Описание системы
В первоначальном виде система состоит из датчика ускорения по трем осям (MMA7455), вычислительного модуля (Arduino pro mini), и исполнителя (двигатель). С учетом выбранных методов повышения надежности, система была несколько усложнена и имеет вид. (Приложение 1, 2, 3).
Повышение надежности вычислительного модуля является не тривиальной задачей, в связи с тем, что модули имеют взаимосвязь, поэтому резервируя элементы системы, усложняется система обработки данных. Так же необходимо отслеживать состояние модулей, а в случае неисправности включать резервный модуль (это и есть один из этапов программного обеспечения надежности).
Датчики являются наиболее уязвимым местом системы, а система поддержания орбиты должна работать постоянно, следовательно датчиков должно быть минимум 2.
Если один из датчиков перестанет работать, то будут обработаны данные с другого датчика. А если один датчик будет выдавать ошибочные данные? При сильном отличии данных, решение может принять вычислительный модуль. Но если данные отличаются не намного, выбирать придется случайно. Для того что бы этого избежать, а так же для повышения точности вычислений (снизить дисперсию) было решено поставить 3 датчика в нагруженном резерве.
Вычислительный модуль очень важен. Для обеспечения бесперебойной работы необходимо поставить еще один модуль в нагруженном резерве, а для большего повышения надежности, еще один модуль поставим в ненагруженном резерве. Таким образом, тип резервирования был выбран смешанный.
Каждый ВМ опрашивает все три датчика, если ВМ будет опрашивать один датчик, то при выходе из строя датчика, вычислительный модуль станет бесполезным. Если же показания одного из датчиков сильно отличаются от двух других, его показания не учитываются.
Вычислительные модули опрашивают датчики поочередно, как следствие, результаты расчетов будут несколько отличаться, поэтому требуется обмен показаниями, после чего значение усредняют. На конечном этапе данные отправляются на исполнителя. Исполнитель же имеет простейшую логику: при отсутствии показаний первого ВМ, считывать показания второго ВМ, а при отсутствии показаний первого и второго, использовать данные с третьего вычислительного модуля.
В качестве программного обеспечения надежности так же используются алгоритмы для повышения точности показаний датчиков.
При разработке системы была использована среда программирования AtmelStudio, в которой было создано программное обеспечение, алгоритмически повышающее надежность (отслеживание ложных данных), а так же созданы опытные образцы к каждой из задач системы.
Сбор данных телеметрии
Для успешной работы системы надо отслеживать состояние модулей, для того чтобы вовремя включить в работу резерв. Для этого ВМ соединены между собой двумя цифровыми контактами (одна линия на передачу, другая на прием). По этим проводам постоянно передается сигнал, изменения которого отображают состояние модуля: каждый модуль выставляет на линии высокий уровень сигнала, а перед исполнением функции или процедуры программы понижает уровень и сразу повышает обратно; данный скачок регистрируется на другом модуле, что и позволяет судить о работоспособности модуля.
Рис.
3 Сигнал телеметрии