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

Ev Yapımı Dozimetre Tasarımı: ArDos Devresi, SBM-20 Sayacı ve Arduino Pro Mini Kullanımı

Ev yapımı dozimetre projelerinde ArDos devresi, SBM-20 parçacık sayacı ve Arduino Pro Mini mikrodenetleyici kullanılarak düşük maliyetli radyasyon ölçüm cihazları tasarlanabilir. Kalibrasyon ve temel elektronik bilgisi önemlidir.

Basit ve Otomatik Akvaryum Kontrol Cihazı: Işık, Hava ve Su Pompası Yönetimi Tasarımı

Bu makalede, akvaryumlarda ışık, hava ve su pompası kontrolünü otomatikleştiren basit bir cihazın tasarım detayları ve güvenlik değerlendirmeleri ele alınmaktadır.

RP2350 Mikrodenetleyici ile Tasarlanmış FIDO WebAuthn Uyumluluğuna Sahip MicroKey Güvenlik Anahtarı

MicroKey, RP2350 mikrodenetleyicisi kullanılarak tasarlanmış FIDO WebAuthn uyumlu bir güvenlik anahtarıdır. Tasarım, üretim süreci, maliyet analizi ve RP2350'nin teknik değerlendirmesi ele alınmaktadır.

Logic Level Translator Entegresi ve SMT Lehimleme Teknikleri Hakkında Detaylı Bilgi

Logic level translator entegreleri, farklı voltaj seviyelerindeki sinyalleri uyumlu hale getirir. SMT bileşenlerin lehimlenmesi için özel ekipman ve teknikler gereklidir. Bu süreç hassasiyet ve doğru bilgi ister.

Mikrodenetleyiciler ve Geliştirme Kartları: Çeşitler, Kullanım Alanları ve Koleksiyonculuk

Mikrodenetleyiciler, çeşitli modelleri ve geliştirme kartlarıyla hobi ve endüstri alanlarında kritik rol oynar. Dayanıklılık ve koleksiyonculuk, projelerde hız ve güvenilirlik sağlar.

ESP32 S3 Tabanlı 30x40mm Dokunmatik Ekranlı Akıllı Saat Tasarımı ve Özellikleri

ESP32 S3 mikrodenetleyici kullanılarak geliştirilen 30x40mm dokunmatik ekranlı akıllı saat prototipi, düşük güç tüketimi, harici RTC modülü ve WiFi-Bluetooth bağlantılarıyla özgün bir tasarım sunuyor.

Ev Yapımı Elektromanyetik Hızlandırıcı Projesi: Tasarım, Çalışma Prensibi ve Geliştirme Önerileri

Ev yapımı elektromanyetik hızlandırıcı projesi, dört elektromıknatıs ve Hall sensörleriyle mıknatısın dairesel yörüngede hızlandırılmasını sağlar. Proje tasarımı, çalışma prensibi ve geliştirme önerileri ele alınmıştır.

Athena: Üçlü STM32 Mikrodenetleyici Mimarisiyle Tasarlanan Açık Kaynak Uçuş Kontrolcüsü

Athena, üç farklı STM32 mikrodenetleyici kullanarak tasarlanmış açık kaynaklı bir uçuş kontrolcüsüdür. Tasarım karmaşıklığı, yazılım zorlukları ve donanım optimizasyonları tartışılmaktadır.

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.

Arkasındaki hikayeyle şaşırtan 10 unutulmaz alışveriş

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/