Tesi di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica curr Tesi di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica curr. Elettronica Applicata Progetto e realizzazione del sistema di misura degli apparati di alimentazione e di espulsione dell’antenna del Satellite AtmoCube Laureando: Federico Papait Relatore: Chiar.mo Prof. Sergio Carrato Correlatore: Ing. Mario Fragiacomo A.A. 2010-2011

OGGETTO Progetto e realizzazione di un sistema di test per: Obiettivi OGGETTO Progetto e realizzazione di un sistema di test per: CELLE SOLARI Il pannello di prova LM70 Il circuito di driver per l’apertura dell’antenna La batteria agli Ioni di Litio

CARATTERISTICHE DEL SATELLITE Università degli Studi di Trieste Generalità CARATTERISTICHE DEL SATELLITE Dimensioni 10 x 10cm Orbita ellittica 350 < h < 1200Km Struttura in alluminio Peso < 1Kg 50 coppie di celle SCOPO DELLA MISSIONE: 1. Rilevatore di deriva al silicio Studiare lo SPACE WEATHER utilizzando 2. Magnetometro 3. GPS Federico Papait

SISTEMA DI ALIMENTAZIONE Generalità SISTEMA DI ALIMENTAZIONE PANNELLI SOLARI BATTERIA EPS OBDH OBR PAYLOAD 1 PAYLOAD 2

SISTEMA DEPLOYMENT ANTENNA Generalità SISTEMA DEPLOYMENT ANTENNA ANTENNA Dipolo λ/4 lungo 35 cm Nel P-POD è ripiegata con R = 40 cm Materiale: music wire (Ø 0.42 mm) ATTUATORE DI SGANCIO Antenna: Bloccata da uno o più fili di PVDF (Ø 0.2 mm) Fusione del PVDF: Resistenza al Nichrome (Ø 0.25 mm) percorsa da 5A Il comando proviene dall’MCU

PANNELLI SOLARI Chiamate TASC (Terrestrial Advanced Solar Cells) Dispositivi PANNELLI SOLARI COSTITUITI DA CELLE A TRIPLA GIUNZIONE: Chiamate TASC (Terrestrial Advanced Solar Cells) Costruite con scarti di altre celle Realizzate da Spectrolab CARATTERISTICHE PANNELLI: Costituiti da celle “composte” Celle composte connesse in parallelo Serie di 2 TASC Voc≈5V Icc=31mA

SENSORE TEMPERATURA LM70 Range -55 ÷ +150 °C Risoluzione 0.25 °C Dispositivi SENSORE TEMPERATURA LM70 Range -55 ÷ +150 °C Risoluzione 0.25 °C Uscita digitale Comunicazione SPI Basso consumo

PROCEDURA TEST SCHEDA PANNELLI Test pannelli PROCEDURA TEST SCHEDA PANNELLI Utilizzo Peltier Funzionalità LM70 PRIMA FASE SECONDA FASE Test a terra sulle celle “composte” Luce solare Test con il Simulatore di luce solare

SCHEMA A BLOCCHI TEST LM70 Prima fase SCHEMA A BLOCCHI TEST LM70

STADIO DI POTENZA MOSFET: Source: P-MOS IRF4905 Sink: N-MOS IRFZ48N Prima fase STADIO DI POTENZA MOSFET: Source: P-MOS IRF4905 Sink: N-MOS IRFZ48N Bassa rDSON ≈ 18 mΩ ID > 64 A BJT: Velocità di commutazione ≈ 330 ns Necessari per pilotare i MOS

IL MICROCONTROLLORE PIC 16F876 Elevato numero di porte Prima fase IL MICROCONTROLLORE PIC 16F876 Elevato numero di porte Memoria disponibile Costo contenuto Contiene 2 moduli PWM

TEST A TERRA SULLE CELLE COMPOSTE Prima fase TEST A TERRA SULLE CELLE COMPOSTE

TEST CON IL SIMULATORE DI LUCE SOLARE Seconda fase TEST CON IL SIMULATORE DI LUCE SOLARE Realizzato nei laboratori TASC in Area Science Park TEST: Lampada ad arco al mercurio-xeno Condizioni BUIO LUCE (1348W/cm^2) OBIETTIVI: Ricavare V/I per ogni cella “composta” Determinare il punto di lavoro ottimo Tracciare la distribuzione dei parametri caratteristici

Seconda fase CURVE V/I

Seconda fase PUNTO DI LAVORO OTTIMO

DISTRIBUZIONE DEI PARAMETRI Seconda fase DISTRIBUZIONE DEI PARAMETRI Determinare la distribuzione dei parametri salienti (Voc, Jsc, FF%, η%) delle celle “composte” CONSIDERAZIONI Strumenti: Istogrammi Intuizione: approssimano la curva normale RISULTATI Notevole diversità in termini di prestazioni tra le diverse celle “composte”

Seconda fase RISULTATI

PROCEDURA DI TEST DEPL. ANTENNA Test antenna PROCEDURA DI TEST DEPL. ANTENNA OBIETTIVI Riprodurre il sistema di sgancio Verificare che la batteria eroghi la corrente necessaria alla fusione del PVDF Calcolare il tempo di fusione ALIMENTATORE BATTERIA

Test antenna CIRCUITO ATTUATORE Configurazione che ben si adatta alla simulazione e all’installazione finale su AtmoCube

Tempo di fusione inferiore a 0.5s Test antenna SISTEMA DI TEST RISULTATI Alimentatore: si è stimato un tempo per la fusione di 4.7s Batteria: si è rivelata idonea al montaggio su AtmoCube Tempo di fusione inferiore a 0.5s

Test batteria TEST DELLA BATTERIA TEST STANDARDIZZATI CAPACITY TEST: si valuta la capacità della batteria (1C) TEST DI SCARICA A I COSTANTE: a diversi livelli di corrente

CIRCUITO PER LA SCARICA A I COSTANTE Test batteria CIRCUITO PER LA SCARICA A I COSTANTE RISULTATI Capacità nominale di 4.625 Ah (contro i 5.3 dichiarati) Batteria non ideale

Test batteria CURVE DI SCARICA

CONCLUSIONI TEST PANNELLI TEST SIMULATORE: solo tre delle otto celle “composte” idonee al montaggio TEST A TERRA: realizzare in futuro un carico elettronico TEST SGANCIO Sistema efficiente e batteria idonea TEST BATTERIA Non idealità del dispositivo Calcolare in futuro l’efficienza di ricarica

FINE PRESENTAZIONE

INTEGRAZIONE

CONNESSIONE DI PIU’ CELLE

Integrazione CIRCUITO TEST LM70

“Basic” (Linguaggio di programmazione ad alto livello) Integrazione SOFTWARE “Basic” (Linguaggio di programmazione ad alto livello) VANTAGGI semplice intuitivo sintetico SVANTAGGI occupa maggior spazio in memoria più lento rispetto all’assembly