Angela Crepaldi

1. Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC Centro Tecnológico - CTC Departamento de Engenharia Elétrica – EEL Projeto e implementação de computador de bordo para controle e monitoramento térmico em ambiente de microgravidade AngelaCrepaldi Disciplina: EEL 7890 – Projeto Final Orientador: Prof. Ph.D. Eduardo Augusto Bezerra Florianópolis, julho de 2011

2. Agenda Introdução Experimento Ferramentas Projeto Implementação Conclusão

3. Introdução

4. Introdução Refrigerar equipamentos de forma eficiente. Tubos de calor são dispositivos de alta condutância térmica. Dispositivos para controle térmico de satélites ainda são adquiridos no exterior. O LabTucal vem desenvolvendo dispositivos para aplicação em satélites brasileiros.

5. Introdução Módulo eletrônico de aquisição e controle. Leitura das tensões aplicadas a cada resistência, aplicar patamares de tensão nas resistências, ler sinais dos sensores de temperatura, processar os dados e transmiti-los por comunicação serial e armazená-los em um cartão de memória. Sistema em um chip FPGA. Placa de aquisição.

6. Experimento

7. Tubos de calor Princípio de funcionamento. • São dispositivos trocadores de calor com alta condutância térmica. • Aplicações: • Componentes eletrônicos; • Moldes de alumínio; • Processos de fabricação; • Oleodutos; • Conservação de energia; • Células combustíveis.

8. Tecnologias Tubo de calor pulsante. Sinterizado e placas-fio. Tecnologia de placas-fio em S deitado. Material sinterizado. Tubos de calor pulsante. Materiais com mudança de fase.

9. Experimento Os dispositivos ficam prensados entre duas placas de isolamento polimérico fixada no dissipador de calor de alumínio através de um suporte. O calor é inserido gradualmente nos dispositivos através de resistências elétricas. Termistores NTC fazem a leitura da temperatura.

10. Computador da missão Maracati II Experimento • Placa Athena II • Computador, 800 MHz. • Conversor AD 16 bits, DA 12 bits, RS232, vídeo, áudio, ethernet, portas USB. • Placa de aquisição Diamond

11. Ferramentas

12. Ferramentas Chip FPGA EP2C35F672C6N; Processador embarcado Nios II; Placa de desenvolvimento DE2 da Altera; Quartus II Web Edition versão 10.1sp1 32 bits Compilador C Nios II Software Build Tools for Eclipse versão 10.1sp1; Simulador ModelSim SE versão 6.6e; Conversor para aquisição de sinais é MSC1210.

13. Fluxo de projeto Válido para qualquer FPGA; Verilog, VHDL;

14. Chip FPGA EP2C35F672C6

15. Placa de desenvolvimento DE2

16. Processador Nios II Microprocessador RISC soft-core 32 bits. Definido em linguagem de descrição de hardware. Integrado com outros componentes, padrões ou personalizados, equivale a um microcontrolador, “computador em um chip”. Pode executar o software enquanto periféricos executam outras funções no mesmo instante. Otimização software-hardware. Programação C/C++.

17. Quartus II Ferramenta CAD para projeto de sistema em um chip. Compila o sistema, executa síntese lógica, possui ferramenta de place & route, faz simulação e análise temporal, configura componentes. Possui integrada a ferramenta SOPC Builder.

18. Nios II SBT for Eclipse Projeto de software para Nios II. Baseado no framework Eclipse. Criar, executar, fazer debug e download para a placa alvo.

19. ModelSim SE Ferramenta para verificação e simulação. VHDL, Verilog e SystemC. Suporte para linguagens mistas.

20. Conversor AD MSC1210 8 entradas AD. 24 bits de resolução. Processador embarcado 8051. Porta serial RS232C. Porta serial compatível com SPI.

21. Projeto

22. Projeto antena termistor laptop tubos de calor foguete placa de aquisição computador de bordo SD card resistência

23. Componentes do Sistema (SoC) Processador Nios II; Memória onchip – tightlycoupled memory; Interface memória flash; Interface memória SDRAM; PLL – phaselocked loop; JTAG UART; System ID; System clock timer; Temporizador;

24. Componentes do Sistema (SoC) • 3 chaves – porta paralela de entrada e saída; • Interface para SD card; • Controladores UART RS232C. • Arbitra-se prioridade de interrupção e endereço de memória para cada componente. • Sistema em Verilog.

25. Instanciamento • Módulo top level: Verilog. • Designação de pinos. • Restrições de tempo (timing). • Clock, PLL, memória flash, SD card. • Boot load a partir da memória flash e execução na memória SDRAM.

26. Fluxograma do programa

27. Implementação

28. Implementação do software Nios II SBT for Eclipse. Comunicação serial RS232C – empacotamento de dados.

29. Simulação • Simulação dos componentes do sistema.

30. Suscetibilidade à radiação • FPGA (Field ProgrammableGateArray) utiliza tecnologia SRAM para representar funções booleanas em look-uptables. • ASIC (Application SpecificIntegratedCircuit) utiliza portas lógicas. • HardCopy: chip ASIC da Altera. • Mais robusto. • Utiliza do mesmo projeto do FPGA.

31. Dificuldades e limitações • Problemas na instalação do ModelSim • Simulação do sistema. • Duas linguagens HDL; • Necessidade de software com licença; • Compilação de módulos não é automática. • Dificuldade na aquisição dos programas.

32. Conclusões

33. Conclusões Com o chip FPGA Cyclone é possível construir um computador de bordo embarcado com os recursos necessários ao módulo de controle do experimento de tubos de calor. O hardware do sistema pode ser montado de maneira simples e rápida com o SOPC Builder e instanciado através do software Quartus II usando VHDL ou Verilog. O UniversityProgram fornece núcleos para o desenvolvimento de projetos acadêmicos.

34. Conclusões O programa escrito no software Nios II SBT for Eclipse. Havendo mais de um HDL é necessário utilizar a versão com licença do ModelSim(SubscriptionEdition). A licença foi obtida através do LISHA. A estrutura desenvolvida no FPGA pode ser transferida para o chip HardCopy garantido menor suscetibilidade à radiação.

35. Trabalhos futuros Concluir o software. Simular o sistema com o software integrado. Aumentar a quantidade de sensores de temperatura. Projeto compatível com o HardCopy.

36. Obrigada! Contato: angelacrepaldi@yahoo.com.br