelitii astia? Doar asa, de distractie? Cum il reglezi pe orbita?Sau face si el cateva ture si apoi cade sau se pierde in spatiu?

Link to comment
Share on other sites

omul a spus asa:

Lucrez la proiectarea unui picosatelit (studentesc) de tip cubesat intr-o configuratie minimala cu scop didactic demonstrativ (nu destinat plasarii pe orbita).

deci e doar ceva demo, un picosatelit doar cu denumirea.de satelit.Sunt curios cum a avansat proiectul.
Link to comment
Share on other sites

Satelitii cubesat folosesc la testarea in spatiu a diverse tehnologii noi cum ar fi cea a generatorilor fotosolari tip film subtire care poate fi pliat ca un evantai sau acordeon.

Cubesat tip armonica - cu burduf

http://ssdl.stanford.edu/ssdl/images/st ... dl0205.pdf

 

Odata ce s-ar obtine viteze de comunicatie cu acesti cubesati de 112 kbps ar putea deveni folositori pentru constituirea unei retele independente de comunicare prin satelit pe care o tara mai mica ar utiliza-o in scopuri militare, sa spunem.

In general satelitii cubesat au ca scop principal elaborarea si testarea unor tehnologii care sa minimizeze la maxim masa satelitilor viitorului pentru ca pretul misiunilor spatiale sa scada.

 

Deocamdata picosatelitii nu-si pot regla orbita. Se fac insa eforturi in acest sens.

 

Situl http://www.googlelunarxprize.org nu este serios. Premiul acela de 30 milioane nu poate fi cistigat fara investirea a de 10 ori pe atit. Amatorii care se invirtesc pe acel site nu au realizat nimic demn de luat in seama pina acum. Zgomot mult, circ si cam atit.

Link to comment
Share on other sites

Nu cred ca vei putea realiza un management al panourilor solare in timp real, viteza de rotatie a satelitului va fi mare (el neavind mijloace de stabilizare din cite presupun). Prin urmare daca se roteste numai cu citeva zeci de rotatii pe minut vor fi calcule destul de multe pentru a obtine un management al energiei optim si prin urmare microcontrolerul va fi ocupat cu acestea.Nu stiu daca iti vor fi suficiente antenele de 50cm lungime (depinde de frecventa de lucru) si trebuie realizat mijlocul de scoatere a lor ...la rulete in mod automat se stringe panglica nu se scoate.Puterea pe care o poti obtine cu panourile solare de pe laturile cubului va fi redusa (100cm patrati latura deci si suprafata expusa ... in cazul expunerii mai multor laturi orium unghiul de incidenta a razelor solare va duce la un randament mic ... deci maxim vei obtine doar cind ai expusa o latura perpendicular pe razele solare). Pentru a realiza o transmisiune radio la distanta satelit-pamint ai nevoie de o putere destul de mare ...prin urmare ar merge doar ideea de a realiza periodic cite o transmisiune si nu in mod continuu.Programarea microcontrolerului se va face utilizand o comunicatie seriala (indiferent de protocol) si prin urmare microcontrolerul trebuie sa permita utilizarea unui asemenea programator.Acum ca si fapt divers, satelitii in general utilizeaza circuite FPGA din simplu motiv ca sunt reprogramabile si astfel datorita radiatiilor cosmice sau a unor defecte care deterioreaza partea electronica ... chiar si partial ... prin reconfigurarea circuitului FPGA se poate obtine o noua functionalitate sau continuarea functionarii la limita a electronicii satelitului ...ocolind prin reprogramare zona afectata din integrat.

Link to comment
Share on other sites

Nu cred ca vei putea realiza un management al panourilor solare in timp real, viteza de rotatie a satelitului va fi mare (el neavind mijloace de stabilizare din cite presupun). Prin urmare daca se roteste numai cu citeva zeci de rotatii pe minut vor fi calcule destul de multe pentru a obtine un management al energiei optim si prin urmare microcontrolerul va fi ocupat cu acestea.

1) Chiar daca tureaza cu citeva zeci de rotatii pe minut axa si viteza de rotatie nu se schimba in timp decit extrem de lent asa ca este suficienta determinarea o data pe zi (in citeva secunde) a parametrilor miscarii ca sa fie calculat precis bugetul de putere pe cel putin o zi.

2) Satelitul nu se invirteste asa repede deoarece mecanismul de lansare are grija sa-l ejecteze cu o viteza de rotatie cit mai mica iar apoi nu are cine sa-i accelereze invirtirea. Mai mult, cubesatul are parti feroase sau chiar mici magneti cit un ac de busola care il transforma in nimic altceva decit rotorul unui motor nealimentat obligat sa se invirteasca intr-un cimp magnetic (cimpul pamintului). Este evident ca satelitul ca si rotorul unui motor isi va frina miscarea de rotatie, incetinind.

 

Nu stiu daca iti vor fi suficiente antenele de 50cm lungime (depinde de frecventa de lucru) si trebuie realizat mijlocul de scoatere a lor ...la rulete in mod automat se stringe panglica nu se scoate.

1) Comunicatia downlink are loc in banda UHF de 70 cm (mai precis se lucreaza cu frecventa de 437 MHz). Deci nu este nevoie de antene lungi.

2) Banda de masurat sta infasurata in jurul satelitului, tinuta legata cu fir de undita peste care este bobinata o rezistenta de nichelcrom (vezi aici).

Infasoara o banda de ruleta in jurul unei cutii, tine-o cu mina si pe urma da-i drumul. Vei vedea ca se desfasoara singura si devine dreapta. Sigur, trebuie sa blochezi mai intii ruleta ca arcul din interior sa nu traga de banda.

 

Puterea pe care o poti obtine cu panourile solare de pe laturile cubului va fi redusa (100cm patrati latura deci si suprafata expusa ... in cazul expunerii mai multor laturi orium unghiul de incidenta a razelor solare va duce la un randament mic ... deci maxim vei obtine doar cind ai expusa o latura perpendicular pe razele solare).

Maximul se obtine cind o diagonala a cubului este paralela cu razele soarelui.

 

Pentru a realiza o transmisiune radio la distanta satelit-pamint ai nevoie de o putere destul de mare ...prin urmare ar merge doar ideea de a realiza periodic cite o transmisiune si nu in mod continuu.

Satelitul trece cam doua ori pe zi pe deasupra aceleiasi statii terestre. Fereastra de comunicatie este asadar foarte limitata. Citeva minute pe zi.

 

Programarea microcontrolerului se va face utilizand o comunicatie seriala (indiferent de protocol) si prin urmare microcontrolerul trebuie sa permita utilizarea unui asemenea programator.

Microcontrollerul ATmega32U4 accepta programarea directa pe USB neavind nevoie de nici un programator (dispozitiv hard), doar de soft pentru programare.

 

Acum ca si fapt divers, satelitii in general utilizeaza circuite FPGA din simplu motiv ca sunt reprogramabile si astfel datorita radiatiilor cosmice sau a unor defecte care deterioreaza partea electronica ... chiar si partial ... prin reconfigurarea circuitului FPGA se poate obtine o noua functionalitate sau continuarea functionarii la limita a electronicii satelitului ...ocolind prin reprogramare zona afectata din integrat.

Ideea asta este absolut noua pentru mine si extrem de interesanta. Ma voi interesa sa vad cit de viabila poate fi in cazul unui Cubesat.

Link to comment
Share on other sites

1) Chiar daca tureaza cu citeva zeci de rotatii pe minut axa si viteza de rotatie nu se schimba in timp decit extrem de lent asa ca este suficienta determinarea o data pe zi (in citeva secunde) a parametrilor miscarii ca sa fie calculat precis bugetul de putere pe cel putin o zi.

 

Banuiesc ca totusi nu se roteste toata ziua cu acelasi unghi fata de soare ...deci trebuie sa faci de mai multe ori calculul, plus ca viteza de rotatie si unghiul se mai pot modifica in timp

 

2) Satelitul nu se invirteste asa repede deoarece mecanismul de lansare are grija sa-l ejecteze cu o viteza de rotatie cit mai mica iar apoi nu are cine sa-i accelereze invirtirea. Mai mult, cubesatul are parti feroase sau chiar mici magneti cit un ac de busola care il transforma in nimic altceva decit rotorul unui motor nealimentat obligat sa se invirteasca intr-un cimp magnetic (cimpul pamintului). Este evident ca satelitul ca si rotorul unui motor isi va frina miscarea de rotatie, incetinind.

 

Are loc frinarea doar daca scurtcircuitezi infasurarile bobinei motorului ... cum la tine nu ai bobine ... poate va avea loc o accelerare a rotatiei ! Oricum ... faza cu magneti pe carcasa care sa incetineasca viteza de rotatie ... nu am mai auzit-o ...cred ca nici la satelitii de TV nu se aplica asa ceva ...sau eu nu am mai auzit de asa ceva

 

Maximul se obtine cind o diagonala a cubului este paralela cu razele soarelui.

Cind diagonala cubului e paralela cu razele soarelui ... vei avea 4 laturi pe care razele soarelui vor cadea la un unghi de 45 de grade ... nu stiu ce randament au celulele la acest unghi de incidenta .... cind unghiul de incidenta e de 90 grade ... adica razelel perpendiculare pe o latura ...panoul da maxim ... dar e adevart ca e doar un singur panou ... fata de 4 in celalalt caz dar care sunt in alt regim decit cel maxim

 

 

Microcontrollerul ATmega32U4 accepta programarea directa pe USB neavind nevoie de nici un programator (dispozitiv hard), doar de soft pentru programare.

Ca sa programezi microcontrolerul pe orbita ..pe usb ... oricum ai nevoie de o interfata ... radio(seriala)->USB

 

 

Pentru FPGA exista mai multe module disponibile, eu am mai lucrat cu cele didactice de la o firma care are si reprezentanta in CLUJ ... modulul de baza ajungind undeva la 240 lei (pt student) sau 300 lei (pentru oricine altcineva). Modulul are o gramada de pini de interfata si se programeaza prin USB ... de unde se poate si alimenta (daca nu necesita si perifericele alimentare din acest modul). E cu FPGA de la Xilinx. Exista o diversitate de module si de circuite cu FPGA, ai de unde alege .

Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.



×
×
  • Create New...

Important Information

We have placed cookies on your device to help make this website better. You can adjust your cookie settings, otherwise we'll assume you're okay to continue.Terms of Use si Guidelines