ALTIMAG - Altimeter mit Dentamag

Dies war ein Prototyp, der Vorläufer des Altimax

Aufgrund der Entwicklung des MAGIER wollte ich meine Kenntnisse einmal wieder auffrischen und begann mit der Entwicklung einer eigenen Bergungselektronik.
Sie sollte die Dentamag-Funktionen haben aber auch gleichzeitig Altimeter sein. So etwas gibt es bis dato nicht. Ich wollte die Sicherheit des Dentamag mit der Funktion des Altimeters verbinden. Dadurch kann ich dann die zweite Stufe der Bergung anhand der Höhe auslösen, was unabhängiger ist als mit Timer. Das Gerät soll so einfach sein, dass man es nur einmal einstellen muss und dann alle Motoren damit geflogen werden können.

Der erste Prototyp sollte nur die Funktion des Barometers testen. Dazu habe ich dann einen ATMEGA88 genommen, den Sensor angeschlossen und das ganze mit der Camerock III in die Höhe geschossen. Aufgrund eines Programmierfehlers versagte das Gerät kläglich: Ich hatte vergessen den Triggereingang nach der ersten Triggerung zu sperren, dadurch löste der Trigger beim Ausstoß der Schirms aus und fing von vorne an.

Dennoch gelang es, die Höhe korrekt zu messen, was zeigte, dass der von mir ausgesuchte Sensor funktionierte. Das besondere an dem Sensor ist, dass er komplett abgeglichen ist und man seine Daten per I2C abrufen kann. Das erspart einem eine Menge Rechenarbeit im Controller, es müssen nicht wie sonst Korrekturparameter ausgelesen werden und diese dann mit dem Ausgangswert verrechnet werden.
Layout des ersten Prototyps.

Nachdem die prinzipielle Arbeitsweise des Sensors bestätigt wurde, habe ich den zweiten Prototypen entwickelt.

Folgende Ziele waren gesteckt:

• Dentamag-Funktion mit Sicherheitszeit bzw. Aktivierung nach Triggerung.
• Beschleunigungssensor MMA2202 für die Messung der Beschleunigung und Triggerung
• Drucksensor SM8522 für die Höhenmessung
• 2 Ausgänge für Zünder
• 2 Servoanschlüsse
• 512 KByte Speicher für Messwerte (2 eeproms wegen der Geschwindigkeit)
• Serielle Schnittstelle für Datenaustausch
• I2C-Bus Anschluss für Erweiterungen und ein Bedienterminal mit LCD-Display
• Steckanschluss mit 15-Pol SubD-Buchse

Der Altimag soll eine sichere Bergung ermöglichen. Es ist nicht das Ziel eine genaue Messwertaufnahme zu ermöglichen, dazu ist der Drucksensor zu ungenau. Das Ziel ist, eine Elektronik zu bauen, die, einmal eingestellt, in jede meiner Raketen eingesteckt werden kann ohne Einstellungen vornehmen zu müssen.

Der Ablauf soll wie folgt sein:

Auf dem Pad schaltet man den Altimag ein. Dieser testet sich selbst und gibt dann anhand von Pieptönen seinen Status bekant. Wenn die Spannung der Batterien zu gering ist warnt er durch lautes piepen. NAch Ablauf einer Zusammenbauzeit schaltet sich der Altimag scharf.
Der Start wird durch den Beschleunigungssensor erkannt.In dieser Phase wird der Dentamag freigeschaltet. Nach einer Sicherheitszeit von 2 Sekunden werden die Werte des Dentamags ausgewertet und ggf. das erste Ereignis ausgelöst. Parallel werden die Höhenwerte beobachtet, sollte der Barometer melden, dass die Rakete auf dem Weg nach unten ist erfolgt ebenfalls eine Auslösung des ersten Ereignisses.
Nach Unterschreitung einer Mindesthöhe folgt das zweite Ereignis (Hauptschirm).

Das System läuft auf einem Mega644 mit 16 MHz. Ich habe ein Betriebssystem entwickelt auf welchem die einzelnen Funktionen als Prozesse laufen. Die Prozesse melden Ereignisse in eine Warteschlange. Diesee werden von einem Eventhandler bearbeitet. So meldet der Dentamag-Prozess z.B. das Kippen der Rakete, der Eventhandler reagiert darauf mit Zünden des Ausgangs.

Näheres folgt noch, auch Fotos vom Prototyp.

Layout des Altimag:

Das Foto des laufenden Altimags, oben sieht man das optinal anschließbare LCD mit 4x20 Zeichen. Das wird einmal ein Terminal, welches man auf dem Feld anschließen kann um den Altimag einzustellen. Das geht auch über die serielle Schnittstelle, erspart einem aber das Laptop am Flugtag. Nachdem ddie Funktion des Beschleunigungssensors und des Barometers geprüft wurden ging die Bestückung weiter, der Dentamag wurde noch bestückt, damit es komplett ist. Unten sieht man die ganze Schaltung auf einem Testboard.

Dieses Board benutze ich um den Altimag in eine selbst gebaute Druckkammer zu schieben, diese kann ich dann per Vakuumpumpe evakuieren und so einen Flug am Schreibtisch simulieren:

Die Druckkammer:

Diese wird mit einem Beutel umhüllt und dann leergesaugt. Die Zündausgänge sind an LEDs angeschlossen die man durch den Beutel hindurch sehen kann. So kann man den Flug gut verfolgen.

Heraus komme so schöne Kurven wie diese, wo man schön den Gipfel sowie das Erreichen der Mindesthöhe sehen kann:

16.01.08
Auf diese Weise wurden mehr als 200 Flüge simuliert um eine sichere Funktion zu gewährleisten. Die Funktionen des Altimags sind nun alle bereit, er zeichnet alle Werte mit 20 sps auf. Es hat sich gezeigt, dass der Drucksensor offenbar einen Fehler hat, er misst einen zu geringen Druck, was aber für die Funktion nicht relevant ist, er zeigt nur die maximale Höhe nihct korrekt an, das wird noch korrigiert.

17.01.08
Ich wage es, und starte den Altimag mit der extra gebauten Testrakete drei Mal mit einem G64. Nur durch reale Flüge kann man sehen ob die Steuerung optimal funktioniert.
Flug 1 war schon sehr gut, aber der Gipfel wurde etwas zu früh erkannt.
Flug 2 war nicht so optimal, der Gipfel wurde viel zu früh erkannt. Offenbar war die Erkennung zu empfindlich eingestellt. Ich verringerte die Empfindlichkeit. Anhand der Flugdaten zeigte sich, dass für die Erkennung des Starts der Beschleunigungssensor eigentlich überflüssig ist, ich habe ihn daher testweise abgeschaltet und fuhr abends noch einmal zum Startplatz. Nach Freigabe durch die Flugsicherung startete die Testrakete in den Abendhimmel, dieses Mal viel höher als die ersten beiden Flüge, gestoppt vom Motordelay, welches laut Simulation 0,5 Sekunden vor dem Gipfel kommen sollte. Das passte also, denn direkt danach hörte man die Gipfel-Ausstoßladung des Altimags. Der Abstieg erfolgte schnell, in 150 m Höhe kam der Hauptschirm wie eingestellt. Ein voller Erfolg also!
In den nächsten Tagen soll ein vierter Flug folgen um das Ergebnis zu verifizieren, dieses Mal ohne Motorbackup.

18.01.08
Anhand der Flugdaten stellte sich heraus, dass die Aufzeichnung der Daten zu langsam erfolgte, nach Messung mit dem Oszilloskop stellte ich fest, dass nur 10 Werte pro Sekunde gespeichert wurden, statt der geplanten 20.
Nach Umschreiben des Programms wurde der Wert doch erreicht. Der Beschleunigungssensor wird nicht mehr verwendet, somit sind nur noch die Druckwerte zu speichern, was erheblich schneller geht.

Für die Messung sind nun folgende Werte garantiert:

Messung und Auswertung der Druckwerte sowie des DMAGs: 145 sps
Speicherung der Werte: 20 sps
Abruf der Daten erfolgt über serielle Schnittstelle

Ablauf des Fluges:

Der Altimag testet sich selbst nach Einschalten und gibt einen Alarm falls ein Fehler entdeckt wurde. Nach dem Selbsttest läuft eine Wartezeit von 10 Sekunden, in der man die Rakete zusammenbauen kann.
Dann erfolgt ein auspiepsen der Zündausgänge, ein langer Ton für "Kein Durchgang", zwei kurze Töne für "Durchgang" In der Phase kann der Start erfolgen.

Erkannt wird das Abheben durch Überschreiten der 15 m Höhe über dem Startplatz, dieser Wert muss 3x nach einander erreicht werden. Dann wird auf ein Anstieg des Druck über den gemessen Mindestdruck gewartet. Sofern der Druck 10x hintereinander ansteigt erfolgt die Auslösung des Zünders Nr. 1
Bei überschreiten des Drucks in Mindesthöhe (150 m) folgt Zünder Nr. 2.
Wenn der Dmag vor Erkennung des Gipfels eine Überschreitung seines Grenzwertes erkennt löst das Zünder Nr. 1 aus, der Dmag arbeitet also als Backup zur Gipfelerkennung.

Wenn der Druck 3 Sekunden lang gleich bleibt gilt das als Landung, der Altimag deaktiviert sich und piept laut um das Auffinden zu erleichtern.

Gezündet wird 2 Sekunden lang, die Ausgänge sind unabhängig von einander und können auch gleichzeitig zünden.
Die Servoausgänge werden noch nicht genutzt, sind aber im Programm schon vorgesehen.

Weitere Pläne:

Der Altimag 1 ist somit fertig, ich werde noch einige Flüge damit durchführen, in der Zwischenzeit aber ein Redesign durchführen und einen Altimag 2 bauen.