Inlägg

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 – v28

el_1

Vi har den här veckan till slut börjat med vårt första riktiga kretskort. Vi hade dock lite mer problem med att etsa korten och trots att vi designat om det, så blev det inte bra. Problemet löste sig som tur var! Vi hade bara missförstått hur en timer fungerade. Nu har vi mycket finare kort som vi dessutom för första gången fått testa att löda fast komponenter på. Snart kan de testas på riktigt.

Arbetet med att kontrollera motorn har också fortsatt som vanligt. Vi gör ständiga förbättringar i koden och hur motorn kontrolleras, samtidigt som vi försöker möta krav från team Experiment som använder vår kod till att kontrollera sin motor och därmed mätinstrumentet. Vi har även fortsatt med att försöka kommunicera seriellt mellan våra mikrokontroller, och har nått en del framgång den här veckan. Vi kan styra motorn seriellt, men lite andra problem har uppstått när data ska skickas tillbaka.

//We have finally begun making our first real circuit this week. We kept having some issues when etching the card, even after redesigning it, but we solved it when we realized we had read a timer incorrectly. Now we were able to etch a much cleaner card, and could start soldering the components onto it. The cards should soon be ready to test out.

Work has continued on the brushless motor. We keep improving the Arduino code which controls the ESC and the motors. At the same time we have to meet the required specifications from the Experiment team, since they are using our code to control their motors, and by extension the instrument. We have also continued trying to communicate serially between our microcontrollers, and we have had some success. Now the motors can be controlled through the serial monitor, but we still have not figured out how to send data back from the slave controller to the master controller.

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.