DevLog #2 — L’Architettura Hardware

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Benvenuti al DevLog #2 di GreenSat. Sono ancora Filippo, e oggi vi portiamo dentro il cuore del CanSat: l’architettura hardware. Se nel primo episodio vi abbiamo raccontato cosa GreenSat farà, oggi vi mostriamo come lo farà. Partiamo.

La Sfida della Miniaturizzazione Consapevole

Ricordate il vincolo di cui abbiamo parlato? 115 millimetri di altezza, 66 di diametro, massimo 350 grammi. Non è una limitazione numerica astratta — è una realtà fisica che tocchiamo ogni giorno mentre assembliamo GreenSat. Ogni millimetro conta. Ogni grammo è una scelta consapevole.

Quando abbiamo iniziato a progettare la stack elettronica, la tentazione era banale: pigliare i componenti più piccoli disponibili. Ma avremmo commesso un errore. La miniaturizzazione non è fine a sé stessa. È la miniaturizzazione consapevole che trasforma un vincolo in un vantaggio.

Dunque abbiamo fatto un passo indietro. Abbiamo chiesto: quale componente serve davvero? Quale potremmo eliminare? Quale potrebbe fare doppio lavoro?

Lo Stack Elettronico: Una Cattedrale di Precisione

Layer di Base: Il Cervello — Arduino Nano e Raspberry Pi

Partiamo dal fondamento. Abbiamo scelto Arduino Nano come microcontrollore principale. Perché? È compatto — 45×18 millimetri — ha una potenza di calcolo sufficiente per le nostre esigenze, consuma poco, è perfetto.

Ma Arduino da solo non basta. La Raspberry Pi Zero gestisce l’acquisizione delle immagini multispettrali e il calcolo dell’indice NDVI. Qui è dove le cose diventano interessanti.

Pressione E Temperatura

Il cuore della missione primaria è il BMP180 — un sensore barometrico che misura pressione e temperatura. È minuscolo, collaudato, e offre una precisione di ±0,5 hPa per la pressione e ±1°C per la temperatura. Sufficiente per capire cosa succede nell’atmosfera mentre GreenSat scende.

Inizialmente avevamo considerato sensori più sofisticati: sensori di umidità, sensori di radiazione solare, addirittura un anemometro miniaturizzato. Sembravano scelte intelligenti. Poi abbiamo realizzato la verità: ogni sensore extra è peso, consumo energetico, complessità nel codice. Abbiamo deciso di restare fedeli alla missione, non di diventare un laboratorio volante.

È stata una decisione difficile, ma corretta.

GreenEye

Qui entra in scena l’innovazione che rende GreenSat unico. La missione secondaria richiede di catturare immagini nel range NIR (infrarosso vicino) e nel range rosso per calcolare l’NDVI della vegetazione sottostante.

La soluzione banale? Un sensore multispettrale commerciale. Avrebbe pesato 80 grammi, costato 400 euro, e avrebbe occupato quasi un quarto del nostro volume interno.

La nostra soluzione è diversa. Abbiamo integrato:

1. Una Raspberry Pi Camera V2 NoIR da 8 megapixel. È leggera, ha una sensibilità accettabile anche agli infrarossi, e costa meno di un sensore commerciale specializzato.
2. Due filtri ottici intercambiabili — uno NIR e uno rosso — che montiamo davanti al sensore tramite un sistema a carrucola motorizzata miniaturizzato. Un microsservomotore brushless da 3 grammi alterna i filtri ogni 5 fotogrammi.

Questo approccio ci consente di catturare coppie di immagini correlate senza aumentare il peso strutturale. L’algoritmo NDVI calcola poi il rapporto tra riflettanza NIR e riflettanza rossa pixel per pixel, generando una mappa della salute vegetativa in tempo quasi reale.

È stato un incubo da progettare. Le tolleranze sono di frazioni di millimetro. Ma funziona.

Comunicazione

Abbiamo scelto il modulo RFM95W, che si integra direttamente con Arduino tramite SPI. È affidabile, testato in missioni spaziali amatoriali, e consuma 120 mA in trasmissione — accettabile per le nostre batterie.

L’antenna è un’antenna a spirale a frequenza 868 MHz, lunghi 10 centimetri, montata esternamente dalla lattina. All’inizio volevamo un’antenna interna, più compatta. Abbiamo capito che le prestazioni radioelettriche non si negoziano. L’antenna esce dalla lattina.

Un modulo GPS fornisce geolocalizzazione continua. Non è essenziale per la navigazione — il GreenSat cade verso il basso, non orizzontalmente — ma ci consente di geolocalizzare i dati ambientali e di ritrovare il dispositivo rapidamente dopo l’impatto.

La Memoria Locale Resiliente

Arduino e Raspberry Pi registrano continuamente i dati su una memoria micro SD.

Se la trasmissione fallisce completamente, abbiamo comunque una copia completa della missione sulla micro SD.

I Pannelli Solari Flessibili

L’uso di Pannelli Solari Flessibili consente di evitare meccanismi complessi per integrare Pannelli tradizionali, nonché una innovazione concreta per adempiere alla nostra missione di Sostenibilità all’interno di un CanSat più leggero e resistente.

Cosa Aspettarsi dal Prossimo DevLog

Nel DevLog #3, vi mostreremo il CanSat vero e proprio, assieme a tutti i prototipi che hanno portato allo stato attuale. Nel DevLog #4 vi saranno i veri e propri test di funzionamento. Se tutto va come previsto — e di solito non va esattamente come previsto — avrete una comprensione concreta di come tutto questo funziona insieme.

Conclusione

L’architettura hardware di GreenSat non è il risultato di scelte casuali. È il risultato di decine di decisioni intenzionali, compromessi intelligenti, e soluzioni innovative nate da vincoli reali. Ogni componente ha un motivo di essere lì, e ogni millimetro inutile è stato eliminato consapevolmente.

Questo è quello che significa ingegneria consapevole. Non si tratta di fare le cose grandi. Si tratta di farle bene.

Grazie di averci seguito. Vi aspettiamo nel prossimo episodio.

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