Inlägg

Utveckling, programmering & testning

Hej!

Som vi skrev tidigare så vill vi verkligen engagera studenter i projektet. Den här veckan började vi med att marknadsföra att vi söker studenter med intresse för teknik eller fysik till projektet. Det verkar faktiskt som att vi nått ut då vi fått respons från personer som är intresserade av att bli en del av vårt team. Nästa vecka kan vi förhoppningsvis välkomna några nya ansikten till projektet och därmed effektivisera arbetet.

Denna vecka har i stora drag handlat om utveckling, programmering och testning.

Under sommarkursen hade några studenter i elektronik teamet utvecklat ett motordrivarkort för att driva och styra motorerna i vår fieldmill. Tyvärr kunde dem inte avsluta programmeringen av drivkretsarna. Den här veckan har vi börjat programmera drivrutinerna för att se hur vi konfigurerar dem för att driva motorerna i field-millen. För att göra detta har vi använt en USB I2C adapter eftersom chippet använder I2C. Dock hade vi ett bakslag när utrustningen för kommunikationen från datorn till chippet misslyckades utan att vi förstod varför. Det är dock bra att få dessa fel nu så att vi kan spåra källan och fixa detta om det nu har något att göra med vår design.

blogg_38
Vår arbetsplats.

blogg38_

img_4778

I måndags testade vi en ny utformning av fieldmill sensorn med vissa uppdateringar. De preliminära resultaten visar förbättringar i signalerna. Den främsta skillnaden med den nya utformningen är att vi kan ändra shunt-motståndet till att mäta strömmen från vår fieldmill. Bilderna nedan visar resultaten av att driva systemet med 1 MOhm vs 10MOhm. Formerna på kurvorna stämmer bra överens med teorin i litteraturen.

1mohm
1 MOhm shunt.

10mohm
10 MOhm displaying saturation at higher RPMs.

Förutom allt detta har vi även börjat förbereda oss inför ett kommande event nästa vecka som kallas för Forskarfredag. Vi kommer skriva mer om detta i ett kommande blogginlägg så håll dig uppdaterad!


//Hello!

As we wrote before we really want to engage students in the project. This week we started with an announcement about the opportunity to be involved in the project for students interested in either technology or physics. It gladly seems like we reached out and have got response from students who are interested in joining the team and the mission. Next week we can hopefully welcome some new faces to the project and therefore make the work more efficient.

A part from that this week has overall been about developing, programming and testing.

During the summer course some of the students in the electronics team developed a motor driver circuit to power and control the motors for the fieldmill. Unfortunately they could not finish the programing of the driver circuit. This week we have started to program the drivers and see how we configure them to power the motors in the fieldmil. To do this we have used a USB to I2C adapter since the chip uses I2C. But, we had a setback when the equipment to communicate from the computer to the chip failed and we don’t know why. But it is good to get these faults now so we can trace them to their source and fix it if it has something to do with our design.

On Monday we tested a new design of the fieldmill sensor with some updates. Preliminary results show some improvements to the signals. The main difference with this new design is that we can change the shunt-resistance to measure the current from the fieldmill.

The images abow show the results of running the system with 1 MOhm vs 10 MOhm. The shapes of the curves agree nicely with the theory in the literature.

A part from all of this we also have started to prepare ourself for an upcoming event next week called Forskarfredag. We will describe this further in a upcoming blogpost so stay updated!

Elektronik – v33

Elektronikteamet har i sommar ägnat sig åt att producera ett strömförsörjningskort och ett motordrivarkort, samt att programmera en mikrokontroller för att kunna kontrollera motorerna. Vi har gått från att kunna ungefär ingenting till att faktiskt förstå lite grann och till och med kunna läsa och förstå datablad vilket inte är helt fy skam.

Strömförsörjningskortet vi producerat kan leverera en rad olika spänningar – Plus/minus 12 volt, plus/minus 9 volt samt plus 3.3V. Spänningen på 9 volt behövs till själva experimentdelen för att driva operationsförstärkare, och spänningen på 3.3 volt används för att kunna driva logiken, det vill säga mikrokontrollern.

Motordrivarkortet som producerats har strulat en hel del – inte designmässigt då det faktiskt fungerar, utan konfigurationsmässigt. Kortet klarar av att snurra en motor, men det är en bit kvar med tweakning av inställningar innan man kan få den att snurra motorerna som vi vill.

Det är såklart mycket som gått fel i sommar – kretskort som designats lite tokigt, kortslutningar som bränt komponenter, kod som strulat, etsningar som inte fungerat, och kaffe som kallnat. Men summa summarum är teamet nöjd med sin insats och tycker att det varit en bra erfarenhet av att ha jobbat med detta projekt.

Team Elektronik out!

/Björn, Björn, Björn, Sofi och Charlie

//This summer the Electronics team have spent their time producing a power supply circuit board, a brushless motor driver board and programming a microcontroller to be able to control the motors of the experiment. We’ve gone from knowing absolutely nothing about electronics to actually knowing a little bit, and being able to read and understand datasheets is not a bad thing!

The power supply card that we designed and built is capable of delivering a variation of different voltages – plus/minus 12 volts, plus/minus 9 volts and plus 3.3 volts. The voltage of 9 volts is needed for the operational amplifiers that are used in the experimental part of the cube, and the voltage of 3.3 volts is used to power the microcontroller.

The brushless motor driver card have been a bit problematic – not because of the design since it does actually work, but configuration-wise. The card is capable of spinning a motor, but it’s a bit of tweaking left before we can make the motors spin in a way we are happy with.

Of course lots of things have gone wrong – circuitboards that have been designed a bit goofy, short circuits that burned components, faulty code, etching that went wrong and coffee that went cold. But all in all we are happy with what we have accomplished and feel that it has been a good learning experience working with this project.

The Electronics team is out!

/Björn, Björn, Björn, Sofi och Charlie

Elektronik – v32

el_1

Denna vecka har fokus legat på att få igång de egendesignade motordrivkretsarna. Förra veckan beställdes kretskort från en tillverkare här i Sverige och de dök upp i början på veckan, så vi skyndade oss att löda på komponenterna för att komma igång. Det visade sig dessvärre vara lättare sagt än gjort, då det tyvärr är så att smarta integrerade kretsar behöver smarta människor för att förstå sig på dem. Kretsarna använder sig av ett kommunikationsprotokoll som må vara standard ute i industrin men kan vara rätt så knepigt att greppa för den oinvigde, men till slut har vi lyckats få liv i dem och visat på att kretsarna inte gått sönder och att registren är intakta. Nu återstår det bara att få kretsarna att göra vad det var tänkt att de ska göra, det vill säga snurra motorerna.

//This week our focus has been on getting the brushless motor circuits that we have designed working. Last week we ordered some PCB:s from a manufacturer here in Sweden and they arrived early this week, so we hurried to solder all the components to get started with the programming. However, this was easier said than done, unfortunately clever integrated circuits requires clever people to make sense of them. The circuits use a communications protocol that may be standard in the industy but has quite a steep learning curve for the beginner. But after lots of hours of reading pdf:s and debugging the boards sprung awake and we found that everything seemed to be in order. Now it only remains to get the boards to do what they were designed to do – spin the motors.

Elektronik – v31

el_1
Figur 1: 3D-renderad bild på ESC-kretsen.

Vi har fortsatt försökt få all Arduino-kod att fungera på Teensyn så som koden fungerade på Arduino Uno/Romeo korten vi använde tidigare. Nu verkar vi ha fått det mesta att fungera, då vi kan kontrollera motorerna. Vi kan även använda RPM-mätaren igen och se hur snabbt motorerna snurrar. Däremot så har vi inte fått igång temperatursensorn efter vi bytte till Teensyn. Det är förmodligen nånting i koden som inte stämmer överens mellan de två korten som vi måste korrigera.

Vi börjar bli klara med kretskorten. Vi har etsat strömförsörjningskretsen, och nu väntar vi bara på att löda fast alla komponenter. ESC-kretskortet beställde vi då det hade varit för komplicerat att etsa själv. Det kortet borde komma vilken dag som helst. Sen är det bara att få fast alla komponenter, så ska det vara klart!

//We have continued trying to get the Arduino code we wrote for the Arduino Uno/Romeo cards to work on the Teensy processor. We seem to have succeeded transferring most of it, as we can control the motors and the RPM sensor correctly. However, the temperature sensor is still not giving us the right readings. We probably have to correct some code somewhere that the Teensy does not read the same way as the other Arduino processors.

We are nearing the end with the circuits. The power distribution circuit has been etched, and now we are just waiting to solder the components on. We decided to order the ESC circuit, since it is too complicated to etch ourselves. It should arrive any day now. Once it arrives and we attach the components and the circuits should be done!

Elektronik – v29

el_1

el_2

Denna vecka har till största delen bestått i ett intensivt informationssökande för Elektronikteamet. Nya strömförsörjningskort behövde designas, och det var dags att ta tag i det här med att designa och bygga egna kretsar för att kunna kontrollera motorerna. Vi har även jobbat tillsammans med Experimentteamet för att skapa bättre styrkod så att de kan göra effektivare testmätningar av mätinstrumentet.

Som tidigare har vi haft i uppgift att se till att mätinstrumentet får de matningsspännningar det behöver, men i och med att vi fortfarande håller på och utvecklar instrumentet så förändras även de behov som ställs på utrustningen, så därför var det dags att designa nästa version av strömförsörjningskortet. Som det ser ut nu så kommer vi använda en switchande regulator för att plocka ner matningsspänningen från landaren som är på 24V ner till positiv/negativ 12V, och sedan använda linjära regulatorer för att plocka ner spänningen ytterligare några snäpp. Varför man blandar dessa olika regulatorer är för att en switchande regulator är mer effektiv än en linjär regulator, men skapar istället en del oscillationer i kretsarna vilket kan störa mätningarna. En linjär regulator skapar å andra sidan en jämnare spänning men är mindre effektiv, då energin i princip omvandlas till värme. Då kan man istället plocka ner större delen av spänningen med en effektiv switchande regulator och sedan jämna ut den med en linjär regulator till de nivåer man behöver.

I veckan har vi även designat en egen motordrivkrets, då vi sett att de kretsar vi använt hittills skapar störningar i mätningarna för experimentgruppen. Ska bli spännande att se om vi får allt att funka! Så till veckan kommer vi förhoppningsvis hänga mycket i lödlabbet och etsa nya kretskort och löda på våra nya komponenter.

//The majority of the week has been spend reading up on a new way to communicate with the engine. We have also begun designing a power supply circuit board and started building our own circuits, made to control the engines. We’ve also worked together with the Experiments team in making a more efficient measuring code for the field measuring instrument.

One of our primary tasks is to make sure that the measuring instrument get the right input voltage, the instrument is still in a developing stage, so the requirements constantly changes which is why we are developing the next power supply circuit board. It looks like we will use a switching regulator to bring down the input voltage from the lander, which is 24V, to positive/negative 12V and then use a linear regulator to bring down the voltage even more. The reason why you we use different kinds of regulators is because a switching regulator is more efficient than a linear regulator, but it creates oscillations in the circuits which could disturb the field measurements. A linear regulator on the other hand give a more even voltage but is less efficient because a lot of energy is converted into heat.

This week we have also designed our own electric speed controller for the engine, because we realized that the one we used created too much noise, which disturbed the field measurements. It’ll be exciting to see if can make it all work! So, next week we will probably spend a lot of time in the soldering work shop where we will make the new circuit boards and solder on new components.

Elektronik – v27

el_1
Figur 1: Första versionen av kretskortet.

el_2
Figur 2: Vi hade kul med flytande kväve.

Målet med den här veckan var att ta strömförsörjningskretsen ytterligare ett steg och slutligen göra det första riktiga kretskortet. Efter att ha beställt alla delar visade det sig dock att det var ont om plattor som kretskortet skulle etsas på. Trots detta gjordes ändå ett försök på den enda plattan som gick att använda. Resultatet av etsningen blev dock inte alls särskilt bra och det fanns inte ens något syfte med att sätta fast några komponenter på kortet, då det ändå inte skulle ha fungerat. Det visade dock på en del brister i designen som behövde fixas till och nu är vi på banan igen och förhoppningsvis kommer det fler plattor snart!

Arbetet med att styra en mikrokontroll med en annan har fortsatt och den här veckan har vi lyckats styra motorn på det viset. Vi har även arbetat fram en liten RPM-mätare så att vi kan mäta hur snabbt vår motor går och göra så att vi kan skriva in en bestämd hastighet och sedan ska motorn gå i den hastigheten.

Den här veckan har vi även testat att sänka ner ett av våra Arduino-kort, som vi för närvarande använder för att styra motorn med, i flytande kväve. Vi gjorde detta för att se hur väl de skulle klara extrem kyla. Det visade sig att det klarade sig bra till ungefär -106 grader C innan det slutade fungera. När kortet blev varmt började det dock fungera felfritt igen, så det tog som tur var ingen skada av att bli så kallt.

//The goal this week was to finish the digital design of the step-down voltage circuit and finally create a physical circuit. However, after ordering all the electrical components required it was discovered we had a shortage of copper plates that circuits are etched on. Despite this we made a first attempt on a smaller plate. The result was unfortunately not very satisfying, and we did not attempt to attach the components onto the circuit as it would not have worked anyway. There were some practical issues with the design where components were too close together, causing the copper plating to run together in some spots. We fixed the design, and are now ready to try again once the new copper plates arrive.

Work has continued with trying to control one microcontroller with another, and this week we were able to succeed in controlling the brushless motors this way. We have also put together an RPM-sensor so we can measure how fast the motor is going. Eventually we need to be able to take the RPM-sensor’s signal and use it to set the exact speed of the motor.

This week we have pushed our Arduino cards to the limit by lowering them into liquid nitrogen. We wanted to see at which temperature they would stop working, since the moon gets really cold. We determined that the Arduino can withstand down to about -106 degrees Celcius, after which it goes dark. After it warms up however it works fine, so it does not seem to take any permanent damage from getting too cold.

Elektronik – v26

el_1
Figur 1: Nytt för denna krets är att vi nu kan mata +- 5 V förutom 12 V.

el_2
Figur 2: När vi testade köra motorn i vakuum.

el_3
Figur 3: Testning pågår.

el_4
Figur 4: Ett litet adapterkort för en ytmonterad switchande regulator. Den var lite väl liten för att man skulle kunna löda på kablar direkt så vi valde att göra ett kort istället.

Teamet har suttit och petat lite på en breadboard-prototyp nummerr ett av strömförsörjningskretsen, hunnit designa prototyp två för att sedan hinna designa prototyp tre innan vi ens byggt prototyp två! Prototyp tre kommer bli vårt första försök till att skapa ett fullt funktionellt kretskort vilket kommer bli spännande. Kommer det fungera eller kommer det börja brinna? Största skillnaden mot tidigare prototyper är att vi fokuserat på att minska ner storleken på komponenterna samtidigt som de möter kraven som ställs.

Vi har testat att köra en motor i vakuum för att se hur pass mycket ström den förbrukar vid olika hastigheter. Som förväntat drog den mindre i vakuum än i luft, då rotorn utsätts för luftmotstånd vilket ökar belastningen. Dock har vi insett att den effektbegränsning som satts av projektägarna på 10 W är ett problem då vi snabbt överstiger det vid de rotationshastigheter vi vill uppnå, upp till 20 000 varv per minut.

Arbetet med motorstyrningen fortsätter, och det går framåt. Just nu sitter vi och jobbar med att kunna styra en mikrokontroller med en annan mikrokontroller, för att kunna simulera de omständigheter som kommer råda senare.

Teamet fick prova på det här med att etsa kretskort, vilket är en pillrig process där man belyser en kopparfilm med UV-ljus och badar kortet i olika kemikalier. Bra övning för det kommande strömförsörjningskortet som ska byggas!

//This week the team has been hard at work fiddling with the first power supply circuit, designing the second one just to skip to the third prototype before we even built the second one! Prototype number three will be our first attempt at building a fully functional circuit which will be awesome. Will it work or will it explode? The biggest difference from earlier versions is that we’ve been trying to minimize the size of the components while still maintaining functionality.

We tested running a motor in vacuum to see how much the current consumption was affected by air resistance, and as expected it was more effective. However, the lack of heat conducting air resulted in a warmer motor which reached temperatures up to 50 degrees celcius. But even when running the motor in a vacuum the motor drains too much current given the limits for the whole assembly, which is 10 Watts. This will be a problem since we want to achieve RPM:s exceeding 20 000.

The team continues working on the control of the motors and we are making progress. At the moment we are working on making two microcontrollers talking to each other, so we can simulate the conditions which will be later on.

We got to experiment with etching a circuit board, which is a fiddly process involving UV lights and different chemicals. This was a good exercise for the circuits we will etch later on!

Elektronik – v25

el_1
Figur 1: Här ser vi vår strömförsörjningskrets.

Under veckan har teamet monterat ihop den första versionen av strömförsörjningskretsen och sett att det verkar fungera bra! Nästa version med bättre säkringskretsar har ritats upp och planeras att byggas till veckan.

Motorerna har kopplats till vår strömförsörjningskrets för att testa hur belastningen ser ut vid start och stopp, och om några åtgärder måste vidtas för att jämna ut spänningen. Vi har även börjat kika lite på kommunikation mellan mikrokontrollers för att kunna simulera hur kommunikationen till mätinstrumentet kommer fungera senare.

Hela veckan veckan har vi kämpat på med att förstå oss på detta aber till utvecklingsverktyg och provat både olika operativsystem, programmerare och böner. Det ser dock ut att ljusna och till veckan hoppas vi kunna få en lampa att blinka. Mot framtiden!

//The team has assembled the first version of the electrical distribution circuit, and it seems to work well! The next version will feature a more robust system for protecting the sensitive electronic instruments. This next version will be built next week when we recieve the necessary components.

The motors have been connected to our electrical distribution circuit to test how much power is drawn during startup. The output signal from the circuit is also monitored to make sure the signal is even. We may have to take steps to smooth out the signal if it is too uneven. We’ve also begun looking at the communication between two microcontrollers to simulate how things are going to work with the final prototype.

We have struggled all week trying to understand this mystical development tool. We have tried using different operating systems, programmers, and prayers. A glimmer of hope remains however, and next week we hope to be able to get a LED to flash. To the future, and beyond!

Faraday-bur och solceller

con_scli

Det är ännu en underbar dag här med Umeå Lunar Venture-projektet!

Team Konstruktion ska fortsätta skriva ut delar till prototypen och designa en saxlyft. Team Experiment ska bygga en Faraday bur för att mäta de elektriska fälten. De kommer även att montera ihop det nya mätinstrumentet och testa kopplingarna samtidigt. Team Elektronik har byggt färdigt två kretsar så de kan få fram rätt spänning. De kommer att programmera för det mesta men även försöka använda den riktiga mikrokontrollern.

Team Simulering arbetar med att rotera de elektriska fälten i olika riktningar för att mäta dem. De har lagt till solceller på instrumentet och testar om det kommer störa de elektriska fälten eller inte. Team PR & media förbereder sig för att fotografera alla som deltar i projektet samt med att marknadsföra projektet på de sociala medierna.

//It is another lovely day on the Umeå Lunar Venture!

The Construction team are printing parts for the prototype and designing a scissor lift. The Experiments team are building a Faraday cage to measure the electric fields. They are also mounting the new measuring instrument and testing the couplings when mounting the prototype. The Electronics team have finished building two circuits to find out the right voltage. They are mainly programming and are preparing to use the real microcontroller today.

The Simulation team are working with rotating the electric fields in different directions to measure it. They have added solar cells to the instrument and they are testing to see if it will disturb the electric fields or not. The PR & media team are preparing to take pictures of everyone participating in the Umeå Lunar Venture, they are also working a lot with marketing the project on social medias.

Team Elektronik

el_3
Figur 1: Mikrokontrollern.

el_1
Figur 2: Motorstyrning och strömförsörjning.

Teamet har sånär bemästrat konsten att kontrollera de borstlösa motorer som ska användas i prototypen med hjälp av en mikrokontroller. Vi kan skicka kommandon för att styra hur fort och hur länge motorerna ska snurra, vilket kommer behövas när vi ska göra faktiska testmätningar.

Enheten som ska byggas består av många delar som behöver olika spänning, därför behöver vi fördela strömmen på ett lämpligt sätt. Från Part-Time Scientists landare kommer vi få en spänning som kommer variera mellan 20-30 V, medans de komponenter vi använder behöver 12V-5V. En strömförsörjningskrets har då designats för att hantera detta problem, genom att “plocka ner” den höga spänningen till de spänningar vi behöver. Vi har jobbat mot att skapa ett system som är både driftsäkert och stabilt genom att använda överspänningsskydd ifall något blir fel på landaren eller att det blir en kortslutning i vårt mätinstrument.

I rymden finns det strålning, och är det någonting som inte tycker om strålning så är det datorer och processorer. Därför planerar vi att använda en särskild strålningshärdad mikrokontroller som ska klara av den miljön som mätinstrumentet kommer befinna sig i på månen. En sådan processor är dock inte lika lätt att hantera som de billigare Arduino-korten som prototypen byggs med, så vi har börjat bekanta oss med utvecklingsmiljön/utrustningen man använder för att programmera en sådan.

Sidhuvud – Från vänster: Björn Ordoubadian, Sofi Backman, Charlie Pelland, Björn Algers, Björn Nygren.

//During the first two weeks of the summer course, we in the electronics group has successfully figured out how to control the brushless motors with a microcontroller. These components will be used in the prototype that will be built within the coming week. We can now send commands to the motor telling it how fast and how long it should spin, both which are necessary for testing the instrument later.

The final product will be composed of different parts that all require different voltages. Thus, we have to split the incoming voltage from Part Time Scientists (around 20-30 Volts) down to 3.3 V, 5 V, and 12 V. We have designed a circuit that solves this problem by “stepping down” the higher voltage to the lower voltages needed. We have put extra effort into making sure that the circuit has several fail-safes, which will prevent our electrical components from drawing too much power and potentially getting fried. We have also separated each part that draws power into its own circuit, which means that one failed component does not affect the operation of the others.

Computers and processors do not fare well in space, as the radiation present may cause them to short circuit and fail. We need to use special radiation hardened microcontrollers that can prevail in the conditions it will be facing on the moon. However, such a processor is not as easily worked with as the Arduinos we have been using, nor is it as cheap. As a result, we have been trying to familiarize ourselves with the conditions and hardware that we need to use eventually.

Header – From the left: Björn Ordoubadian, Sofi Backman, Charlie Pelland, Björn Algers, Björn Nygren.