文号896068
32930
21
收藏(21)
无线数传多功能航电系统设计制造
zx-901432021/08/15原创
发表人是合作者之一
喷气推进 IP:青海

一、概述

本多功能航电系统为CTX Industries团队开发的探空火箭配套设备之一。本款航电系统结合了高点开伞、SD卡记录飞行数据（高度、加速度、飞行时间）、LoRa无线回传飞行数据等多种功能，同时体积较小，PCB尺寸仅为20*33mm，除LoRa模块外，其他元件均集成在PCB上，可以方便地放入小尺寸箭体，具有较好通用性，特发帖介绍。

老规矩，先来团队Logo sticker

CTX logo.jpg


二、硬件部分详细介绍

  1. 设计方案与元件选型

    如上文所述，本航电系统计划具备记录并实时回传高度、加速度、飞行时间数据并进行自动开伞的功能。为了实现这些功能，计划采用ATmega328P-AU作为主控芯片，采用Arduino IDE编写程序；采用BMP180气压计芯片得到高度数据；采用ADXL345芯片得到加速度数据；采用SD卡记录飞行数据并使用LoRa模块（标称通讯距离3km）实时回传数据，使用MCR100-6晶闸管输出脉冲进行点火开伞操作。电源方面，采用两块AMS117芯片提供3.3V电压，为整个系统供电。通信方面，BMP180、ADXL345芯片与主控芯片之间采用I2C接口通信，LoRa模块与主控芯片之间采用UART串口通信。

  2. 硬件具体实现

    由于需要能够放入小尺寸箭体，本航电除晶闸管外均采用贴片元件，并尽量使航电PCB小型化。同时为了使航电在箭体内部得到有效固定，在PCB两端设计了类似于榫卯结构的部分，可以插入带有缺口的固定座中。PCB Layout图及3D图、实物图如下。

    1.png

    2.png

    3.png

    4.jpg

    5.jpg

    PCB正面2脚排母为点火脉冲输出，背面2脚弯排针为供电排针，6脚排针为LoRa连接排针。

    PCB Gerber文件在附件1中。

  3. 开发过程中遇到的问题

    （1）第一次PCB打板后，发现SD卡无法正常工作，后来发现由于原理图中网络名称输错导致SD卡时钟引脚与主控时钟引脚实际未连接。第二次打板时该问题得到了修复。

    （2）第一次打板后，发现LoRa模块一启动，主控芯片就会自动复位。分析得出原因为LoRa模块功率过大，启动后电源电压下降，同时主控芯片RESET引脚上的上拉电阻阻值过大。第二次打板时使用了更小阻值的上拉电阻，问题得到修复。


三、软件部分详细介绍

  1. 开发环境与外设操作

    本航电使用Arduino IDE对ATmega328P-AU芯片进行开发，原因十分简单：楼主的STM32开发尚处于初级水平😂。以后会加强学习，争取能用功能强大的STM32开发电子设备。

    扯远了，说回来。。。

    在操作硬件外设时，使用SD卡库操作SD卡，使用SparkFun开发的ADXL345库与BMP180库操作相应芯片，使用UART库操作LoRa模块，实现相应功能。

  2. 代码详细介绍

    第一部分（1-26行）：加载库文件，定义全局变量；

    第二部分（28-61行）：对外设进行初始化；

    第三部分（63-97行）：调用CollectData函数记录并回传数据，根据函数返回值判断飞行状态（静止，上升，下降），并根据飞行状态操作指示灯、进行开伞等；

    第四部分（99-152行）：CollectData函数，以每秒约8次的速率写入飞行数据至SD卡，并以每秒约2次的速率回传数据。选择较低的书局回传速率是为了减小功耗，避免电池（3.7V锂电池，仅650mAh）在降落前耗尽；

    第五部分（154-168行）：从BMP180及ADXL345芯片读取数据；

    第六部分（170-183行）：根据飞行状态进行点火操作；

    第七部分（185-241行）：从BMP180芯片读取气压温度，并计算为相对高度。

    Arduino源代码在附件2中。


四、备注

  1. 此项目为开源项目，可以转载，转载时必须注明原作者(CTX Industries团队)。

  2. 感谢团队同志们的宝贵意见与支持！@TonyStark @Marx😄

如有不足或错误之处，欢迎大家批评斧正！


附件：

attachment icon 附件1.zip 98.07KB ZIP 43次下载

attachment icon 附件2.zip 49.87KB ZIP 50次下载


[修改于 3年3个月前 - 2021/08/15 19:23:56]

来自：航空航天 / 喷气推进
21
 
6
全部 只看作者
已屏蔽 原因：{{ notice.reason }}已屏蔽
屏蔽解除屏蔽编辑详情
{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
zx-90143 作者
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:青海
896070
1楼

抱歉哈各位，刚才没写完就不小心提交了，现在已写完，欢迎大家批评建议

引用
评论(2)
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
zx-90143作者
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:青海
896071
2楼

补充一下，LoRa模块为泽耀A39，标称通讯距离3km，两个模块之间透传传输，速率9600bps，地面LoRa模块接受箭上LoRa模块发来的数据后通过串口转USB模块传至作为地面站的笔记本电脑上。

IMG20210815170540.jpg

(左侧为箭上LoRa，右侧为地面天线与LoRa，箭上天线增益3dB，地面天线增益12dB)

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
虎哥
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:四川
896074
3楼

晶闸管有点小，需要小电流的点火头。晶闸管不能关断。电路上没有联锁保护，要当心上电瞬间出现误发火。那个天线12dB是不可能的。做好以后一定要进行拉距离实验然后才能装箭使用。

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
zx-90143作者
3年3个月前 IP:青海
896075
4楼
引用虎哥发表于3楼的内容
晶闸管有点小，需要小电流的点火头。晶闸管不能关断。电路上没有联锁保护，要当心上电瞬间出现误发火。那个...

感谢虎哥指教，晶闸管确实是选小了，不过实测市售的红色点火头能点着，以后设计时会选大电流的。晶闸管可以关断啊😅IO口输出低电平就关了，开伞时是输出0.5s的脉冲电流。误发火确实会出现...😂很蠢的解决方法是上电后再插点火头，不过确实很不安全，以后会改进的。那个吸盘天线卖家标的是12dB，可能是虚标（？）苦于手头没有测试设备... 虎哥能否指教下这种情况如何判断？感谢！距离测试已做，实测市区道路下通讯距离可达2.1km左右，可以满足探空火箭的要求了。

再次感谢虎哥批评哈！

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
BSP
3年3个月前 IP:广东
896077
5楼
引用zx-90143发表于4楼的内容
感谢虎哥指教，晶闸管确实是选小了，不过实测市售的红色点火头能点着，以后设计时会选大电流的。晶闸管可以...

晶闸管半控型器件，不能关断。应该是你的测试条件有问题。

选两颗mos吧，加个驱动好用不贵。

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
zx-90143作者
3年3个月前 IP:青海
896078
6楼
引用BSP发表于5楼的内容
晶闸管半控型器件，不能关断。应该是你的测试条件有问题。选两颗mos吧，加个驱动好用不贵。

啊...我查了一下好像确实无法关断😅但是实测确实输出低电平就能关断...不晓得是咋回事儿

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
BSP
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:广东
896079
7楼
引用zx-90143发表于6楼的内容
啊...我查了一下好像确实无法关断😅但是实测确实输出低电平就能关断...不晓得是咋回事儿

应该是你测试条件的问题。

DMN10H099SFG

随手筛了一下，这款mos看起来不错，不知道买不买的到

mos的话，栅极外接一个小一点的下拉电阻就能防止意外的开启了。？你可以试试

如果用驱动芯片的话，使能输入端接下拉就行了


引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
zx-90143作者
3年3个月前 IP:青海
896080
8楼
引用BSP发表于7楼的内容
应该是你测试条件的问题。DMN10H099SFG随手筛了一下，这款mos看起来不错，不知道买不买的到

那估计就是我测试条件不对劲...

这款管子真挺棒，电流也蛮大，谢谢大佬推荐！

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
BSP
3年3个月前 IP:广东
896081
9楼
引用zx-90143发表于8楼的内容
那估计就是我测试条件不对劲...这款管子真挺棒，电流也蛮大，谢谢大佬推荐！

不一定买的着😂

选他主要图他小封装，比较小的栅极电容，挺高的耐压和电流

选个类似性能的都行，最好找找那些爆款的，好买、便宜

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
zx-90143作者
3年3个月前 IP:青海
896083
10楼
引用BSP发表于9楼的内容
不一定买的着😂选他主要图他小封装，比较小的栅极电容，挺高的耐压和电流选个类似性能的都行，最好找找那...

淘宝好像买得到，确实性能蛮好

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
虎哥
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:四川
896084
11楼

可控硅在电流小于维持电流的情况下是可以关断的。用万用表测量，阻抗通常达到1MΩ，电流很小，故可关断。在选用器件时，需要对器件的特性有深入的理解。

单用MOS管也不稳当，上电瞬间各部分的电压电流关系与稳定后不同，可能某一时刻就是要导通的，因此对上电时序有要求。稳妥起见还应该与第二套电路有联锁保护，例如没发射时，另有开关分断点火回路。甚至在长征的发射中，极个别情况下依然允许用拉绳剪线之类办法确保不出事。楼主上电后再接线，办法并不算Low。

点火电流较大，对电压有冲击，一般宜使用单独的电池，使点火电路隔离。

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
UICalc
3年3个月前 IP:浙江
896085
12楼

LZ的PCB绘制能力有待提高...看起来从头到尾都是一个线宽,还有各种直角走线.不知道LZ的这个电路有没有高频大电流,至少看起来是完全没考虑EMC.

不知道点火系统能不能用NMOS带法拉电容放电.上电时电容没电,然后通过RC充电,一段时间(可以调整时间常数)后达到额定电压允许发射.

引用
评论
2
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
GiroPetrenko
3年3个月前 IP:江苏
896086
13楼

鉴于atmega变得好贵，建议lz用国产stm32 - 配合arduino ide绕过各种编程器限制（前提是1：1完全兼容的国产化）

点火部分想了个烂主意——做一个类似半桥的玩意，低侧开关默认打开。若是高侧开关故障，电源短路，系统进入过流保护。至于判别故障还是开伞——就有些复杂了（感觉这个系统越简单越好）

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
BSP
3年3个月前 IP:广东
896092
14楼
引用虎哥发表于11楼的内容
可控硅在电流小于维持电流的情况下是可以关断的。用万用表测量，阻抗通常达到1MΩ，电流很小，故可关断。...

晕，忘记可控硅还有维持电流这码事了 sticker 学艺不精。。。

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
BSP
3年3个月前 IP:广东
896093
15楼

楼上的办法好，可以考虑给mos的驱动芯片的使能引脚接rc延时，控制部分成功上电之后驱动芯片才能够动作。

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
zx-90143作者
3年3个月前 IP:青海
896095
16楼
引用虎哥发表于11楼的内容
可控硅在电流小于维持电流的情况下是可以关断的。用万用表测量，阻抗通常达到1MΩ，电流很小，故可关断。...

谢谢虎哥，以后设计会用保护电路+mos的方案。这次点火和设备是同一块电池，因为箭体内部空间不太够，以后大箭体空间够就会做成独立点火电池。

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
zx-90143作者
3年3个月前 IP:青海
896096
17楼
引用UICalc发表于12楼的内容
LZ的PCB绘制能力有待提高...看起来从头到尾都是一个线宽,还有各种直角走线.不知道LZ的这个电路...

pcb是用的自动布线...😅布线挺乱的，抱歉哈

点火系统这个方法确实好，谢谢大佬

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
zx-90143作者
3年3个月前 IP:青海
896097
18楼
引用GiroPetrenko发表于13楼的内容
鉴于atmega变得好贵，建议lz用国产stm32 - 配合arduino ide绕过各种编程器限制...

啊...atmega328也就十块钱一片左右...国产gd32f103c8t6要二十来块😂

点火部分，楼下大佬的方法好像更好(？)

引用
评论(1)
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
UICalc
3年3个月前 IP:浙江
896099
19楼

STM32配合HAL库+CubeIDE图形化界面配置，不会比Arduino复杂很多，而且性能和扩展性都是吊打

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
zx-90143作者
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:青海
896100
20楼
引用UICalc发表于19楼的内容
STM32配合HAL库+CubeIDE图形化界面配置，不会比Arduino复杂很多，而且性能和扩展性...

嗯嗯，最近正在学stm32，等水平够了就会用stm32开发设备的😀不过stm32的I2C好像有点玄学...有的设备能用，有的就不能用，大概率是我水平问题😂

引用
评论
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
zhouzhiwen2000
3年2个月前 修改于 3年2个月前 IP:江苏
897298
21楼
引用zx-90143发表于20楼的内容
嗯嗯，最近正在学stm32，等水平够了就会用stm32开发设备的😀不过stm32的I2C好像有点玄...

有些设备的硬件I2C确实有问题，ST官方专门发过一个库解决硬件I2C问题。

引用
评论(3)
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
折叠评论

想参与大家的讨论？现在就 登录 或者 注册。

所属专业
喷气推进
所属分类
回收技术
上级专业
航空航天
同级专业
航空技术航天技术火箭燃料
zx-90143
进士 学者
文章
11
回复
264
学术分
1
2021/01/24注册，2年1个月前活动
暂无简介
主体类型：个人
所属领域：无
认证方式：未同步
IP归属地：青海
名片专栏私信
作者最新文章
对科技爱好的一点思考
语言文学zx-90143 2年5个月前
【项目终止】基于ADF4351与AD8319的手持射频信号源/功率计
仪器仪表zx-90143 2年6个月前
基于BH1750FVI环境光传感器的迷你照度计制作【开源】
电子技术zx-90143 2年9个月前
基于STM32的手表制作（已完结）
电子技术zx-90143 3年3个月前
无线数传多功能航电系统设计制造
喷气推进zx-90143 3年3个月前
分享一点老晶体
晶体养成所zx-90143 3年4个月前
遥控式多功能推力采集卡设计制造
科创基金zx-90143 3年4个月前
购买焊接工具，制作推力采集卡
电子技术zx-90143 3年4个月前
【提问】atmega328p芯片高温下是否会被烧毁
电子技术zx-90143 3年4个月前
新手第一次kndx试车
喷气推进zx-90143 3年10个月前
相似文章推荐
【年会准备篇】最近几天的大不和谐照
喷气推进虎哥 13年6个月前
固体火箭版块资源索引（2005-2008）
喷气推进power_rdx 16年3个月前
【液机设计软件系列】气蚀文氏管设计
喷气推进ehco 12年7个月前
关于探空火箭计划的几点意见
喷气推进虎哥 13年6个月前
【喷管设计教程】【面向新手】面向萌新的喷管型面设计教程
喷气推进飞鹰航天 1年11个月前
YT-3发动机爆炸原因分析总结（1）—金属结构
喷气推进虎哥 13年1个月前
过氧化氢发动机试车！
喷气推进乖雪狼 13年1个月前
复合碳纤维喷口&陶瓷喷口制作
喷气推进thesnake 16年3个月前
增雨防雹火箭开伞试验
喷气推进大气 13年3个月前
【RF Studio】RF19探空火箭发射记录
喷气推进93° 14年11个月前
文件下载
加载中...
{{errorInfo}}
{{downloadWarning}}
你在 {{downloadTime}} 下载过当前文件。
文件名称：{{resource.defaultFile.name}}
下载次数：{{resource.hits}}
上传用户：{{uploader.username}}
所需积分：{{costScores}}，{{holdScores}}下载当前附件免费{{description}}
下载地址：{{l.name}}
积分不足，去充值
文件已丢失
当前账号的附件下载数量限制如下：
时段 个数
{{f.startingTime}}点 - {{f.endTime}}点 {{f.fileCount}}
视频暂不能访问，请登录试试
登录注册
仅供内部学术交流或培训使用，请先保存到本地。本内容不代表科创观点，未经原作者同意，请勿转载。
预览
音频暂不能访问，请登录试试
登录注册
支持的图片格式：jpg, jpeg, png
插入公式
评论控制
加载中...
文号：{{pid}}
投诉或举报
加载中...
{{tip}}
请选择违规类型：
{{reason.type}}

空空如也

提交成功！
加载中...
详情
详情
推送到专栏从专栏移除
设为匿名取消匿名
查看作者
回复
只看作者
加入收藏取消收藏
收藏
取消收藏
折叠回复
置顶取消置顶
评学术分
鼓励
设为精选取消精选
管理提醒
编辑
通过审核
评论控制
退修或删除
历史版本
违规记录
投诉或举报
加入黑名单移除黑名单
查看IP
{{format('YYYY/MM/DD HH:mm:ss', toc)}}