SUBORBITUM

Spolehlivý přenos dat je v projektu CanSat klíčový. Pracujeme s omezeným výkonem a krátkým časem letu, proto jsme navrhli vlastní komunikační protokol postavený na UART, binárních packetách a 16bitové CRC kontrole.

V tomto článku se zaměříme na client side telemetrie, tedy část systému běžící na Raspberry Pi, která zajišťuje:

→ příjem telemetrických paketů z mikrokontroleru
→ kontrolu integrity přijatých dat
→ lokální ukládání telemetrie na SD kartu
→ synchronizaci telemetrie s kamerovým záznamem

Navíc si detailně ukážeme praktickou implementaci ukládání dat, která je odolná vůči chybám i náhlému výpadku systému.

Architektura systému

Datový tok:

senzory → microcontroler → Raspberry Pi
            ↘
             Rádio → Pozemní stanice

Mikrokontroler:

→ sbírá data ze senzorů
→ vytváří binární packety
→ odesílá telemetrii na zem
→ paralelně posílá data na Raspberry Pi

Raspberry Pi:

→ přijímá data přes UART
→ kontroluje CRC
→ ukládá telemetrii na SD kartu
→ zaznamenává video

Tím vzniká plná redundance dat.

Struktura telemetrické packety

Používáme binární formát:

Výhody:

→ menší velikost
→ rychlejší přenos
→ jednoduché parsování
→ ochrana integrity

Zpracování dat na Raspberry Pi

Pipeline na client side:

1. čtení UART streamu
2. detekce packetu (END sekvence)
3. parsování dat
4. výpočet CRC
5. validace packetu
6. uložení na SD kartu

Ukládání telemetrie – praktický přístup

Místo složitých formátů používáme jednoduchý textový log, který je:

→ snadno čitelný
→ odolný
→ rychlý na zápis

Formát záznamu

Každý packet = jeden řádek:

[valid] <timestamp_ms> <UTC 0 time> <data>

Nevalidní packet:

[corrupt] <timestamp_ms>

Příklad:

[valid] 171085 TEMP:23.4 PRESS:101325
[corrupt] 171086
[valid] 171087 TEMP:23.5 PRESS:101300

Časová synchronizace

Aby šla telemetrie přesně spárovat s videem:

→ Raspberry Pi běží v UTC (časové pásmo 0)
→ čas je synchronizovaný (např. NTP před startem)
→ ukládáme timestamp v milisekundách/100

Python:

import time
timestamp_ms = int(time.time() * 10)

Díky tomu lze:

→ přesně mapovat data na jednotlivé snímky videa
→ analyzovat průběh letu v čase

Validace dat

Každý packet prochází kontrolou:

→ CRC16 výpočet
→ porovnání s přijatým CRC

Pokud kontrola selže:

→ packet se NEparsuje
→ uloží se pouze [corrupt]

To je důležité, protože:

→ neztratíme časovou osu
→ víme, kde došlo k chybě
→ neukládáme špatná data

Kritická část: bezpečný zápis na SD kartu

Největší riziko během mise:

→ náhlý výpadek napájení
→ crash Raspberry Pi

Proto používáme:

→ flush po každém packetu

To znamená:

→ každý řádek je okamžitě zapsán na disk
→ ztráta dat maximálně 1 packet

Implementace:

with open("telemetry.txt", "a") as f:
    while True:
        packet = read_uart_packet()
        timestamp = int(time.time() * 1000)
        if is_valid(packet):
            parsed = parse_packet(packet)
            line = f"{timestamp} {parsed}\n"
        else:
            line = f"{timestamp} [corrupt]\n"
        f.write(line)
        f.flush()

Proč je flush tak důležitý

Bez flush:

→ data zůstávají v RAM
→ při pádu systému se ztratí

S flush:

→ data jsou fyzicky na SD kartě
→ log přežije i tvrdý restart

Trade-off:

→ mírně vyšší zátěž SD karty
→ nižší výkon

V CanSat scénáři je ale spolehlivost důležitější než výkon.

Klíčové vlastnosti řešení:

→ binární packety s CRC16
→ jednoduchý textový log
→ timestamp v ms/100
→ [corrupt] pro nevalidní data
→ flush po každém packetu

Tento přístup zajišťuje, že i při selhání rádia nebo systému máme kompletní a časově přesný záznam celé mise.