Athena: Üçlü Mikrodenetleyici Mimarisiyle Tasarlanan Açık Kaynaklı Uçuş Kontrolcüsü

Athena, roket ve uçuş kontrol sistemlerine ilgi duyan bir tasarımcı tarafından sıfırdan geliştirilen açık kaynaklı bir uçuş kontrolcüsüdür. Projede üç farklı STM32 mikrodenetleyici (MCU) kullanılmıştır: STM32H753VIT6 (MPU), STM32H743VIT6 (TPU) ve STM32G474RET6 (SPU). Bu üçlü MCU mimarisi, sensör verilerinin işlenmesi ve görevlerin farklı mikrodenetleyiciler arasında dağıtılması amacıyla tercih edilmiştir.

Tasarım Özellikleri

Athena'nın donanım özellikleri şu şekildedir:

• Üçlü MCU: STM32H753VIT6, STM32H743VIT6 ve STM32G474RET6

• 6 Pyro Kanalı: 12V batarya bağlantısı ve sigorta koruması

• 6 PWM Kanalı: 2 kanal itki vektör kontrolü (TVC) için, 4 kanal kanatçık kontrolü için

• Sensörler: Üçlü ICM-45686 IMU, LIS2MDLTR manyetometre, ICP-20100 ve BMP388 barometreler

• GNSS ve İletişim: NEO-M8U-06B GPS, LoRa RA-02 telemetri, Bluetooth DA14531MOD

• Depolama: SD kart ve Winbond W25Q256JV flash bellek

• Güç Yönetimi: 7.4-12V LiPo batarya, BQ25703ARSNR şarj kontrolü, USB-C PD desteği

• 6 Katmanlı PCB: Sinyal, topraklama ve güç katmanları

Ayrıca Bakınız

Giyilebilir Teknoloji PCB Tasarımında Estetik ve Fonksiyonellik Dengesi

Giyilebilir teknoloji PCB tasarımında izlerin açısal düzenlenmesi ve decoupling kapasitörlerinin yerleşimi, hem estetik hem de elektromanyetik uyumluluk açısından kritik öneme sahiptir.

STM32 Geliştirme Kartı Tasarımında PCB Yapısı, ST-Link Entegrasyonu ve Kaynaklar

STM32 geliştirme kartı tasarımında pin etiketlemeden PCB katman yapısına, ST-Link programlayıcı entegrasyonundan tasarım yazılımlarına ve kaynaklara kadar kritik detaylar ele alınmaktadır.

1990'lar GSM Kontrollü Endüstriyel Otomasyon Projesi ve Erken Mikrodenetleyici Kullanımı

1990'larda geliştirilen bu proje, GSM üzerinden SMS komutlarıyla endüstriyel otomasyon kontrolü sağladı. AT90S2313 mikrodenetleyici ve Wavecom modülü kullanılarak fabrika sinyalleri yönetildi.

BUBLIK Watch: Nixie Tüplü Retro Saatin Teknik ve Tasarım Özellikleri

BUBLIK Watch, IN-16 Nixie tüpleri kullanan retro bir saat projesidir. Yüksek voltajlı güç yönetimi, enerji tasarrufu modları ve hareket algılayıcı ile tasarım ve teknik özellikleri bir araya getirir.

3 Dolarlık VFD Sürücüsü Tasarımı: STM32 ile Düşük Maliyetli ve Etkili Çözüm

Bu makalede, STM32 mikrodenetleyici kullanılarak tasarlanan 3 dolarlık VFD sürücüsünün donanım ve yazılım detayları, PCB tasarımı ve parazit önleme yöntemleri ele alınmaktadır.

Kendin Yap Yüksek Hassasiyetli Terazi Tasarımı ve Elektromanyetik Kuvvet Geri Besleme Prensibi

Elektromanyetik kuvvet geri besleme prensibine dayanan ve 0.1 mg hassasiyetle ölçüm yapabilen kendin yap terazi projesi, bileşen seçimi, devre tasarımı ve çevresel etkilerle ilgili teknik detayları içerir.

THT LED Kullanımı ve LED Sürücü Çözümleri: Teknik İnceleme ve Uygulama Yöntemleri

THT LED'lerin teknik avantajları, lehimleme süreçleri ve LED sürücü entegreleri detaylı inceleniyor. Mikrodenetleyici destekli kontrol yöntemleriyle LED uygulamalarında performans ve verimlilik artırılıyor.

Nixie Tüplü Bilek Saati Projesi: Tasarım, Güç Yönetimi ve Teknik İnceleme

Nixie tüplü bilek saatleri, teknik zorluklar ve yüksek maliyetlere rağmen retro estetik ve gelişmiş güç yönetimi ile dikkat çekiyor. Tasarım ve sensör entegrasyonu projede ön planda.

Çoklu Mikrodenetleyici Kullanımının Tartışılması

Topluluk tarafından Athena'nın üç mikrodenetleyici kullanımı çeşitli açılardan değerlendirilmiştir. Bazı uzmanlar, bu yaklaşımın aşırı karmaşık ve gereksiz olduğunu belirtmiştir. Tek bir güçlü STM32H7 mikrodenetleyicinin, uygun şekilde optimize edilmiş yazılım ve gerçek zamanlı işletim sistemi (RTOS) kullanımıyla tüm görevleri rahatlıkla yerine getirebileceği vurgulanmıştır. Özellikle FreeRTOS gibi RTOS'ların çoklu görev yönetimi ve kesme (interrupt) işleme yetenekleri sayesinde, tek bir MCU'nun çoklu iş parçacığı (multithreading) ve DMA (Direct Memory Access) ile etkin bir şekilde kullanılabileceği ifade edilmiştir.

Bir diğer eleştiri, çoklu MCU kullanımının yazılım geliştirme ve bakım süreçlerini zorlaştıracağı yönündedir. Üç farklı firmware yığını oluşturmak, senkronizasyon ve iletişim problemlerini artırabilir. Ayrıca, üçlü IMU kullanımının beklenen yedekliliği sağlamadığı, çünkü ortak hata modlarının tüm IMU'ları etkileyebileceği belirtilmiştir. Güç devresinde de yedeklilik bulunmaması, sistemin genel güvenilirliğini azaltmaktadır.

Bu 10 alışveriş sizi 'zevk sahibi insanlar' arasına sokacak

devamını oku

Tasarımın Güçlü ve Zayıf Yönleri

Athena'nın tasarımı görsel açıdan dikkat çekici ve karmaşık sistemler tasarlama kapasitesini göstermektedir. Ancak tasarımda bazı teknik detaylar eleştirilmiştir. Örneğin, kablosuz modül için bakır alanlarının korunmaması ve bileşen boyutlarının padlerle uyumsuzluğu gibi PCB tasarım hataları tespit edilmiştir. Ayrıca, çoklu kristal kullanımı ve GPIO/timer kaynaklarının gereksiz yere fazla olması sorgulanmıştır.

Tasarımcı, üç MCU kullanımını STM32'nin çoklu çekirdek işlemcilerinde yeterli GPIO bulunmaması ve bloklanabilen işlemlerden kaçınma isteğiyle açıklamıştır. Ayrıca, bir MCU'nun görevleri engellemeden diğer MCU'ya veri göndermesi için UART/SPI arayüzleri kullanılmıştır. Ancak topluluk, bu yaklaşımın karmaşıklığı artırdığı ve tek MCU ile RTOS kullanmanın daha verimli olacağını belirtmiştir.

Yazılım ve Donanım Optimizasyon Önerileri

• Kesme Tabanlı Programlama: STM32 mikrodenetleyiciler, kesme (interrupt) destekler ve bu sayede ana program akışı yavaşlamadan çevresel birimlerle iletişim kurulabilir.

• DMA Kullanımı: Bellek erişimlerini CPU yükünü azaltmak için DMA ile gerçekleştirmek, veri transferlerinde beklemeyi önler.

• RTOS Kullanımı: FreeRTOS gibi gerçek zamanlı işletim sistemleri, çoklu görev yönetimi ve zamanlama konusunda kolaylık sağlar.

• Yedeklilik: Gerçek yedeklilik için farklı IMU modelleri ve çift güç devresi önerilir.

• PCB Tasarımı: Kablosuz modüller için uygun bakır alan koruması ve bileşen-pad uyumu sağlanmalıdır.

Sonuç

Athena uçuş kontrolcüsü, açık kaynaklı ve üçlü MCU mimarisiyle dikkat çekici bir tasarım örneğidir. Ancak çoklu mikrodenetleyici kullanımı, yazılım karmaşıklığı ve bakım zorlukları gibi dezavantajlar taşımaktadır. Tek bir güçlü MCU ve RTOS kullanımı, bu tür projelerde daha verimli ve sürdürülebilir bir yaklaşım olarak öne çıkmaktadır. Ayrıca yedeklilik ve donanım optimizasyonu konularına daha fazla önem verilmesi gerekmektedir.

"İlk kural, gereksinimleri karşılamak için minimum karmaşıklığı eklemektir." - Gömülü sistemler alanında yaygın bir prensip

Athena projesi, tasarımcıya karmaşık sistemler geliştirme deneyimi kazandırırken, topluluk tarafından önerilen optimizasyonlar ve basitleştirme yaklaşımları gelecekteki projeler için önemli dersler sunmaktadır.

Kaynaklar:

• Athena Github Deposu

• Reddit r/electronics tartışması: https://reddit.com/r/electronics/comments/1nlkbif/athena_first_time_designing_a_flight_controller/