Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Go to page 1, 2 Next

Main Page -> Forum Index -> DIY Structures -> Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Author

Message

Rasskabak
Poziom 12

Joined: 17 Dec 2003
Posts: 95

30 Jun 2006 00:51

Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Witam serdecznie.

Chciałbym przedstawić pracę dyplomową, która mnie i znajomego przyprawiła o tuzin siwych włosów oraz dyplom technika :)

Krótko mówiąc, mowa będzie o modelu sterowca, sterowanym przy użyciu cyfrowej transmisji radiowej w paśmie amatorskim.

Naszym głównym celem w pierwszych krokach projektu była przede wszystkim dobra zabawa. Okazało się jednak, że po miesiącu niektóre rzeczy przestają być zabawne i zaczyna się ciężka praca oraz ostra walka z czasem ;). W zamyśle projekt miał dorównywać funkcjonalnością profesjonalnym aparaturom zdalnego sterowania przy znacznie zminimalizowanych kosztach. Ostatecznie udało się osiągnąć większość funkcji systemów zdalnego sterowania "z górnej półki" przy stosunkowo niskim budżecie.

Projekt składa się z trzech podstawowych części - nadajnika, odbiornika oraz modelu sterowca.

Nadajnik skonstruowany został w oparciu o mikrokontroler ADUC841. Głównymi aspektami które zaważyły na wyborze tego właśnie mikrokontrolera, jest niski pobór prądu oraz dostępność w wersji niskonapięciowej. Pozwoliło to zasilić cały moduł sterujący z jednej baterii litowo jonowej a co za tym idzie znacznie zredukować koszty. Ponadto mikrokontroler ten posiada wbudowane przetworniki analogowo - cyfrowe, co odbiło się pozytywnie na stopniu komplikacji płytki drukowanej ;)

Urządzenie obsługuje 8 niezależnych kanałów symetrycznych. Na płycie czołowej nadajnika znajdują się dwa manipulatory obrotowe, dwa manipulatory suwakowe oraz dwa dwuosiowe drążki sterownicze. Mogą być one wykorzystane zarówno do sterowania silnikami w kierunku "do przodu" i "Do tyłu" (sygnał PWM odwracający fazę przy przejściu manipulatora przez położenie zerowe) jak i serwomechanizmami (impulsy o zmiennej szerokości).

"Pod maską" znajduje się także gniazdo do EEPROMU, który jest niezbędny dla funkcji autopilota. Po wciśnięciu przycisku nagrywania urządzenie zapisuje sygnały z poszczególnych kanałów. Maksymalny czas nagrywanej sekwencji wynosi około 10 minut, a więc wystarczająco dużo żeby zatoczyć kilka kółek (i innych ciekawych figur) nad stadionem olimpijskim ;). Urządzenie samo odnajduje koniec zapisanej sekwencji i automatycznie ją zapętla, dzięki czemu nie trzeba za każdym razem nagrywać całych 10-ciu minut ;).

Istnieje możliwość łatwej zmiany częstotliwości kanału transmisyjnego, za pomocą 4-stanowego przełącznika na tyle obudowy.

Nadajnik może pracować na pełnych obrotach przez 20 godzin, bez konieczności wymiany baterii.

"Mózgiem" odbiornika jest mikrokontroler DS89C440. Wygrał plebiscyt na najlepszego pilota roku z uwagi na swoja spora szybkość - 33MIPS. W ogólnej sprzedaży ciężko było dostać coś porównywalnie mocnego, potrzeba było natomiast czegoś naprawdę mocnego żeby wygenerować naraz sygnały dla dwóch par silników oraz ośmiu serwomechanizmów (z dokładnością do kilkuset nanosekund). Niestety dobrzy specjaliści każą sobie dobrze płacić - ten zażądał 100mA przy napięciu co najmniej 5V. ;)

Sygnał PWM do silników poszedł przez sterowniki L293, które wytrzymują prąd rzędu 1A oraz umożliwiają zmianę polaryzacji sygnału. Niestety cewki w silnikach komutatorowych powodowały duże skoki napięcia, zwłaszcza przy nagłych zmianach kierunku. Musieliśmy więc odseparować część napędową i zasilić ją z osobnych akumulatorów.

Wdrażając ducha "idiotoodpornośći", postanowiliśmy zabezpieczyć urządzenie przed odwrotnym podłączeniem napięcia. W zasadzie decyzja ta została podjęta po tym jak spaliłem większą część elektroniki właśnie w ten sposób :P

Kilka słów odnośnie samej transmisji:
Do przesyłania danych służy cyfrowy transceiver CC-1000. Transmisja odbywa się w paśmie amatorskim (~433MHz) a jej szybkość wynosi do 32kBps. Jak nie trudno zgadnąć, wraz ze wzrostem prędkości transmisji maleje "ping", ale również i zasięg. Informacje składane są w 33 Bajtowe ramki. W każdej ramce znajduje się 16 Bajtów preambuły, bat identyfikacji (co by nie złapać przypadkiem jakiegoś szumu, lub nie dać się złapać komuś ;) ) oraz 16 Bajtów danych z przetworników i przycisków. Całość kodowana jest korekcyjnym kodem Hamminga. Transmisja odbywa się przy pomocy kodu Manchester i modulacji FSK. Teoretyczny zasięg to 1,5km, z uwzględnieniem przekroczenia maksymalnej dozwolonej przez ustawę mocy sygnału, jednak bez dodatkowych wzmacniaczy. Praktycznie udało się osiągnąć transmisję bez zakłóceń na dystansie 75m w mieście. Jak na razie brak danych odnośnie zasięgu poza miastem ;)

Dodatkowe funkcje:
Trymowanie - pozwala na ustawienie neutralnych położeń manipulatorów. O dziwo przydaje się nadzwyczaj często. Praktycznie po każdym transporcie jakaś ośka sie obluzuje, i wypada skalibrować wszystkie manipulatory.

Bezwładność - poszerzony obszar neutralny, w którym ruch manipulatorem nie powoduje ruchów elementów wykonawczych. Bardzo przydatna funkcja przy tanich manipulatorach potencjometrycznych, które po każdym ruchu wracają do innej pozycji neutralnej ;).

Procedura Fail-Save - funkcja która w przypadku braku łączności miedzy nadajnikiem a odbiornikiem przez czas dłuższy niż kilka sekund, automatycznie ustawia silniki tak, aby sterowiec zaczął powoli opadać - głupio by było gdyby podczas lotu przy maksymalnej prędkości po prostej, nagle wyczerpałaby się bateria w nadajniku i leciałby on dalej... zwłaszcza że "paliwo na pokładzie sterowca" starcza na 2 godziny pracy na max. obrotach :P. Alternatywnie nagrać można własną sekwencję, która uruchomiona zostanie po zerwaniu łączności.

Kilka słów odnośnie samego modelu:
Balon wykonany jest z folii poliuretanowej. Jego pojemność to około 3,5m^3. Gondolka składa się z żywicy epoksydowej oraz włókien węglowych. Wydaje się że całość jest lekka jak piórko (bo w końcu lata ;) ), jednak okazuje się że nie ma nic bardziej błędnego. Całkowita masa lecącego sterowca to około 4kg, a więc i bezwładność całkiem spora. Generalnie szydło wyszło z worka dopiero gdy Hindenburg wzbił się w powietrze, tak więc nie było już możliwości zmiany silników na mocniejsze (co wiązałoby się z poszerzaniem ścieżek, być może zmianami w zasilaniu itp.). Lata w związku z tym dość "majestatycznie" ;) co widać na filmach. Po 2-3 dniach praktyki, można się jednak przyzwyczaić i zaliczyć slalom nawet przy dość wąskich odstępach między słupkami ;).

Na deser filmik (8,7MB, 352x256 @ 25):
http://angrenost.org/~wraith/film_lq.avi

Prezentacja:
http://members.lycos.co.uk/rasskabak/hindenburg/praca%20dyplomowa2.ppt

Bardziej szczegółowy opis:
http://members.lycos.co.uk/rasskabak/hindenburg/opis/opis.pdf

Oraz kilka zdjęć:

Bebechy odbiornika
http://members.lycos.co.uk/rasskabak/hindenburg/rimg0010bH.JPG

Sterowiec w locie :)
http://members.lycos.co.uk/rasskabak/hindenburg/ster5.jpg
http://members.lycos.co.uk/rasskabak/hindenburg/ster6.jpg

Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

wilku_sc
Poziom 18

Joined: 07 Feb 2006
Posts: 551

#2 30 Jun 2006 09:27

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Super <wow> naprawde świetna robota, garatuluje.

Google

Google Adsense

# 30 Jun 2006 09:27

synbmx
Poziom 17

Joined: 26 Mar 2005
Posts: 392
Location: Lublin

#3 30 Jun 2006 09:50

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

pełen podziw z mojej strony, dobra robota! i nic więcej już pisać nie musze :D

ashpl
Poziom 10

Joined: 16 Jan 2005
Posts: 50
Location: Katowice

#4 30 Jun 2006 10:10

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Sczena mi opadła. Super wykonianie, chciałbym nim posterować i zobaczyć jak sie lata :D Gratulacje !

madart
Poziom 20

Joined: 19 Sep 2003
Posts: 827

#5 30 Jun 2006 10:22

Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

A czym jest napełniony? Bo chyba nie wodorem :)
Jak wyonany jest szkielet?

Nevon
Poziom 18

Joined: 02 Aug 2005
Posts: 556
Location: Warszawa

#6 30 Jun 2006 10:24

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

zamurowało mnie
to się nazywa dobra robota!

mam pytanie odnośnie napędu i sterowania, sugerowaliście się orginałem czy wasz pomysł ??

BuBos18
Poziom 18

Joined: 02 Nov 2003
Posts: 559

#7 30 Jun 2006 12:33

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Takie cudeńko to jest coś :) Gratulacje i proszę o przesłanie (jeśli to możliwe) dokładnego opisu technicznego ;)

Thor1987
Poziom 11

Joined: 09 Jan 2006
Posts: 65
Location: Rybnik

#8 30 Jun 2006 13:43

Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

No poprostu szczena opada..................WOW male to to nie jest ........................;) super robota......... ciekawe czym to wypelnione jak jakims gazem to jak bedzie spiecie to fajne fajerwerki beda :P:P:P

zulers
Poziom 8

Joined: 19 Nov 2004
Posts: 29
Location: Bydgoszcz

#9 30 Jun 2006 14:05

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Sami tworyzliscie "balon" ? Jakie sa koszty ekspolatacji ( koszt helu i jak czesto trzeba dodawac go ) ? /pozdr zul

PS. Super projekt! :)

luki233
Poziom 16

Joined: 12 May 2005
Posts: 340
Location: Zamość

#10 30 Jun 2006 14:21

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Nic dodać, nic ująć po prostu rewelacja. Odemnie ocena 6/6 ;)

And!
Poziom 23

Joined: 22 Aug 2002
Posts: 3986
Location: Świętokrzyskie

#11 30 Jun 2006 14:26

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Ciekawa konstrukcja.
Jest problem ze ściągnięciem filmu.

blur
Poziom 17

Joined: 07 May 2003
Posts: 429
Location: Gliwice

#12 30 Jun 2006 14:45

Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

no jak na technikum to powalające, ja bym dał zaraz dyplom inżyniera :)

Google

Google Adsense

# 30 Jun 2006 14:45

Rasskabak
Poziom 12

Joined: 17 Dec 2003
Posts: 95

#13

30 Jun 2006 16:06

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Część druga opisu, czyli odpowiedzi na zaistniałe pytania oraz wrażenia z produkcji ;)

(film wrzuciłem na innego FTPa, powinien już działać)

@ Madart: Balon wypełniony jest oczywiście helem ;). 3 metry sześcienne wodoru byłyby... niebezpiecznym, a raczej szalonym pomysłem :P. W prawdzie pierwsze próby były na wodorze (w ogrodzie, z dala od ludzi ;) ), ale na obronie pracy napełniliśmy go już helem ;).

Szkieletu nie ma - przy tych rozmiarach wystarczy sam balon z dosyć grubej folii.

@ Nevon: Jako napęd służą silniki modelarskie zamontowane na ośce, obracanej przez serwomechanizm po łuku 180 stopni. Generalnie jest to często stosowane rozwiązanie w zastosowaniach modelarskich. Problem w tym że początkowo cała konstrukcja miała ważyć co najmniej 30% mniej, tak więc moc silników została dopasowana do troche mniejszego statku ;).

@ Zulers: Koszty eksploatacji w naszym wypadku były dośc duże. Jednorazowe napełnienie balonu to koszt około 160zł, przy czym balon powinien go trzymać przez tydzien, bez konieczności doładowywania.

@ Blur: Na inżyniera, to ten sterowiec będzie już miał GPSa, czarną skrzynkę, zintegrowany czajnik i luk bombowy do zrzucania ulotek ;).

Co do zaś samego balonu - na początku zrobiliśmy do testów balon o długości około 2m. Materiałem była zwykła folia malarska i taśma klejąca z serii „Mc Giver” ;). Zgrzewaliśmy to żelazkiem, jednak praktycznie nie dało się takiej konstrukcji uszczelnić.

Kolejna próba była z folią metalizowaną nie przepuszczającą wilgoci (takie srebrne coś z kilku warstw różnych rzeczy ;) ). Zostało kilka skrawków po zamówionych mikrokontrolerach, więc od niechcenia poszła pod żelazko. Efekt był znakomity – trzymała idealnie, łatwo się łączyła itp. Problem polegał na tym, że taka folia waży dość sporo, kosztuje odpowiednio (na ebayu była bodajże w cenie 1$ za stopę kwadratową) i na balon potrzeba było 10 metrów kwadratowych :P. Napisaliśmy maila do Londynu, do firmy zajmującej się produkcją tego typu rzeczy z zapytaniem o dostępność, rozmiary koszty i możliwość zakupu na osobę prywatną. Ludzie byli tak mili, że przysłali nam całą szpulkę gratis : ). Niestety jednak, podczas wycinania ostatniego fragmentu powłoki okazało się, że źle przeliczyliśmy metry na stopy i zabrakło nam pół metra bieżącego folii :/. W zasadzie nie było czym jej zastąpić, bo na co dzień nikt nie pakuje mikrokontrolerów o wymiarach 50x50cm :P

W końcu jednak z pomocą przyszła nam firma Tekom z Krakowa (której to baner widać na jednym z powyższych zdjęć ;) ). Udostępnili nam nieodpłatnie balon (inne firmy do których zwracaliśmy się z prośbą o pomoc chciały albo sporych funduszy za wypożyczenie, albo zaliczki rzędu 6000zł ;) ). Chcieli nawet dać swoje profesjonalne bebechy, ale taka opcja nie wchodziła w grę, gdyż w końcu miała to być Nasza praca ;).

Już po całej imprezie, dowiedziałem się, że ponoć całkiem dobre balony można zrobić ze zwykłego koca ratunkowego (taka srebrno-złota folia, dostępna w większości hipermarketów budowlanych, być może w sklepach samochodowych) sklejonego zwykłym super glue. W prawdzie próbowaliśmy robić różne rzeczy z taką folią, kleiliśmy ją różnego rodzaju klejami, z domorobnym klejem do PCV włącznie, ale nikt nie pomyślał o zwykłej kropelce ;). Wytrzymałość takiej folii w sumie pozostawia trochę do życzenia ale ponoć gaz trzyma jak powinna : ).

morfi020
Poziom 18

Joined: 17 Feb 2005
Posts: 492
Location: Znowu w Żyrardowie :)

#14 30 Jun 2006 16:49

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

RESPECT MASTER jeszcze takiego cuda nie widzialem naprawde godne podziwu i jak najbardziej za to nalezy sie dyplom bo to kawal dobrej roboty pozdro morfi

bardzo_początkujący
Poziom 3

Joined: 17 Mar 2006
Posts: 7
Location: Oświęcim

#15 30 Jun 2006 18:35

Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

jestem pełen podziwu i po prostu jak to młodzi dzisiaj mówią szczena opada
P.S. Jap rzeczytałem kawałek o "mózgu" postanowiłem, że zamiast robic zdalnie sterowany statek lepiej będzie jak zrobie sobie z plasteliny konika :)

Google

Google Adsense

# 30 Jun 2006 18:35

iwan3000
Poziom 15

Joined: 22 May 2006
Posts: 210
Location: Siemianowice Śl.

#16 30 Jun 2006 20:12

Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

A my mamy pisać jakiś głupi egzamina zawodowy zamiast zrobić po bożemu prace dyplomową :(

lechoo
Poziom 24

Joined: 17 Sep 2002
Posts: 4763
Location: łódzkie

#17 30 Jun 2006 20:30

Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Mam pytanie - po co aż 33MIPS mocy obliczeniowej mikrokontrolera i nanosekundowa dokładność w sterowaniu serwomechanizmów i silników?

antrykot
Poziom 16

Joined: 25 Aug 2005
Posts: 341
Location: Tychy

#18 30 Jun 2006 20:47

Re: Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

iwan3000 wrote:

A my mamy pisać jakiś głupi egzamina zawodowy zamiast zrobić po bożemu prace dyplomową :(

OT: A najlepsze w tym egzaminie jest to, że tam test nazywa sie egzaminem praktycznym :)

A ile kosztowały te servomechanizmy ?

Rasskabak
Poziom 12

Joined: 17 Dec 2003
Posts: 95

#19

30 Jun 2006 21:17

Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

@ Lechoo - Impulsy serwomechanizmow musza byc podawane raz na 20ms. Szerokosc impulsu powinna miescic sie w granicach od 1,5ms (max w lewo) do 2,5ms (max w prawo). Serwomechanizmow jest sztuk 8, do tego dochodza jeszcze sygnaly PWM i transmisja. O ile w PWM moga byc lagi itp (stosunkowo duza bezwladnosc silnikow), o tyle w transmisji i serwach juz nie bardzo.

Jeśli mikrokontroler "zaspalby" z wystawieniem impulsu dla serwa, spowodowaloby to ostre szarpniecie oska z silnikami. Generalnie nie byl to jakis wielki mankament, ale wygladalo to bardzo prowizorycznie. Nie wiadomo poza tym, czy w pewnym momencie nie odkleilby sie od tego np jeden z silnikow ;).

Po drugie transmisja - dane szly z predkoscia do 32kBps a kazda ramke po odbiorze trzeba bylo rozebrac na czesci, odkodowac, zlozyc spowrotem w calosc i poupychac po odpowiednich rejestrach ;).

W prawdzie moznaby inaczej ulozyc np przelozenie serwa, zmniejsyc plynnosc jego obrotow, zmniejszyc szybkosc transmisji itp, ale projekt mial byc z zalozenia uniwersalny. Serwo w sterowcu moze szarpac. Kierownica w samochodzie wyscigowym juz nie bardzo :P

@ Antrykot - cena serwomechanizmow zalezy od ich sily ;). Np na Allegro miesci sie w granicach 30 - 160zl ;). Nasze kosztowalo okolo 45zl, choc szczerze mowiac nie wiem po co az takie duze - chyba ktos nas chcial troche w balona (hehe, dobre okreslenie) zrobic ;)