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データロガー

モデルロケットに搭載して各種データを記録・送信を目指すプロジェクト その2
前作→ http://www54.atwiki.jp/ezshooter_memo/pages/16.html

今作の目標

  • 到達高度を測定するための高精度気圧計の搭載
  • 運動した方向を推定するためのセンサーの搭載
    • ジャイロは難易度が高いため地磁気センサとする
  • 記録項目の増大、及び延長のための大容量メモリの搭載
    • I2C EEPROMとしては最大級の容量
  • ロケットのフェアリングに納めるための小型化
    • プリント基板の設計を行い、部品をSMD化する
  • MPUの強化

目次

モデルロケット

アルファーⅢ

  • モデルロケット本体
    785769870.jpg

    長さ31.1cm
    直径24.9mm
    重量34g
    回収方法30cmパラシュート
    最高飛行高度335m(Cエンジン使用時)
    指定エンジン1/2A6-2,A8-3,A8-5,B4-4,B6-4,B6-6,C6-5,C6-7

このロケットに載せられる様に設計する

ペイロードの制限

  • 10g以下の重量(電池含む)
  • 20x40mmの実装面積

記録装置の仕様

  • MCU AVR Atmega328P QFP32 8MHz ISP対応
  • I2C 400KHz
  • UART 38400kbps 双方向
  • 電源 3.0VDC 10mA
    • 入力は Li-ION 3.7V 40mAh を想定。超低ドロップのLDO内蔵
  • EEPROM 2Mbit(最大時 コンパイル時オプション指定)
  • 気圧高度センサ LPS331AP 260-1260hPa±0.1hPa 25Hz 温度センサ内蔵
    • 拡張モード時は簡易高度計算結果をI2C LCDに表示する事が出来る(デフォルト無効)
  • 加速度方位センサ LSM303DLHC ±16g三軸 400Hz ±1.3ガウス三軸
    • 加速度のレンジはコマンド設定可能
    • 拡張モードでLCDに表示時はレンジによって表示桁単位切り替え(2-8g時は1mg/16gの時は10mg単位で表示)
  • モードSW 2bit(記録・再生・消去切り替え)+1bit(拡張モード・小型版検出)
  • 超高輝度LEDによる状態表示
  • 拡張モード時はI2C LCDによるリアルタイム値表示とシリアル出力あり
    • LCDの有無はコマンド設定可能
  • サンプル間隔は10ms単位で10ms-2540msの間でコマンド設定可能
    • 拡張モード時はシリアル出力の時間制限により>100msは100msとなる
    • LCDの時はLCDの制限で500msまで。
  • 記録開始はタイマによる遅延(0-254s)と遅延+加速度検出がコマンド設定可能
    • 加速度検出はタイマ経過後、16サンプルのバッファ内で閾値監視を行い、閾値を超えたバッファから記録を開始する
  • 無線シリアル拡張を想定
    • シリアル出力を無線化してリモート操作・計測を想定
    • 拡張・コマンドモードに設定しておけば、シリアルコマンドでリブート・測定モードをソフトで設定してリブートコマンドを発行する事によりリモートで操作可能

モードSW

MODE2MODE1MODE0モードLED状態UART
ON (0)ON (0)ON (0)消去250ms点滅(予告10秒)→高速点滅(実行)→消灯(完了)状態出力
ON (0)OFF(1)ON (0)デバッガ消灯コマンド受付
ON (0)ON (0)OFF(1)リアルタイム測定(500ms以上任意)
LCD表示が加速度磁気
測定毎に(実行)測定値CSV出力
ON (0)OFF(1)OFF(1)リアルタイム測定(500ms以上任意)
LCD表示が気圧高度
測定毎に点滅(実行)測定値CSV出力
OFF(1)ON (0)ON (0)消去250ms点滅(予告10秒)→高速点滅(実行)→消灯(完了)状態出力
OFF(1)OFF(1)ON (0)読み出し消灯データ読み出し後コマンド受付
OFF(1)ON (0)OFF(1)EEPROM記録点灯(遅延中)→消灯(待機)→点滅(記録中)状態出力
OFF(1)OFF(1)OFF(1)EEPROM記録点灯(遅延中)→消灯(待機)→点滅(記録中)状態出力

データ出力フォーマット

気圧hPa温度高度(1hPa=9m)X軸加速度(mg)Y軸加速度(mg)Z軸加速度(mg)X軸地磁気(mガウス)Y軸地磁気(mガウス)Z軸地磁気(mガウス)
1010.9436099-24987315-131-129

コマンドモード

B 0bXYZ拡張・コマンドモード時に次回起動時の動作モードを設定します。X=MODE1 Y=MODE2 Z=MODE0
ハードウェアSWのブート設定を一時的に変更出来ますが拡張・コマンドモード時以外では無効です
R再起動します
l 0-1拡張版時にLCDの有無を設定します 0=LCD無し 1=LCD有り
ss Aサンプリング間隔を設定します A=10-2540(ms)
srサンプリング間隔を読み出します
dm 0-1記録開始の遅延方法を設定します 0=タイマ方式 1=タイマ+加速度検出
dt A記録開始の遅延時間を設定します A=0-254(s)
da A記録を開始する加速度の閾値を設定します A=0-16000(mg)
dr記録開始の遅延設定を読み出します
rEEPROMに記録されたデータを解読して読み出します
pr気圧計データを読み出します
ar加速度・地磁気計データを読み出します
as 0-3加速度計のレンジを設定します 0=±2g 1=±4g 2=±8g 3=±16g
ew A B…EEPROMに書き込みます A=アドレス B=データ(最大ページサイズまで)
ed A BEEPROMから読みだします A=アドレス B=サイズ(最大ページサイズまで)
ee A BEEPROMを削除します A=アドレス B=サイズ(ページサイズ単位で消します)
imbTWIのアクセスモードをバイトモードにします
imwTWIのアクセスモードをワードモードにします
ir A B CTWIから読みだします A=スレーブ B=内部アドレス C=サイズ(32バイト迄)
iw A B C…TWIから書き込みます A=スレーブ B=内部アドレス C…=データ (32個迄)

回路図

気圧(高度)センサ

エレベータによる評価

788835380.jpg

地上80mの展望室に上るためのエレベータに試作品を持ち込んで計測。想定通りに検出に成功している。

メモ

  • LPS331APは非常に高感度らしく、センサに光(直射日光)が当たると、不正な値を出力する事があるため、センサに直接光が当たらない様に覆いを被せる必要がある
  • 標高h[m]における大気圧P[hPa] としては以下の計算式が紹介されている
    P=P0*(1-0.0065*h/(t0+273.2))^5.258
  • 大気圧P[hPa]の時の標高h[m] としては以下の計算式が紹介されている
    h=153.8*(t0+273.2)*(1-(P/P0)^0.1902)
  • 正確な高度換算には複雑な式が必要とされるので、シリアル出力は簡易的なものとする
  • 気圧と高度の換算には温度が重要なファクターとして含まれているため、気圧センサの較正用温度センサの情報も記録に残す必要がある。センサとしては25℃の時が最も精度が高くなる。
  • 加減速を繰り返して上昇するグラフでは加減速と共に若干の気圧データに乱れが乱れる。加減速に伴う加速度でMEMSダイヤフラムが影響を受けている可能性がある。エレベータ程度での加速度ではその差は小さい

加速度センサ

エレベータによる評価

788985842.jpg

地上80mの展望室に上るためのエレベータに試作品を持ち込んで計測。計測結果を積分して高さに変換して気圧高度計と比較。精度が悪いと言われる積分法でも高度はほぼ一致している。

メモ

地磁気(方位)センサ

ターンテーブルによる評価

789560850.jpg

レコード再生用のターンテーブルにセンサを載せて回転させたもの。X-Y軸(Z軸)の位相を見ることで回転方向が分かる。現地の地磁気方向を知っていれば絶対的な方向も得られるだろう。

メモ

  • 木造住宅の室内でも方向が分かる感度がある

詳細


添付ファイル: fileRocketLogger_102.pdf 255件 [詳細] file気圧高度計と加速度センサの試験_80mビル.xlsx 189件 [詳細] file789560850.jpg 197件 [詳細] file788985842.jpg 217件 [詳細] file788835380.jpg 210件 [詳細] file785769870.jpg 240件 [詳細] fileRocketLogger_101.pdf 123件 [詳細] fileRocketLogger_10.pdf 126件 [詳細]

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Last-modified: 2013-08-18 (日) 14:11:06 (1462d)