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Vorgeschichte

Diese Projektseite ist eine direkte Fortsetzung des Wetterballons 2014. Wer die genaue Vorgeschichte des Projektes wissen will, sollte daher in den 2014er Projektbericht sehen.

Nur so viel: Der Wetterballon 2014 war ein großer Erfolg, fast alles hat funktioniert wie es geplant war. Diese Erfolgsgeschichte muss natürlich wiederholt werden und dabei muss alles noch besser werden.

Anforderungen

Einige Anforderungen an den Wetterballon haben sich nur gering geändert:

  • Sprachausgabe und Funkfernschreiben (RTTY) auf 20m (Anstatt 10m wie 2014)
  • GPS-Positionsbestimmung
  • Temperaturmessung mit PT1000
  • Logfile schreiben

Folgend Dinge sind neu geplant oder haben sich stark verändert:

  • Neuer Prozessor: STM32F4
  • Ein-Platinen-Lösung, alles (inklusive GPS) wird auf einer Platine untergebracht
  • ARPS (Advanced Radio Packet System) Sender auf 144,8MHz
  • Schaltwandler für die 3,3V Versorgung
  • FreeRTOS als Echtzeitbetriebssystem
  • Universelle standardisierte Schnittstelle für IGOR-Sensoren

Vor allem der Wechsel auf die neue Prozessorfamilie sowie auf eine Betriebssystembasierte Lösung machen einen großen Umbau in der Software nötig, sämtliche hardwarenahen Funktionen müssen neu geschrieben werden.

Die Hardware

Wenige Wochen nach dem Fingertreffen 2014 saß ich also - wie immer - vor dem Computer und habe mit der Planung für die neue Hardware angefangen.

Zunächst einmal das wichtigste: Einen Prozessor auswählen. Da wir mehr Rechenleistung benötigen als ein AVR zu Verfügung stellen kann habe ich mich schnell auf die STM32F4-Reihe festgelegt, denn diese ist die einzige die ich abgesehen von den AVRs wenigstens etwas kenne.

168Mhz, Floating Point Unit und ARM-Architektur bieten auch mehr als genug Leistung für alles was in den nächsten Jahren im Ballon anfallen sollte.

Aufgrund des Preises und der Verfügbarkeit auf Farnell viel die Wahl auf einen STM32F405 im LQFP64 Gehäuse.

Als externes Flash ist der gleiche Chip im Einsatz wie letztes Mal, dort kommen wieder die Sprachdaten und das Logfile rein. Als GPS-Modul haben wir ein µBlox Neo-7m ausgewählt, dieses braucht im einfachsten Fall nur noch eine externe Antenne und ein paar Kondensatoren um ordnungsgemäß zu funktionieren. Dieses Modul hat nicht nur einen besonders niedrigen Stromverbrauch sondern empfängt neben GPS auch noch die russichen GLONASS-Satelliten.

Als ARPS-Sender wird ein Si4063 verwendet, diese Chip Arbeitet im Frequenzbereich von 100Mhz-1GHz, um den Frequentbereich nachträglich zu ändern müsste man nur den Ausgangsfilter neu berechnen.

Die Temperaturmessung geschieht wieder über PT1000 Temperaturfühler. Ein Operationsverstärker stellt mit Hilfe der 3V Referenzspannung eine Stromquelle von 100µA dar. Dabei wird der Spannungsabfall über den Widerstand mit einem Instrumentenverstärker gemessen und dem Mikrocontroller an einem Analogeingang zu Verfügung gestellt.

Der NF-Aufbereitungsteil für den Sprechfunk und das Funkfernschreiben kann dieses Jahr deutlich einfacher ausfallen da die Ampiltude nicht einstellbar sein soll. Daher werkelt dort nur ein einfacher Sallen-Key-Filter. Der R2R-DAC welcher letztes Mal mit 16 Widerständen zu buche geschlagen hat fällt dieses Jahr auch komplett weg, der Mikrocontroller hat zwei eingebaute 12Bit DA-Wandler.

Die 3,3V-Versorung übernimmt ein hocheffizienter Schaltregler welcher bei 550kHz Schaltfrequenz einen Wirkungsgrad von 95% erreicht - bei der ohnehin heizenden Endstufe bitter nötig.

Hier sind die Schaltpläne in der aktuellen Fassung:

Um das Layout möglichst klein zu halten und um die HF-Eigenschaften zu verbessern haben wir entschieden dieses Jahr eine vierjahrige Platine zu machen. Außerdem hoffen wir, das Easyrider aus dem Fingerforum uns die Platinen anfertigen kann. Wenn dies scheitert gibt es immer noch den freundlichen Chinamann von iTead der uns die Platine für 80USD+Versand vor die Haustür legen würde.

So sieht das Layout bis jetzt aus:

Die Massefläche ist etwas zerstückelt um die Pulsströme des Schaltreglers und des Mikrocontrollers vom kritischen Analogteil abzuhalten:

 

Ende

Auf Grund von Zeitmangel an allen Enden (Mitten im Studium) und des großen Aufwands dieses Projektes ist es schließlich eingeschlafen. Zwischenzeitlich gab es Überlegungen, die Hardware von 2014 wieder zu verwenden und nur kleinere Verbesserungen zu entwickeln, doch auch diese sind dann im Sande verlaufen.

Kurzfristige Pläne beim Treffen 2015, die Hardware von 2014 1:1 noch einmal einzusetzen, scheiterten daran, dass so kurzfristig keine ausreichende Menge Wasserstoff beschafft werden konnte.

Downloads:

Downloadschematics_layout.pdf
1308 Download
17.08.2014