Roket Uçuş Bilgisayarı: Apogee'de Paraşüt

Kulübünüzün model roketi için bir uçuş bilgisayarı yazıyorsunuz. Roket en yüksek noktaya (apogee) ulaştığında kart paraşütü ateşlemeli. Erken ateşlenen paraşüt yüksek hızda açılır ve yırtılır; hiç ateşlenmezse roket yere çakılır. Rampada beklerken yanlışlıkla ateşlenmesi ise ekip için tehlikelidir.

Kartın üzerinde barometre yok: apogee yalnızca ivmeölçerden bulunacak.

Donanım

• Arduino Nano 33 BLE (nRF52840, 3,3 V lojik). Seri konsol Serial1 (D0/D1), 115200 baud. Serial USB'dir ve testlerde görülmez.
• HW-579 IMU kartı, Wire üzerinden (A4 = SDA, A5 = SCL). Kartın üzerindeki ADXL345 ivmeölçerin I2C adresi 0x53'tür. Kart, sensörün +Z ekseni roketin burnuna bakacak şekilde monte edilmiştir; rampada dururken Z ekseni yaklaşık +1 g okur. Kartta pull-up dirençleri vardır.
• D2: paraşüt ateşleme kanalı (lojik seviye N-MOSFET, e-match). HIGH = ateşle.
• D3: aktif buzzer. HIGH = ses.

Register adresleri, ölçek ve veri formatı Datasheet sekmesindedir.

Gereksinimler

Kodu sketch/sketch.ino dosyasına (setup() ve loop()) yazın.

1. Açılış. İvmeölçeri ölçüm moduna alın. Kalkışta ivme 13 g'ye kadar çıkabilir: ölçüm aralığını ve çözünürlüğü, bu ivme kırpılmadan okunacak şekilde ayarlayın. Hazır olunca Serial1'e READY yazın.
2. Örnekleme. Z eksenini en az 100 Hz ile okuyun ve g'ye çevirin.
3. Kalkış algılama. Z ivmesi 2,5 g'nin üstünde en az 50 ms kesintisiz kalırsa roket kalkmıştır. O anda LAUNCH <ms> yazın (<ms> = millis()). Daha kısa darbeler (rampaya çarpma, taşıma) kalkış sayılmaz.
4. Dikey hız. Kalkıştan itibaren dikey hızı, her örnekte v += (a_z − 1 g) × 9,80665 × dt ile güncelleyin (dt saniye cinsinden gerçek örnek aralığı). Kalkışı onaylamak için beklediğiniz 50 ms'yi de hıza katın; aksi halde itkinin başı kaybolur.
5. Apogee ve paraşüt. Uçuşta hız sıfır veya altına indiğinde roket apogee'dedir: D2'yi 1000 ms boyunca HIGH yapın, sonra LOW'a çekin ve DEPLOY <ms> yazın. Paraşüt bir kez ateşlenir.
6. Rampa güvenliği. Kalkış algılanmadan D2 asla HIGH olmaz. Açılışta D2 ve D3 çıkış yapılıp LOW'a çekilir.
7. Kurtarma buzzer'ı. Paraşüt ateşlenene kadar buzzer sessizdir. Ateşlendikten sonra 200 ms açık / 200 ms kapalı sürekli öter (roketin yerde bulunması için).
8. Konsol. Serial1'e yalnızca READY, LAUNCH <ms> ve DEPLOY <ms> satırları yazılır.

Örnek konsol çıktısı:

READY
LAUNCH 1560
DEPLOY 7810

İvmeölçer ne ölçer?

İvmeölçer serbest düşüşte 0 g, rampada +1 g okur: ölçtüğü, yerçekimi hariç tutulmuş ivmedir. Bu yüzden dikey hız için okunan değerden 1 g çıkarılır.

Neden apogee'de hız sıfır?

Roket yükselirken dikey hız pozitiftir, tepe noktasında sıfırdan geçer ve düşerken negatif olur. Hız integralinin işaret değiştirdiği an apogee'dir.

Kablolama

Wiring sekmesinde devreyi kurun. Paraşüt MOSFET'inin gate'i, kart açılırken ya da reset sırasında asla boşta kalmamalıdır: boşta kalan bir gate paraşütü rampada ateşleyebilir.

Başarı ölçütleri

1. Sketch derlenir.
2. Farklı motorlarla yapılan uçuşlarda paraşüt apogee'den en fazla 250 ms önce, en fazla 750 ms sonra ateşlenir.
3. Rampadaki darbeler paraşütü ateşlemez ve kalkış satırı yazdırmaz.
4. Buzzer yalnızca paraşüt açıldıktan sonra öter.

Run'a bastığınızda Uçuş sekmesinde roketin uçuşunu, apogee'yi ve paraşütün açılıp açılmadığını izleyebilirsiniz.