宇宙機お絵かき QFH NanoSatellite

QFHアンテナは半球状の領域でまんべんなく電波を捉えることが出来るので、衛星のように移動して偏波面の変化する電波源を捕えるには丁度よいとされる。(自作してみた記事)NOAA衛星の気象ファックス画像を受信するのに使われるけど、実はNOAA衛星本体にもこのアンテナが搭載されてたりする。

いつものように、衛星そのものに載せてみたらどうなるのかということで、モデリングしてみたものがこちら。

430M帯で設計するだと、ギリギリCubeSatにも搭載できそうな大きさになる。

螺旋状のエレメントが飛び出す形　びっくり箱方式

十分にかっこいいが、(某衛星に似ているのと)姿勢制御は面倒なので沿磁力線制御のみとしたい。このままではアンテナ側が地球指向するための制御が必要になるが、簡単さを求めると姿勢制御は永久磁石くらいに留めたい。となれば解決法は一つ･･･

DNA!

かくして、上下面から飛び出したQFHアンテナにより、只者ではない外見と無指向性を手に入れた。残りのスペースで衛星の動作を行わなくてはならないけど、最近は1Uでも設計次第でかなり空間が余るというから大丈夫だろう。

そもそも、ほとんどのCubeSatはモノポールアンテナやダイポールで済ましている。こうした単純なアンテナは方向によって送受信感度が落ち込むポイントが生まれるのだが、そこは地上局側を高出力/高感度にすることで、感度が落ち込んでも十分通信可能な回線設計がなされている。
ちいさな衛星にとって、QFHは採用するほどの利点があまり無かった(完)

(見た目以外に)無指向性を獲得して得られるメリットとしては、衛星の姿勢を考慮せずに済むことと、地上からほぼ一定の感度で電波が得られそうなことだろうか。　電波強度を測定するのに向いている気がする。　たとえば、世界中の430MHz帯の電波強度マップを作るといった業務が行えそう。それから気象ブイ等のテレメトリ収集だろうか。　アンテナそのものがミッションになるような用途だ。

以上お絵かきでした。

CMOSセンサ+FIFOカメラ

カメラを搭載する用途は結構いろいろ存在する。気づいたらそっち系にまで手を出していたので、最近調べた部品や、おもしろそうなパーツをまとめてみる。

用途は衛星(うぐっ)やローバーなどの小型ロボット機(1リットル以下)とする。

JPEGカメラは当然ながら取得できるのはJPEG圧縮画像だけで、撮影間隔も最短で数秒かかる。ほんとに撮影だけなので画像を処理するには向いてない。
http://www.electronics123.com/s.nl/sc.8/category.207684/.f

CMOSセンサと処理系をつなげて作る

取り込み速度を落とすため、FIFOバッファが必要なことがある。今FIFOバッファメモリを売ってるところは少ないので、FPGAとRAMで同じ事を実現する例も多い。

FIFOメモリ付きCMOSカメラモジュールというのもあった。
http://csun.co.jp/SHOP/2011102801.html
OV7670や7725などにAverLogic社のAL422Bがついている。380kBなので、解像度がVGAだったらRAWフォーマットで一枚収まるかどうかというところ。

FIFOさえ付けば、あとはゆっくり取り込んでいってね、ということで、無理のない所ではSTM32でfsmcバスを使うとか、撮影だけならCortex-M0で省電力にとか。

CMUcam3
FIFOバッファを使ったオープンソースの画像認識モジュールで有名なのがCMUcam3。(らしい)

http://cmucam.org/

センサはちょっと古めだけど、ARM7TDMIコアのLPC2106(48ピン 64kRAM 60MHz)とAL440が付いている。色々と画像処理が行える様子。サーボ端子もあるので、このままボールを追うロボットが作れる。　ちょっと古いのと高いのが難点。

(ちなみにCMUcam1,2はSXマイコンをセンサに直結してクロックの力技で画像認識してるのでこれもまた面白い)

Cortexになってからは足の数とクロックなどのCPU周りの規模がだいぶ住み分けが進んでいるけど、ARM7なLPC2106はこの用途に丁度よい規模＆性能な気がした。

　(LPC2000シリーズというと日本では09年の付属基板が有名だけど、あれはでかすぎる･･･)

MSP430LaunchPad

世の中色々なマイコンがありすぎて、ビビっているうちにArduino使いになってしまっていた人です(ロボットの機構に集中できたので許してください･･･)
･･･と言いつつなんだかんだでひと通りのMCUを積んで試してきたわけですが、そんな部品箱にとうとうMSP430が仲間入り。

500円ちょっとでこのボリューム

TIが出す16ビット低消費電力マイコンとその開発キット。ちょっと前からArduinoも真っ青な低価格で売ってました。TIのボードはみな真っ赤なのか･･･。
http://processors.wiki.ti.com/index.php/MSP430_LaunchPad_(MSP-EXP430G2)/ja

本家ではピンヘッダを基板に取り付けるらしい?(某ボードの影響がここにも)

28ピンか、さもなければ100ピンなMCUばかり扱ってきた感覚で見ると、14ピンDIPの見た目はロジックICみたい。バリューラインとよばれる14/20ピンのラインナップはこのボードで開発可能とのこと。

性能的な対抗馬はPIC24で、RAMとROM容量はPIC16やATtiny2313を彷彿とさせる。特徴としては、温度センサ内蔵機種がある(キットの型番2231は温度センサ内蔵)ということ。消費電力はμアンペアオーダー。

買った段階ですでに電源をつなぐとLEDが点滅し、ボタンを押すと温度測定するプログラムが動作する。　恐ろしいことに5cm衛星用に作った太陽電池(5V5mA)を直結しただけでも動く。数百ルクスの室内でも動作していた。

開発情報も見やすい･･･http://www.tij.co.jp/product/jp/msp430g2231

値段的におまけで買ってしまう範囲ではあるものの、試す気が起きたのは、海外のCubeSatではMSP430がけっこう採用されているという事実。PICと何が違うのだろう･･･という疑問が買うきっかけだったり。
パッケージにロケットが書いてあるし!(違

これはロケットに(ry

方向性としては、エナジーハーベスト電源と組み合わせた超低消費電力のデータロガーやロボットの制御向け･･･だろうか。

このコンセプトを突き詰めると、バリューラインではないものの、ROM/RAMを総FRAM化した　フラッシュをFRAM化したシリーズが本命。　(あとでデータシート見てみたらSRAMはあった)
高速アクセスと不揮発性を両立したFRAMを使うことで、変数などを保ったままリセットが可能に。　EEPROMがRAMとして使えるくらいのアクセス速度を手に入れたと思えば良いのだろうか。
放射線耐性もあるので、極限環境機械のぶっ壊れたくない高信頼性を要求する部分にちょうど良さげ。

FRAM版MSP430実験ボード　http://www.tij.co.jp/tool/jp/msp-exp430fr5739　

さてMSP430はLaunchPadから無事打ち上げることができるのか･･･?　(未完)

最後に･･･このボード、裏面にちゃんとゴム足がついてるあたり只者では無いです。

FemtoCube動作動画

動作動画です。　パケットと音声合成を交互にやってます。間でトランスミッタをONOFF制御してたり。

FemtoCube解剖

MTMで製作完成したハードウェアのBBM。期間中に見てくれた方はありがとうございました。

ここではその全体像を紹介。

衛星システム

人工衛星として必要な機能は、3つの基板が担っている。
･太陽電池基板(SAP)

･電源、バッテリ基板(PCU)

･通信機/マイコン/センサ基板(C&DH)

そして、今回のミッション機器がこちら。

ATP3010F4基板

会場で販売されていたAquesTalk picoを組み込んだ音声合成基板。これによりボイステレメトリを実現。

平面に並べたところ

専用基板を作りたくなりますね。多分太陽電池を除けば、一枚に収まるはず。

FMトランスミッタとカラーセンサ部の接写。黒い配線がアンテナ。

電波出力は微弱無線となるように、0.5mW出力+アッテネータ回路なので、直ぐ圏外になります。

このサイズなので、今のところアップリンクは無し。

電力状況に応じて動作モードを変える方針。

トランスミッタは2chあるので、片方をAFSKパケット、もう片方をAquesTalk　picoの出力に割り当て。

カオスな裏面

 電源部分については、後ほど別記事としてまとめます。

LTづくし

 次記事に動画を載せました。

MTM07出展

MTM07の出展に参加してます。
Artsat.jp

5cm角の模擬衛星が見たい方はぜひ。

場所は東工大の100年記念館(正門すぐの建物)です。

明日はちゃんと他も見てまわりたいなあ。