zde je několik informací k aktuálním projektům na zimní semestr 2023 od Vojtěcha Petruchy
Digital lock-in amplifier and magnetometer with FPGA (viz dále)
VEKTOR project (viz níže)
Magnetometer for LVICE2 mission
Measurement of magnetic field and its gradient for geological applications
UAV magnetometer update (aktuální konstrukce viz https://maglab.fel.cvut.cz/products/uav-mag-v-1-1/ aktualizace konstrukce dle zkušeností z praktického používání….)
Lock-in ressurection (lock-in zmrtvýchvstání )
V rámci vědecké činnosti a průmyslové spolupráce potřebujeme často měřit šum námi vyvíjených fluxgate senzorů magnetického pole. Běžně používáme komerční lock-in zesilovač (např. SR830 thinkSRS.com) doplněný o vlastní konstrukci budící jednotky a LabView software pro zpracování dat. Komerční lock-in má ale nějaké nevýhody (velký, těžký, drahý, s velmi hlasitým kvílejícím ventilátorem, zbytečně univerzální…).
Vznikla tedy idea vytvořit téměř jednoúčelovou konstrukci specificky určenou pro výše uvedený účel. Tedy nízkošumový zesilovač s nastavitelným zesílením, AD převodník a FPGA obstarávající funkci lock-in zesilovače v číslicové doméně, to celé doplněné o modul buzení, čímž odpadne trápení s referenčním vstupem, který bude “vnitřní”. Jako poslední doplněk bude modul s DA převodníkem pro zpětnovazební kompenzaci, což by z celého zařízení učinilo jednoosý digitální fluxgate magnetometr.
Návrh, sestavení a oživení potřebných analogových HW modulů bylo již provedeno, stejně jako rozpracování základních bloků číslicového zpracování signálů – s použitím kitu Lattice MachXO2-7000HE a modulu pro ovládání a komunikaci (s uživatelem i PC) – založeného na STM32 Nucleo. Cílem projektu je dokončení implementace ve VHDL, kompletní elektrické a mechanické sestavení a testování. Ideálně též úprava existující aplikace v LabView pro finální zpracování dat.
Konkrétní popis činnosti
FPGA – naprogramovat čítače pro generování excitačních průběhů (řízení H-můstku), řízení vyčítání dat z AD převodníku přes SPI, číslicové násobení těchto dat se vzorky ideální sinusovky (to vše pro několik různých frekvencí), dolnopropustný filtr (FIR, IIR), odesílání dat do modulu STM32, případně integrace dat a delta-sigma modulátor pro přidání extra bitů k 20-bitovému DAC ve zpětnovazebním modulu (opět řízen přes SPI).
Jelikož použitý MachXO2-7000HE zřejmě není dostatečně výkonný, byl by pro další vývoj k dispozici lepší obvod, například něco jako Arty A7-100T.
MCU – naprogramovat jednoduchý GUI pro základní ovládání přístroje (frekvence, amplituda excitace, nastavení vstupního zesilovače, posílání naměřených dat do PC, jednoduché orientační zobrazení naměřených dat v časové oblasti)
LabView -úprava existujícího software, který data z lock-inu přijímá přes VISA knihovnu a GPIB sběrnici, na příjem přes virtuální sériový port…
Proč si vybrat tento projekt?
Konečně pořádně zjistíte, co znamená to sprosté slovo “lock-in”, získáte/zlepšíte znalosti programování ve VHDL, porozumíte signal processingu, zažijete trochu pekla při boji s STM32 a STM32CubeIDE… Zjistíte, že při hodinové frekvenci 50+MHz již hraje zpoždění signálu v magnetickém izolátoru velkou roli, nebo že udělat dobrý a funkční digitální filtr typu dolní propust nemusí být ani s výkonným FPGA úplně jednoduché…
…tedy, není to určeno pro slabé povahy a mátohy : – )
Další info? napište mi mail petruvoj@fel.cvut.cz nebo se po domluvě stavte v lab.73…
Projekt VEKTOR
Robotický projekt šitý na míru skupině studentek a studentů, která se společně nebojí jak elektroniky a programování tak tvorby algoritmů, které by dokázaly vzniklého robota rozhýbat.
Vektor je míněn tak trochu jako hračka pro děti, malé i ty větší :-), účastníky Dětské univerzity ČVUT, návštěvníky MakerFairu a Noci vědců, nebo zájemce o studium, kteří chtějí vidět, co se mohou naučit vytvořit.
Inspirován “dospělými” robotickými psy “Spot” a také konstrukcemi zahlédnutými na internetu, viz foto níže. Díky laskavosti několika sponzorů (aktuálně BTL zdravotnická technika, ST Microelectronics a Texas Instruments) se podařilo/podaří získat potřebný, relativně drahý HW, tak že na začátku semestru snad nebude nic bránit zahájení projektu.
Konstrukce je založena na servech RDS5160, kde celkem z 12-ti kusů vznikne základní kostra robota, respektive jeho 4 končetiny (+ nějaký ten hliník a 3D tisk). Nakoupena jsou i další serva (řízená po sběrnici) pro konstrukci jednoduché robotické ruky (opět á la Spot). V záloze jsou ještě i další vychytávky.
Cílem projektu bude v první řadě sestavení robota, navrhnout dva elektronické moduly 1) pro power-management a 2) modul pro řízení serv a příjem signálu pro dálkové ovládání (s interfacem pro připojení výkonnějšího minipočítače – např. BeagleBone, na kterém by později mohly běžet pokročilejší algoritmy zajišťující pohyb robota) a ideálně i vytvořit velmi základní obslužný firmware (pohyb dle předprogramované sekvence, případně pokročilejší algoritmy). Ideálním doplňkem by byl i simulovaný dvojník, třeba právě pro pozdější vývoj pokročilejší “locomotion” robota.
Náročnost projektu – střední :-), v rámci týmového projektu nelze mít přehnaná očekávání, předpokládá se další práce na projektu v rámci například bakalářských nebo diplomových prací…. Pokud si rádi hrajete a chcete se naučit něco nového nebo se zdokonalit v některé z výše zmíněných činností, je to projekt přesně pro Vás :-).
Senzory pro Open-Cube
Na FELu je vyvíjena alternativní řídicí kostka pro LEGO komponenty (NXT/EV3 senzory a motory), více zde. Tak vznikl nápad, že by bylo užitečné mít i vlastní senzory (levnější, open-source), třeba s možnostmi, které originální set nenabízí…
Například využití ST 1D LIDAR (VL53L1CB) místo ultrazvukového senzoru, nebo 9DoF senzor (kombinaci 3-osého akcelerometru, 3-osého gyroskopu a třeba i 3-osého magnetometru – LSM6DSO32TR nebo podobný + MMC5983)
Případně máte jiný nápad na zajímavý senzor? Ozvěte se!
Jako první vlaštovka se nabízí tvorba firmware (v C s použitím STM32CubeIDE) pro RGB optický reflexní senzor, který by kromě standardní funkce uměl třeba sám postupně měnit barvu světla použitého v reflexním módu (čistě jako designový prvek :-).
