Download
1 / 36
360 likes | 529 Vues
گزارش طراحي دقيق گروه ابرکن سرگروه: علي محمدي دانشکده هوافضا- دانشگاه صنعتي اميرکبير پاييز1390 گروه طراحي can-sat ابرکن.
E N D
گزارش طراحي دقيق گروهابرکنسرگروه:علي محمديدانشکده هوافضا- دانشگاه صنعتي اميرکبيرپاييز1390گروه طراحيcan-satابرکن
نوع ماموريت:تصويربرداري به همراه گسترش آنتن در کلاس آزاداعضاي گروه:علي محمديپرهام پاشايیزهرا قادريعليرضا جباريآرش عليجانزادهسرگروه:علي محمدياستاد راهنما:جناب آقاي دکتر رييسي
کار طراحي کن ست تيم به طور عملي از 15 شهريور ماه و با بازگشايي مجدد دانشگاه صورت گرفت که البته وقفه طولاني ناشي از تعطيلي دانشگاه بر روي کار گروه تاثير گذاشت. انتخاب قطعات الکترونيکي از منابع اينترنتي، رجوع به بازار براي کسب اطلاعات دقيقتر ساختاري و مالي و بازنگري در انتخاب برخي قطعات از مواردي بود که عمده فعاليتهاي مربوط به آقايان دانشور و جباري بود. کار طراحي مکانيکي بدنه با نرمافزار کتيا و تحليل استاتيکي، ديناميکي آن به کمک نرمافزار Ansysبه عهده آقاي محمديبود. انتخاب ماده مناسب براي استفاده در چتر کن ست، محاسبات مربوطه و ساير کارهاي آنرا خانم قادري به عهده داشتند. مراحل ترجمه مطالب مورد نياز و طراحي گزارش را هم آقاي عليجانزاده به عهده داشتند.
موارد فوق به همراه درصد مشارکت کلي افراد به صورت خلاصه در جدول زير ميآيد:
در پايان مرحله طراحي دقيق، انتخاب قطعات صورت پذيرفته و سازه از نظر مکانيکي آماده ساخت است. اميد است در روزهاي آينده منتهي به 10 مهرماه با تامين بودجه مالي لازم از طرف دانشکده، تيم موفق به پياده سازي نهاييبرنامههاي خود شود. علي محمديمهرماه 1390
1-مفهموم عمليات: در ابتداي گزارش لازم ميدانم ماموريتهاي کن ست تيم مجددا ذکر شود:تصوير برداري: در اين ماموريت، هدف برقرار کردن ارتباط راديويي با ايستگاه زميني است. در اين ماموريت دوربين تعبيه شده در کن ست، با تصوير برداري از سطح زمين به صورت همزمان دادههاي تصويري تهيه شده خود را به ايستگاه زميني خواهد فرستاد.گسترش آنتن:پس از پايان ماموريت اول و فرود موفقيت آميز کن ست بر روي زمين، در مرحله دوم آنتن تعبيه شده در بالاي کن ست باز شده و لگوي ذخيره شده در واحد حافظه خود را به ايستگاه زميني خواهد فرستاد.
شکل2 - نمونهاي از يک can-sat با ماموريت گسترش آنتن
بيان و تحليل معماري سيستم:در اين قسمت شماتيک مکانيکي سازه مورد بررسي قرار خواهد گرفت. همانطور که در قوانين مسابقات آمده است، گروههاي شرکت کننده در کلاس آزاد بايد ابعادي مطابق با شکل زير، محدوديت وزني 1 کيلوگرم و محدوديت حجمي 1 ليتر را رعايت کنند.
همانطور که در گزارش طراحي اوليه ذکر شده بود، مراحل طراحي سازه کن ست به کمک نرمافزار کتيا صورت پذيرفت. نکاتي که در مرحله طراحي سازه و انتخاب قطعات مورد توجه اعضاي تيم بود به شرح زير بود:وزن کلي سازه طبق محاسبات نرم افزار حدودg 350 می باشد که مناسب است. از چوب بالسا به دلیل انتقال مناسب نیرو های عرضی به عنوان سازه پشتیبان استفاده شود .در مقوله سازه پشتیبان گروه سازه های آماده ای مثل قوطی نوشابه را درنظر دارد که در صورت عدم همخوانی چوب بالسا از این مواد آلومینیومی استفاده خواهد کرد.به دليل وزن کلي 1 کيلوگرم و پيشبيني بحثهاي سازهاي تصميم بر اين شد که از 4 صفحه افقي استفاده شود که فاصله صفحه اول و دوم 70 ميليمتر، فاصله صفحه دوم و سوم و صفحه سوم و چهارم برابر 49 ميليمتر است.صفحه چهارم به دليل اينکه بايد اين امکان را فراهم کند که چتر تعبيه شده از آن بيرون بيايد بايد به صورت حلقهاي طراحي شود.
اين صفحه و صفحات بعدي به دليل کاهش وزن به صورت حفرهدار طراحي شد. همچنين حفرهي دايرهاي وسط به دليل قرار گرفتن دوربين در اين فضاست.8 حفرهي دايره مانند دور آن هم که در صفحات بعدي هم موجود ميباشند، محل قرار گرفتن 8 ميله کربني براي پايدار کردن سازه در راستاي طولي است.جنس تمام 4 صفحه از آلومينيوم ميباشد.تصاوير مربوط به طراحي سازه در نرمافزار به شرح زير است:
در اين دو صفحه حفره وسط به دليل استحکام بيشتر و کاهش تمرکز تنش در سازه کم شده، که البته نيازي به وجود آن نيز نبود.
شکل6 - صفحه بالاهمانطور که قبلا هم ذکر شد اين صفحه بايد به صورت حلقهاي طراحي ميشد تا امکان خروج چتر را به راحتي ميداد.ميله هاي کربني قرار گرفته شده در اطراف صفحات از جنس کربن ميباشد که طول آنها برابر 18 سانتي متر است.
تصوير سازه سر هم شده در نرمافزار به صورت زير است:
طول کلي سازه 18 سانتي متر در نظر گرفته شده که از هر طرف 1 سانتي متر جهت احتياط کم شده است که احتمالااز فضاي اضافي پايين جهت قرار دادن پايه هاي فرودي و از فضاي بال جهت قرار گرفتن قسمتي از آنتن خروجي و يا سامانه باز شدن چتر استفاده ميشود.همانطور که گفته شد از صفحه اول جهت قرار گرفتن دوربين استفاده ميشود، از صفحه دوم جهت قرار گرفتن ميکروپرسسور و از صفحه سوم جهت قرار گرفتن باتري استفاده ميشود. از حفرههاي موجود در صفحات هم جهت عبور سيمهاي ارتباط دهنده استفاده ميشود.
نقشه هاي 3 نماي سازه هم به صورت زير ميباشد.
پس از طراحي سازه توسط نرم افزار کتيا از نرم افزار Ansys جهت تحليل پايداري سازه استفاده شد. نتايج حاصله از اين نرمافزار به صورت زير است. • سپس ماده هاي مورد نظر که آلومينيوم و فولاد است را به سازه اعمال کرده و آنها را به صورت Homogenous Section تعريف کرديم.
در اين تحليل دينامکي از Explicit Step استفاده که جهت اطمينان بيشتر اثر کاهش شتاب توسط چتر هم لحاظ نشد که با اين وجود سازه تحمل ضربه ناشي از فرود را نشان داد. در صورت اعمال اثر چتر شتاب کمتري وارد شده و در نتيجه نيروي کمتري هم به سازه وارد ميشود.جنس چتر از پارچه ی شمعی خواهد بودومساحت آن 1متر مربع است. • محل قرار گيري باتري پشت صفحه سوم ميباشد که از يک باتري ليتيوم 9 ولت جهت تامين انرژي استفاده مي گردد.
معرفي اجمالي زير سيستمها و الزامات مربوط به آنها:همانطور که گفته شد can-sat گروه، وظيفه تصوير برداري و گسترش آنتن را دارد. ميتوان مراحل کلي طراحي را به صورت شماتيک در تصوير زير نشان داد:قطعات الکترونيکي زير مورد نياز خواهد بود:ميکرو کنترلرMega8باطری 9 ولت و 2 آمپرفرستنده و گيرنده wirelessدوربين CMOSآنتن تاشوPhoto cellسنسور ultra sonicCapture card
با استفاده از يک سلول نوري که در بالاي can-sat قرار دارد، هنگام رهاشدن از بالن، با ارسال يک enable، ميکروکنترلر دستور بازشدن چتر و وصل شدن باطری به سیستم را ارسال مي کند. همچنين با استفاده از يک سنسور ultra sonic که در پايين can-sat قرار دارد، فرود ماهواره جهت بازشدن آنتن تاشو تشخيص داده مي شود.جهت پردازش اطلاعات از ميکروکنترلر mega8 استفاده مي شود که با استفاده از زبان برنامه نويسي VB، AVR برنامه ريزي مي گردد
در مورد دوربين فيلم برداري، از يک دوربين CMOSاستفاده مي گردد. این دوربین با وصل شدن باطری فیلم برداری را آغاز کرده و با اتصال آن به سنسور فرستنده بی سیم، اطلاعات به ایستگاه زمینی ارسال می گردند. هزينه اين دوربين 50 هزار تومان است.این تصاویر به وسیله فرستنده بی سیم که در ادامه توضیح داده خواهد شد به زمین ارسال شده و با اتصال سنسور گیرنده به یک capture card snazy با قیمتی حدود 90 هزار تومان این تصاویر در ایستگاه زمین پردازش می شوند.
براي ماموريت گسترش آنتن، نياز به آنتن است که با توجه به ارتفاع محدود can-sat،بايد از آنتن تاشو استفاده کرد. مشخصات آنتن تاشوي مناسب در زير آمده است:JK-433-2.5هزينه اين آنتن حدود 15 هزار تومان است
بخش ارسال اطلاعات:جهت ارسال اطلاعات از فرستنده و گيرنده wireless RX003 در فرکانس 5.6 گيگاهرتز استفاده مي شود. قيمت اين تجهیزات 200 هزار تومان می باشد. برنامه آزمونها (تستهاي مورد نياز): - تست مکانيکي و ساختاري- تست برقي ومحاسباتي- تست بهینه سازی
برنامه آزمونها (تستهاي مورد نياز):يکي از مراحل مهم فرايند طراحي روشهاي تست کردن can-satاست.امتحان کردن سيستمهاي مربوطه به ما نشان ميدهد که چگونه بايد از هر کدام از قطعات به طور مناسب استفاده کرده، مقدار موثر بودن هر يک را فهميده و در طبقه بندي هاي مراحل ضروري ساخت و بهرهوري از can-sat مقدار مناسب اهميت براي آنها در نظر گرفته شود.ميزان اهميت در اين طبقه بنديها با توجه به همان محدوديتهايي است که در هر دوره از مسابقات تعيينميشود.محدوديتهايي مثل:1-هزينه2-وزن و/ يا حجم تعيين شده از طرف برگزار کنندگان مسابقات
تست مکانيکي و ساختاري:ساختار، مهمترين و اولين قسمتي است که براي تست کردن انتخاب مي کنيم، چرا که مي توانيم با کمک تست ساختاري، هزينههاي تقريبا گران بردهاي الکترونيکي و حسگرها را بهينه کنيم و کيفيت کار را تضمين کنيم. ساختار، مهمترين محور امتيازدهي و خاتمه ماموريت است. به اين معني که ساختار کلي و نحوه مقاومت آن بر روي کارکرد هر يک از اجزا تاثير مستقيم گذارده و يک ضعف کوچک ساختاري مي تواند به طور کامل به قطعات روي بردها آسيب برساند. به همين دليل، در مرحله اول، به امتحان کردن قطعات اساسي که در ارتباط مستقيم با ساختار هستند پرداخته ميشود که مشخص شود آيا توانايي تحمل شرايط مسابقه را دارند يا خير. همچنين بهتر است شرايط امتحان کردن ما به دليل در نظر گرفتن شرايط پيش بيني نشده در روز مسابقات کمي سختتر از شرايط اعلام شده در مسابقات باشد که در محاسبات به اين موضوع با عنوان ضريب اطمينان ياد ميکنند.
ساير تستهايي که ميزان احتمال موفقيت ما را در شرکت و به پايان رساندن مسابقه بيشتر ميکند، عبارتند از: - تست اوليهي شکستگي از مواد استفاده شده در ساختار can-sat که براي اين مورد استفاده از ويژگيهاي مختلف مواد و نيز منحنها و نمودارهاي قطعات که در مراجع مختلف موجود است، کار را بسيار سادهتر مبکند.- جهت بررسي اثر خستگي و انتشار ترک روي بدنه بايد تست صورت پذيرد که براي اين منظور يک قسمت کوچک از بدنه را تست ميکنيم. همچنين در اين مورد هم ميتوان از نمودارهاي ماده تشکيل دهنده بدنه کمک گرفت. - سيستم اتصال چتر به can-satبايد دوباره تست شود.- خطر نقص سيستم الکتريکي مي تواند دما را تا چندين مرحله بالاتر ببرد، پس سيستم الکتريکي بايد به درستي تست شود تا اطمينان خاطرلازم را براي طراحي بدست بياوريم.
تست برقي ومحاسباتي:سيستم برق و کامپيوتر به دليل رابطهشان با بخش عملکردي، بحراني هستند. بنابراين، دقت تست کردن وسايل برقي و کامپيوتر سيستم از موارد داراي اهمیت ميباشد. در اين مرحله از تست، سنسور ها بايد به طور جداگانه امتحان شوند. همچنين در اين مرحله، ميزان تـوان ارائه دهنده سيستم های برقي بايد بررسي شده و از عملکرد صحيح و مورد انتظار آنها اطمينان حاصل شود. زير سيستمهاي مرتبط عموما به صورت زير ميباشند:سيستم ارتباطي بايد به درستي کار کند و با ايستگاه زميني ارتباط برقرار کند.هر تابع بايد به طور جداگانه در ابتدا تست شوند، سپس فرمان هايي که از ميکروکنترلر به طور جداگانه دريافت ميشوند بايد تست شوند.دستگاه هاي خروجي بايد بعد از دستگاه ورودي امتحان شوند و در هر زمان مورد نياز کار کنند.از آنجايي که can-satداراي دستگاههاي مستقل زيادي است که هر يکداراي توان مصرفي جداگانهاي ميباشند، نياز به توليد قدرت مورد نياز مناسب يک امر مهم در موفقيت پروژه است.در هنگام مشخص کردن مدار بايد توجه شود که مدار بتواند محدوديت ولتاژ عرضه شده (ذخيره شده) براي محافظت از سنسور ها و تجهيزات را رعايت کند.باطريها جهت مشخص شدن طول عمر و ميزان قدرت توليدي در طول شرايط پروازي تست شوند.
تست بهينه سازي:تست بهينه سازيcan-sat به منظور اطمينان از فرود موفقيت آميز آن انجام مي شود. سيستم بهينه سازيcan-sat بايد ايمني فرود را در سرعت هاي مجاز براي فرود تضمين کند. موارد داراي اهميت در اين تست به شرح زير است:1) امتحان قوانين تجربي در طول باز شدن چتر 2) ثابت ماندن سرعت فرود با چتر
نيروهاي ناشي از باز شدن چتر را مي توان با پرتاب can-sat با چتر هاي باز نشده از ارتفاعات شبيه سازي کرد. همچنين در صورت امکان استفاده از تونل باد مناسب براي انجام تست هم ميتواند مورد استفاده قرار گيرد. در اين مرحله بايد تايين شودکه چترمان تحمل نيروهاي وارده بر خود را دارند يا خير و نيز تعيين مي شود که چتر مورد استفاده تحمل چه سرعتي از باد را دارد.اگر از اتصالات فلزي ميان can-sat و چتر استفاده شود، محتمل ترين محل براي ايجاد اختلال در فرود، همين نقاط اتصال که محل تمرکز نيروهاي وارده بر چترند، ميباشند.طبق بررسيهاي صورت گرفته از مسابقات برگزار شده، در صورتيکه چتر مورد استفاده توانايي تحمل نيروي اضافي معادل 20 گرم را دارد، در اين صورت can-sat، استانداردهاي مورد نياز فرود را خواهد داشت.براي امتحان ميزان استاندارد بودن چتر مورد استفاده براي فرود can-sat، يک شي هم وزن و شبيه به can-satرا به چتر وصل کرده و زماني را که طول مي کشد تا فرود موفقيت آميز مجموعه به زمين رخ دهد، اندازهگيري ميشود
بودجه بندي و برنامه زماني:بودجه بندي:طبق اعلام گروه مسابقات، سقف هزينههاي مجازبراي ساخت can-sat بايد کمتر از 300000 تومان باشد. اعضاي تيم درصدد تخمين هزينه با توجه به گرفتن ضريب اطمينان مناسب ميباشند. برخي از دلايل اوليه براي در نظر گرفتن ضريب اطمينان به شرح زير است:- آشنا نبودن اعضا با فرآِيند دقيق طراحي در مراحل مختلف که به طور حتم در افزايش هزينهها جهت آزمون و خطا در برخي از مراحل خواهد افزود.- خرابي وسايل در مرحلههاي مختلف که نياز به جايگزيني خواهند داشت.- هزينه هاي پيش بيني نشده طراحي که ميتواند خود را به شکلهاي مختلف نظير عدم سازگاري زير سيستمها با يکديگر خود را نشان دهد.لذا با توجه به موارد فوق و موارد جزئيتر، بهتر است از روشهايي استفاده شود که هزينه ساخت can-sat را کاهش دهد.
