اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران گزارش طراحی دقیق کن ست

1. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایرانگزارش طراحی دقیق کن ست تیم ققنوس مهرماه 1390

2. فهرست مطالب • تغییرات بعد از طراحی اولیه • پروفیل عمر • ویژگیهای سیستم • زیرسیستم هاو اجزای آنها • شرح نرم افزار • شرح ساخت و آزمونها • بودجه بندی • نتیجه گیری اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

3. تغییرات بعد از طراحی اولیه • 1-تکمیل فرایند چتر • 2-تحلیل استحکام سازه • 3-طراحی داخلی سازه • 4-بیان خلاقیتها • 5-ارايه الزامات مأموریت و سیستم • 6-ارايه بودجه بندی • 7-برنامه آزمونها • 8-تغییر زبان برنامه نویسی نرم افزار مانیتورینگ اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

4. پروفیل عمر • توالي کارکرد کن ست در حين عمليات • 1- قبل از پرتاب: • الف) اطمينان از اتصال درست تجهيزات الکترونيکي و شارژ کامل باطري • ب) روشن کردن کن ست و قرار دادن آن در حالت خواب • ج) اطمينان از کارکرد صحيح سنسورها • د) قرار دادن مدار در حالت اصلي • 2-حين پرتاب • 3-بعد از پرتاب اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

5. ویژگیهایسیستم • ويژگي هاي سيستم • بخش الکترونيک : • به کارگيري و استفاده از تجهيزات مناسب • طراحی بهینه در هزينه، مصرف توان، وزن و ... • استفاده از دو پردازنده با پردازش موازی به منظور بالا بردن سرعت پردازش • استفاده از دو عدد حافظه ی جانبی اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

6. ویژگیهایسیستم • بخش نرم افزار : • در بخش نرم افزار مربوط به پردازنده ها، از آنجايي که سرعت بالا مد نظر است سعي بر اين بوده تا کُد هاي پردازنده ها کاملا بهينه باشند. • در صورت ايجاد نقص در يک قطعه برنامه ي مربوط به آن بخش به طور خودکار و بدون نياز به برنامه ريزي مجدد غيرفعال گردد. • به منظور ايجاد خلاقيت و نوآوري در برنامه ي ايستگاه زميني تيم ققنوس از ترکيب دو زبانC++ و زبان گرافيکي استفاده گرديده است. قسمت عمده ي برنامه توسط نرم افزار مهندسي و بسيار قدرتمند LabVIEW 2010طراحي و پياده سازي شده است. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

7. ویژگیهایسیستم • امکان ارسال فرمان به کن ست به منظور شروع فيلم برداري يا عکس برداري، ارسال فيلم و يا عکس و يا ارسال و عدم ارسال اطلاعات • خلاقيت ها و نوآوري ها : • الف) اضافه کردن سنسور شتاب سنج براي اندازه گيري شتاب کن ست • ب) اتصال يک عدد نمايشگر رنگي و گرافيکي • ج) تعريف ماموريت جديد با تعبيه کردن يک عدد سنسور تشخيص گاز بر روي مدار کن ست به منظور اندازهگيري ميزان گازهاي آلوده کننده هوا مانند CO ، CO2 و ...د) امکان ارسال ميزان شارژ باطري کن ست به ايستگاه زميني و اعلام اخطار با بوق زدن مدار کن ست در صورت پايين آمدن پيش از حد شارژ آن اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

8. زیرسیستم ها و اجزای آنها • پردازنده اصلي : • از دو ميکروکنترلر ATmega128 – SMDتشکيل شده وظيفه ي دريافت اطلاعات از قطعات جانبي همچون سنسورها، دوربين و ... را دارد. اين بخش که مغز مدار به شمار مي رود پس از پردازش اطلاعات از طريق فرستنده راديويي آن ها را براي ايستگاه زميني ارسال مي کند. • پايين آوردن بار پردازش از دو ميکروکنترلر به صورت موازي استفاده شده است که يکي اطلاعات رسيده از دوربين را دريافت و ذخيره مي کند و ديگري اطلاعات دريافتي از سنسورها را پردازش کرده و براي ايستگاه زميني ارسال مي کند. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

9. زیرسیستم ها و اجزای آنها • سنسور دما : • اين سنسور دماي محيط را اندازه گرفته و به بخش پردازنده ارسال مي کند. از بين سنسورهاي موجود در بازار سنسور LM35 با محدوده ي دماي 55- تا 150- سانتي گراد و دقت 5/0 درجه و با قيمت بسيار پايينی نسبت به سنسورهاي ديگر، سنسوري مناسب خواهد بود. با توجه به بررسي هاي انجام شده راه اندازي اين سنسور نيز نسبت به ديگر سنسورها بسيار ساده تر مي باشد. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

10. زیرسیستم ها و اجزای آنها • سنسور فشار : • وظيفه ي اين سنسور محاسبه ي فشار جو و ارسال آن به پردازنده است. خروجي اين سنسور ولتاژ بوده که سطح اين ولتاژ ميزان فشار اندازه گرفته شده را نشان مي دهد. از آنجايي که فشار هوا در سطح دريا 100KPa است و با توجه به بالاتر بودن ارتفاع محل مسابقات نسبت به سطح دريا پس ميزان فشار کمتر از 1Bar بوده و بايد سنسوري را انتخاب نمود که محدوده ي کمتر از 100KPa را اندازه گيري نمايد. در ميان سنسورهاي موجود در بازار سنسور MPXAZ6115A انتخاب شده است. بررسي هاي اجمالي بر روي گزينه هاي موجود به شرح زير مي باشد. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

11. زیرسیستم ها و اجزای آنها • سنسور موقعيت : • اين سنسور با ارتباط با ماهواره هاي موجود، موقعيت کن ست را محاسبه کرده و با پروتکل معيني و از طريق درگاه سريال براي ميکروکنترلر ارسال مي کند. خروجي اين ماژول ها سريال مي باشد که از پروتکل RS-232 تبعيت مي کند. خروجي اين ماژول مطابق با استاندارد NEMA مي باشد. در اين استاندارد اطلاعات با $ شروع و با * خاتمه پيدا مي کنند. اين اطلاعات حاوي موقعيت جغرافيايي، سرعت نسبت به زمين، ارتفاع از سطح دريا و ... مي باشد. • $GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*<6><CR><LF> • در انتخاب اين سنسور ها دقت محاسبه، فرکانس به روز رساني، ولتاژ کاري، تعداد کانل ها، ابعاد و وزن حائز اهميت مي باشد. بررسي هاي انجام شده بر روي سنسورهاي موجود در بازار به شرح زير مي باشد که با توجه به آن مدل GT-723F مناسب مي باشد. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

12. زیرسیستم ها و اجزای آنها • سنسور رطوبت • براي اندازه گيري و محاسبه ي ميزان رطوبت اتمسفر از سنسور رطوبت استفاده مي شود. اين سنسور که اغلب خروجي آن ولتاژ و يا پروتکل I2C است درصد رطوبت محيط را نشان مي دهد. پس از بررسي هاي انجام شده، با توجه به راه اندازي آسان و قيمت مناسب سنسور HIH-4000 نسبت به ساير سنسورهاي موجود، اين مدل براي کن ست ققنوس انتخاب گرديد.خروجي اين سنسور ولتاژ بوده پس از انجام چند سري محاسبات بر روي آن ميزان رطوبت به دست مي آيد. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

13. زیرسیستم ها و اجزای آنها • سنسور شتاب : • اين سنسور پس از اندازه گيري شتاب کن ست در 3 جهت x، y و z آن را براي پردازنده ارسال مي نمايد. سنسور مذکور 3 داراي 3 خروجي بوده که هريک مربوط به شتاب در يک راستا مي باشد. • سنسور در نظر گرفته شده براي کن ست Phoenix، ADXL330 مي باشد که توانايي اندازه گيري شتاب تا 3g را دارد. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

14. زیرسیستم ها و اجزای آنها • سنسور گاز: • بااستفاده از این سنسور می توان میزان گازهای مختلف که سنسور حساس به آن ها می باشد را اندازه گرفت. در واقع در قالب یک مأموریت جدید می توان با استفاده از یک سنسور حساس به گازهای آلوده کننده میزان این گازها را در مدت زمان عملیات برای ایستگاه زمینی ارسال کرد. در کن ست ققنوس از سنسور TGS-813 استفاده شده است که حساس به اکثر گازها می باشد. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

15. زیرسیستم ها و اجزای آنها • ارتباط راديويي : • از آنجايي که نحوه ارسال اطلاعات کن ست به کامپيوتر مستقر در ايستگاه زميني به صورت بي سيم مي باشد، براي اين ارتباط از يک عدد فرستنده و يک عدد گيرنده راديويي با فرکانس 2.4GHz استفاده شده است. اين فرستنده و گيرنده که داراي برد 1600 متر در فضاي آزاد مي باشند قابليت ارسال اطلاعات به با سرعت و پهناي باند دلخواه را دارد. همچنين هر فرستنده يا گيرنده قابليت تبديل به حالت برعکس را نيز داراست به طوريکه يگ گيرنده مي تواند در صورت لزوم تبديل به فرستنده شود. فرشتنده و گيرنده استفاده شده در کن ست Phoenix از مدل XBee Pro مي باشد. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

16. زیرسیستم ها و اجزای آنها • تغذيه : • براي تامين انرژي و ولتاژ مورد نياز براي کن ست از يک عدد باطري 7.4 Volt , 2000 mAh استفاده شده که انرژي لازم براي تمام مدت عمليات و زمان بازيابي را تامين مي کند. اين باطري که جريان خروجي آن 2000mAh مي باشد اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

17. زیرسیستم ها و اجزای آنها • فيلم برداري و عکس برداري • دوربين هاي موجود معمولا از سنسور تصوير OV7670 براي پردازش استفاده مي کنند که راه اندازي آن به عهده ي خود کاربر مي باشد. خروجي دوربين ها معمولا مطابق پروتکل سريال و يا I2C مي باشد. • مشخصات دوربین : • 1. رزولیشن 640*480 و تصویر برداری با 30 فریم • 2. سنسور تصویر OV7670 ، دارای بخشهای مختلف برای پردازش تصویر اولیه روی تصویر (میزان رنگ ، کنترانس و....) • 3. ابعاد تصویر قابل تعریف در استاندار های مختلف ( vga , qvga ,...) • 4. ارتباط با میکرو کنترلر با پرتکل مشابه I2C • 5. باس داده 8 بیتی • 7. لنز قابل تنظیم برای تعیین فوکوس و بزرگنمایی اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

18. زیرسیستم ها و اجزای آنها • نمایشگر گرافیکی رنگی : • به منظور نمایش تصاویر گرفته شده توسط دوربین بر روی خود کن ست امکان اتصال یک عدد نمایشگر رنگی با ابعاد 320 در 240 بر روی مدار فراهم گردیده است. راه اندازی و کنترل این نمایشگر با پردازنده ی متصل به دوربین بوده که اطلاعات را از دوربین و یا از روی حافظه به نمایشگر منتقل می کند. • نمایشگر استفاده شده، نمایشگر گوشی • N96 (ELT240320ATP) می باشد. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

19. زیرسیستم ها و اجزای آنها • حافظه ي جانبي : • با توجه به حجم بالاي اطلاعات و داده ها شامل داده هاي مربوط به دما، فشار، رطوبت، موقعيت و ... دو حافظه ی جانبی بر روي مدار تعبيه شده که بتوانند اطلاعات را بر روي خود ذخيره کنند. اين اطلاعات را مي توان پس از فرود کن ست و در مرحله ي بازيابي به کامپيوتر مستقر در ايستگاه زميني منتقل کرد. • اين حافظه از نوع Micro SD بوده که با پروتکل پرسرعت SPI با میکروکنترلر در ارتباط می باشد. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

20. زیرسیستم ها و اجزای آنها مدار تعذيه باطري، رگولاتورها و ... سنسورها دما، فشار، GPS و ... آنتن نمايشگر رنگي پردازنده 1 پردازنده 2 فرستنده راديويي حافظه­ي جانبي 2 حافظه­ي جانبي 1 دوربين VGA اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

21. شرحنرمافزار • برنامه ی پردازنده های بخش الکترونیک با زبان برنامه نویسی C و در محیط نرم افزار CodeVisionAVR نوشته شده است و توسط پرگرامر مخصوص به پردازنده منتقل می شود. • برنامه با بکارگیری پروتکل های ارتباطی هر سنسور، مکان یاب و دوربین اطلاعات را دریافت کرده و ضمن پردازش علاوه بر ارسال آن ها به فرستنده رادیویی، آن را بر روی حافظه ی متصل به پردازنده انتقال می دهد. • از چالش های موجود در برنامه ی پردازنده، نوشتن اطلاعات بر روی حافظه به گونه ای است که هنگام قرار دادن کارت حافظه در کامپیوتر برای سیستم عامل قابل فهم باشد. بدین منظور فرمت نوشتن اطلاعات بر روی کارت حافظه باید مطابق با فرمت FAT16 و یا FAT32 باشد. در غیر این صورت، هنگام قرار دادن کارت حافظه در کامپیوتر، اطلاعات قابل خواندن نبوده و کارت باید فرمت گردد. • در برنامه ی کن ست ققنوس، این امکان وجود دارد تا با استفاده از توابع کتابخانه ای نوشته شده، اطلاعات با فرمت FAT32 بر روی کارت حافظه نوشته شود. در این برنامه پس از روشن شدن کن ست و قرار گیری در حالت خواب یک فایل با پسوند “*.Can” بر روی حافظه درست شده و اطلاعات بر روی فایل نوشته می شود. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

22. شرح ساخت و آزمونها • ساخت سازه • براي طراحي سازه از نرم افزار CATIA 2010 استفاده گرديده است • با توجه به ايجاد اختلال در ارسال امواج راديويي در بدنه ي آلومينيومي، در حال حاضر جنس کامپوزيت براي بدنه انتخاب شده است. از آن جا كه در بدنه كامپوزيتي قطعات باهم ساخته مي شوند سازه عملكرد بهتر و استحكام بيشتري خواهد داشت. • ساخت چتر • استفاده از ساچمه • در این ایده از دو ساچمه ی فلزی با وزن متفاوت بهره گرفته می شود به این صورت ساچمه ی سنگین تر در گوشه ی پایینی قوطی قرار می گیرد و ساچمه ی سبک تر در یک مسیر مستقیم موازی قطر سطح مقطع بالایی قوطی به صورت متحرک تعبیه می شود. به دلیل وجود ساچمه ی سنگین تر در یک گوشه ی قوطی و حرکت ساچمه ی سبک تر به سمت آن گوشه ، قوطی مایل می شود و با این تغییر جهت درب محافظ چتر باز شده و چتر آزاد می شود اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

23. شرح ساخت و آزمونها • مزایا و معایب پارچه ی شمعی • این پارچه از الیاف پلاستیک بافته شده و در بعضی پروژه های دانش آموزی مانند پتر نجات و هاورکرفت این پارچه مورد استفاده قرار می گیرد. مزیت پارچه ی شمعی را می توان بسیار سبک بودن نسبت به استحکام آن تلقی کرد. از معایب این پارچه می توان به حساس بودن آن به حرارت اشاره کرد. تحت شرایط خاص دمایی ممکن است به سرعت فرم خود را از دست بدهد و حتی ذوب شود. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

24. شرح ساخت و آزمونها • برنامه ي آزمون ها: • آزمون اول (بخش الکترونيک): • در اين آزمون با نصب سنسورها بر روي برد تست و اتصال آن ها به پردازنده، ضمن راه اندازي قطعات، از صحت اطلاعات و سالم بودن بخش هاي مربوط به سنسورها و درست بودن برنامه اطلاع پيدا کرديم. • آزمون دوم ( بخش الکترونيک و نرم افزار ايستگاه زميني) • در اين آزمون علاوه بر نصب سنسور ها و مکان نما(GPS)، حافظه نيز بر روي مدار تست قرار گرفته و ذخيره سازي اطلاعات و بازيابي آن توسط نرم افزار ايستگاه زميني تست گرديد. • آزمون سوم (بخش الکترونيک) • در اين مرحله دوربين و پردازنده ي مربوط به آن نيز بر روي مدار تست قرار گرفت و دريافت اطلاعات از دوربين و ذخيره سازي آن نيز تست گرديد. • آزمون چهارم (بخش الکترونيک و نرم افزار ايستگاه زميني) • در اين آزمون ارتباط بي سيم بين برد تست و کامپيوتر ايستگاه زميني برقرار گرديد و نحوه ي ارسال داده ها بررسي شد. • آزمون برای چتر اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

25. بودجهبندی بودجه بندي جرم : اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

26. بودجهبندی بودجه بندي هزينه : اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

27. بودجهبندی توان مصرفي : اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

28. بودجهبندی بودجه بندي داده: • اطلاعات به صورت دوره اي و هر 1 ثانيه يک بار که البته قابل تنظيم مي باشد براي ايستگاه زميني ارسال گرديده و بر روي حافظه ي مدار نيز ضبط مي شود. • در هر ارسال، اطلاعات سنسورها و اطلاعات GPS و ميزان شارژ باطري براي ايستگاه زميني ارسال مي گردد. لازم به ذکر است که ارسال تصوير و يا فيلم در ادامه توضيح داده خواهد شد. • اطلاعات مربوط به سنسورها با فرستادن کاراکتر # آغاز و با ارسال کاراکتر $ پايان مي يابد. #Time(hh:mm:ss),Latitude,Longitiude,Height,Temperature,Pressure,Humidity,Acceleration,Gas sensor, Battery voltage$ اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

29. نتیجهگیری • نتیجه فعالیت و درصد پیشرفت و برنامه آینده • در حال حاضر تیم ققنوس تمام اطلاعات مورد نیاز برای مسابقه را جمع آوری نموده و دقت و کارایی سنسورها بر روی کن ست مورد بحث قرار گرفته تا کن ست ققنوس تمام الزامات ماموریت ها را برآورده سازد. • در این فاز از مسابقه کن ست ققنوس طبق جدول زمان بندی ارايه شده در گزارش طراحی اولیه پیش رفته و طراحی زیرسیستم ها و تست قطعات برای عملکرد اولیه صورت گرفته و در حال حاضر تیم در حال بررسی مکانیزم های مختلف برای باز شدن چتر می باشد تا طی تست هایی که بر روی کن ست انجام خواهد گرفت از بهترین مکانیزم بهره گیرد.تیم ققنوس در حال حاضر با توجه به عدم موفقیت در تست هایی که بر روی سازه آلومینیومی انجام گرفت در حال تصمیم گیری برای تعیین کامپوزیت به عنوان جنس سازه با توجه به بهینه بودن انتخاب این متریال و تست هایی که بر روی این سازه انجام خواهد گرفت می باشد. • تا زمان مسابقات تیم ققنوس به تلاش خود برای ساخت و انجام تست های باقی مانده بر روی کن ست ادامه خواهد داد و بیشترین تلاش خود را صرف طراحی مکانیکی کن ست خواهد کرد تا الزامات مورد نیاز به خوبی رعایت شوند.از آنجایی که تست های انجام شده تاکنون موفقیت آمیز بوده تیم ققنوس امید دارد تا بتواند بهترین نتیجه ممکن را در این دوره از مسابقات کسب کند. اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

30. نتیجهگیری اعضای تیم اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران

31. با تشکر از توجه شما اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران اولین دوره مسابقات ملی کن ست ایران