عنوان

بررسی چالشها و راهکارهای موجود در طراحی و ساخت پردازشگر مرکزی نانو ماهواره‌ها

‭۱۸۶۰۳پ‬

per

بررسی چالشها و راهکارهای موجود در طراحی و ساخت پردازشگر مرکزی نانو ماهواره‌ها

/مهدی جباری وند

: مهندسی برق و کامپیوتر

، ‮‭۱۳۹۵‬

، میرزائی

چاپی

کارشناسی ارشد

مهندسی برق - الکترونیک

‮‭۱۳۹۵/۰۶/۱۷‬

تبریز

نانو ماهواره‌ها ‮‭(NanoSatellite)‬ از خانواده ماهواره های مینیاتوری و از دسته ماهواره های تحقیقاتی فضایی با جرمی کمتر از ‮‭۱۰‬ کیلوگرم هستند که اکثرا با استفاده از قطعات و لوازم با رنج صنعتی ساخته می شوند .تحقیقات و ساخت این مدل از ماهواره ها با هدف کاهش هزینه های ساخت ماهواره ها و پاسخگویی به گستره وسیعی از نیازهای نظامی و تجاری شروع شد و به سرعت دانشگاه های زیادی شروع به تحقیقات و ساخت نمونه های عملی از آن کردند .با وجود اینکه دانش تئوری این مدل از ماهواره از سطوح دانشگاهی پا گرفته است ولی شرکت هایی نظیر شرکت هواپیما سازی بوئینگ نیز به ساخت و تولید این نوع از ماهواره ها سوق آورده اند .قالب ‮‭CubeSat‬ از جمله مدل های رایج نانو ماهواره هاست که مورد توجه سازندگان رادیوهای آماتوری، محققین دانشگاهی و شرکت های مخابراتی قرار گرفته و دایره وسیعی از نیاز های آماتوری و حتی تجاری را پوشش داده است .ماهواره های موجود در فضا و به تبع آن اجزای داخلی این ماهواره ها باید با محدودیت های سخت افزاری مربوط به محیط فضا سازگار بوده و همچنین با رعایت این نکته که در چنین شرایطی امکان تعمیر سیستم وجود ندارد، ساخته شوند .بنابراین طراحی و مونتاژ بردهای الکترونیکی آنها باید با قوانین سخت تری نسبت به معیار های معمول طراحی، صورت پذیرد .پردازشگر مرکزی یا به عبارتی رایانه روی‌برد ‮‭(OBC)‬ نانوماهواره وظیفه کنترل و پردازش داده های جمع آوری شده از ‮‭Payload‬ های مختلف ماهواره و همچنین پردازش و توزیع دستورات ارسالی از ایستگاه زمینی کنترل را برعهده دارد .با توجه به هدف نانوماهواره، نوع و بودجه طرح، ادوات بکار رفته در ‮‭OBC‬نانوماهواره‌ها و طبیعتا ضریب اطمینان آن متفاوت خواهد بود .در این پایان‌نامه ابتدا چالش های موجود در سه بخش :شرایط فضا، قطعات و طراحی برد ‮‭PCB‬ بررسی شد و سپس با توجه به نیازسنجی انجام گرفته طرح ‮‭OBC‬ پیشنهادی ارائه شد .در این طرح از تکنیک های افزونگی برای افزایش ضریب اطمینان ‮‭OBC‬ استفاده شد .تکنیک ‮‭Standby (Cold)‬ در سطح پردازشگر و تکنیک ‮‭TMR‬ برای حافظه ذخیره سازی داده بکار گرفته شد .میکروکنترلر ‮‭MSP۴۳۰F۱۶۹‬ بدلیل مصرف توان بسیار پایین و عملکرد مناسب بعنوان ‮‭Master‬ و همچنین میکروکنترلر ‮‭STM۳۲F۴۱۵RGT۶‬ از خانواده‮‭M۴ -Cortex- ARM‬بصورت ‮‭Redundant‬ برای سرویس دهی به ‮‭Payload‬ های مختلف انتخاب شد .میکروکنترلر مذکور توان مصرف پایین و عملکرد فوق العاده مناسب و رنج قیمتی مناسبی دارد .در آخر ‮‭PCB‬ مدل مهندسی ‮‭OBC‬ پیشنهادی طراحی شد

Abstract: Nano satellites is member of miniature satellite's family and from space research satellites group with weighing less than 10 kilograms, most of which are made using industrial parts and accessories. The research and development of this model of satellites began with the goal of reducing the cost of building satellites and responding to a wide range of military and commercial needs, and quickly many universities began to research and build practical examples. Despite the fact that the theory of this model of satellite has taken from academic levels, companies such as the Boeing Aircraft Company have been pushing for the production of these types of satellites. The CubeSat format is one of the most commonly used nanosatellite models that has been featured by amateur radios, academic researchers and telecom companies, and has covered a wide range of amateur and even commercial needs. The satellites in space and, consequently, the internal components of these satellites should be compatible with the hardware constraints of the space environment and also with the consideration that in such circumstances there is no possibility of repairing the system. Therefore, they should be designed and assembled with more stringent rules than the standard design criteria. The onboard computer (OBC) of nanosatellite, is the task of controlling and processing the data collected from various satellite payloads, and processing and distributing commands sent from the ground control station. With regard to the purpose of the nanosatellite, the type and budget of the project, the devices used in the OBC of nanosatellite will naturally be different from its reliability. In this thesis, at the first, three challenges were considered: space conditions, components and design of the PCB board; and then, according to the needs assessment, the proposed OBC scheme was presented. In this design, redundancy techniques were used to increase the reliability of OBC. The Cold standby method at the processor level and the TMR technique were used for data storage. The MSP430F169 microcontroller has been selected as a master due to its low power consumption and good performance and STM32F415RGT6 microcontroller from ARM-Cortex-M4 family as Redundant for various payload services. That microcontroller has low power consumption and excellent performance and good price ranges. At last, the PCB of proposed engineering model of OBC was designed

جباری وند، مهدی

کریمیان خسروشاهی، قادر، استاد راهنما

صبحی قشلاقی، جعفر، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی