Domowy system stabilizacji samolotów oparty na Arduino

Ostatnio zainteresowałem się tematem modelu samolotu. A potem się zaczęło: zbudował samolot, kupił sprzęt. Przewidując szybką śmierć pierwszego modelu bez wychodzenia z kasy, zaczął zbierać drugi, jednocześnie pracując w symulatorze. Ogólnie rzecz biorąc, opóźniłem swój pierwszy prawdziwy lot, jak mogłem, boję się przerwać w ruchu model. A potem, całkiem przypadkowo, orając otwarte przestrzenie aliexpress, natknąłem się na ciekawą rzecz - system stabilizacji lotu. To małe urządzenie wielkości odbiornika, które dostosowuje lot samolotu, czyniąc go bardziej płynnym, łagodząc wady pilotów. Zaczęli szukać, czytać, mówią i naprawdę dobrą rzeczą dla początkujących. Cóż, tutaj odpaliłem - chcę, a ty przynajmniej pękniesz. Po prostu budżet już się kończył ... Wydawałoby się, że samolot zbuduje pytanie o 10 dolarów w suficie i kupi sprzęt, kupi akumulator, kupi ładowarkę, silnik, regulator, serwa, śmigła ... Krótko mówiąc, wiele rzeczy się dzieje. Trochę przygnębiony, ale nie poddając się, zacząłem więdnąć z tyłu głowy: więc trochę umiem lutować. Zaczął szukać i prawie natychmiast znalazł mały artykuł zatytułowany „System stabilizacji samolotu za 200 rubli”. Bardzo skromny mały artykuł z bardzo skromną implementacją. Ale to już coś. Wspinał się na fora zagraniczne - i oto jest to ogromny projekt z ciągłym rozwojem! Zdecydowano, zrobimy to!

Projekt nazywa się MultiWii. Początkowo był pomyślany jako kontroler lotu na bazie multikoptera arduino, ale z czasem zaczął się rozwijać i poprawiać. Teraz jest kod, który pozwala umieścić ten system stabilizacji na samolotach i skrzydłach V. Do najprostszego wykonania, jak w powyższym artykule, potrzebujesz tylko 2 rzeczy: arduino i akcelerometru. Wszystko to można przylutować drutami, wypełnionymi gorącym smarem i będzie działać. Ale może i tak będzie, tylko że ja tak nie działam.

Jak powiedziałem, projekt się rozwija i rozwija. Tutaj możesz wkręcić inny moduł Bluetooth, aby skonfigurować kontroler z telefonu, barometr, kontrolować wysokość, GPS, aby zwrócić model „home” po utracie sygnału. Oprócz tego rośnie temat improwizowanych odbiorników opartych na tym samym arduino i tanim module komunikacyjnym A7105, który bez operacji koliduje z moim sprzętem FlySky i6, więc teoretycznie można połączyć te dwa projekty i uzyskać pełne mózgi dla samolotu, szybowca lub skrzydła. A w przedziale z wyżej wymienionym budżetowym sprzętem, który jest cicho flashowany z 6 kanałów na 14, ogólnie wychodzi to po prostu idealne dla początkującego za jego pieniądze.

Z tego powodu starałem się, aby płytka drukowana tego urządzenia była tak prosta, jak to możliwe, to znaczy jednostronna i żelazna. Oczywiście potrzebna będzie wiedza z zakresu elektroniki radiowej, przynajmniej umiejętność lutowania mniej lub bardziej jakościowo, możesz zamówić płytkę, aw skrajnych przypadkach, ale w istocie jest to projektant: uszyłem arduino, wlutowałem, moduł i grzebień na płytkę, jest gotowy. Minimalny wysiłek.

Do oprogramowania układowego arduinka potrzebujesz specjalnego konwertera USB - UART (TTL), ponieważ Arduino PRO Mini nie ma interfejsu USB. Nie powinieneś się tego obawiać, z reguły możesz je kupić w tym samym miejscu, w którym sprzedawane są arduino i moduły. Jedyną różnicą w oprogramowaniu wewnętrznym za pośrednictwem tego konwertera jest to, że musisz umiejętnie nacisnąć przycisk resetowania na samym arduino dokładnie w momencie pobierania szkicu, chociaż istnieją konwertery, które same ciągną stopę resetowania. Nie będę opisywać procedury przesyłania szkicu; jest już milion artykułów i filmów na ten temat napisanych i nakręconych.

Następnym krokiem jest zrobienie planszy. Płytka jest wykonana dowolną dostępną technologią lub zamówiona. Gorąco zalecam podrywanie torów, lepiej użyć stopu ROSE lub WOODA, aby warstwa była tak mała, jak to możliwe, duże prądy nie krążą tutaj, i lepiej chronić miedź przed nadmierną korozją, deszczem, śniegiem, nigdy nie wiadomo, to wciąż nie jest urządzenie domowe. Zrobiłem nieuczciwą LUT, nie najlepszy wynik, możesz zrobić dużo złej drukarki, ale kogo to obchodzi)

Za nimi jest arduino. Nogi do flashowania arduinki muszą być przylutowane lub kanciaste na boki. Możesz wypełnić szkic od razu, nie możesz go wypełnić, to nie ma znaczenia, ponieważ zmontowane urządzenie będzie nadal musiało być podłączone do komputera, więc kontakty programowania powinny być łatwo dostępne. Jedyną radą jest sprawdzenie arduino przed lutowaniem, wypełnienie dowolnego szkicu testowego i upewnienie się, że płyta miga. Tylko przylutuj, to będą hemoroidy.

Cóż i wszystko inne. Akcelerometr jest przylutowany na wysokich nogach i znajduje się nad arduino. Nie będę ukrywał grzechu, taki układ widziałem na obcym forum przy jednym ze sprzedanych, ale narysowałem własny szalik. Jeśli chodzi o mnie, brak trzech zworek nie jest wart zamieszania z dwustronną deską, bez względu na to, jak zła obecność tych samych zworek nie jest brana pod uwagę.

Jedno zastrzeżenie. Na płycie znajduje się jeden opornik i dioda LED. Format rezystora SMD można usunąć z niektórych uszkodzonych urządzeń, wartość nominalna 500 omów - 1,5 kOhm. Możesz wziąć zwykłą diodę 3 mm, miałem prostokątną, przylutowałem.

Na tym etapie urządzenie w zasadzie można już podłączyć i skonfigurować, ale wydaje mi się, że jest niekompletne. Elektronika dla modeli sterowanych radiowo od dawna zyskuje charakter modułowy. Dlatego myślę, że to urządzenie należy przenieść do gotowego modułu, który można łatwo zamontować w modelu i podłączyć. Aby to zrobić, potrzebuje skrzynki. Dobrym rozwiązaniem byłoby wydrukowanie go na drukarce 3D, tworzywo sztuczne użyte do drukowania jest lekkie i trwałe. Ale nie wszyscy to mają. Możesz to zrobić za pomocą termoformowania, w Internecie jest mnóstwo informacji, jak zrobić prostą maszynę do tego celu z odkurzacza, drewna i kawałka sklejki. Ale do tego musisz zrobić przyczółek, a to jest lenistwo. Podjąłem ścieżkę najmniejszego oporu. Tak, i taka metoda będzie podobna do tego artykułu - aby maksymalnie uprościć to przy użyciu minimum narzędzi.

Tnę dwa kawałki plastiku w zależności od rozmiaru płyty, w moim przypadku cienkiego przezroczystego PCV, ale możesz użyć wszystkiego, na przykład pudełka z dysku. Nie robiłem pośrednich zdjęć, ale myślę, że i tak będzie jasne.Za pomocą linijki zmierzyłem odległość do styków na płycie i wyciąłem dla nich okna na górze „skrzynki”. Wywierciłem otwory współosiowo z otworami na desce i połączyłem wszystko razem z improwizowanymi nitami z tubusów z nauszników. Aby wykonać taki nit, wystarczy delikatnie przytrzymać końcówkę rurki w płomieniu zapalniczki, a gdy powstaje napływ, dociśnij ją do korpusu zapalniczki. Z drugiej strony przecinamy rury, pozostawiając kilka milimetrów i robimy to samo. Jako przekładki zastosowano segmenty tuby z zakraplacza. W rezultacie wyszła taka kanapka:

Łatwy do zrobienia, lekki, prosty i niezawodny. Już teraz wygodnie jest zamontować go w kadłubie samolotu, przyklejając do dołu parę pasków dwustronnej taśmy „samochodowej”. Ale aby uzyskać pełny obraz, nadal potrzebujesz tabliczki znamionowej, która powie ci za pół roku, kiedy już jedenaście innych schematów zostanie zmontowanych, z czym się połączyć.

Tabliczka znamionowa wydrukowana na samoprzylepnym błyszczącym papierze. Ostatnio kupione specjalnie do takich celów. Wcześniej robiłem to: drukowałem na tym, co miałem, laminowałem taśmą klejącą i przyklejałem do taśmy dwustronnej. Najbardziej uważny może ocenić mój poziom angielskiego)

Teraz urządzenie naprawdę można nazwać gotowym modułem. Całkowita waga 15,5 gramów. Za dużo w porównaniu z zakupionym, ale ogólnie bardzo dużo. Przynajmniej mój model o zasięgu 950 mm będzie ciągnął bez problemów. Ale jeśli gonisz za ciężarem, możesz odlutować arduino z luźnego proszku bezpośrednio na planszy, zaoszczędzić 2 gramy, użyć cienkiego milimetrowego textolitu (użyłem którego jeden, półtora lub dwóch milimetrów nie zmierzył), nie rób tego. Ale czy to jest warte tych 5 gramów? Na przykład waga natywnego odbiornika z mojej aplikacji wynosi 16 gramów.
Urządzenie powinno znajdować się w płaszczyźnie poziomej, strzałka wskazuje kierunek ruchu. Ponadto urządzenia nie można zainstalować do góry nogami. Dla jasności dołączam zdjęcie.

Teraz przejdź do ustawień. Najpierw musisz podłączyć urządzenie do komputera, a następnie otworzyć dołączony graficzny interfejs użytkownika. Jeśli nie ma problemów ze sterownikami, port powinien pojawić się w programie:

Wybieramy to. Teraz musisz skalibrować akcelerometr. Naciskamy przycisk CZYTAJ, a jeśli wszystko jest w porządku, możemy obserwować odczyty z czujnika w czasie rzeczywistym. Kładziemy urządzenie na płaskiej powierzchni i wciskamy CALIB_ACC. Zwykle „płaską powierzchnią” jest stół w pobliżu komputera, więc po naciśnięciu przycisku kalibracji trzymaj ręce z dala od stołu. Kto nie pamięta, akcelerometr to czujnik przyspieszenia. Zatem wszelkie drgania lub wibracje podczas kalibracji nie będą miały pozytywnego wpływu. Ale jeśli to możliwe, lepiej skalibrować go na powierzchni wystawionej na poziom. Żyroskop jest kalibrowany sam za każdym razem, gdy jest włączany, więc nie trzeba go kalibrować. Jedyną rzeczą jest to, że po włączeniu model powinien być nieruchomy. Oznacza to, że kładziemy model na ziemi, włączamy go i nie dotykamy. Żyroskop jest natychmiast kalibrowany. Kalibracja jest sygnalizowana diodą LED oznaczoną jako STATUS.

Natychmiast skonfiguruj AUX1. Wygodne jest dla niego użycie przełącznika trójpozycyjnego, jeśli jest on na nadajniku. Na niskim poziomie (przełącznik znajduje się w pierwszej pozycji) stabilizacja jest wyłączona, na średnim poziomie (odpowiednio w pozycji) włącza się akcelerometr, a na wysokim poziomie żyroskop i akcelerometr. Do normalnego lotu w zasadzie wystarcza akcelerometr, do lotów FPV zwykle stosuje się żyroskop. Co by było, jak opisałem - ustaw wartości, jak pokazano tutaj:

Radzę nie dotykać tych ustawień przed pierwszym lotem. Stabilizacja działa dobrze przy podstawowych wartościach, a tam możesz już dokręcić, jeśli coś ci nie odpowiada.

Dalej TPA odpowiedzialny za wartość tych ustawień PID w zależności od pozycji gazu. Przy wartości 0,00 wartości PID będą takie same dla dowolnej pozycji gazu, to znaczy zgodnie z oczekiwaniami przy dowolnej prędkości. Przy wartości 1,00 dla gazu 100% PID będzie wynosić zero, to znaczy stabilizacja zostanie wyłączona. Przy wartości 0,5 na 100% gazu stawki będą odpowiednio równe 50%. Tutaj jest już dostrojony do samolotu i twojego stylu akrobacyjnego, do tej pory pozostawiłem 50%.

Również na kanale Aux2 musisz skonfigurować ramię. Uzbrojenie to termin helikoptera. Po ludzku nazywa się to odblokowaniem silnika. W samolotach jest to zwykle realizowane za pomocą urządzeń kontrolnych, ale od tego czasu Ten kontroler był pierwotnie helikopterem - tutaj był dość trudny. Zasadniczo zawieszamy jakiś wolny przełącznik na AUX2, w programie ustawiamy ARM na wysoki poziom. Tutaj ktoś może chcieć oszukać i ustawić odblokowanie na wszystkich poziomach AUX2, ale po prostu nie zawiedzie. W takim przypadku multiviy w ogóle odmawia uruchomienia silnika. Można założyć, że jest to błąd, ale myślę, że ochrona wkrótce. Samolot wciąż leci tylko do przodu i tylko Bogowie wiedzą, gdzie wybuchnie niekontrolowany helikopter.

Nawiasem mówiąc, jest to w rzeczywistości wygodne. W szczególności w mojej aplikacji silnik jest odblokowywany poprzez przesunięcie przełącznika w górę. W takim przypadku sprzęt musi być włączony tylko z wszystkimi przełącznikami w górnym położeniu. Oznacza to, że musisz włączyć sprzęt, przesunąć przełącznik w dół, aby zablokować silnik, a następnie przenieść go z powrotem, aby odblokować. I nie możesz odwrócić głównej rzeczy. Natychmiast okazuje się po ludzku, w górnej pozycji silnik jest zablokowany, w dolnej odblokowany.

W zakładce SERVO w razie potrzeby możesz odwrócić serwa. Tutaj zrobili to w jakiś sposób misternie. Najpierw musisz nacisnąć SERVO. Pojawi się lista serwomechanizmów i poziomów. Jeśli teraz naciśniesz przycisk Wstecz i spróbujesz zapisać, nic nie zostanie zapisane. Najpierw musisz nacisnąć GO LIVE, po czym po odrzuceniu drążków będzie można obserwować odchylenie poziomu w oknie. Teraz wciskamy przycisk wstecz wybranego kanału, a następnie wciskamy ZAPISZ. Teraz wszystko zostało zarejestrowane.

Ważna uwaga na temat odłączania urządzenia od komputera. Jeśli wyciągniesz przewody programujące z urządzenia lub wyciągniesz konwerter z portu USB bez zamykania portu COM lub programu MultiWiiConf, system zawiesi się, a niebieski ekran będzie w przybliżeniu 100% prawdopodobny. Przynajmniej na moim laptopie. Nawet specjalnie sprawdziłem. Nie wiem, czy jest to problem z moim sprzętem, czy też reaguje, jest widoczny dla wirtualnego portu COM, ale jeśli zostanie ostrzeżony, oznacza to, że jest uzbrojony. Pamiętaj

I jeszcze kilka ustawień, które mogą się przydać. Jeśli Twój odbiornik wie, jak wysłać sygnał PPM, możesz przesłać go do widoku z wielu kamer. Aby to zrobić, otwórz plik oprogramowania układowego, przejdź do karty config.h i poszukaj sekcji PPM Sum Reciver (gloryfikowane Ctrl + F). Tutaj musisz odkomentalizować 2 linie. Kto nie jest w temacie, komentowanie - oznacza to usunięcie dwóch ukośników na początku linii. To było tak:

// # zdefiniuj PPM_ON_THROTTLE

# zdefiniuj PPM_ON_THROTTLE

// # określić SERIAL_SUM_PPM PITCH, YAW, THROTTLE, ROLL, AUX1, AUX2, AUX3, AUX4,8,9,10,11 // Dla Graupner / Spektrum
// # określić SERIAL_SUM_PPM ROLL, PITCH, THROTTLE, YAW, AUX1, AUX2, AUX3, AUX4,8,9,10,11 // Dla Robe / Hitec / Futaba
// # Zdefiniuj SERIAL_SUM_PPM ROLL, PITCH, YAW, THROTTLE, AUX1, AUX2, AUX3, AUX4,8,9,10,11 // Dla multipleksu
// # zdefiniuj SERIAL_SUM_PPM PITCH, ROLL, THROTTLE, YAW, AUX1, AUX2, AUX3, AUX4,8,9,10,11 // Dla niektórych Hitec / Sanwa / Others

W moim przypadku jest to druga linia, w której znajduje się Futaba (do czego mam sprzęt FlySky). W tym przypadku może być konieczne wybranie empiryczne, możliwe jest samodzielne przepisanie pożądanej sekwencji. Tak czy inaczej, nie ma w tym nic skomplikowanego. Kompilujemy szkic i wypełniamy go nowym. Aby powrócić do normalnego trybu, postępuj odwrotnie, komentuj linie, kompiluj, wypełniaj. Chcę zwrócić uwagę, po ponownym załadowaniu szkicu wszystkie ustawienia i kalibracja zostaną odrzucone, pamiętaj o tym.

Innym częstym problemem, który, jak rozumiem, jest często spotykany i nie jestem wyjątkiem.Po tym, jak wszyscy zmontowali i skonfigurowali, podłączyli wszystkie koła kierownicy - ster odpływa. Uchwyty na pilocie zostały szarpnięte - wydawało się, że są na swoim miejscu, ale jeśli szybowiec trochę się zatrząsł - ponownie odpływa w bok i pod dość poważnym kątem. Jest traktowane elementarnie: w programie GUI ustaw wartość YAW - Ja do zera. Problem znika natychmiast.

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli masz doświadczenie w produkcji płytek obwodów drukowanych, urządzenie jest montowane w ciągu jednego wieczoru. Sama podstawowe ustawienia płaszczyzny już sam wykonałem na szkicu, resztę opisałem w artykule. Informacje musiały być gromadzone na różnych forach, głównie zagranicznych. Niemniej jednak podam linki do różnych źródeł, które pomogą w przypadku innych problemów, chociaż nie powinny.

, z którego pożyczyłem formę płyty. Nie oferuję zakupu, ale temat zawiera szczegółowy przewodnik po konfiguracji oprogramowania układowego w języku angielskim. To prawda dla starej wersji oprogramowania, ale w nowej wszystko jest prawie takie samo. W gałęzi znajduje się również tryb, który umożliwia regulację ustawień PID w czasie rzeczywistym za pomocą potencjometru.

. Ma swoje własne, przepisane oprogramowanie, mówią, że jest idealnie zoptymalizowane dla samolotów. Ale znowu stara wersja. Możesz spróbować, ale nie jestem odpowiedzialny za pojawienie się błędów, które nie zostały opisane w tym artykule. Istnieje wiele opisów ustawień.

. Ale podstawowe użyteczne informacje, które tam opisano, a mianowicie leczenie steru, już nakreśliłem. Niemniej jednak nigdy nie wiadomo.

Całkowity koszt waha się od 4-8 dolarów, w zależności od ceny, którą kupili arduino i moduł, czy w domu jest textolite, czy jest programista. W każdym razie jest to kilka razy mniej niż wartość rynkowa od 20 USD za urządzenie o takich samych cechach. Osobiście kosztowało mnie to 2 dolary, rok temu zapasy arduino zostały zakupione, nie tylko moduł.

W załączonym poniżej archiwum znajduje się szkic dla Arduino, program instalacyjny MultiWiiConf dla różnych systemów operacyjnych, plik PCB (do otwarcia potrzebujesz SprintLayout nie mniej niż wersja 6), a także płytkę drukowaną w formacie PDF dla tych, którzy nie mają w domu drukarki laserowej ( trzeba wydrukować w 100%).