Οι κύριες αρμοδιότητες του υποσυστήματος Hardware Development είναι η ανάπτυξη μετρητικών διατάξεων, η συλλογή και επεξεργασία δεδομένων πτήσης, η εφαρμογή συστημάτων τηλεμετρίας, καθώς και ο ηλεκτρικός εξοπλισμός των αεροχημάτων, όπως οι σερβοκινητήρες, οι μπαταρίες και τα ESCs (Electronic Speed Controllers).


Μετρητικές Διατάξεις/Διατάξεις Τηλεμετρίας

 Η συλλογή δεδομένων πτήσης είναι ένα αναπόσπαστο κομμάτι της βελτιστοποίησης της σχεδίασης, καθώς μας επιτρέπει να εξετάσουμε τις επιδόσεις των αεροχημάτων κάτω από διαφορετικές συνθήκες. Οι πιο σημαντικές παράμετροι της πτήσης είναι η θέση, το υψόμετρο, η ταχύτητα, η πίεση και η επιτάχυνση. Το υποσύστημα είναι υπεύθυνο για την δημιουργία sensor boards, δηλαδή ηλεκτρονικών πλακετών που περιέχουν αισθητήρες, έναν μικροελεγκτή και διάφορα περιφερειακά. Οι αισθητήρες που διαλέγουμε σύμφωνα με τις απαιτήσεις του hardware (π.χ. απαιτούμενη τάση) και τις απαιτήσεις της εκάστοτε αποστολής μετράνε διάφορα φυσικά μεγέθη και τα μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα που μπορούν να διαβαστούν και να υποστούν επεξεργασία από έναν μικροελεγκτή. Τα δεδομένα αυτά αποθηκεύονται για ανάκτηση αργότερα. Τα μέλη του υποσυστήματος προγραμματίζουν τον μικροελεγκτή, συχνά χρησιμοποιώντας υπάρχουσες βιβλιοθήκες κώδικα, ενώ άλλες φορές αναπτύσσουν δικές τους για πιο αποδοτική αξιοποίηση των δεδομένων πτήσης.

Η πρώτη μετρητική διάταξη που έχει αναπτυχθεί κολλήθηκε πάνω σε πλακέτες πρωτοτυποποίησης. Το υποσύστημα αναπτύσσει τη μετρητική διάταξη SensorBoard v3.0, το οποίο είναι εκτυπωμένο σε τυπωμένη πλακέτα PCB (Printed Circuit Board) βασισμένο σε έναν μικροελεγκτή STM32. Η επόμενη εκδοχή που θα σχεδιαστεί (SensorBoard v4.0) θα είναι παρόμοια, αλλά θα έχει πιο σύνθετο PCB και θα περιλαμβάνει περισσότερους και πιο προηγμένους αισθητήρες.

SensorBoard v3.0

Το SensorBoard v3.0 είναι η τρίτη μετρητική διάταξη που αναπτύχθηκε από το υποσύστημα και η δεύτερη που περιλαμβάνει τηλεμετρία πραγματικού χρόνου. Αποτελείται από  πολλούς αισθητήρες, όπως επιταχυνσιόμετρα, γυροσκόπια, GNSS, αισθητήρες πίεσης, θερμοκρασίας, αποθηκευτικό χώρο σε micro SD και ένα LoRa module. Είναι βασισμένο σε έναν μικροελεγκτή χαμηλής ισχύος της σειράς STM32G0, ο οποίος συλλέγει όλα τα δεδομένα από τους αισθητήρες, τα αποθηκεύει στην κάρτα SD και τα εκπέμπει στο σταθμό εδάφους, χρησιμοποιώντας το LoRa module.

SensorBoard v3.0
Σταθμός εδάφους μαζί με SensorBoard v3.0

Αξίζει να σημειωθεί ότι το πρώτο SensorBoard που δημιουργήθηκε (SensorBoard v1.0), κατασκευάστηκε πάνω σε μια πλακέτα πρωτοτυποποίησης, χωρίς να έχει σύστημα τηλεμετρίας. Αντιθέτως, το SensorBoard v2.0 διέθετε LoRa module, όπως και το v3.0, αλλά το γεγονός ότι βασιζόταν σε μικροελεγκτή ATmega, κατέστησε αδύνατη την κατασκευή του, λόγω της έλλειψης chip του 2020.

Arduino IDE
SensorBoard v1.0

Σερβοκινητήρες, μπαταρίες, ESCs

Για τον έλεγχο του προσανατολισμού του UAV χρησιμοποιούνται επιφάνειες ελέγχου. Αυτές είναι επιφάνειες στις πτέρυγες και την ουρά του UAV, οι οποίες μπορούν να κινηθούν μέσω σερβοκινητήρων, δημιουργώντας έτσι διαφορές στην πίεση, οι οποίες προκαλούν αεροδυναμικές δυνάμεις που περιστρέφουν το αερόχημα γύρω από τους άξονες ελευθερίας του. Το project Aeronautics συνήθως χρησιμοποιεί δύο ailerons, ένα elevator και ένα rudder. Οι σερβοκινητήρες που κινούν τις επιφάνειες αυτές επιλέγονται από το υποσύστημα Hardware Development, μετά από διεξαγωγή έρευνας σύμφωνα με την ροπή που απαιτείται, χρησιμοποιώντας online εργαλεία, αλλά και εργαλεία που έχουν αναπτυχθεί από την ομάδα. Το υποσύστημα είναι επίσης υπεύθυνο για την επιλογή της μπαταρίας που τροφοδοτεί τον κινητήρα του εκάστοτε αεροχήματος. Λαμβάνονται υπόψη διάφορες παράμετροι, όπως η ονομαστική τάση, η χωρητικότητα, το ρεύμα αποφόρτισης, η μάζα και ο τύπος της μπαταρίας. Τέλος, για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα, χρησιμοποιούνται Electronic Speed Controllers (ESCs). Είναι αρμοδιότητα του υποσυστήματος Hardware Development να τα συνδέσει μαζί με τον κινητήρα και την μπαταρία του αεροχήματος.