Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz

Rasskabak 30 Cze 2006 00:51 29900 49
  • 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
    Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz
    Codename Hindenburg, czyli sterowiec RC na 433MHz


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • #2 30 Cze 2006 09:27
    wilku_sc
    Poziom 21  

    Super <wow> naprawde świetna robota, garatuluje.

  • #3 30 Cze 2006 09:50
    synbmx
    Poziom 20  

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

  • #4 30 Cze 2006 10:10
    ashpl
    Poziom 12  

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

  • #5 30 Cze 2006 10:22
    madart
    Poziom 25  

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

  • #6 30 Cze 2006 10:24
    Nevon
    Poziom 21  

    zamurowało mnie
    to się nazywa dobra robota!

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

  • #7 30 Cze 2006 12:33
    BuBos18
    Warunkowo odblokowany

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

  • #8 30 Cze 2006 13:43
    Thor1987
    Poziom 11  

    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

  • #9 30 Cze 2006 14:05
    zulers
    Poziom 11  

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

    PS. Super projekt! :)

  • #10 30 Cze 2006 14:21
    luki233
    Poziom 18  

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

  • #12 30 Cze 2006 14:45
    blur
    Poziom 22  

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

  • #13 30 Cze 2006 16:06
    Rasskabak
    Poziom 12  

    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 : ).

  • #14 30 Cze 2006 16:49
    morfi020
    Poziom 20  

    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

  • #15 30 Cze 2006 18:35
    bardzo_początkujący
    Poziom 10  

    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 :)

  • #16 30 Cze 2006 20:12
    iwan3000
    Poziom 15  

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

  • #17 30 Cze 2006 20:30
    lechoo
    Poziom 39  

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

  • #18 30 Cze 2006 20:47
    antrykot
    Poziom 20  

    iwan3000 napisał:
    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 ?

  • #19 30 Cze 2006 21:17
    Rasskabak
    Poziom 12  

    @ 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 ;)

  • #20 01 Lip 2006 16:47
    Sentinel18
    Poziom 17  

    Jako 2 z konstruktor chciałbym dodać ze procesory zostaly zaprogramowane w assemblerze ... odbiornik i nadajnik kazdy po okolo 4,5tyś lini kodu

  • #21 01 Lip 2006 22:07
    Morpheusss
    Poziom 15  

    Świetny projekt!!! Gratuluję :)

  • #22 01 Lip 2006 22:35
    marcin13
    Poziom 14  

    Sentinel18 napisał:
    Jako 2 z konstruktor chciałbym dodać ze procesory zostaly zaprogramowane w assemblerze ... odbiornik i nadajnik kazdy po okolo 4,5tyś lini kodu

    Brawo za cierpliwość przy pisaniu

  • #23 01 Lip 2006 22:42
    crazy_88
    Poziom 42  

    super projekt bardzo mi sie podoba moja ocenka 6

  • #24 02 Lip 2006 01:54
    AdioElektronik
    Poziom 14  

    Konstrukcja i projekt super. Ocena 6/6

  • #26 03 Lip 2006 01:48
    ArriSS
    Poziom 11  

    Projekt znakomity: 6/6 ;)

    Jaki jest tytul utworu, ktory leci w czasie filmu? ;>

  • #27 03 Lip 2006 12:38
    zilw
    Poziom 17  

    Pokłony odemnie , ja tez w tym roku skonczylem technikum ale powiem szczerze złamałeś mi serce tym co zobaczylem to jest niesamowite . <allachy>

  • #28 03 Lip 2006 16:20
    511311815
    Poziom 13  

    Jedno krótkie słowo >> zajeb...... dalej wiecie pozdro dla wszystkich super robota.

  • #29 03 Lip 2006 21:40
    mr_nuke
    Poziom 17  

    Witam

    WOW...
    Zaparło mi dech gdy ujrzałem te fotki!
    Powiem tak - ja bym takiego nie wykonał ;)

    Pozdrawiam

  • #30 04 Lip 2006 06:30
    janek1815
    Poziom 38  

    to jest po prostu zajeb...... moje gratulacje pomysłu i wykonania