Gondel Hardware

 

 1. Stromversorgung

 2. Vorläufiger Gondelaufbau

 3. IPS-Sender

 4. Der finale Gondelaufbau mit Rettungspaket

 5. Anhänge

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Auf die Gründe warum bestimmte Komponenten so aufgebaut wurden, wie sie sind, wird hier auf den Projektplan und die darin enthaltenen Arbeitspakete verwiesen.

Die Gondelhardware setzt sich aus den Elementen der untenstehenden Grafik zusammen:

1. Stromversorgung:

Für die Gondel wurde eine Platine entworfen, die sowohl zwei Step-Down Wandler für die Stromversorgung des Arduinos und der Sensoren enthält, als auch die Abwurfeinrichtung und einen Levelshifter um das 3,3V I2C des IMU-Borads auf 5V Pegel des Arduinos zu bringen. Verbaut wurden zwei LM2594 im SOP8 Gehäuse, die auf 3,3 und 5V jeweils bis zu 400mA dauerhaft liefern. Gespeist wird die Schaltung von einem 7,4 Volt Lithium-Polymer Akku. Vorteil dieser Schaltung ist der deutlich höhere Wirkungsgrad (über 85%) verglichen zu Linearreglern.

Aus Gewichtsgründen wurde die Platinen nach dem Isolationsfräsen mit der CNC-Fräse auf die halbe Dicke von 0,75mm plangefräst.

Da bei Reichelt keine 3,3 Volt Version verfügbar war, wurde die Adjustvariante bestellt, die über einen Spannungsteiler am Feedbackpin mit passenden Widerständen auf 3,3 Volt justiert wurde. Wegen dem Gewicht wurden extra kleine Induktivitäten gewählt, die allerdings auch den verfügbaren Strom auf maximal 400 mA limitieren, was für unsere Zwecke allerdings mehr als ausreichend sein sollte.

Der Eagle Schaltplan:

Beim Layouten wurde besonders auf eine platzsparende Anordung der Bauteile geachtet. Da Schaltregler durch ihre schnellen Schaltvorgänge Störungen erzeugen, die das Sensorboard ungewollt beeinflussen könnten, wurden großzügige Masseflächen durch das gesamte Layout gezogen.

Layout komplett in SMD (Surface-mounted device)

Um Gewicht zu sparen wurde beim Bestücken drauf geachtet möglichst wenig Lötzinn zu verwenden.

Die bestückte und funktionsfähige Schaltung:

 

2. Der Vorläufige Gondelaufbau:

Zu sehen ist die Gondel mit je zwei Motoren für horizontalen und vertikalen Antrieb. Aufgebaut wurde die Gondel aus dünnen Carbonstangen für das Gerüst, Balsaholz für die Befestigung am Ballon und einer Depron-Platte als Grundplatte für Mikrocontroller und Sensoren.

 

Die Motoren wurden an der Carbonstange um 90° versetzt angebracht. Um zu verhindern, dass der Luftschub der Motoren für die Höhenregelung durch den Ballon wieder reflektiert wird, wurden diese anstatt unter der Gondel direkt neben den Motoren des horizontalen Antriebs angebracht:

Aus Gewichtsgründen wurden die Motoren mit gedrilltem Fädeldraht mit den Motortreibern auf der Depronplatte verkabelt.

Alle Platinen wurden nur gesteckt oder geklemmt um später Änderungen schnell vornehmen zu können:

Der Akku wurd direkt unter der Klettbefestigung angebracht und mit einer Sicherung vor Kurzschluss und zu hohen Strömen geschützt.

3. IPS Sender:

Für den IPS Sender wurde eine externe Ansteuerung mit einem Attiny24PU und einem Mosfet aufgebaut, um den Arduino zu entlasten und mögliche Fehlerquellen zu vermeiden. Über den Mosfet (im Bild unten: achtpoliges SMD Gehäuse) werden die IR-Sende-LEDs im Takt auf Low gezogen und erzeugen so das parallel zum Ultraschall gesendete Signal für die Bodenstationen. Da auf dem Attiny nur das Programm zur Erzeugung des 40 Khz Trägersignals läuft, wird die berechnete Frequenz auch richtig getroffen und nicht wie bei direkter Ansteuerung mit dem Arduino durch Interupts verzögert. Die Steuerung mit dem Attiny wird wiederum vom Arduino über eine Pin angesprochen: Wenn gesendet werden soll, muss nur der Steuerpin des Attinys auf low gezogen werden. Anschließend springt der Attiny in die Mainloop und sendet 16 Pulse mit 40 kHz. Dazu wird auch noch ein invertiertes Signal ausgegeben, um die H-Brücke für den Ultraschallsender anszusteuern. Eine H-Brücke wird deshalb verwendet, damit die geringe Versorgungsspannung von 7,4 Volt des Akkus ein ausreichend starkes Signal erzeugt. Die rote Statusled blinkt vor Ausführung des Programms drei mal und zeigt so an, dass die Einheit auch korrekt funktioniert.

Auf dem Bild lassen sich rechts auf der Platine die sechs Programmeranschlüsse (Vcc Miso Mosi SCK Reset und GND) zum Anlöten eines Programmerkabels herausgeführt.

4. Der finale Gondelaufbau mit dem Rettungspaket:

 

Der Abwurf wird dadurch erreicht, dass die dünne Kupferlitze mit der das Rettungspaket an der Gondel befestigt ist, über den auf der Stromversorgungsplatine integrierten Mosfet, mit Akkuspannung kurzgeschlossen, was sofortiges Durchglühen zur Folge hat.

Anhänge:
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