Dipartimento di Elettronica e Software

Il nostro dipartimento è composto da ragazzi provenienti dalle diverse facoltà della Scuola di Ingegneria dell’Informazione del Politecnico di Milano. Nel nostro team la preparazione teorica e le conoscenze pratiche di ognuno, unite alla capacità di problem solving, sono indispensabili per la realizzazione di sottosistemi critici, come l’accensione del motore a razzo, il sistema di espulsione e sgancio del paracadute e i sistemi di terra come la Ground Station.

Fino ad oggi il Dipartimento di Elettronica e Software è stato impegnato nella progettazione e realizzazione di tutti i sistemi elettronici presenti nei nostri razzi sonda, dalla produzione dei PCB allo sviluppo del software e degli algoritmi di controllo.

Il sistema elettronico principale del missile è il Death Stack. Esso comprende diverse schede progettate e assemblate dai ragazzi del Dipartimento, ed ha la funzione di collegare i sensori di bordo, gli attuatori e il sistema di comunicazione con l’unità di calcolo principale, costituita da un microcontrollore della ST Microelectronics equipaggiato con una CPU della famiglia ARM Cortex M4.

Il sistema di comunicazione wireless di bordo prevede due antenne che circondano la fusoliera del missile all’altezza del vano dell’elettronica: una si occupa della ricezione del segnale satellitare GPS, l’altra permette un’efficace comunicazione della telemetria con la stazione di terra. Queste antenne sono costituite da ‘patch’ di materiale apposito che aderiscono alla superficie esterna del missile minimizzando l’impatto aerodinamico.

Death Stack

Il software per il Death Stack è sviluppato in C++ sul sistema operativo Miosix, un OS real-time pensato per i sistemi embedded e sviluppato al Politecnico di Milano. La nostra codebase spazia da driver di basso livello per le interfacce elettroniche ad implementazioni efficienti degli algoritmi di controllo, grazie a cui il software è in grado di rispettare gli stringenti requisiti real-time anche con risorse hardware limitate.

I compiti principali del software sono quelli di gestire la comunicazione tra il missile e la stazione di terra in ogni fase del volo, registrare dati dai molteplici sensori presenti a bordo e analizzarli in modo autonomo, in modo da azionare vari attuatori e calcolare in real-time l’istante di apertura per ogni paracadute.

Oltre al software di volo, il nostro dipartimento è responsabile della realizzazione della Ground Station, sviluppata con QT e pensata per potersi adattare a diverse situazioni.

La Ground Station è un sottosistema indispensabile in quanto permette il monitoraggio e il controllo dello stato del missile in ogni momento, sia a terra per rilevare eventuali anomalie durante la fase pre-lancio, sia durante il volo per analizzare in tempo reale la posizione e traiettoria del missile, e ci permette di prendere le decisioni importanti nelle fasi più delicate del lancio.

Ground Station poco prima del lancio di Hermes

Gli sviluppi progettuali ci vedono attualmente impegnati nello sviluppo del software di bordo per R2A-Hermes, nel perfezionamento dell’algoritmo di rilevamento dell’apogeo, atto a rilevare il punto più alto della traiettoria acquisendo dati dai sensori e filtrandoli tramite un filtro di Kalman, e nell’implementazione di un algoritmo per la ricostruzione dell’assetto del missile durante il volo.

Dal lato elettronico, sviluppiamo circuiti stampati personalizzati per le nostre applicazioni, utilizzando software EDA per i quali i membri vengono formati. Il dipartimento si occupa anche della progettazione di sistemi a radiofrequenza per l’ottimizzazione del link budget tra la ground station e il vettore.

Se sei interessato alle attività del nostro Dipartimento e vuoi candidarti ad entrare nella Grande Famiglia di ELC, non esitare a contattarci mandando una email a electronics@skywarder.eu. Siamo sempre alla ricerca di ragazzi brillanti e con voglia di fare, con i quali condividere il sogno di arrivare lì dove nessun altro studente italiano è mai arrivato.

Il dipartimento si riunisce a cadenza settimanale nel campus Leonardo, dopo le lezioni, e al Sabato nel campus Bovisa con il resto del team. Molte volte ci ritroviamo anche per mangiare Ribs, e per lavorare tutti insieme organizziamo hackaton della durata di 24+ ore sempre all’interno delle strutture del Politecnico, solitamente durante il weekend.

Attività del dipartimento

Software

Sviluppo e design del software di terra (Ground Station)
Scrittura di driver per sensori e attuatori (IMU, GPS, Barometri, Transceiver, servomotori)
Sviluppo di tools complementari e manutenzione del build system (scripts, code generators…)
Sviluppo e implementazione di algoritmi di controllo (tra i principali: riconoscimento apogeo, controllo paracadute guidato, ricostruzione dell’assetto)

Control Systems

Sviluppo di algoritmi per stimare assetto e traiettoria del missile in real time
Sviluppo del sistema di controllo degli aerofreni
Sviluppo di algoritmi per determinazione e predizione dell’apogeo

Elettronica

Progettazione dell’hardware di volo
PCB design
Fast Prototyping
Stampa mediante fotolitografia di schede elettroniche
Saldatura e debug dei sistemi elettronici

Conoscenze consigliate

Ma la cosa più importante è avere voglia di fare e di mettersi in gioco!

Elettronica

Conoscenze di base
Elettronica digitale e analogica
Conoscenza base di un sistema embedded
Familiarità con il linguaggio C
Ulteriori conoscenze apprezzate
Familiarità con software EDA
Capacità di saldatura THT / SMD
Capacità di utilizzo di varia strumentazione (oscilloscopi, alimentatori)

Software

Conoscenze di Base
Familiarità con il linguaggio C (Puntatori, operazioni bitwise)
Conoscenza dei concetti della programmazione ad oggetti
Conoscenza dei fondamenti di architetture dei calcolatori
Ulteriori conoscenze apprezzate
Precedente esperienza con Arduino, Raspberry PI, ESP32, PIC, STM32 o altri
Conoscenza del linguaggio C++
Conoscenza di uno tra Python, Matlab o Qt toolkit
Conoscenza dei concetti di sistema operativo, concorrenza e multi-threading

Una delle nostre schede autografrata da Don Eyles, uno dei pionieri del software del programma Apollo

Il team di software al lavoro sulla Ground Station poco prima del lancio di Hermes