Главная » Микроконтроллеры
Призовой фонд
на декабрь 2019 г.
1. 1000 руб
Паяльник
2. 100 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Универсальная плата на STM32F405

Мне 16 лет и я увлекаюсь электроникой и радиосвязью.Сейчас я участвую в конкурсе “CanSat в России”,где надо собрать пикоспутник весом до 350г. В спутнике нужно обязательно использовать конструктор ,который предоставляют организаторы( конструктор надо покупать; цена для самостоятельной пайки – 10 тыс).

В 1999 году в США прошел первый конкурс CanSat, ставший очень популярным за рубежом. Задача состояла в том, чтобы наглядно продемонстрировать студентам и школьникам процесс от проектирования до запуска автоматического космического аппарата, а также получения с него данных в процессе полета.

CanSat(satellite in a can) –спутник в банке . Это действующая модель нанооспутника весом до 350 граммов. Все основные элементы «спутника»: бортовой компьютер, приёмник-передатчик, научная нагрузка и система питания должны вмещаться в банку объемом 0,5 л. «Спутник» запускается ракетой  и за время плавного спуска на парашюте с высоты 1-2 км. должен передать полезную информацию.

Космический образовательный проект «Воздушно-инженерная школа CanSat в России» организован в 2011 году. Организаторами являются НИИ ядерной физики МГУ при поддержке госкорпорации «Роскосмос».

Целью проекта является подготовка нового поколения космических инженеров.

Основная задача Регулярной лиги:  передача данных измерений по обязательным исследовательским задачам (барометр, температура, ускорение ) процессе полета аппарата на приемную станцию организаторов.

Про содержание конструктора можете прочитать в презентации,в прикрепленном файле.

У конструктора имеются свои недостатки.

  1. Большой размер
  2. Радиодетали морально устарели
  3. Радиомодуль передает на маленькие расстояние
  4. Нету возможности сохранять большое количество научных данных в EEPROM
  5.  Использование большое количество проводов

Платы и компоненты в конструкторе уже морально устарели. Они не мощные, не могут выполнять сложные задачи и возможности деталей низкие.

Электроника

Я решил сделать свой конструктор для спутника КанСат по новым конструкторским схематическим решениям.

Первым шагом я выбирал микроконтроллер. В итоге я остановился на STM32. STM32 – это платформа, в основе которой лежат микроконтроллеры STMicroelectronics на базе ARM процессора. Решения на базе STM активно используются благодаря производительности микроконтроллера, его удачной архитектуре, малом энергопотреблении, небольшой цене. 

Вторым шагом я придумал какую задачу будет выполнять плата и выбирал компоненты.

STM32 будет выполнять следующие задачи:

  1. Сбор данных с барометра,акселерометра,гироскопа.
  2. Получение GPS координат
  3. Запись на SD
  4. Передача телеметрии с помощью радиомодуля

В качестве датчика температуры я использовал BME280. В этот датчик входит измеритель температуры, давления и влажности воздуха.

Для отслеживания ориентации спутника я использовал BMI160. Датчик измеряет данные акселерометра и гироскопа.

Для передачи научных данных на землю нужен радиомодуль. Я остановился на трансивере LORA RA – 02.

Чтобы плата питалась от li-po аккумулятора нужен повышающий преобразователь на 5v. Я использовал микросхему LT1308.

Дальше я нарисовал принципиальную схему и развел плату в программе KiCad.

Верхний слой платы

Нижний слой платы

Нижний слой платы

Четвертым шагом я заказал плату на изготовление в Китае. В этот момент мне сильно помогли две компании. Первая компания –это PCBWAY, она спонсировала изготовление платы,за что я очень благодарен.

Вторая компания – это LCSC, которая предоставила необходимые компоненты для платы.Я очень благодарю за помощь спонсоров.

Пайка компонентов проходила следующим образом:

1 – Детали находящиеся на верхнем слою (кроме кнопок и разъем mini usb) паялись в паяльной печке.

2 –  Так как детали находящиеся на нижнем слое слишком маленькие, мне пришлось паять в ручную под микроскопом.

И вот готовый результат.

 Потом я выбирал среду разработки кода для проверки работоспособности моей платы. Программу можно загрузить с помощью программатора ST-LINK V2.

Я использовал следующие среды разработки:

STM32CubeMX – это генератор кода для семейства STM32, позволяющий автоматически настроить всю периферию для данного микроконтроллера.

Настройки микроконтроллера stm32f405.

TrueSTUDIO — интегрированная среда, используемая для разработки встраиваемого ПО для микроконтроллеров STM32.

Отрывок программы,который записывает данные от датчиков на sd карту.

Сейчас я пишу программу для радиомодуля.

Краткие технические параметры

  • Высокопроизводительный микроконтроллер STM32F405RGT6
  • Ядро: Cortex-M4 32-битный
  • Рабочая частота: 168 МГц
  • Рабочее напряжение: 1,8 В-3,6 В
  • Память: 1 МБ Flash, 192 + 4 КБ SRAM
  • Программирование: поддерживает интерфейсы JTAG / SWD
  • 8M; 32. 768 кристалл
  • Интерфейс JTAG / SWD: для отладки /программирования
  • Встроенный радиомодуль LORA RA-02 (10km) ; датчики BMI160,BMM150,BME280 контакты для подключения GPS.
  • Возможность подулючения аккумулятора li-po 3.7в.
  • Сохранение информации на SD карту.

Приемная станция

Для приема телеметрии с радиомодуля платы нужна приемная станция.

Антенна — это устройство, предназначенное для излучения или приёма радиоволн.

Антенны бывают разных видов: спиралевидная, антенна волновой канал (антенна яги), диполь и т.д.

Я остановился на антенне волновой канал ( антенна яги - уда).

Антенна Яги – направленная антенна, состоящая из нескольких параллельных элементов, расположенных на одной линии.

Направленные антенны имеют преимущество по дальности связи при прочих равных, но по определённым направлениям. Направленные антенны позволяют увеличить дальность и качество приема сигнала от базовых станции или репитеров в заданном направлении.

Я решил сделать кросс яги,так как я делаю антенну еще для приема орбитальных спутников.

Для того, чтобы антенна принимала радиоволны в круговой поляризации, нужно иметь 2 коаксиальных кабеля 50 ом.

Надо соединить следующим образом:

Правая круговая поляризация: горизонтальная плоскость к разъему 1, вертикаль к разъему 2, к разъему станции 3

Конечный результат:

В изготовлении антенны мне помог радиолюбитель (RG4D) из завода РЭМО г.Саратов 

Через неделю планируется проверка антенны на векторном анализаторе цепей.

До зимы я планирую собрать спутник CanSat с моей платой. Запуск спутника будет проходить в финале конкурса летом 2020г. 

Я очень благодарен в помощи изготовления платы , антенны и хотел бы привлечь инженеров в этот проект, потому что если доработать плату,то можно выпускать на производство и мне это тоже будет полезно.

Список литературы:

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 Участие в конкурсе 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (11) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
stalker1424 #
Так а интерес инженеров в чём, которых хотите привлечь? Чтобы лично Вам было полезно или как?
Ответить
0

[Автор]
dima0302 #
Здравствуйте, я бы хотел чтобы эта плата была не только полезна для меня, но и для обычных людей. Например можно доработать этот проект с инженерами и на уроке информатике в школе или в вузах обучать программированию stm32.
Ответить
0
bulyga #
При всём уважении к Вашей идее, хочу заметить что, что сама STМ выпускает огромное множество демо-плат для всех своих семейств микроконтроллеров. Они доступны как по цене так и по наличию в магазинах. Если в городе нет радиомагазина, их можно заказать в наших или иностранных интернет-магазинах. На платах кроме самих контроллеров обычно распаяно масса периферии считаю это идеально для обучения. Так же к таким платам идёт исчерпывающая документация и примеры кода, информация поддерживается в актуальном виде сами производителем. Учитывая объёмы выпуска продукции STM, я сомневаюсь, что ваша плата получится дешевле. Для себя сделать плату и потренироваться, да это интересно. Попробуйте выложить исходники на github и оцените фитбэк. Если народ заинтересуется, можно подумать о каком-то тираже, а иначе, боюсь это бессмысленно.
Отредактирован 02.12.2019 17:17
Ответить
0
_abk_ #
На каком основании на плате нанесены маркировки CE и RoHS?
Ответить
0
Alexey Tyutyushov #
Все выглядит нормально для 16 лет. Добавлю от себя некоторые замечания и пожелания.
Раз уж это проект микроспутника, то посчитай потребление каждого узла до наноампер и минимизируй: deep sleep и т.д. Сделай диаграмму потребления(типа Power Tree). Все силовые узлы нужно сделать с максимальным КПД, пусть опытный образец будет дороже.
Далее: Много пустого места на плате, подумай про установку дополнительных модулей микросхем. Что -нибудь околонаучного. Это будет преимуществом на конкурсе. Про монтаж: рекомендую перевести все на СМД, кроме разъемов. Добавь ВЧ разъем SMA на плату для внешней антенны(или несколько). Для удешевления попробуй разместить все с одной стороны, не выйдет, группируй компоненты по размерам, мелочь внизу, крупные компоненты вверху.
По проекту: Рассмотри возможность коммуникации и взаимодействия между одинаковыми спутниками, все равно лору используешь. Что-то типа сети обмена данных. Это увеличит надежность всей системы. По железу: учти интервал рабочих температур. Думаю стоит добавить батарею(разрешенную для использования в космосе), зарядку для батареи, и нагревательный элемент.
Последнее. Устройство для работы в условиях сильного ионизирующего излучения, изучи вопрос по защите и не поленись добавить это все в следующую версию
Ответить
0

[Автор]
dima0302 #
Спасибо за замечания и пожелания.Обязательно учту при доработки платы.
Ответить
0
Критик #
Много ли атмосферного давления на 180..400км высоте?
Сколько минут/секунд проработает радиоционно незащищённый мк?
А какие обстоят дела с микроклиматом на борту, как охлаждать или подогревать бедете (газпром и там трубу подведет..)?
В косТмосе не любой акуммулятор или солнечьная батарея работать будут!
Ответить
0

[Автор]
dima0302 #
Этот спутник запускается ракетой на высоту 2 км и должен передать научные данные.
Ответить
0
Критик #
Тогда это не спутник (не выходит на орбиту), а просто игрушка-мусор.
Ответить
0

[Автор]
dima0302 #
Почему вы так считаете? То есть вы думаете бортовой компьютер радиоуправляемого самолёта или квадрокоптера или же для ракеты это мусор?
Для меня это первый опыт разработки платы такого масштаба.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Программатор Pickit3
Программатор Pickit3
Металлоискатель MD3010II Конструктор - Гитарная педаль Remote Delay 2.5
вверх