Sistema per radiotelemetria

13/11/2005

 Sistema per radiotelemetria

Il progetto descritto su queste pagine e' frutto della collaborazione tra due membri del Laser Rocket Team:

Esteban F. Mascarella di Trento (software) ed Eugenio Cosolo di Gorizia (parte hardware e circuiti stampati).

Si tratta di un sistema di trasmissione di dati telemetrici via radio idoneo a diverse applicazioni.

A seconda dei tipi di sensori connessi al sistema possono essere rilevati dati di diverso genere.

Per applicazioni missilistiche i dati richiesti sono quelli di accelerazione verticale, l'imbardata laterale, la pressione barometrica e la temperatura atmosferica.

Dovrebbe essere possibile anche collegare un sensore barometrico differenziale ad un un tubo di PITOT realizzando cosi' un sensore di velocita' relativa.

Il circuito e' suddiviso in piu' schede in modo da essere modulare e componibile secondo le esigenze.

Il nucleo centrale e' formato dalla CPU, un microcontroller della MicroChip modello 16F876, da una memoria EEPROM 24LC64 (oppure 24LC256) sulla quale i dati vengono archiviati.

Per la memorizzazione di grandi quantita' di dati campionati e' possibile sostituire i singolo chip 24LCxx con un banco di 4 elementi 24LC256 (da 256K), ottenendo in questo modo una memoria complessiva di 1M.

I valori analogici presentati sulle porte DAC sono campionati in sequenza, marcati con un header e presentati sull'uscita seriale.

Il chip MAX232 provvede a convertirli in protocollo RS232 per il collegamento diretto ad un elaboratore o terminale portatile.

Gli stessi dati telemetrici vengono anche inviati allo stadio RF, formato da un modulatore per dati digitali  che trasmette in UHF sui 433,65 Mhz in esecuzione SMD il cui nucleo centrale e' un risuonatore SAW.
Successivamente il segnale viene amplificato da un booster che lo eleva a circa 500 mW.

L'antenna collegata allo stadio di potenza e' per esigenze costruttive del tipo omnidirezionale, un dipolo verticale accordato a 1/4 d'onda.

Il segnale viene invece ricevuto da un'antenna direttiva a 4 elementi, trasferito ad un ricevitore digitale e da qui inviato ad un notebook che provvede a memorizzare i dati ricevuti per una successiva elaborazione.

Il modulo ricevitore e' anch'esso un ibrido AUREL, progettato espressamente per questo uso.

Consuma pochi milliampere e viene alimentato a 3,3V. Il diodo LED in serie all'alimentazione a 5V serve per introdurre una caduta di tensione di 1,7V.

La Analog Device ha in catalogo degli interessanti accelerometri a stato solido, di piccole dimensioni e peso ridotto.

Funzionano sul principio di una serie di celle che costituiscono un condensatore differenziale le cui armature sono soggette ad uno spostamento in asse con l'accelerazione.

La variazione di capacita', opportunamente convertita in tensione e adeguatamente filtrata e' disponibile all'uscita del chip senza altri circuiti esterni.

Il circuito di rilevamento imbardata assiale e' realizzato con l'integrato ADXL202, che incorpora un accelerometro a due assi con un range fino a 2G.

Le uscite X-Y (pin 3-10) sono collegate ai due amplificatori operazionali IC1/IC2 che hanno la funzione di amplificare il segnale per aumentare la sensibilita'.

In questo modo il range si riduce ma le accelerazioni laterali hanno vettori limitati rispetto a quella verticale.

Il montaggio fisico del sensore dev'essere in posizione orizzontale, in modo da attivarsi solo con gli scostamenti laterali.

Il sensore di accelerazione verticale e' invece costituito dall'integrato ADXL150 a singolo asse, la cui uscita non necessita di amplificazione essendo il segnale gia' sufficiente.

La sua installazione dev'essere in posizione verticale, in asse con il corpo missile.

Il sensore di pressione e' realizzato con una sonda barometrica Fujikura XFPM 155-KP che include una rete estensimetrica di precisione.

Tutti i segnali forniti dalle sonde vengono applicati alle entrate DAC del microcontroller che incorpora cinque convertitori analogico/digitali a 10 bit.

I pochi componenti esterni al microcontroller sono il generatore di clock (un oscillatore a 4 oppure 20 Mhz) e uno stabilizzatore di tensione a 5 volt.

Un apposito firmware rileva sequenzialmente i valori presenti su ognuna delle entrate, li converte in formato digitale, ci aggiunge un header e li invia in modalita' seriale al convertitore Rs232.

Le uscite ausiliarie RB6, RB7 connettore CN10), possono essere usate per comandare dei MOSFET collegati a carichi esterni, ad esempio servocomandi, sistemi di espulsione, accensione secondo stadio ecc.
Anche le porte RC0, RC1 e RC2 presenti sul connettore CN7 possono essere impiegate per scopi simili, previo opportuno interfacciamento.

Il beeper piezo collegato alla porta RC5 puo' essere usato come segnalatore di eventi o allarmi.

E' previsto inoltre un display LCD e una serie di 3 pulsanti montati su una scheda esterna e collegabile secondo necessita'.

Il connettore CN1 permette la rapida installazione del modulo LCD e tastiera esterna a tre pulsanti necessaria per la programmazione interrogazione.

Nell'ultima versione e' stata aggiunto il connettore CN11 che permette la programmazione IN-CIRCUIT, che elimina la necessita' di smontare il microcontroller per gli aggiornamenti software.

Gli schemi