<\/span><\/h3>\nNakon \u0161to opisani sustav proradio, trebalo se kona\u010dno odlu\u010diti o senzorskoj logici, odnosno da li \u0107e aktivno stanje slati logi\u010dku nulu ili logi\u010dku jedinicu. Odlu\u010dio sam da senzori rade u negativnoj logici (1 = mirno, 0 = metak). Sve bi zapravo isto funkcioniralo i u suprotnoj logici, no ako se otpornici nalaze na masi (umjesto na plus polu napajanja) onda oni stalno dr\u017ee I\/O linije EPM570 na masi (pull-down) \u0161to doprinosi stabilnosti I\/O ulaza kad su laseri isklju\u010deni. U slu\u010daju pozitivne logike morali bi uklju\u010diti interne pull-up otpornike unutar EPM570 tako da pinove dr\u017ee u nekom odre\u0111enom stanju kad su senzori isklju\u010deni.<\/p>\n
Trebalo je dakle prilagoditi Verilog kod tako da reagira na padaju\u0107i brid, odnosno da detektira logi\u010dku nulu kao prolaz projektila. Me\u0111utim, postoji jo\u0161 jedan problem sa tom pozitivnom ili negativnom logikom, a to je odluka da li \u0107u koristiti interne Schmitt triggere ili ne. Uobi\u010dajeno bi ih bilo dobro koristiti ali kako smo ve\u0107 opisivali u objavi o senzorima, za male kalibre od 4,5 mm sigurnija detekcija bi bila bez Schmitt triggera (zbog ve\u0107eg naponskog praga promjene stanja u logi\u010dku nulu).<\/p>\n
Ako ne koristim interne Schmitt triggere (koji su tako\u0111er i inverteri) onda negativnu logiku sa senzora mogu promijeniti u pozitivnu kori\u0161tenjem if<\/em> naredbe u Verilogu koja provjerava da li je senzor 0. Me\u0111utim, puno bolji je drugi na\u010din uz upotrebu internih invertera gdje se na samom po\u010detku invertira cijeli 128-bitni bus u pozitivnu logiku (1 = pogodak, 0 = mirno stanje) te interni RS latchevi rade dalje s \u010distom pozitivnom logikom. Ovo je bio tako\u0111er jedan od razloga za\u0161to sam se odlu\u010dio na pull-down senzorski otpornik jer sam svakako \u017eelio koristiti interne Schmitt triggere.<\/p>\n <\/p>\n
<\/span>Optimizacija upravljanja RS latchevima<\/strong><\/span><\/h3>\nKad smo ve\u0107 spomenuli RS latcheve, kako \u0161to smo opisali u objavi o senzorima, oni slu\u017ee za ispravnu detekciju nepravilnih impulsa koje ostavlja projektil prolaze\u0107i kroz 4 svjetlosne zavjese (dvije horizontalno i dvije vertikalno). Oblik dijabole (pje\u0161\u010dani sat) i zra\u010dni vrtlozi iza nje mogu uzrokovati “titranje” signala (opti\u010dki bounce). Tako\u0111er, zbog dvije dvostruke zavjese s razmakom od 7,2 mm zna\u010di da \u0107e ista dijabola aktivirati senzore u najmanje dva vala.<\/p>\n
RS Latch pristup unutar EPM570 je savr\u0161eno rje\u0161enje za ovaj problem, me\u0111utim mora se implementirati na razini svakog pojedina\u010dnog bita. U Verilog kodu svaki od 128 senzora ima svoj neovisni RS latch:<\/p>\n
\n- Prvi kontakt (glava dijabole): Senzor pada na 0, latch ska\u010de na 1 i ostaje na 1.<\/li>\n
- Prolazak “struka” dijabole: Senzor se na trenutak vrati na 1 (svjetlo pro\u0111e), ali latch to ignorira jer je ve\u0107 “zaklju\u010dan”.<\/li>\n
- Prolazak druge zavjese (7,2 mm kasnije): \u010cak i ako isti senzor ponovno padne na 0 zbog drugog reda zavjese, latch je ve\u0107 na 1 od prvog reda.<\/li>\n<\/ul>\n
EPM570 \u0107e dakle zabilje\u017eiti “sjenu” (siluetu) dijabole kao uniju svih pogo\u0111enih senzora u oba dvostruka reda, bez obzira na titranje signala. Me\u0111utim, ovdje moramo biti sigurni da je dijabola potpuno napustila sve zavjese prije nego \u0161to se RS latchevi resetiraju za \u010dekanje nove dijabole. Stoga je potrebno dodati softverski delay na ESP32 strani:<\/p>\n
\n- Metak prolazi -> EPM570 digne trigger_alarm<\/em>.<\/li>\n
- ESP32 detektira alarm -> Odmah o\u010dita 128 bita (to traje < 1ms).<\/li>\n
- ESP32 \u0161alje podatke preko LoRa-e.<\/li>\n
- Wait (100 ms): ESP32 \u010deka da metak fizi\u010dki napusti prostor mete, 100 ms je vi\u0161e nego dovoljno i za najsporije projektile, a s druge strane \u010dak ni rafalna paljba ne \u0161alje dva projektila za redom tom brzinom.<\/li>\n
- Reset: ESP32 \u0161alje kratki impuls na pinRESET<\/em>.<\/li>\n<\/ul>\n
U ESP32 je dakle dodan kod za \u010dekanje od 100 ms, a u Verilog je dodan kod koji osigurava da jednom postavljeni bit (pogodak) ne mo\u017ee biti poni\u0161ten ni\u010dim osim hardverskim resetom.<\/p>\n
<\/p>\n
\n <\/p>\n
<\/span>Raspored funkcija<\/strong><\/span><\/h3>\nTijekom razvoja i testiranja projekta doga\u0111ale su se razli\u010dite nadogradnje sustava kao i promjene osnovnog funkcioniranja detektorske elektronike. Uvedena je dvosmjerna LoRa komunikacija, a funkcije su u kona\u010dnici raspore\u0111ene na CPLD-ove i ESP-32 na ovaj na\u010din:<\/p>\n
\u00a0<\/strong><\/p>\n<\/span>\u0160to se vr\u0161i na CPLD-ovima (brzi hardverski nivo, reda ns)<\/strong><\/span><\/h3>\nCPLD moduli (za X-os i Y-os identi\u010dno) rade na taktu od 50 MHz (20 ns) i izvr\u0161avaju tri kriti\u010dne funkcije koje se ne smiju oslanjati na (spori) softver:<\/p>\n
<\/p>\n
<\/span>Brzo “hvatanje” i trajno zaklju\u010davanje pogotka (sjene)<\/strong><\/span><\/h4>\nProjektil koji leti visokom podzvu\u010dnom ili nadzvu\u010dnom brzinom presijeca laserske zrake foto-re\u0161etke u iznimno kratkom vremenu (par mikrosekundi). CPLD provjerava stanje svih 64 senzora svakih 20 ns. Ako projektil baci sjenu na senzor makar i na jedan jedini takt oscilatora, CPLD tu sjenu trajno zaklju\u010dava (latcha) u registar. Ta sjena ostaje zapam\u0107ena sve dok je ESP32 ne pro\u010dita i zatim namjerno obri\u0161e preko reset linije.<\/p>\n
<\/span>Automatska selekcija geometrijske plohe (START okida\u010d) za mjerenje brzine projektila<\/strong><\/span><\/h4>\nSenzorske re\u0161etke za X i Y os ne le\u017ee u istoj ravnini. Laseri za svaku os (2×64 komada) raspore\u0111eni su u dvije ravnine me\u0111usobno razmaknute 7,2 mm. To zna\u010di da su 32 senzora svake osi u jednoj plohi, a druga 32 senzora u drugoj plohi. Tre\u0107a svjetlosna zavjesa koja slu\u017ei samo za mjerenje brzine (STOP zavjesa) nalazi se 100 mm iza prvih zavjesa (START zavjese), odnosno 107,2 mm iza prve zavjese i 100 mm iza druge zavjese.\u00a0 Kod mjerenja brzine ovo mo\u017ee biti problem jer za svaku os mo\u017ee biti aktivirana prva ili druga zavjesa, a razlika od 7,2 mm na ukupnoj udaljenosti izme\u0111u START i STOP zavjese unosi preveliku pogre\u0161ku u mjerenju.<\/p>\n
Sustav za mjerenje brzine stoga mora registrirati na kojoj zavjesi se dogodio START prekid i na osnovu toga prilagoditi ra\u010dun za mjerenje brzine.<\/p>\n
Prva zavjesa sadr\u017ei neparne senzore za X-os u rasponu 1-63 i parne senzore za Y-os u rasponu 2-64. Druga zavjesa sadr\u017ei parne senzore za X-os u rasponu 2-64 i neparne senzore za Y-os u rasponu 1-63. CPLD preko parnih i neparnih logi\u010dkih maski prepoznaje je li projektil aktiviralo Plohu A (parni senzori sa geometrijskom bazom 107,2 mm) ili Plohu B (neparni senzori sa geometrijskom bazom 100,0 mm).<\/p>\n
<\/span>Kronometar visoke rezolucije (mjerenje vremena leta)<\/strong><\/span><\/h4>\nU trenutku kad prva ploha (A ili B) detektira sjenu, CPLD u roku od 20 ns pokre\u0107e unutra\u0161nji 32-bitni broja\u010d. Broja\u010d broji impulse oscilatora sve dok projektil ne presije\u010de tre\u0107u zavjesu (STOP). Rezultat je odre\u0111eni broj taktova (tikova) koji predstavlja \u010disto vrijeme leta projektila izme\u0111u START i STOP zavjesa, izmjereno s to\u010dno\u0161\u0107u od \u00b120 ns.<\/p>\n
<\/span>Paralelno-serijska SPI pretvorba (96 bita)<\/strong><\/span><\/h4>\nCPLD na kraju pakira sve podatke (64 bita sjena + 1 bit odabira plohe + 31 bit tajmera = 96 bita) u jedan veliki paket. Kada ESP32 podigne load_data, CPLD te podatke zaklju\u010da u pomi\u010dni registar (shift_reg), te ih preko jedne linije (spi_out) \u0161alje u ESP32 u ritmu frekvencije takta (spi_clk).<\/p>\n
<\/p>\n
<\/span>\u0160to se vr\u0161i na ESP-32 (spori softverski nivo, reda ms)<\/strong><\/span><\/h3>\nNakon \u0161to CPLD odradi brzo (ns) hvatanje stanja, ESP32 se budi i preuzima ra\u010dunakni i komunikacijski dio posla kroz svoj programski k\u00f4d.<\/p>\n
\u00a0<\/strong>Upravljanje SPI sabirnicom i i\u0161\u010ditavane podataka sa CPLD-a (96 Bita)<\/strong><\/p>\nESP-32 na znak CPLD-a da je do\u0161lo do promjene stanja (alarm) po\u010dinje proces \u010ditanja podataka sa CPLD-a.<\/p>\n
<\/span>Ocjena ispravnosti detekcije<\/strong><\/span><\/h4>\nU prvom koraku ESP-32 mora prepoznati da li je promjenu stanja izazvao prolazak projektila ili neki drug kvar na senzorima (trajna sjena uslijed otkaza senzorske linije, uslijed pada nekog predmeta na senzore i sli\u010dno). Stoga, nakon \u0161to pro\u010dita 64 bita podataka o senzorima sa svakog CPLD-a, ESP-32 radi logi\u010dku provjeru tih podataka. Provjera se radi na na\u010din da se nakon svakog \u010ditanja novih podataka, CPLD-ovi resetiraju, a zatim se nakon 100 ms ponovno \u010ditaju podaci sa CPLD-ova. Ukoliko je promjenu (sjenu) izazvao brzi projektil, drugo \u010ditanje podataka \u0107e se razlikovati od prvog (bit \u0107e pro\u010ditane sve nule). Ukoliko pak drugo \u010ditanje bude isto kao i prvo, to zna\u010di da postoji neka trajna sjena, odnosno kvar. U tom slu\u010daju ESP-32 automatski a\u017eurira masku kvarova i \u0161alje paket tipa 4 (Kvar) na CrowPanel kod strijelca, kako bi se na ekranu detektirao kvar.<\/p>\n
<\/span>Fizikalni prora\u010dun brzine projektila <\/strong><\/span><\/h4>\nESP32 iz CPLD-a dobiva samo sirove tikove (broj impulsa u odre\u0111enom vremenu) i zastavice (da li je aktivirana prva ili druga START zavjesa). Stoga, za to\u010dan izra\u010dun brzine, ESP-32 prvo provjerava koja je START baza okinuta te na temelju toga postavlja bazu za duljinu na 0,1000 m ili na 0,1072 m. Nakon toga pretvara broj tikova u sekunde kako bi se dobila vremenska baza (vrijeme = broj tikova x 0,00000002 s). Iz ovih podataka ra\u010duna brzinu (brzina = duljina \/ vrijeme). S obzirom da podaci dolaze sa oba CPLD-a neovisno, ESP-32 izra\u010dunava brzinu na oba CPLD-a, a zatim ra\u010duna srednju vrijednost kako bi mjerenje bilo to\u010dnije. Na kraju ESP-32 taj prosjek pretvara u format formule kako bi ga spakirao u 32-bitnu varijablu za LoRa slanje.<\/p>\n
<\/span>Prikupljanje telemetrije i be\u017ei\u010dno oda\u0161iljanje (LoRa upravljanje)<\/strong>