Главная » Микроконтроллеры
Призовой фонд
на январь 2020 г.
1. 1000 руб
Сайт Паяльник
2. 200 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 1
x

Оценить статью

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

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (13) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
#
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
0
Александр Чуйкин #
Очень неплохо для 16 лет.
Оставлю в стороне основной функционал платы, остановлюсь на радиомодуле. Я неплохо соображаю в этом, так как это часть моей работы. Я строю коммерческие проекты на сетях lorawan в крупной телеком-компании.
Выбранный модуль использует модуляции lora, что влечёт за собой следующие возможные ограничения:
1. Со стороны приёмника должен быть такой же или аналогичный модуль с контроллером, программу для которого также придётся писать. Либо, нужно разворачивать gateway lorawan, и прописывать стек lorawan во встроенной ПО платы.
2. Заявленная дальность 10 км не константа. На практике мне удавалось достичь 36 км, а коллегам 44, но при этом нужно понимать, что со стороны конечного устройства стояла антенна 7dBi высотой почти метр, а со стороны базовой станции 9 dBi высотой почти полтора метра. Есть и обратные примеры, когда связь между БС и конечным устройством обрывалась на 1 км из-за использования неэффективных и неверно установленных антенн.
3. Скорость передачи данных варьируется от нужной дальности. Это особенность модуляции lora, если не вдаваться в подробности. Если на максимальной скорости (около 5 кбит/с) время передачи одного пакета составит около 60мс, то на минимальной (290 бит/с) около 1,5 секунд. Максимальная достигнутая дальность на максимальной скорости (SF7) - 16 км, с использованием вышеупомянутых антенн. Минимальная скорость (или максимальный spread factor - SF12) позволяет передавать данные на гораздо большие расстояния.
В общем, уделите особое внимание антеннам.
4. Вытекает из 3-го пункта. Ввиду большой возможной задержки передачи данных, сложно будет реализовать адекватное удалённое управление спутником (если, конечно, это планируется) в реальном времени.
Ответить
0

[Автор]
dima0302 #
Спасибо за замечания. Приемник будет такой же со своей программой .Обязательно учту при программировании радиомодуля!
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Программатор Pickit3
Программатор Pickit3
Конструктор УНЧ 60 Вт на LM3886 Лазерный модуль 650нм 5мВт
вверх