Athena: Üçlü Mikrodenetleyici Mimarisiyle İlk Uçuş Kontrolcüsü Tasarımı
Platformumuzdaki en çok okunan ve popüler makaleleri görmek için Trendler bölümüne geçebilirsiniz.
Athena, roket ve uçuş kontrolcüleri alanında deneyim kazanmak amacıyla geliştirilen açık kaynaklı bir uçuş kontrolcüsüdür. Tasarımında üç farklı STM32 mikrodenetleyici (MCU) kullanılmıştır: STM32H753VIT6 (MPU), STM32H743VIT6 (TPU) ve STM32G474RET6 (SPU). Bu üçlü MCU mimarisi, farklı görevlerin paralel ve bağımsız olarak yürütülmesini sağlamak üzere planlanmıştır.
Donanım Özellikleri
Athena'nın donanım bileşenleri aşağıdaki gibidir:
Mikrodenetleyiciler: Üç farklı STM32 MCU, farklı görevler için ayrılmış.
Pyro Kanalları: 6 adet, 12V batarya ile doğrudan bağlantılı ve sigorta korumalı.
PWM Kanalları: 6 adet; 2 kanal itki vektör kontrolü (TVC) için, 4 kanal kanatçık kontrolü için.
Sensörler: Üçlü ICM-45686 IMU, LIS2MDLTR manyetometre, ICP-20100 ve BMP388 barometreler.
İletişim ve Konumlandırma: NEO-M8U-06B GPS, LoRa RA-02 telemetri modülü, Bluetooth DA14531MOD.
Depolama: SD kart ve Winbond W25Q256JV flash bellek.
Güç Yönetimi: 7.4-12V LiPo batarya, BQ25703ARSNR şarj kontrolcüsü, USB-C PD desteği.
PCB: 6 katmanlı tasarım (Signal/GND/Power/Signal/GND/Signal).
Ayrıca Bakınız
Üçlü MCU Mimarisi ve Tartışmalar
Athena'nın tasarımında üç MCU kullanılması, toplulukta çeşitli görüşlere yol açmıştır. Bazı uzmanlar, bu yaklaşımın gereksiz karmaşıklık ve bakım zorlukları getireceğini belirtmişlerdir. Özellikle, tek güçlü bir STM32H7 serisi mikrodenetleyicinin, uygun yazılım ve gerçek zamanlı işletim sistemi (RTOS) kullanımıyla tüm sensör verilerini işleyip komutları yönetebileceği vurgulanmıştır.
Yazılım ve Çoklu İş Parçacığı (Multithreading)
STM32 mikrodenetleyicilerinde gerçek zamanlı işletim sistemleri (örneğin FreeRTOS) kullanılarak çoklu iş parçacığı (multithreading) gerçekleştirilebilir. Bu sayede, tek bir MCU üzerinde farklı görevler kesintiler (interrupts) ve doğrudan bellek erişimi (DMA) ile etkin şekilde yönetilebilir. Böylece, işlemci kaynakları verimli kullanılırken, karmaşık çoklu MCU iletişimi ve senkronizasyonu ihtiyacı ortadan kalkar.
Donanım Kaynakları ve GPIO İhtiyacı
Athena tasarımcısı, yeterli GPIO ve zamanlayıcı (timer) sayısı bulamadığı için üç MCU kullanmayı tercih ettiğini belirtmiştir. Ancak, bazı yorumcular, STM32H7 serisinin yüksek sayıda GPIO ve gelişmiş zamanlayıcı kaynakları sayesinde tek MCU ile bu ihtiyaçların karşılanabileceğini savunmuştur. Ayrıca, servo kontrolü için 12 bit PWM çıkışlarının desteklenmesi önemlidir ve bu da uygun timer yapılandırmaları ile sağlanabilir.
Yedeklilik ve Güvenilirlik
Üçlü MCU mimarisi, genellikle yedeklilik ve hata toleransı amacıyla tercih edilir. Ancak Athena'da bu amaçla değil, işlem yükünü bölmek ve engelleme (blocking) operasyonlarından kaçınmak için kullanılmıştır. Yine de, sensörlerin aynı türden ve aynı şekilde yerleştirilmiş olması, ortak mod arızalarına karşı yetersiz yedeklilik anlamına gelir. Güç yönetiminde de yedeklilik bulunmamaktadır; bu da sistemin genel güvenilirliğini sınırlamaktadır.
Tasarım ve Üretim Notları
Tasarımda kullanılan EasyEDA platformunun, tasarım dosyalarının mülkiyetini sınırladığı ve bazı 3D model eşleşmelerinde uyumsuzluklar olduğu belirtilmiştir.
PCB üzerinde kablosuz modül için bakır alan koruma (keep out) kurallarına tam uyulmamış olabilir.
Çok renkli baskı (silkscreen) JLCPCB tarafından desteklenmekte ancak EasyEDA kullanımı zorunludur.
Sonuç Değerlendirmesi
Athena projesi, uçuş kontrolcü tasarımında üçlü MCU kullanımı ve zengin donanım bileşenleriyle dikkat çekmektedir. Ancak, topluluk görüşleri, bu yaklaşımın gereksiz karmaşıklık ve bakım zorlukları getirdiği yönündedir. Tek güçlü MCU ve RTOS kullanımıyla benzer işlevlerin daha sade ve verimli şekilde gerçekleştirilebileceği vurgulanmıştır. Ayrıca, yedeklilik ve güvenilirlik açısından sensör ve güç yönetimi tasarımının geliştirilmesi önerilmektedir. Proje, açık kaynak olarak paylaşılmış ve tasarım dosyalarına GitHub üzerinden erişim sağlanabilmektedir.
