Трёхосный датчик ориентации

(увеличить)

   Датчик ориентации — малогабаритное электронное устройство, предназначенное для установки на любительские ракеты и получения информации об их ориентации в полёте. Датчик предназначен для ракет с траекторией полёта, близкой к вертикальной.
   Автор программы и разводки печатной платы — Дмитрий aka Piroman с «Авиабазы». Схема — плод совместного творчества.
   В состав датчика входят:
   1. Сенсор оптической мыши Agilent ADNS2610 или аналогичный (нынешняя версия кода поддерживает датчики ADNS1610, ADNS1620, ADNS2620 и PAN3101), обеспечивающего информацию о положении ракеты относительно направления на Солнце с дискретностью порядка 1°;
   2. Пьезогироскоп Murata ENC-03, дающий информацию об угловой скорости по оптической оси датчика Солнца;
   3. Микроконтроллер ATMEL ATMega88-20, производящий отсчёт бортового времени, опрос датчиков (солнечного и пьезогироскопа), счисление углов и выдачу их в систему верхнего уровня;
   4. Аналоговый усилитель с коэффициентом усиления 5 для согласования диапазонов сигнала пьезогироскопа и встроенного АЦП ATMega88-20;
   5. Двухосный акселерометр Freescale Semiconductor MMA6321Q или трёхосный MMA7260Q;
   6. Барометрический датчик MPXV6115VC6U для измерения высоты;
   7. Цифровой термодатчик Analog Devices ТMP03 для измерения температуры и коррекции показаний пьезогироскопа;
   8. Микросхема флэш-памяти с последовательным интерфейсом AT45DB021B для фиксации всех параметров полёта;
   9. Два силовых ключа для выдачи управляющих сигналов (например, на выброс парашюта).
   Преобразователь уровней TTL <-> RS-232 для взаимодействия со стационарным компьютером вынесен на отдельную плату и выполнен на транзисторах.

   Изготовлена «бета-версия» печатной платы, и собран первый экземпляр «для стендовых испытаний», его можно видеть на фотографии. Размер основной платы — 37,5×180 мм — оптимизирован под ракету калибра 40 мм. Гироскоп установлен на дополнительной плате, впаянной в вырез основной. Акселерометр расположен с перекосом на 45° относительно продольной оси ракеты, за счёт чего диапазон измерений продольного ускорения расширен в 1,41 раза и составляет 8,4 g для MMA7260Q и 14 g для MMA6321Q. Кроме того, он «перевёрнут», т. е. разгон ракеты — это ускорение «-X», вызывающее понижение уровня на выходе акселерометра. Такой трюк позволяет использовать шкалу АЦП на 2,56 В, что повышает точность. Максимальное регистрируемое ускорение «на торможение» при наихудшем сочетании допусков — 3,5 g с акселерометром MMA7260Q и 5,8 g с акселерометром MMA7260Q.
   Переход на Atmega88-20 вызван желанием повысить тактовую частоту для синхронной работы DSP в датчике и МК, чтобы дополнительно снизить помехи на АЦП. Теперь тактовая частота составляет 24 МГц. Программирование в основном завершено. Большие потери времени были вызваны желанием использовать для фиксации данных SD-флэшку, но недостаточный объём буфера в микроконтроллере усложнил программирование и было решено перейти на микросхему Dataflash упомянутого типа.
   Вес и габариты датчика подходят для его использования на ракетах стартовой массой от 0,7 кг с двигателем от 80 Н·с (80 Н·с — максимальный разрешённый для ракетомоделистов в РФ размер двигателя). Максимальная перегрузка при старте не должна превышать 14 g, иначе акселерометр «ляжет на упор». Впрочем, если превышение перегрузки будет недолгим, показания можно будет скорректировать по датчику давления. Возможно, для облегчения ракеты датчик придётся питать от 3-4 батарей CR2032, соединённых последовательно, так как «Крона» довольно тяжела.
   Передача данных после приземления будет осуществляться через порт RS-232; максимальная скорость, поддерживаемая контроллером, 115 200 бит/с. Управление режимами в поле — с помощью одной кнопки и светодиодного индикатора, при подключении к компьютеру — командами по RS-232.

   Статические испытания уже начались, динамические стендовые испытания начнутся в январе 2008 г., а лётные, видимо, весной.
   Таким образом, за год пройден путь от макета до «почти лётного изделия», при том, что почти всю работу сделал один человек.

обновлено 24.12.2007