Implementering av robust kameramodul for lavbane, lavkost satellitt

• Main Author: Borja, Lasse Tolly
• Format: Others
• Language: Norwegian
• Published: Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Institutt for elektronikk og telekommunikasjon 2006
• Subjects: ntnudaim; SIE7 kommunikasjonsteknologi; Signalbehandling og kommunikasjon
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:no:ntnu:diva-10282

Formålet med denne oppgaven er å videreføre arbeidet fra forutgående prosjektoppgave der muligheten for å implementere kameramodul i en studentsatellitt ble utredet. Valg av billedsensorteknologi er gjort i prosjektoppgaven. Arbeidsbetingelser relatert til rommiljø og belastninger under oppskyting av satellitten med henblikk på romkvalifisering av kameramodulen er også utredet i prosjektoppgaven. Sammendrag av prosjektoppgaven er tatt med i Appendiks A. Innledningsvis er det gjort rede for arbeidsbetingelser knyttet til kameraprosjektet, og oppgavens omfang er avgrenset. Den ferdige kameramodulen skal brukes i en studentsatellitt, bilder fra jordbane er tenkt brukt i arbeide med å rekruttere skoleungdom til realfag. Funksjonsannsynlighet og naturtro bildegjengivelse er derfor viktigere enn instrumentell nøyaktighet. Det overordnede mål er å utvikle en kameramodul med størst mulig funksjon-sannsynlighet, og derfor så få ,og robuste komponenter som mulig. En kortfattet systembeskrivelse konkluderer med at kameramodulen skal kunne eksponere og lagre ett enkelt bilde, for senere overføring til bakkestasjon via satellittplattformens telemetrisamband. Overføring av datastrøm fra bildebrikke til minnekrets skal håndteres av en kommersielt tilgjengelig mikrokontroller med 8 bits arkitektur. Mikrokontrolleren AVR Mega1281 fra Atmel er valgt. Prototyp av flightmodel består av to kort. SC-1A er et test- og tilkoblingskort for bildebrikken MT9V111, og ble utviklet under arbeidet med den forutgående prosjektoppgave. SC-1B er et kontrollkort med mikrokontroller, minnebrikke og noen enkle støttekretser. Den fysiske implementeringen av kameraprototypen er beskrevet. Spesielt krevende er sanntid overføring av datastrøm fra bildebrikke til eksternt dataminne, gitt begrensninger i mikrokontrollerens klokkefrekvens. Overføring av data fra bildebrikken er avbruddstyrt med avbruddsignaler fra bildebrikken. Kjernen i programvaren er et 2 instruksjoners assembly-segment, som med støtte i mikrokontrollerens maskinvare, overfører et 8 bits dataord fra bildebrikken til en ekstern RAM-brikke. Hele operasjonen utføres i løpet av 4 klokketikk, inklusive fortløpende inkrementering av eksternminnets adressebuss. Det er vist hvordan oppdeling av minneadressebussen, i én statisk og én dynamisk del, kan brukes til å omgå begrensninger i mikrokontrollerens bussbredde. Prototypemodulens kretskomponenter er delt inn i inn i primær- og sekundærkomponenter, der de primære er del av den endelige kameramodulen som skal opp i rommet, mens de sekundære er støttekomponenter skal forenkle implementering av prototyp, og muliggjøre testing direkte på modulen mens den er i drift. I gruppen primærkomponenter finner vi bildesensor, mikrokontroller, minnebrikke, adressebuss-lås og avkoblingskondensatorer. Disse kretskomponentene er gjennomgått i detalj, med spesiell vekt på egenskaper av betydning for kameramodulen. Av sekundærkomponentene er det bare klokkekilden som er behandlet. For å begrense kompleksitet og antall frihetsgrader i eventuell feilsøking er det i prototypemodulen brukt en ekstern krystalloscillator med utgangsdrivere og programmerbar frekvensdeler, slik at klokkesignal med frekvensen F0/2 kan tappes ut i tillegg til masterklokke med frekvensen F0. F0/2 trengs i denne implementering som masterklokke til bildebrikke. I flightmodel SC-2 vil et krystall bli brukt som kilde for masterklokke. Mikrokontrolleren har krystall-inngang med inverterende forsterker. Klokkesignal til bildebrikken vil bli generert av mikrokontrolleren. 3.0V er valgt som et kompromiss mellom de ulike kretskomponentens krav til forsyningspenning. Med samme driftspenning for alle kretskomponenter kan databusser kobles direkte sammen, uten konvertering av logikknivåer. Kretsskjema er utarbeidet i et CAD-basert kretskortverktøy. Kretskort for prototypemodulens kontrollkort skal produseres i 4-lags teknikk med forsyningspenning og jord distribuert på separate plan for å unngå serieinduktans i strømforsyning som kan resultere i at logiske desisjonsnivåer har distribuerte, instantane nivåforskjeller for de ulike kretskomponentene. Fullstendig programkode i C er tatt med i Appendiks, sammen med MATLAB-skript for generering av bildefil. Arbeidet med kameraprototypen viser at det er fullt mulig å realisere en robust kameramodul med dataoverføring styrt av en mikrokontroller.