Balloon tracker application - DATALOGGER02

[kaklik]

Modul datalogeru byl již několikrát použit na balonových letech v kombinaci s moduly GPS02, ALTIMET a ISM02B LoRa.

Ukazuje se, že tato sestava je velmi častá kombinace modulů, která je použita opakovaně. (Např. i v zařízení GEODOS). Dává tak smysl funkce těchto modulů sloučit, nebo upravit tak, aby výsledek byl snadněji použitelný a ještě více spolehlivý.

V případě použití na balonu by tak nový modul byl doplňkem k systému TF-ATMON, který by stále sloužil jako hlavní kanál pro přenos telemetrie v reálném čase přes 433 MHz SIK modem. Nové zařízení by pak mělo primární funkci sekundárního LoRa trackeru sloužícímu ke spolehlivému dohledání.

Kromě těchto dvou vysílačů (LoRa a SiK) by byl stále zachován ještě záložní CW morse maják s nízkým výkonem na 433MHz a samostatným napájením, který umožní dohledání při úplném selhání předchozích dvou systémů, nebo při výpadku navigace.

Nový DATALOGGER02A by tak měl splňovat tyto požadavky:

• Asi stále zachovat architekturu založenou na ATmega (pokud stále jdou sehnat) i když k ní existuje mnoho výhrad viz Future architecture of DATALOGGER module - Suitable MCUs DATALOGGER01#4
  • Je ale potřeba nějak vyřešit problém s napájecím napětím verzus frekvence MCU Powering voltage DATALOGGER01#7
• Zachovat montáž na MLAB desku (aby to šlo snadno používat při experimentech s dalšími moduly)
• Snížit rozměry oproti původnímu velkému PCB DATALOGGER01
• Předpokládat napájení z jednoho externě připojeného článku velikosti 18650 (48g) místo původní dvojice LS33600 (90g každá), tohle rovnou vyřeší problém Battery cell short-circuit DATALOGGER01#8, například z modulu LION1CELL.
• Jako zdroj polohy předpokládat připojení TFGPS, která bude připojená přes Autopilot GPS&SAFETY konektor
  • Umožnit napájení pro GPS selektivně řízeně vypnout z firmware. Nejspíš stejným způsobem jako napájení SDkarty.
• Přidat teploměr a tlakoměr ALTIMET02 na jeden PCB.
• Přidat celý LoRa modul
• Odpojování napájení SDkarty vyřešit lépe Powering of SDcards DATALOGGER01#2
  • Možná celou SDkartu nahradit tímhle, pokud se ukáže, že je to spolehlivější Nejde to připojit jako SDkarta do čtečky SDkaret.
  • Přidat FRAM pro spolehlivé logování malých dat.
• Zvážit výměnu současného RTC za nový obvod Continuous time marks DATALOGGER01#9, který zároveň zajistí jednoznačné sériové číslo měření. Původní RTC obvod byl vybraný tak, aby umožnil udržet poměrně přesný čas přes dlouhé měřené úseky. Nevím ale o tom, že by se to někdy využilo.
• Vznikl také nápad tam přidat IMU, což má opodstatnění pro dektekci volného pádu (prasknutí balonu), nebo detekci toho že to někdo přenáší (krade GEODOS). Víc se s MCU co nyní v datalogeru je asi upočítat nedá. Doteď jsme všude používali ICM-20948
• Přidat konektory odpovídající pixhawk standardu. (Názvy odpovídají názvům v dokumentu)
  • GPS&SAFETY (s 5V výstupem)
  • UART ty musí být dva typy s různými pinouty
    • pro připojení směrem k payloadu např LABDOS, který musí být napájen z dataloggeru
    • pro připojení směrem k autopilotu - zároveň jako způsob napájení dataloggeru z autopilota
  • I2C port (s 5V výstupem napájení a I2C posílené TCA4307)
  • SPI port (taktéž 5V napájení)
• Přidat pinem vypínatelný měnič na 5V z interního 3.3V napájení, který bude napájet výše zmíněné konektory.

Možné využití

Takhle upravený dataloger by měl minimálně následující využití

• Tracker stratosférického balonu na LoRa
• Náhrada současné obdobné kombinace modulů v GEODOSu
• V případě připojení k autopilotovi přes UART by umožnil přenos některých zpráv přes LoRa i bez toho, aby autopilot disponoval vyvedenou SPI sběrnicí. Což by třeba v případě balonu, nebo obecně použití s TF-ATMONem umožnilo používat menší Pixhawk autopiloty.

[kaklik]

Vhodným řešením dilema s napájením by zřejmě bylo použití superkondenzátoru, jako UPS. Tím by nebylo nutné do dataloggeru integrovat LION1CELL modul a mohl by stále být připojován externě.

Měli bychom mít skladem 50F variantu v dostatečném množství.

Takové řešení ale potřebuje IC, který vyřeší přechod z externího napájení 3.3V na backup napájení z kondenzátoru, který má maximálně 2.7V. Obvody, které jsem našel jsou například:

• https://www.analog.com/en/products/ltc4041.html

Je jich ale více.

[kaklik]

Na základě aktuálních zkušeností z GEODOSu a dalších zařízení to vypadá, že integrace modulu LION1CELL do DATALOGGER02 je vyloženě nežádoucí. Protože neumožňuje pak datalogger provozovat v podmínkách mrazu. Místo toho se lépe osvědčil SOLARMINIBAT01. Protože zde ale existuje více variant externích zdrojů, tak by zřejmě bylo lepší napájení oddělit a v modulu DATALOGGER02 nechat pouze zálozní kondenzátor, který umožní kritické akce při výpadku externího napájení (Odeslání poslední zprávy, uzavření souboru na SDkartě a podobně).