thiết kế và thực hiện giá ăng ten tự xoay bám theo quỹ đạo của vệ tinh cubesat

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN GIÁ ĂNG-TEN TỰ XOAY BÁM THEO QUỸ ĐẠO CỦA VỆ TINH CUBESAT Sinh viên thực hiện: Cán hướng dẫn: Trần Trung Kiên MSSV: 1117981 Nguyễn Đức Mỹ MSSV: 1117986 ThS Trương Phong Tuyên Lớp: Kỹ thuật Máy tính – Khóa 37 Cần Thơ, tháng 05 năm 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN GIÁ ĂNG-TEN TỰ XOAY BÁM THEO QUỸ ĐẠO CỦA VỆ TINH CUBESAT Sinh viên thực hiện: Trần Trung Kiên MSSV: 1117981 Nguyễn Đức Mỹ MSSV: 1117986 Lớp: Kỹ thuật Máy tính – Khóa 37 Cán hướng dẫn: ThS Trương Phong Tuyên Luận văn bảo vệ tại: Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn Điện tử - Viễn thông Khoa Công Nghệ Trường Đại Học Cần Thơ vào ngày 15 tháng 05 năm 2015 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Luận văn thực bởi: Họ tên: Trần Trung Kiên, MSSV: 1117981, Lớp: Kỹ thuật máy tính 37 Họ tên: Nguyễn Đức Mỹ, MSSV: 1117986, Lớp: Kỹ thuật máy tính 37 Tựa đề Luận văn (Hay tên đề tài): Thiết kế thực giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat Luận văn nộp báo cáo Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn tốt nghiệp Đại học ngành Điện tử Truyền thông/ Kỹ thuật Máy tính, Bộ môn Điện tử Viễn thông vào ngày 15 tháng 05 năm 2015 (Quyết định thành lập Hội đồng số: 133/QĐ-CN ngày 24 tháng 04 năm 2015 Trưởng Khoa Công Nghệ) Kết đánh giá: _ Chữ ký thành viên Hội đồng: Thành viên 1: ThS.Trương Phong Tuyên …………………………… Thành viên 2: TS Lương Vinh Quốc Danh ………………………… Thành viên 3: ThS Võ Ngọc Lợi ……………………….………… i Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat LỜI CAM ĐOAN Đề tài “Thiết kế thực giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat” thực board Raspberry Pi 2, với mục đích thiết kế hệ thống giá đỡ tự động định vị ăng-ten bám theo vệ tinh cách tương đối xác với sai số tối thiểu, từ thu tín hiệu thời điểm với hiệu xuất thu tốt Đồng thời qua góp phần vào nguồn tư liệu cho nghiên cứu sau Do đề tài chúng em chọn để thực Luận văn tốt nghiệp thời gian Trong trình thực đề tài, nhiều thiếu sót kiến thức hạn chế nội dung trình bày báo cáo hiểu biết thành chúng em đạt giúp đỡ giảng viên hướng dẫn Thạc sĩ Trương Phong Tuyên Chúng em xin cam đoan rằng: nội dung trình bày báo cáo Luận văn tốt nghiệp chép từ công trình có trước Nếu không thật, em xin chịu trách nhiệm trước nhà trường Cần Thơ, ngày 10 tháng 05 năm 2015 Sinh viên thực Trần Trung Kiên Nguyễn Đức Mỹ ii Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat LỜI CẢM ƠN Để có kết ngày hôm trước hết xin chân thành cám ơn gia đình cha mẹ người có công ơn sinh thành giáo dục quãng đời vừa qua, đồng thời người quan tâm hỗ trợ kịp thời mặt kinh tế tinh thần giúp có động lực tốt để học tập rèn luyện suốt quãng thời gian Xin gửi lời cảm ơn đến đội ngũ cán giảng dạy trường Đại học Cần Thơ nói chung hai môn Điện tử Viễn thông Tự động hóa trực thuộc Khoa Công nghệ nói riêng tận tình giảng dạy, bảo tạo điều kiện vật chất cho suốt thời gian tham gia học tập trường Đặc biệt xin chân thành cám ơn ThS Trương Phong Tuyên, người trực tiếp hướng dẫn thực đề tài luận văn này, người có dẫn, định hướng kịp thời giúp thực hướng kịp thời hạn đề tài giao, lần xin chân thành cám ơn thầy Trong suốt trình thực đề tài xin cám ơn hợp tác nhóm làm luận văn hướng dẫn thầy Trương Phong Tuyên, toàn thể bạn bè có liên quan sống nhiệt tình động viên ủng hộ, cổ vũ tinh thần cho Xin chân thành cám ơn ! Cần Thơ, ngày 10 tháng năm 2015 Nhóm thực hiện: Trần Trung Kiên Nguyễn Đức Mỹ iii Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat MỤC LỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT MỤC LỤC BẢNG .2 MỤC LỤC HÌNH TÓM TẮT ABSTRACT .5 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Lịch sử giải vấn đề .6 1.3 Phạm vi đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu .7 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .8 2.1 Giới thiệu vệ CubeSat .8 2.2 Hệ thống bám vệ tinh hệ thống giá đỡ 2.2.1 Hệ thống bám vệ tinh 2.2.2 Hệ thống giá đỡ ăng-ten 2.3 Quỹ đạo Phần mềm Gpredict 10 2.3.1 Quỹ đạo 10 2.3.2 Phần mềm Gpredict 11 2.4 Cảm biến gia tốc [1] 11 2.5 Con quay hồi chuyển[1] 12 2.6 La bàn số 12 2.6.1 La bàn 12 2.6.2 Cảm biến từ - từ kế .13 2.7 Giới thiệu board mạch Raspberry Pi[5] 13 2.7.1 Cấu hình Rasberry Pi .14 2.7.2 Giao tiếp ngoại vi 14 2.7.3 Hệ điều hành cho Raspberry Pi .15 2.8 Ngôn ngữ lập trình Python[10] 15 2.8.1 Giới thiệu Python .15 2.8.2 Một số đặc điểm ngôn ngữ Python .15 2.8.3 Các nhánh ngôn ngữ Python 16 2.8.4 Lập trình giao diện Tkinter 16 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG .17 3.1 Sơ đồ khối hệ thống .17 3.2 Giới thiệu module cảm biến 18 3.2.1 Module cảm biến MPU6050[1][8] 18 3.2.2 Module cảm biến la bàn số HMC5883L[7] 23 3.3 Động bước 28 3.3.1 IC Mạch cầu H L293D[6] 29 3.3.2 Chế độ Half step điều khiển động bước 30 3.4 Nghiên cứu giải thuật cho hệ thống .31 3.4.1 Sơ đồ giải thuật hệ thống: 31 3.4.2 Sơ đồ giải thuật điều khiển góc phương vị (Azimuth): 32 3.4.3 Sơ đồ giải thuật điều khiển góc nghiêng (Elevation): 34 CHƯƠNG PHẦN MỀM 35 iv Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat 4.1 Tổng quan giao diện chương trình 35 4.1.1 Giao diện chương trình 35 4.1.2 Chức hoạt động 35 4.1.3 Giải thuật chương trình phần mềm .36 4.1.4 Giải thuật thực nút tùy chọn: 37 4.2 Phần mềm gpredict[9] 38 4.2.1 Giao diện chương trình Gpredict 38 4.2.2 Xác định trạm thu phần mềm Gpredict 38 4.2.3 Các vệ tinh cần theo dõi phần mềm Gpredict .39 4.2.4 Dữ liệu vệ tinh 39 4.3 Các giải thuật giao tiếp với hệ thống 41 4.3.1 Dạng file text liệu 41 4.3.2 Giải thuật truyền liệu từ file text .41 4.4 Các giải thuật đồ họa 42 4.4.1 Mô liệu cách vẽ hình Canvas 42 4.4.2 Vẽ hình 42 4.4.3 Giải thuật vẽ hình mô liệu 44 4.4.4 Giải thuật cập nhật hiển thị liệu giao diện chương trình 45 4.4.5 Giới thiệu công cụ MATPLOTLIB 45 KẾT QUẢ 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 Phần cứng: .52 Phần mềm: .52 Kiến nghị: 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 54 Giao diện chương trình gpredict 54 Cách sử dụng chương trình 54 Xác định vị trí trạm thu mặt đất 54 Chọn vệ tinh cần theo dõi 55 Lưu liệu 56 PHỤ LỤC 57 Giới thiệu công cụ vẽ giao diện hệ thống .57 Giới thiệu giao diện hệ thống 57 Các bước sử dụng giao diện hệ thống 58 v Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Az CRA CRB CubeSat DMP E El GEO GPIO GSO HEO I2C ICO, MEO LEO MEMS N OS S TV VAST VNSC W Azimuth (Góc phương vị) Configuration Register A Configuration Register B Vệ tinh siêu nhỏ Digital Motion Processor Cực Tây Elevation (Góc ngẫng) Quỹ đạo địa tĩnh General purpose input/output Quỹ đạo Trái Đất đồng Quỹ đạo Trái Đất tầm cao Inter-Integrated Circuit Quỹ đạo Trái Đất tầm trung Quỹ đạo Trái Đất tầm thấp Micro-electro-mechanical System Cực Bắc Operating system Cực Nam Tivi Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Trung tâm Vệ tinh Quốc gia Việt Nam Cực Đông Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat MỤC LỤC BẢNG Bảng 3.1: Chức chân module MPU-6050 19 Bảng 3.2: Các ghi thiết lập hoạt động MPU-6050 19 Bảng 3.3: Nguồn xung clock cho quay hồi chuyển 20 Bảng 3.4: Bảng tham chiếu đồng mở rộng 20 Bảng 3.5: Chỉ số lọc hạ thông 21 Bảng 3.6: Các khoảng đo đạc quay hồi chuyển 22 Bảng 3.7: Các khoảng đo đạc gia tốc kế 22 Bảng 3.8: Bảng ghi liệu cảm biến MPU-6050 23 Bảng 3.9: Chức chân Module HMC5883L 24 Bảng 3.10: Danh sách ghi HMC5883L 24 Bảng 3.11: Miêu tả bit ghi CRA 25 Bảng 3.12: Miêu tả bit ghi CRB 26 Bảng 3.13: Miêu tả bit ghi MODE 27 Bảng 3.14: Mode half step 30 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat MỤC LỤC HÌNH Hình 2.1: Vệ tinh Ncube-2 Na Uy Hình 2.2: Mô hình kỹ thuật vệ tinh siêu nhỏ F-1 Hình 2.3: Hình ảnh trục phương vị, góc nghiêng Hình 2.4: Một mô hình gắn kết trục ăng-ten 10 Hình 2.5: Ảnh chụp phần phần mềm Gpredict 11 Hình 2.6: Cấu tạo cảm biến gia tốc 11 Hình 2.7: Cấu tạo khí quay hồi chuyển 12 Hình 2.8: Hình ảnh la bàn từ 13 Hình 2.9: Board mạch Raspberry Pi 14 Hình 2.10: Giao tiếp ngoại vi board mạch Raspebeery Pi 14 Hình 2.11: Hệ điều hành Raspian hệ thống .15 Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống 17 Hình 3.2: Hình ảnh thực tế Module MPU-6050 .18 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý module MPU-6050 19 Hình 3.4: Cấu trúc ghi PWR_MGMT_1 19 Hình 3.5: Thanh ghi CONFIG 20 Hình 3.6: Cấu trúc ghi SMPLRT_DIV 21 Hình 3.7: Cấu trúc ghi GYRO_CONFIG 21 Hình 3.8: Cấu trúc ghi ACCEL_CONFIG 22 Hình 3.9: Hình ảnh thực tế module HMC5883L – (GY271) .23 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý module HMC5883L 24 Hình 3.11: Sơ đồ ghi CRA 25 Hình 3.12: Tốc độ bit ngõ 25 Hình 3.13: Thiết lập cho ghi CRA 25 Hình 3.14: Thanh ghi CRB .26 Hình 3.15: Thiết lập phạm vi cảm biến .26 Hình 3.16: Thanh ghi MODE 26 Hình 3.17: Dữ liệu ban đầu .27 Hình 3.18: Dữ liệu sau thay đổi x + 185, y + 80 28 Hình 3.19: Hình ảnh động bước 29 Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý mạch L293D 29 Hình 3.21: Sơ đồ layout mạch L293D 29 Hình 3.22: Sơ đồ giải thuật hệ thống 31 Hình 3.23: Sơ đồ giải thuật điều khiển trục Az .32 Hình 3.24: Sơ đồ giải thuật chương trình move_to 33 Hình 3.25: Sơ đồ giải thuật điều khiển trục El 34 Hình 4.1: Giao diện chương trình phần mềm 35 Hình 4.2: Sơ đồ giải thuật chương trình phần mềm 36 Hình 4.3: Giải thuật nút tùy chọn .37 Hình 4.4: Giao diện chương trình Gpredict 38 Hình 4.5: Giao diện mô tả trạm thu mặt đất 38 Hình 4.6: Giao diện mô tả danh sách vệ tinh cần theo dõi 39 Hình 4.7: Mô tả thông tin liệu vệ tinh 40 Hình 4.8: Đường vệ tinh trục tọa độ .40 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat 4.4.4 Giải thuật cập nhật hiển thị liệu giao diện chương trình Giải thuật đọc liệu hiển thị liệu giao diện chương trình sau: Bắt đâu Gán liệu ban đầu Định dạng đồ họa cho liệu Đọc liệu từ hệ thống Sai Hiển thị liệu giao diện Cập nhật liệu Bật ngắt ? Đúng Kết thúc Hình 4.17: Giải thuật hiển thị liệu hiển thị liệu giao diện 4.4.5 Giới thiệu công cụ MATPLOTLIB Matplotlib: thư viện vẽ đồ thị 2D dành cho ngôn ngữ lập trình Python mở rộng dành cho việc tính toán liệu thư viện Numpy Matplotlib cho phép nhúng đối tượng chương trình nhằm mục đích phát họa đồ thị, hình ảnh, biểu đồ, nhiễu xạ… công cụ GUI wxPython, Qt Gtk+ Ngoài Matplot có công cụ “pylab” dựa hệ thống phần mềm OpenGL, thiết kế cách chặt chẽ giống như MATLAB Numpy: gói chương trình phục vụ cho tính toán khoa học ngôn ngữ lập trình Python 45 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat Để sử miêu tả liệu thực hệ thống theo thời gian, ta sử dụng công cụ Matplotlib Numpy để vẽ đồ thị, thuận tiện cho việc đánh giá kết thực so với yêu cầu cho hệ thống Đồ thị vẽ bao gồm:  Tên biểu đồ, thích trục đồ thị  Hai trục tung để biểu diễn góc phương vị (phía bên trái đồ thị) góc ngẩng (phía bên phải đồ thị)  Trục hoành biểu diễn cho thời gian tương ứng với giá trị góc phương vị góc ngẩng hệ thống Hình 4.18: Giao diện vẽ đồ thị hệ thống 46 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat KẾT QUẢ Thiết kế mô hình mô hệ thống hoạt động Hình 0.1: Hình ảnh thực tế mô hình hệ thống giá xoay ăng-ten Phần mềm điều khiển hiển thị hệ thống Hình 0.2: Hình ảnh phần mềm điều khiển hệ thống 47 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat Một số liệu giám sát vệ tinh: ** Dữ liệu vệ tinh CANX vào 10:06:18 ngày 16/05/2015: 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 10:06:18 10:07:03 10:07:47 10:08:32 10:09:16 10:10:01 10:10:45 10:11:29 10:12:14 10:12:58 10:13:43 10:14:27 10:15:11 10:15:56 10:16:40 10:17:25 10:18:09 10:18:54 10:19:38 10:20:22 146.64 144.51 141.99 138.97 135.28 130.68 124.84 117.34 107.69 95.58 81.36 66.39 52.51 40.90 31.73 24.64 19.13 14.79 11.32 8.50 -1.83 0.59 3.18 5.99 9.05 12.40 16.03 19.87 23.67 26.87 28.67 28.46 26.31 22.92 19.08 15.25 11.66 8.36 5.34 2.56 3540 3265 2994 2729 2473 2230 2005 1804 1639 1521 1461 1468 1540 1668 1842 2049 2279 2527 2786 3054 6151 6148 6145 6143 6141 6139 6138 6137 6136 6135 6135 6135 6135 6136 6137 6138 6140 6141 6143 6145 Hình 0.3: Biểu đồ truyền kết Hình 0.4: Biểu đồ sai số 48 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat ** Vệ tinh AAU-CUBESAT vào lúc “09:31:00” ngày 10/05/2015 Hình 0.5: Hình ảnh liệu lúc 09:32:24 Hình 0.6: Biểu đồ liệu kết sau quay Hình 0.7: Biểu đồ sai số 49 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat **Vệ tinh AAU-CUBESAT lúc 10:45:00 ngày 16/05/2015 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 2015/05/16 10:45:04 10:45:50 10:46:36 10:47:21 10:48:07 10:48:53 10:49:39 10:50:25 10:51:11 10:51:56 10:52:42 10:53:28 10:54:14 10:55:00 10:55:45 10:56:31 10:57:17 10:58:03 10:58:49 10:59:34 164.38 164.01 163.58 163.03 162.33 161.36 159.93 157.58 153.01 140.51 77.36 13.73 1.17 356.60 354.29 352.91 352.00 351.37 350.92 350.58 0.00 2.89 6.11 9.80 14.14 19.44 26.19 35.19 47.63 64.33 78.00 64.43 47.69 35.24 26.22 19.46 14.15 9.80 6.11 2.88 3329 3024 2719 2416 2117 1825 1544 1283 1057 894 832 893 1056 1282 1543 1824 2116 2415 2718 3023 6153 6150 6147 6144 6142 6140 6139 6137 6137 6136 6136 6136 6136 6137 6138 6139 6140 6142 6144 6146 Hình 0.8: Biểu đồ liệu kết Hình 0.9: Biểu đồ sai số 50 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat ***Nhận xét lấy mẫu: Qua lần lấy mẫu ta thấy có liệu Vệ tinh AAU-CUBESAT vào lúc “09:31:00” ngày 10/05/2015 có sai số không đạt với yêu cầu; cụ thể liệu lần thứ 2, trục Az bị sai gần độ lần thức 12 trục El sai số gần độ Theo nhận xét sai số yếu tố khách quan trình lấy mẫu Các mẫu lại với yêu cầu đề tài đặt 51 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau trình nghiên cứu xây dựng hệ thống giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat Nhóm hoàn thành tiến độ đạt yêu cầu đề ban đầu: PHẦN CỨNG:  Thiết kế mô hình hệ thống giá xoay anten bám theo vệ tinh CubeSat  Hệ thống bám theo vệ tinh CubeSat  Sai số góc phương vị góc ngẫn sau điều khiển đạt yêu cầu đưa ban đầu (≤ độ ) PHẦN MỀM:  Xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống với giao diện trực quan, dễ sử dụng  Hiển thị thông số liệu quỹ đạo vệ tinh  Hiển thị thông số hệ thống quay  Các biểu đồ trục Az/El  Biểu đồ sai số trục liệu quỹ đạo vệ tinh hệ thống điều khiển KIẾN NGHỊ:  Tìm giải thuật điều khiển khác để điều khiển hệ thống tốt  Sử dụng driver cho động bước để có khả bước góc bước nhỏ  Thiết kế hệ thống giá xoay thực tế, lắp thử ăng-ten để thu tín hiệu 52 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Duy Khánh, Lê Văn Tươi, LVTN Máy bay tự động – Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ, 2014 [2] TS Phùng Văn Vận: Đề tài KC.01.19 “Nghiên cứu cấu trúc hệ thống viễn thông mặt đất để sử dụng hiệu vệ tinh VINASAT – Nội dung 5”,2005 [4] Hiệu chỉnh cảm biến la bàn HMC5883L http://blog.bitify.co.uk/2013/11/connecting-and-calibrating-hmc5883l.html [5] Raspberry website https://www.raspberrypi.org/ [6] Datasheet L293D [7] Datasheet HMC5883L 3-Axis Digital Compass IC [8] Datasheet MPU6000 & MU6050 Register Map and Descriptions Revision 4.0 [9] Gpredict http://gpredict.oz9aec.net/ [10] Python https://www.python.org [11] Nguyễn Hồng Ân: Hệ pin quan điện bám mặt trời thu lượng tối ưu, LVTN – Khoa Công Nghệ, ĐH Cần Thơ, 2011 [12] Vũ Trọng Thư, Phạm Quang Hưng, Nguyễn Hoàng Giang – “Tiềm lớn vệ tinh siêu nhỏ đáp ứng nhu cầu viễn thông, viễn thám Việt Nam”, ĐH FPT 53 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat PHỤ LỤC HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH GPREDICT GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH GPREDICT Vùng hiển thị vị trí vệ tinh trạm thu đồ Thanh tiêu đề Biểu đồ thể vị trí vệ tinh lúc qua trạm thu Tùy chọn Thông tin vệ tinh Hình PL Giao diện chương trình CÁCH SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH Xác định vị trí trạm thu mặt đất Trạm thu mặt đất nơi cần thu tín hiệu từ vệ tinh.Để xác định tọa độ trạm thu làm theo bước sau: Bước 1: Trên giao diện Gpredict ta click chuột trái vào Edit chọn Preferences bảng sau: 54 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat Hình PL Xác định thông tin trạm thu Bước 2: Chọn Ground Station, sau Add New để thiết lập vị trí cho trạm thu: Name: Đặt tên cho tạm thu Description: Mô tả đặc điểm trạm thu Location: Vị trí trạm thu có đồ Latitude: Vĩ độ Longitude: Kinh độ Locator: Ranh giới nơi trạm thu Altitude: Độ cao Weather St: Thời tiết nơi trạm thu Bước 3: Nhấp vào OK -> OK để thoát khỏi bảng thiết lập cho trạm thu Chọn vệ tinh cần theo dõi Với trạm thu, ta theo dõi lúc nhiều vệ tinh khác ( trừ vệ tinh địa tĩnh) Các bước để chọn vệ tinh cần theo dõi: Bước 1:Trên giao diện chương trình, click chuột trái vào Module Option/Shortcut có biểu tượng , chọn , bảng sau: Hình PL Thiết lập vệ tinh cần theo dõi 55 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat Search: Tìm theo tên vệ tinh Group: Phân loại nhóm vệ tinh Seclected Satellites: Các vệ tinh chọn :Cho vào danh sách vệ tinh cần theo dõi : Cho danh sách vệ tinh cần theo dõi Bước 3: Chọn vệ tinh cần theo dõi sau click OK.Lưu ý: không chọn số lượng lớn vệ tinh để theo dõi dễ phát sinh lỗi hệ thống liệu nhiều dẫn đến lỗi hệ thống phần mềm Lưu liệu Để điều khiển hệ thống, ta cần lưu liệu dạng file text từ chương trình Gpredict, bước thực sau: Bước 1: Từ giao diện chương trình, click chuột phải vào biểu tượng Satellite options/shortcuts , chọn vệ tinh cần save liệu lại, chọn Show next pass Hình PL Chọn vệ tinh Bước 2: Chọn biểu tượng , giao diện: Hình PL Lưu lại file text Save in folder: Chọn thư mực lưu liệu Save using file name: Tên file text cần lưu Save as: lưu dạng tập tin, thường tập tin dạng *.txt File contents: tùy chọn lưu liệu, để sử dụng liệu cho hệ thống chọn Data only Bước 3: Chọn chọn Close để đóng sổ 56 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat PHỤ LỤC HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG GIAO DIỆN VÀ ĐIỂU KHIỂN HỆ THỐNG GIỚI THIỆU CÔNG CỤ VẼ GIAO DIỆN CỦA HỆ THỐNG Tkinter phần mềm sử dụng ngôn ngữ lập trình kết hợp với giao diện đồ họa để tạo công cụ lập trình giao diện phục vụ người dùng.Tkinter sử dụng cho nhiều ngôn ngữ khác nhau, nhiên phần mềm phổ biến dành cho ngôn ngữ Python đánh giá công cụ mạnh nên việc học cách sử dụng công cụ không đơn giản Tkinter thiết kế giao diện người sử dụng yêu cầu thực tế dành cho riêng ngôn ngữ Python Do mục đích tìm hiểu ngôn ngữ Python để ứng dụng vào hệ thống, nhóm thực sử dụng công cụ Tkinter để tạo giao diện điều khiển hệ thống giá ang-ten để bám sát vệ tinh Cubesat GIỚI THIỆU VỀ GIAO DIỆN CỦA HỆ THỐNG Các thao tác với tập tin Dữ liệu Vùng mô liệu Thanh tiêu đề Nút tùy chọn Hình PL Giao diện chương trình Chức hoạt động chương trình sau:  Open file: Mở file text lưu từ chương trình Gpredict  GPREDICT: Mở chương trình Gpredict  Run: Khởi động hệ thống 57 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat      Stop: Đồ thị truyền: Đồ thị kết quả: Đồ thị sai số: Help: Ngừng chương trình giám sát vệ tinh Mở đồ thị truyền liệu từ file text đến hệ thống Mở biều đồ kết thực hệ thống Mở đồ thị để xem sai số hệ thống Cách sử dụng chương trình CÁC BƯỚC SỬ DỤNG GIAO DIỆN CỦA HỆ THỐNG Bước 1: Để chạy chương trình , ta đến thực mục chứa chương trình gõ lệnh python giaodien.py cửa sổ terminal Hình PL Lệnh shell gọi chương trình Bước 2: Hiện giao diện chương trình , click chuột trái vào text lưu liệu vệ tinh cần theo dõi, click vào Open , chọn file Hình PL Mở file text chứa liệu Bước 3: Click chuột trái vào Run để khởi động hệ thống, liệu mô giao diện chương trình hệ thống chạy Hình PL Mô liệu quay Bước 4: Để ngừng hệ thống, click chuột trái vào 58 Thiết kế thực hiên giá ăng-ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat Bước 5: Nhấp chuột trái vào Transmit Result phần Graph để xem biểu đồ liệu kết thực Hình PL 10 Biểu đồ thể liệu hệ thống theo thời gian Hình PL 11 Biểu đồ thể kết hệ thống theo thời gian Bước : Nhấp vào Error Graph để xem sai số hệ thống Hình PL 12 Biểu đồ thể sai số hệ thống 59 [...]... bộ hệ thống giá đỡ cho tới khi nhận được tín hiệu vệ tinh Khi việc hiệu chỉnh được thực hiện tốt thì cường độ tín hiệu thu đạt được ở mức cực đại Đề tài Thiết kế và thực hiện giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo của vệ tinh CubeSat được thực hiện trên board Raspberry Pi 2, với mục đích tự thiết kế một hệ thống giá đỡ ăng- ten với chi phí thấp có khả năng tự động xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh một cách... tin vệ tinh được ứng dụng rất nhiều trong đời sống từ giải trí đến hàng hải, khí hậu, địa chất, quân sự,…Việc xây dựng một hệ thống giá đỡ ăng- ten có khả năng tự động xoay bám theo vệ tinh là rất quan trọng Do đó, chúng em lựa chọn thực hiện đề tài Thiết kế và thực hiện giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo của vệ tinh CubeSat Đề tài thiết kế hệ thống giá xoay ăng- ten với chi phí thấp có khả năng... xác định đặc điểm của các vệ tinh, người ta dùng các quỹ đạo đặc biệt như: quỹ đạo Molniya, quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời, quỹ đạo cực, quỹ đạo di chuyển Mặt Trăng, quỹ đạo di chuyển Hobmann, quỹ đạo siêu đồng bộ và quỹ đạo dưới đồng bộ Các vệ tinh thông tin hiện đại có nhiều loại quỹ đao như quỹ đạo địa tĩnh, quỹ đạo Molniya, quỹ đạo elip, quỹ đạo Trái Đất thấp Quỹ đạo địa tĩnh: là quỹ đạo tròn ngay phía... trung vào việc phát triển một hệ thống giá xoay ăng- ten với chi phí 6 Thiết kế và thực hiên giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo của vệ tinh CubeSat thấp có khả năng điều chỉnh được trục phương vị và góc ngẫng, kết hợp với thiết kế phần mềm điều khiển với giao diện trực quan, dễ sử dụng Hệ thống có khả năng thực hiện lấy dữ liệu của các vệ tinh (thời gian, góc phương vị, góc ngẫng), điều khiển giá xoay. .. biến đo góc (góc nghiêng, góc phương vị)  Thiết kế và xây dựng hệ thống phần cứng  Thết kế và xây dựng phần mềm  Kiểm tra, sửa chữa 7 Thiết kế và thực hiên giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo của vệ tinh CubeSat CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương này bao gồm những nội dung chính sau:  Vệ tinh CubeSat  Hệ thống bám, hệ thống giá đỡ vệ tinh  Quỹ đạo vệ tinh và phần mềm Gpredict  Cảm biến gia tốc ... của trục phương vị, góc nghiêng 9 Thiết kế và thực hiên giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo của vệ tinh CubeSat Hình 2.4: Một mô hình gắn kết các trục và ăng- ten  Góc phương vị (Azimuth) là giá trị góc tính từ hướng Bắc (N - 00)  Góc ngẫng (Elevation) là góc tính từ đường chân trời (Horizontal) 2.3 QUỸ ĐẠO VÀ PHẦN MỀM GPREDICT 2.3.1 Quỹ đạo Đa số các vệ tinh thường được mô tả đặc điểm dựa theo quỹ. .. thông số của vệ tinh và hệ thống điều khiển được, vẽ ra đồ thị tọa độ Az/El của yêu cầu và đáp ứng, vẽ đồ thị mức độ sai số trên phần mềm điều khiển 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Quá trình thực hiện đề tài được tiến hành tuần tự theo các bước sau:  Tìm hiểu về nguyên lý, cấu tạo của giá xoay ăng- ten – những hệ thống bám theo vệ tinh, quỹ đạo vệ tinh và phần mềm có thể tính toán, lưu trữ quỹ đạo vệ tinh ... (ISS) vào ngày 4/10/2012 Tuy nhiên, vệ tinh F-1 đã hoạt động không thành công vì bị mất tín hiệu ngay khi được thả Hình 2.2: Mô hình kỹ thuật của vệ tinh siêu nhỏ F-1 8 Thiết kế và thực hiên giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo của vệ tinh CubeSat Ngoài ra còn có vệ tinh CubeSat Pico Dragon do Trung tâm Vệ tinh Quốc gia Việt Nam (VNSC) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST) chế tạo... YG_ST và ZG_ST trong thanh ghi Quá trình tự kiểm tra của mỗi trục có thể hoạt động độc lập hoặc cùng một lúc, kết quả của tự kiểm tra được xác định như sau: Đáp ứng quá trình tự kiểm tra = giá trị đo đạc khi tự kiểm tra được cho phép - giá trị đo đạc khi tự kiểm tra không được cho phép Hình 3.7: Cấu trúc thanh ghi GYRO_CONFIG 21 Thiết kế và thực hiên giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo của vệ tinh CubeSat. .. trì được kết nối với vệ tinh Quỹ đạo Molniya: là quỹ đạo có độ nghiêng cao, đảm bảo được độ nghiêng của vệ tinh Quỹ đạo Molniya được thiết kế để vệ tinh di chuyển phần lớn thời gian của nó trên những vĩ tuyến bắc xa, trong khi đó đường chiếu xuống đất của quỹ đạo chỉ di chuyển nhỏ Chu kỳ của vệ tinh theo quỹ đạo Molniya là nửa ngày, vì vậy nó có mặt cho mỗi nhiệm vụ trên một vùng 8 giờ mỗi vòng Theo cách ... ……………………….………… i Thiết kế thực hiên giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat LỜI CAM ĐOAN Đề tài Thiết kế thực giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat thực board Raspberry... tự động xoay bám theo vệ tinh quan trọng Do đó, chúng em lựa chọn thực đề tài Thiết kế thực giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat Đề tài thiết kế hệ thống giá xoay ăng- ten với... sách vệ tinh cần theo dõi 39 Hình 4.7: Mô tả thông tin liệu vệ tinh 40 Hình 4.8: Đường vệ tinh trục tọa độ .40 Thiết kế thực hiên giá ăng- ten tự xoay bám theo quỹ đạo vệ tinh CubeSat