Der Aufbau ist wie immer möglichst einfach gehalten. Als Sensorverbund wird ein 9DOF Sensorstick von Sparkfun eingesetzt. Dieser enthält einen ITG3200 (3 Achs Gyro), HMC5843 (3 Achs Magnetfeldsensor) und einen ADXL345 (3 Achs Accelerometer) welche alle über I2C Ausgelesen werden.  Der Hauptprozessor ist, wie zu erwarten, ein AVR. Genauer gesagt ein ATMEGA644, welcher auf 18.432MHz Taktet (Baudratenquarz) bei 3.3V. Die Daten werden über ein XBee Modul an den PC gesendet. Zusätzlich ist noch ein OLED Grafikdisplay eingebaut (128×64 Pixel).

Die .NET Software welche in C# Programmiert ist, nimmt die Datensätze entgegen. Ein DCM Filter (direction-cosine-matrix) rechnet die Daten der Sensoren um und liefert als Rückgabewert ein Quaternion. Dieses wird mithilfe unterschiedlichen, von mir erstellten Controls in Echtzeit visualisiert (3D Würfel, Schräglageanzeige).

Im folgenden Video ist der gesamte Aufbau in Aktion zu sehen. Die Verzögerung zwischen Bewegung – Visualisierung ist wirklich sehr Minimal. Im grossen und ganzen ist die Umsetzung sehr gut gelungen.

Im Nächsten Video ist der Hardware Aufbau zu sehen. Das Display zeigt zuerst den Animierten Bildschirmschoner an. Danach wird über den PC die Software initialisiert, es wird der Kalibrierungsvorgang angezeigt.

Und nochmals die Software. Es sind dort noch einige zusätzliche Buttons vorhanden, z.B. um die Akkuspannung auf dem Sensorboard auszulesen.

Genauere Informationen können der Dokumentation entnommen werden, welche hier zum Download zur Verfügung steht -> “VDA Dokumentation”

Weitere Fragen, Anmerkungen usw. beantworte ich gerne per Email oder sonstigen Kommunikationswegen.

Das Interface ist recht durchschnittlich, aufgeräumt und nach einigen Modifikationen durchaus brauchbar. In der Konsole lassen sich direkt einzelne Befehle ausführen, für komplexere vorhaben besteht die Möglichkeit das ganze in Scripts auszulagern (Objektorientiertes programmieren sollte angeblich möglich sein).

Neben normalen rechnen besteht der Vorteil besonders darin Kurven, Funktionen usw. einfach grafisch darstellen zu können. Mit der methode plot(x,x) lassen sich arrays mit werten direkt grafisch anzeigen (plot3(x,y,z) für 3D), mit xlabel(‘string’), ylabel(‘string’) und title(‘string’) beschriften. Nachfolgendes Bild zeigt eine einfaches Beispiel anhand einer Lastanpassungsfunktion.

Die verwendete Programmiersprache ist sehr gewöhnungsbedürftig, erinnert gar an Basic. Für den Anfang empfehle ich immer einmal kurz diese Zeile durchzuhauen

clc;clear;clf;hold on;grid;box;

Es killt offene Fenster, Logs, vorhandene variable und setzt Gitterlinien und Umrandung als Standard. Desweitern ist es gut zu wissen, das es neben den vordefinierten Methodenattributen meistens auch die Möglichkeit gibt, erweiterte Parameter zu setzen. Beispiel anhand einer Textbox text([xy],’string’)

text(‘Position’,[10 10],’String’,'text’,'BackgroundColor’,'b’,'EdgeColor’,'w’,'Margin’,5);

Es wird zuerst das Attribut als String, dann der Wert gesetzt. Somit lassen sich beispielsweise bei Plots liniendicke und weitere Werte einstellen.

Leider ist es nicht möglich in einem Script Funktionen zu definieren, jedoch aber kleine inline Funktionen.  Diese Einzeiler hab ich des Öfteren verwendet um sauber Formeln zu definieren wie beispielsweise diese für die Vektorberechnung während eines Fluges:

mDir = @(ta)atand((v0*sind(winkel)-g*ta)/(v0*cosd(winkel)));

Der Aufruf ist mit mDir(4); sehr elegant und der Code bleibt übersichtlich und kann sauber kommentiert werden.

Sonstiges was mir noch einfällt:

Fetschreiben und Schriftgrösse ändern: title(‘\bfDer schiefe Wurf\rm’,'FontSize’,20);

Farbschema ändern: whitebg([0 0 0]);

Zbuffer einschalten für Animationen: set(gcf,’Renderer’,'zbuffer’)

Nun noch zwei Bilder von weiteren kleinen Programmen die ich geschrieben habe. Ersteres ist die Flugbahnberechnung  Aufgrund von Abschusshöhe, Geschwindigkeit und Winkel. Der Flug ist Animiert, Maximalwert, Aufschlagspunkt sowie der Aktuelle Flugvektor sind Grafisch sichtbar.

Das Zweite Bild zeigt ein Experiment mit der Normalverteilungsfunktion (Zufällige werte, Histogramm und die Häufigkeitssumme). Die hist(w,k) Funktion stellt sehr einfache Mittel zur Verfügung um werte automatisch, bereits in Klassen sortiert anzuzeigen.

Matlab ist sicher ein interessantes Programm und gut geeignet wen es darum geht, Beispielsweise Matrizenrechnungen durchzuführen oder Diagramme anzuzeigen. Für 3D und Animationen ist es aber eindeutig zu langsam, selbst bei meinem C2D und Win7 war kein vernünftiges Ergebnis möglich (OpenGL hat bei meiner x1400 leider nicht geklappt, FireGL nötig?). Die Programmiersprache ist leider auch sehr abwegig vom Standard, ein eingewöhnen dauert seine Zeit. Ansonsten bleiben mir einige neue Ideen für andere Programme, bin aber froh das ich nicht weiter damit arbeiten muss

Herstellerlink: http://photoshipone.com/ps1-products/mkTR/

Das Set besteht aus dem CFK Hauptgestell, 2 Digitalservos und diversen Kleinteilen. Das Landegestell selbst ist im Vergleich zum original doch ein gutes Stück grösser und auch deutlich stabiler.

Das Hauptteil, auf welchem Später die Kamera Montiert wird ist schnell zusammengebaut. Es besteht aus 2,5 mm dickem CFK und wird seitlich zusammengesteckt / geschraubt. Leider etwas zu genau, ein kurzes nachbearbeiten war nötig, um sie schlussendlich mit dem Hammer zu vereinen.

Das Landegestell ist simpel aber effektiv aufgebaut. Leider war auch hier manuelles nachbearbeiten nötig um die aus Alu bestehenden Kuffe durch die Löcher zu bringen.

Der Nickservo ist glücklicherweise nicht direkt  mit der Kamera verbunden, sondern läuft über eine externe Übersetzung. Um jedoch nicht na ausschlagwinkel zu verlieren, muss das Interne Potenziometer im Servo abgelötet und das Externe angelötet werden. Ebenfalls müssen alle im Servo vorhandenen Mechanischen Fixierungen mit dem Dremel entfernt werden.

(Wie auf dem Bild zu sehen, werkelt ein AVR im Servo , zudem wundert es micht nicht, das häufig über abgebrannte Servoelektronik geklagt wird, sieht man sich die Endstufengrösse an… )

Schlussendlich werden die beiden Akkuhalterungen montiert. Es bietet sich damit die Möglichkeit 2 Normale (3S / 4S ?) Lipos zu verwenden, welche nicht die spezial-quadrahtform haben müssen wie die originalen. Zudem ist zu erwähnen, das dass gesamte Gestell Mechanisch sehr gut entkoppelt ist. Dies dürfte auch später bei den Kameraflügen zu gute kommen.

Fast fertig. Der Servo für Roll lässt sich gut mit schrauben montieren, die Führung ist ebenfalls sehr sauber gelöst und hat praktisch kein Spiel. Für den Nick-Servo ist jedoch Sekundenkleber vorgesehen, schade.

Die Montage am Kopter selbst ist einfach. Das demontieren der oberen Ebene ist (Gottseidank) nicht nötig! Die Bolzen können von unten hinaus geschraubt und die neue schrauben mit etwas fummelei eingeführt werden. Da ich nicht vorhabe beide Akkuslots zu verwenden, ist auf der Hinterseite vorerst mal der Video Downlink untergebracht. Das fehlende Gewicht wird dann mit der Position der Kamera ausgeglichen.

Die Servos können direkt an der FC an den dafür vorgesehenen Servoanschlüssen angeschlossen werden.  Ist im Koptertool alles richtig eingestellt und die Gyros kalibriert, so wird die Kamera automatisch Stabilisiert und kann beispielsweise über ein Gamepad gesteuert werden.

Ein Video vom Flug wird folgen!

Die Teile werden erstmal der übersichtshalber sortiert und ausgelegt.

Die Arbeiten beginnen mit dem Frame. Es besteht hauptsächlich aus hübschen CFK und Aluteilen, welche wunderbar zusammenpassen. Schrauben sind (wie sich schlussendlich herausstellt) alle vorhanden!

Die TVP werden mit schraub bestückt. Die Ausrichtung ist nicht in jedem Fall leicht ersichtlich, da es exakt die gleichen platten sind, habe ich sie mehrmals falschrum eingebaut.

Jedoch passten sie dann doch sauber zusammen.

Nun können die 4 Ausleger in das Frame geschraubt werden. Das erste mal kommen Stahlschrauben zum Einsatz, nehme an aus Gewichtsgründ?

Die Y Ausleger werden angeschraubt.

Nun da alle 8 Ausleger montiert sind, werden die Dimensionen langsam bekannt.

Damit die Motoren endlich vom Tisch sind werden sie montiert.

Die Motorenkabel werden mit 1,5mm2 Litzen verlängert. Bei den vorderen Auslegern passten sie noch durch den Aluminiumstab, im hinteren jedoch wo 6 Kabel durchlaufen, nichtmehr. Das Landegestell wurde ebenfalls befestigt.

Nun zum spannenderen Teil. Die FlightControl muss fertig bestückt werden.  Die SMD Gyros sind glücklicherweise bereits vorbestückt.

Der Höhensensor wird (wie empfohlen) in schrumpfschlauch + Schaumstoff eingehüllt um direkte Einstrahlungen zu verhindern.

Die 8 BL Motorregler müssen glücklicherweise nicht Manuel verdrahtet werden, es steht dafür eine ringförmige Platine zur Verfügung. Sie können so mit einfachen Drahtbrücken fixiert werden. Die Stromversorgung und I2C Bus erfolgt direkt über diese.

Die 8 Kontroller sind fertig verlötet. Die Glättungskondensatoren sind jedoch für 4S etwas sehr knapp bemessen. Jedoch versicherte man mir dass diese Kombi erfolgreich geflogen wird. Trotzdem habe ich noch einen etwas stärkeren zusätzlich mit eingebaut, da ich weis wie sensibel der ACC und Gyro reagieren können.

Der erste Test der FC steht an. Der Schalter welcher anfangs verlötet wurde entpuppte sich als überflüssig, wurde daher wieder entfernt. Die BL regler sind bereits per I2C angehängt um die Bus Adressen zu testen. Die Verbindung erfolgt vorerst über USB.

Das erste Mal kommt das Koptertool zum Einsatz. Die Software kommuniziert über ein usb<>uart Interface mit der FC. Die Grafische Echtzeitauswertung bestätigt dass die Sensoren sowie Regler in Ordnung sind.

Weiter kommt die NC + Kompass + GPS an die FC. Sie wird mittels SPI verbunden und funktioniert ebenfalls ohne weitere probleme.

Die Kompassdaten und GPS Lokalisierung scheinen gut zu funktionieren.

Die MX16 wird standardmässig mit 36mHz ausgeliefert. Jedoch habe ich vorausschauend bereits den JETI 2,4gHz Umbausatz mitbestellt.

Der eingebaute Receiver wird an der Datenleitung durchgetrennt und auf den JETI Sender angelötet. Da es sich anscheinend dort bereits um das Default ppm Signal handelt, geht das problemlos.

Das gesamte „Rechenzentrum“ ist nun am Frame befestigt. Die Montage dort ist extrem unhandlich und ein ziemliches gefummel. Ich hoffe nur das dort nie etwas zu reparieren oder ändern ist.

Ein weiteres Mal wird das gesamte Konstrukt unter Strom gesetzt (noch aus 3 parallelen Netzteilen um den Strom zu überwachen und notfalls zu begrenzen. Es sieht jedoch aus als ob noch alles funktioniert.

Die Motorkabel werden an die Regler gelötet. Natürlich waren über die Hälfte schlussendlich falsch verdrahtet und durften wiederholt angelötet werden. Zusätzlich konnte ich gleich noch alle Motorregler auf die korrekte Funktion überprüfen (manueller betrieb aus dem Kopterool)

Die Haube passt nach kleinen Modifikationen auf das Frame und wird angeschraubt, man merkt allerdings das diese eigentlich für den Hexa gedacht ist.

Die Akkus werden vorsorglich mal geladen, gleichzeitig wird der neue Lader auf seine Funktionen geprüft (Blaue unten)

Die Led streifen werden am Roten Ausleger (vorne) befestigt und angeschlossen. Die Motorkabel werden mit Kabelbindern fixiert.

Der Summer wird wie empfohlen möglichst weit vom Core entfernt montiert (EMV).

Dem ersten Probeflug steht nichts mehr im Wege. Das Bluetooth Interface funktioniert mehr oder weniger, alle Systeme scheinen optimal zu laufen.

Der erste Einsatz auf dem Flugplatz (Feldweg). Mit dabei das programmiergerät (Notebook) um mit den Settings zu spielen und Lader zum nachheizen.

Erfolgreicher Erstflug.

Die Settings sind relativ vielfältig. Ausversehen habe ich die ersten 4-5 Akkus immer den ACC genullt anstelle des Gyros, dies hat nicht viel zur Flugstabilität beigetragen. Nun mit richtigen Voreinstellungen und manuellem nachtrimmen an der Funke steht er auch ohne GPS sehr ruhig in der Luft. Der Höhensensor jedoch ist noch sehr sensibel und muss immer kurz mit dem Gas noch Nachgeregelt werden, jedoch für den Normalflug unverzichtbar und sicher einer der wichtigsten Sensoren. Eine weitere nützliche Funktion ist die automatische Ausrichtung, so dass die Fluglage immer beibehalten wird (für ungeübten Flieger wie mich).

Die Fluglage zu erkennen ist allerdings wirklich sehr schwer. Bei tag ist dies dank der led noch bis zu einer bestimmten Distanz gut möglich, bei Nacht überstahlen sie allerdings etwas wodurch die Ausrichtung unklar wird.

Die Landung klappte erst nach dem 10-15 Akku einigermassen, zu sanftes landen führt zu Hopsern und schlussendlich zum umkippen (die Rotoren sind jedoch sehr solide). Ein zügiges absenken ohne Höhenregler führt jedoch zu einem guten Ergebnis.

Die Erstkommunikation mit einem Modul selbst war relativ unproblematisch. Sie funktioniert mit dem dafür vorgesehenen USB Adapter genauso wie mit dem selbstgebauten rs232 Modul. Mit dem Tool X-CTU können nun die Parameter des xBee angepasst werden. Es stellt ebenfalls ein einfaches Terminalprogramm zur verfügung.

Jedoch interessiert mich die manuelle Konfiguration mehr. Z.B. mit Putty an den verwendeten COM Anschluss verbinden (Baud Default auf 9600), mit der Eingabe +++ (ohne break) in den Programmiermodus wechseln, es wird OK angezeigt. Nun können mit AT befehlen die Settings gelesen und geschrieben werden. Der Programmiermodus wird automatisch nach ein par Sekunden ohne Aktion verlassen.

Die wichtigsten Befehle:

• ATMY  ->  Eigene Adresse
• ATDL  ->  Zieladresse
• ATID  ->  PAN ID (Netzwerkadresse)
• ATWR  ->  Settings speichern, ansonsten gehen sie nach einem Spannungsabfahl wieder verloren
• ATBD  ->  Modul Baudrate (1200 – 115200)
• ATDB  ->  Signalstärke (erst nach senden von paketen verwendbar)
• ATCT  ->  Programmiermodus verlassen

Für weitere Tests hab ich bereits mehrere kleine Empfangsplatinen gebaut, gesteuert von einem Atmega8. Wichtig dabei ist, die Versorgungsspannung ist max. 3.4V ! mit meinen zuerst verwendeten 3.6V sind 2 xbees nach etwa 30min abgebrannt. Der Atmega8 verkraftet diese Spannung glücklicherweise noch ohne Probleme (7.3728Mhz), so entfällt die lästige Signalwandlung zwischen den beiden  Spannungen.

Damit ich später den Controller updaten kann ohne jedesmal manuell per ISP zu flashen, habe ich mich nach einem uart bootloader umgesehen. Es gibt diverse,welche die nicht richtig funktionierten, oder nur auf wenigen AVRs.Jedoch wurde ich mal wieder bei peter fleury fündig. Sein Bootloader funktioniert mit allen gängigen grössen Relativ einfach. Wichtig ist, will man direkt in dem Bootmode starten, so müssen die entsprechenden Fusses gesetzt werden. Jedoch verwende ich diese nicht, da ich direkt aus dem laufenden Programm auf den Bootsektor springen will und nach dem Flashen zurück zum programmstart. Der Code wurde daher etwas angepasst, so das jetzt mit void (*jump_to_bootloader)( void ) = 0x0E00; der Bootsektor angesprungen wird.

Aufgrund von Timingproblemen mit dem stk500 verwende ich für das Flashen avrdude mit 57600 Baud. Es spuckt zwar noch einige Fehler, jedoch kann ich mit

avrdude -b 57600 -P com4 -U flash:w:main.hex -c stk500v2 -p m8 –F

das Flashen trotzdem erfolgreich erzwingen. Somit ist ein updaten z.B. aus einem vb.net Programm heraus ohne manuelles eingreifen möglich.

Ein Test mit mehreren Endgeräten wird in einigen Wochen folgen.