De Quadrocopter
Arne Depoortere
Laurens Scheldeman
Promotor: Dhr. Rubben F.
VTI-Brugge
De Quadrocopter Arne Depoortere Laurens Scheldeman
Promotor: Dhr. Rubben
Schooljaar 2013-2014
Woord vooraf Wij studeren aan het VTI Brugge en volgen er tijdens het schooljaar 20132014 het zesde jaar Industriële Wetenschappen. Als eindwerk kozen we voor het bouwen en programmeren van een quadrocopter. Enerzijds gaan onze interesses uit naar elektronica en mechanica. Anderzijds stond al snel vast dat we een project wilden uitwerken rond vliegtuigen. Na enig opzoekwerk besloten we om een quadrocopter te bouwen. Dit is een op afstand bestuurde multicopter aangedreven door vier rotors. De uitdaging bestond erin om de quadrocopter zo stabiel mogelijk te laten vliegen. Deze opdracht hebben we kunnen realiseren dankzij de raad en opvolging van onze promotor en leerkracht elektriciteit, de heer Frank Rubben. Ook de heren Patrick Gurdebeke en Geert Maes zijn we dankbaar voor hun steun en uitleg. Verder ook dank aan Aerobertics voor het deskundig advies. Onze ouders, familie en vrienden bedanken we ook voor hun morele en materiële steun.
Inhoudsopgave Woord vooraf ......................................................................... 4 Inhoudsopgave ...................................................................... 5 Inleiding ................................................................................ 7 Opdracht geschiedenis: Ontstaan van de quadrocopter ......... 8 Hoofdstuk 1: De voorbereiding ............................................ 16 1.1 Het vliegtuig ..........................................................................16 1.2 De helikopter .........................................................................17 1.3 De quadrocopter ....................................................................19 1.4 Opstart van het project ...........................................................22 1.5 Modelbouwwinkels ..................................................................24 1.6 Bezoek KHBO ........................................................................25 1.7 De wetgeving m.b.t. quadrocopters ...........................................26
Hoofdstuk 2: Het frame ........................................................ 27 2.1 De armen .............................................................................28 2.2 De boven- en onderbaseplate ...................................................32 2.3 Het kartonnen frame...............................................................34 2.4 De stand-off’s ........................................................................35 2.5 De deckplaat .........................................................................38 2.6 Montage ...............................................................................39
Hoofdstuk 3: De bouw .......................................................... 41 3.1 De batterij ............................................................................42 3.2 Het powerboard .....................................................................47 3.3 De snelheidsregelaars (ESC’s) ..................................................48 3.4 De motoren ...........................................................................49 3.5 De propellers .........................................................................53 3.6 De UBEC ...............................................................................58 3.7 De zender en ontvanger ..........................................................59 3.8 Het controllerbordje ................................................................61
Hoofdstuk 4: Het programma ............................................... 64 4.1 Vlieg modes ..........................................................................64 4.2 Tuning ..................................................................................66
Hoofdstuk 5: De afwerking................................................... 68 5.1 Het landingsgestel ..................................................................68 5.2 De ledlampen ........................................................................69 5.3 De afgewerkte quadrocopter ....................................................70
Hoofdstuk 6: Paola wedstrijd ............................................... 72 Opdracht Frans .................................................................... 73 Opdracht Engels ................................................................... 82 Bijlagen.............................................................................. 111 Lijst van figuren ................................................................. 247 Literatuurlijst ..................................................................... 249 Nawoord ............................................................................ 254
Inleiding Sinds het derde jaar volgen wij de richting industriële wetenschappen. In het vijfde jaar werd ons verteld dat we in het zesde jaar de kans zouden krijgen om een eindwerk te maken. Vol enthousiasme besloten we om in het vijfde jaar al eens na te denken over een goed GIP-onderwerp. Omdat elektronica en mechanica ons erg interesseren, kozen wij voor de quadrocopter. Nochtans is dit niet de enige reden voor dit project. We waren er ook van overtuigd dat we een project wilden uitvoeren in de luchtvaart. Het fascineert ons hoe een vliegtuig in de lucht kan blijven en niet neerstort. Aangezien bij het bouwen van een quadrocopter verschillende disciplines zoals fysica (stabiliteit van het vliegtuig), sterkteleer (keuze van de gebruikte materialen), wiskunde (bijvoorbeeld berekenen hoe groot de propellers moeten zijn) en elektriciteit/elektronica (keuze van de motoren, snelheidsregelaars,…) betrokken zijn, komen in dit project ook onze andere interesses aan bod. Met de quadrocopter bouwen we ook aan een toestel dat in de toekomst verder zal gebruikt worden. Wij denken bijvoorbeeld aan de toepassing van drones in oorlogsgebieden. Wellicht zijn er voor de quadrocopter nog tal van nieuwe mogelijkheden in de moderne technologie. In ons GIP-boek kan u perfect volgen hoe we deze quadrocopter bouwen. Alle aanwezige berekeningen en keuzes van materiaal die we maken staan in dit boek beschreven. Ons eindwerk bestaat uit zes hoofdstukken en enkele bijlagen. In het eerste hoofdstuk wordt de voorbereiding besproken die vooraf ging aan het effectief bouwproces. In het volgende, tweede, hoofdstuk wordt het frame beschreven. Hier gaat het voornamelijk over gewichtsbesparing. Dit is een zeer belangrijk aandachtspunt. In het derde hoofdstuk vervolledigen we de bouw van onze quadrocopter. Dit wil zeggen dat we de motors, het powerboard, het geheugenbord, de propellers,… aanbrengen. Hoofdstuk vier heeft betrekking op het programmeren van de quadrocopter. Het volledige geheugenbord moet namelijk correct worden geprogrammeerd. In het vijfde hoofdstuk bespreken we onze ervaringen met het vliegen met de quadrocopter. Ook de volledige afwerking wordt daarin beschreven. In het zesde en laatste hoofdstuk wordt er nog aandacht gegeven aan onze deelname aan de Paola wedstrijd.
Opdracht geschiedenis: Ontstaan van de quadrocopter De geschiedenis van de quadrocopter, een radio gestuurde multicopter aangedreven door vier rotors, kan niet losgezien worden van de geschiedenis van de helikopter. Alles begint in 400 voor Christus met de Chinese vliegers aangedreven door propellers uit bamboe.
Via de handel met het Verre Oosten bereikte dit speelgoed Europa in de renaissance. Dit inspireerde niemand minder dan Leonardo Da Vinci (1452 – 1519). Leonardo Da Vinci droomt van een “vliegmachine” en denkt aan een constructie die bewogen wordt door een hefschroef die draait om een verticale as. Hij denkt daarbij aan de “schroef van Archimedes”. Dit is een apparaat dat over het algemeen gebruikt wordt voor het oppompen van water. Het transport gebeurt meestal opwaarts. Da Vinci wil dit gebruiken voor het opstijgen en lanceert hiermee het idee van het verticaal opstijgen. Het is een soort voorontwerp van een helikopter. Echter, de kracht om de “vliegmachine” voor te stuwen moest van mensen komen die de schroef van Archimedes moesten laten draaien. Dit bleek onhaalbaar omdat het toestel te zwaar werd.
Pagina 8
Drie eeuwen later, in 1754, stelt de Rus Mikhail Lomonosov (1711 – 1765) een kleine tandem rotor voor aan de Russische Academie voor Wetenschappen. Het toestel, de Aerodynamic, is bedoeld om meteorologische instrumenten te laten opstijgen. Hier wordt het idee van het verticaal opstijgen dus weer opgepikt. Twee propellers roteren in tegenovergestelde richting op eenzelfde as. Het toestel wordt aangedreven door een horlogeveer.
In 1784 stellen Christian de Launoy en zijn mecanicien Bienvenu aan de Franse Academie voor Wetenschappen een model voor met wiekjes die in tegenovergestelde richting draaien. Dit toestelletje kan zelf (verticaal) opstijgen en wordt voortbewogen door de spanning van de boog. Ook dit toestelletje blijft speelgoed…
Pagina 9
In 1843 experimenteert Sir George Cayley (1773 – 1857) met een toestel met vier propellers die eruit zien zoals paraplu’s. Het wordt geen succes.
In 1863 gebruikt een tijdgenoot van Jules Verne, Gustave Vicomte de Ponton d’Amécourt (1825 – 1888), voor het eerst het woord “helikopter”, afgeleid uit het Grieks : draaiende vleugels. Hij maakt verschillende ontwerpen, o.a. een model aangedreven door stoom. Ook dit model blijkt over te weinig kracht te beschikken om op te stijgen.
Pagina 10
In 1877 slaagt de Italiaan Enrico Forlanini (1847 – 1918) erin om tijdens een demonstratie in Milaan een hefschroefmachine twintig seconden in de lucht te houden op zo’n 13 meter hoogte. Het gaat om een model aangedreven door een licht stoommachientje. Een echte doorbraak komt er met de uitvinding van de ontploffingsmotor of dieselmotor door Rudolf Diesel (1858 – 1913). Deze motor bezit meer kracht om een toestel met persoon te kunnen laten opstijgen. In 1907 komt er een eerste doorbraak met de Gyroplane No.1 van de broers Louis (1880 – 1955) en Jacques Bréguet (1881 – 1939) in samenwerking met professor Charles Richet (1850 – 1935). Het toestel met één persoon kan verticaal opstijgen en blijft een 2-tal minuten boven de grond hangen. Helaas zijn er vier mensen nodig om het toestel van op de grond te stabiliseren. Er is immers nog geen enkele mogelijkheid om de vlucht van het toestel te controleren.
Pagina 11
Op 13/11/1907 maakt de fransman Paul Cornu (1881 – 1944) te Lisieux (Fr.) de eerste vlucht met een helikopter met twee rotors, aangedreven door een 24-pk-motor. Hij verheft zich 0,3 meter boven de grond en vliegt ongeveer twintig seconden. Ook hier is nog geen mogelijkheid om de vlucht te controleren. Heden ten dage wordt getwijfeld of Cornu wel echt gevlogen heeft. Na analyse van het toestel achten ingenieurs het onmogelijk dat het toestel kon vliegen.
In 1922 laat George de Bothezat (1882 – 1940) een eerste quadrocopter succesvol vliegen met vier 6-bladige rotors. Echter, het toestel blijft moeilijk te besturen en kan enkel voorwaarts vliegen.
In 1923 maakt de Spaanse ingenieur Juan de la Cierva (1895 – 1936) met de Autogiro No.4 een vlucht van vier kilometer rond Madrid. De autogyro heeft een propeller om voorwaarts te bewegen en heeft een rotor die werkt op aerodynamische krachten. Het is geen helikopter want het toestel kan niet verticaal opstijgen. Er wordt hier wel voor het eerst een gecontroleerde vlucht gerealiseerd. De scharnierende rotorbladen verhinderen het overhellen van het toestel. Zijdelingse bewegingen worden mogelijk.
Pagina 12
Op 04/05/1924 maakt de Franse ingenieur Etienne Oehmichen (1884 – 1955) te Arbouans (Fr.) met de Oehmichen No.2 een vlucht van één kilometer op een gesloten circuit gedurende zeven minuten en veertig seconden. Het is een quadrocopter. Vier rotors en acht kleine verticaal gemonteerde propellers worden elk aangedreven door een eigen motor.
In 1937 verbetert de Duitser Heinrich Focke (1890 – 1979) samen met de Duitse ingenieur Gerd Achgelis (1908 – 1991) de autogyro van de la Cierva. Bij de Fa-61 wordt de propeller vervangen door een aangedreven rotor. De Rus Igor Sikorsky (1889 – 1972) wordt algemeen beschouwd als de vader van de helikopter. Zijn VS-300 begint zeer goed te lijken op de helikopters die we nu kennen.
Hij gebruikt een hoofdrotor met drie bladen en een verticaal gemonteerde staartrotor met twee bladen. In mei 1940 blijft dit toestel meer dan 1,5 uur in de lucht.
Pagina 13
De XR-4 van Sikorsky is de eerste helikopter die daadwerkelijk op grotere schaal geproduceerd wordt.
Vele ontwerpen volgen. In maart 1956 wordt het concept van Oemichen en van de Bothezat weer opgepikt en vliegt de Convertawings Model A Quadrotor. Deze helikopter met vier rotors (= een quadrocopter) bewijst de degelijkheid van het ontwerp. Wegens besparingen binnen defensie (VS) wordt het project stilgelegd.
In 1958 wordt weerom op militaire vraag de Curtiss-Wright VZ-7 ontwikkeld. Het is een quadrocopter die bedoeld is om vracht te vervoeren. Het toestel kan verticaal opstijgen en is te besturen door de kracht van de verschillende propellers te variëren.
Pagina 14
Inmiddels worden hybride toestellen ontwikkeld. Die combineren de voordelen van een helikopter (verticaal opstijgen) met de voordelen van een vliegtuig (meer last meenemen + sneller voortbewegen). Daartoe worden kantelende rotoren gebruikt die eerst zorgen voor het verticaal opstijgen en daarna zorgen voor de horizontale vlucht. De quadrocopter is dus een radio gestuurde helikopter aangedreven door vier rotors. Een quadrocopter kan verticaal opstijgen, blijven hangen en vliegen in alle richtingen, net zoals alle helikopters. Onbemande quadrocopters (UAV’s of Drones) worden reeds lang gebruikt voor militaire opdrachten. Ze worden heden ten dage steeds meer ingezet voor burgerlijke doeleinden zoals luchtfotografie, luchtfilms, landmetertoepassingen, 3D-kartering en surveillance-opdrachten. Er is een lange weg afgelegd van de Chinese vliegers met bamboepropellers tot de radio gestuurde quadrocopters. Heel de zoektocht is steeds geïnspireerd door het verlangen van de mens om te kunnen vliegen en om de aarde te kunnen bekijken vanuit het perspectief van een vogel…
Pagina 15
Hoofdstuk 1: De voorbereiding Zoals in de inleiding gezegd wilden we iets doen in het kader van de luchtvaart. Het meest logische was dan om een modelbouwvliegtuigje te maken.
1.1 Het vliegtuig Bij een vliegtuig zijn er vier krachten aanwezig: de draagkracht, de zwaartekracht, de wrijvingskracht en de voortdrijvende kracht of stuwkracht.
fig. 1.1: De vier krachten op een vliegtuig
Een vliegtuig heeft een grote draagkracht nodig om te kunnen blijven vliegen. Die draagkracht moet gelijk zijn aan de zwaartekracht. Om zo een grote draagkracht te ontwikkelen, moeten we door middel van de vleugels een horizontale kracht (voortdrijvende kracht) opwekken, net zoals bij het opstijgen. Deze voortdrijvende kracht zorgt ervoor dat er veel ruimte nodig is om een vliegtuig te laten opstijgen en landen. Deze ruimte wilden we beperken door een toestel te maken dat verticaal opsteeg en landde. Hierdoor kwamen we op het idee om een helikopter te maken.
Pagina 16
1.2 De helikopter Een helikopter heeft een verticale rotor. Deze wekt rechtstreeks de draagkracht op. Dit heeft als gevolg dat men geen voortdrijvende kracht nodig heeft en dus ook geen vleugels. Doordat er geen voortdrijvende kracht aanwezig is, heeft een helikopter geen landingsbaan nodig. Het voordeel hiervan is dat een helikopter loodrecht kan opstijgen en landen, wat met een vliegtuig niet mogelijk is. Een helikopter kan ook in de lucht blijven hangen en is behendiger dan een vliegtuig. Een helikopter beweegt door de hoek van de rotorbladen te wijzigen. Hij heeft 2 rotorbladen: de hoofdrotor (1) en de staartrotor (2).
fig. 1.2: Een helikopter met zijn rotoren
De hoofdrotor dient om de helikopter te laten opstijgen en te laten bewegen. Om vooruit te kunnen bewegen moet de helikopter schuin naar voren hangen. De rotor tilt dan de helikopter op en zo beweegt hij tegelijkertijd naar voren.
fig. 1.3: Een helikopter die opstijgt
Pagina 17
De staartrotor dient als tegenkracht van de hoofdrotor. De staartrotor draait in tegengestelde richting van de hoofdrotor om het koppel dat wordt veroorzaakt met de ronddraaiende hoofdrotor te compenseren. Wanneer de staartrotor niet aanwezig zou zijn, zou de helikopter in de tegengestelde richting van de hoofdrotor draaien, waardoor hij zou beginnen rondtollen en uiteindelijk crashen. Dit komt omdat de helikopter dan nergens door tegengehouden wordt.
fig. 1.4: Doel van de staartrotor
Stel dat de motor van de helikopter de wieken in de richting van de rode pijlen doet draaien, dan zal de helikopter vanzelf een rotatie in tegengestelde richting uitvoeren (groene pijl). De staartrotor ‘trekt’ de helikopter de andere kant op om deze draaiing te compenseren (gele pijl).
Pagina 18
Omdat een helikopter alleen maar bestuurbaar is door de hoek van de rotorbladen te wijzigen, wilden wij een nog veiliger toestel maken, namelijk een quadrocopter. Een quadrocopter kan worden bestuurd door de hoek van de rotorbladen te wijzigen (net als bij een helikopter), maar ook door de snelheid van de rotoren op dezelfde as aan te passen. Daardoor zal het koppel en de liftkracht wijzigen. Wanneer er een motor zou uitvallen, zal de quadrocopter nog steeds vliegen, aangezien de tegenoverstaande motor de kapotte motor zal compenseren.
1.3 De quadrocopter De quadrocopter leek ons perfect om te bouwen. Hij kan loodrecht opstijgen en landen en hij is ook nog zeer behendig. Het probleem van het koppel dat gecompenseerd moet worden bij een helikopter is bovendien perfect opgelost bij een quadrocopter. Een quadrocopter heeft namelijk 4 rotoren, waardoor de kracht kan worden opgeheven door twee van de motoren in tegengestelde richting te laten draaien.
fig. 1.5: Draairichting propellers op een quadrocopter
De motoren op dezelfde assen draaien altijd dezelfde kant op. 1.3.1 Soorten Er zijn twee soorten quadrocopters. Namelijk de +4 en de x4. Het verschil tussen de twee is de oriëntatie van de motoren op de quadrocopter t.o.v. de voorkant. +4
x4
fig. 1.6: Vliegmodes van een quadrocopter
Wij kiezen hier voor het type x4. Pagina 19
1.3.2 Toepassingen Wij kiezen ook voor de quadrocopter omdat er veel toekomst zit in dit project. De quadrocopter kost niet veel om te produceren en hij kan in verschillende sectoren gebruikt worden. 1) Luchtfotografie Een quadrocopter is veel sneller en goedkoper dan het huren van een bemande helikopter met een fotograaf.
fig. 1.7: Een quadrocopter met een camera
2) Filmindustrie Door gebruikt te maken van quadrocopters met videocamera’s worden grote, dure en lompe bemande helikopters overbodig. De kwaliteit is trouwens even goed. Er zijn momenteel al multicopters met 4K camera’s aan boord. 3) Verplaatsingen Bij het verplaatsen van delicate voorwerpen in de industrie kunnen er quadrocopters gebruikt worden. Wanneer men onder de quadrocopter een zuignap plaatst kan men ideaal voorwerpen verplaatsen.
fig. 1.8: Quadrocopters die een voorwerp verplaatsen
Pagina 20
4) Inspectie van industriële installaties Controle is zeer belangrijk bij industriële installaties. Een inspectie vanuit de lucht is meestal wel erg duur. Quadrocopters kunnen hier een oplossing voor zijn wanneer ze worden uitgerust met camera’s voor live video. Ook zouden quadrocopters toegepast kunnen worden bij een situatie als die in Fukushima. Quadrocopters kunnen dankzij hun design makkelijk uitgerust worden met apparatuur om bijvoorbeeld straling waar te nemen. Ook kunnen ze vanwege hun wendbaarheid en grootte gemakkelijk op moeilijk bereikbare plekken komen. 5) Leveren van pakjes De webwinkel Amazon is van plan om in de toekomst postpakketjes te leveren met drones. De CEO kondigde aan dat Amazon de nieuwe bezorgmogelijkheden aan het testen is. Mensen zouden op deze manier sneller hun pakket in huis moeten hebben. Bovendien is het efficiënter volgens hem. Amazon verwacht de drones onder de noemer PrimeAir over vier tot vijf jaar te kunnen fig. 1.9: Quadrocopter die pakje zal verzenden inzetten. De onbemande vliegtuigjes kunnen pakketjes tot 2 à 3 kilo afleveren in een straal van ruim 16 kilometer rondom een Amazon-distributiecentrum. In de Verenigde Staten zou het grootste deel van de bestellingen op deze manier kunnen worden verwerkt. Momenteel laten de Amerikaanse autoriteiten het gebruik van drones in de VS enkel toe door hobbyisten. Diensten leveren in ruil voor geld kan dus nog niet. Binnen twee jaar zouden er echter nieuwe regels moeten zijn (Bijlage 1). 6) Verkenning en ordehandhaving Een kleine opvouwbare quadrocopter kan bijvoorbeeld in een oorlogssituatie ingezet worden om een omgeving te verkennen of een situatie in te schatten. De quadrocopter is onbemand, dus er kunnen geen slachtoffers vallen zoals bij een bemande helikopter. De vliegtuigfabrikant Lockheed Martin is reeds bezig met de ontwikkeling van zo’n onbemande VTOL. De Japanse politie is momenteel ook al bezig met onderzoek naar de inzetbaarheid van quadrocopters bij onder meer ordehandhaving. Zoals u kan zien is het leger en de politie erg geïnteresseerd in quadrocopters. Ons project heeft dus zeker een toekomst. 7) Meer toepassingen: zie bijlage 2 – 9. Pagina 21
1.4 Opstart van het project Nadat we zeker wisten dat we een quadrocopter wilden maken, begonnen we met dieper onderzoek. We hadden namelijk nog nooit een quadrocopter zien werken. Een kant-en-klare quadrocopter kopen was geen optie want dan was de uitdaging weg. We wilden hem helemaal zelf ontwerpen en alle onderdelen zelf berekenen. Het eerste wat we moesten weten was hoe hij er zou uitzien. Er zijn namelijk verschillende groottes en modellen van quadrocopters.
fig. 1.10: Voorbeelden van quadrocopters
Pagina 22
fig. 1.11: Een quadrocopter die het best op onze quadrocopter gelijkt
Onze quadrocopter lijkt het meest op de hier bovenstaande quadrocopter. Nadat we dit beslist hadden, zijn we begonnen aan de technische tekeningen van de quadrocopter (Bijlage 10-15). Van zodra we de toestemming van de school hadden gekregen om een quadrocopter te maken, wilden we geen tijd verliezen. We hadden dan ook al de technische tekeningen van het frame op voorhand gemaakt. Daarna hebben we de onderdelen van de quadrocopter verder bestudeerd. Deze onderdelen zullen worden besproken in hoofdstuk 3 over de bouw. Daar komt ook de liftkracht aan bod. We moeten namelijk berekenen hoe sterk onze motors moeten zijn om onze quadrocopter te laten vliegen. Nadat we al redelijk veel opgezocht hadden over de onderdelen, hadden we een gesprek met onze promotor. Wij waren van plan om de onderdelen aan te kopen via internet, maar hij wees ons erop dat er verschillende modelbouwwinkels zijn in Brugge.
Pagina 23
1.5 Modelbouwwinkels Met dit advies trokken we naar modelbouwwinkel Verbrugghe. Daar waren ze zeer vriendelijk. We kregen er goed advies over ons project. Wanneer we vermeldden dat we eventueel de onderdelen zouden aankopen via HobbyKing wezen ze ons erop dat HobbyKing soms mindere kwaliteit levert. We mochten ons opzoekwerk al eens doorsturen en ze zouden het bekijken om ons snel en goed te kunnen helpen. Jammer genoeg bleek nadien dat de eigenaar geen tijd had om alles in detail uit te werken voor ons (Bijlage 16). Hij verwees ons dan ook vriendelijk door naar Aerobertics.
Op 11 oktober 2013 zijn we dan naar Aerobertics gegaan. Daar zijn ze gespecialiseerd in modelbouwvliegtuigen en drones. Ideaal dus voor ons. Bij modelbouwwinkel Verbrugghe hadden ze ook modelbouwauto’s maar daar waren wij op dat moment niks mee. We hadden dan ook alle twee het gevoel dat we bij Aerobertics in de juiste winkel terechtgekomen waren. We legden ons project uit aan Bert (de eigenaar van Aerobertics). Hij kon ons goed helpen en had een heleboel onderdelen in voorraad voor ons. Ook hier kregen we deskundig advies en werden we een heel stuk vooruit geholpen. Uiteindelijk betaalden we 354,50 euro (Bijlage 17) en hadden we goed en degelijk materiaal, namelijk 2 carbonplaten van 1,5 millimeter dik, 4 brushless DC-motoren (inclusief snelheidsregelaars), 4 propellers, 1 lipo batterij, 1 powerboard, 1 power set (batterijlader), 1 laadkabel en 1 aansluitpin om te solderen aan het powerboard. Deze prijs lag iets hoger dan onze eerste raming van ongeveer 260 euro (Bijlage 18). We hebben beslist om ook een prijslijst bij te houden van de werkelijke uitgaven (Bijlage 19).
Pagina 24
1.6 Bezoek KHBO Nadat we alles opgezocht hadden over de quadrocopter, de onderdelen berekend hadden, de technische tekeningen gemaakt hadden en de onderdelen aangekocht hadden, hebben we ons opzoekwerk afgerond met een bezoek aan het KHBO in Brugge tijdens de herfstvakantie. Daar zagen we ons eerder opzoekwerk bevestigd, maar jammergenoeg vonden we er weinig bijkomende informatie. Nu konden we ons volledig aan de bouw van de quadrocopter wijden.
fig. 1.12: Het KHBO te Brugge
Pagina 25
1.7 De wetgeving m.b.t. quadrocopters
In Nederland en België zijn steeds meer liefhebbers in het bezit van een quadrocopter of een drone. Deze drones worden steeds goedkoper en ze zijn makkelijker te besturen. Veel hobbyisten zijn echter niet goed op de hoogte van de wet- en regelgeving omtrent het vliegen met een drone. Daarom zochten wij deze wetgeving even op. fig. 1.13: Quadrocopter toegelaten in België
Ten eerste is er een onderscheid in het gebruik, namelijk voor recreatieve of commerciële doeleinden. In België is het momenteel verboden om met een drone te vliegen voor commerciële doeleinden. Om foto's te nemen vanuit de lucht moet er nog altijd een piloot aan boord zijn. Men werkt momenteel wel hard aan een wettekst zodat commercieel gebruik toch mogelijk wordt met onbemande kleine luchttuigen. Voor recreatief gebruik zijn er 3 gewichtscategorieën: drones die minder dan 1 kg wegen, drones die tussen 1 kg en 150 kg wegen en drones die meer dan 150 kg wegen. Onze drone weegt ongeveer 1 kg. Wanneer hij minder dan 1 kg weegt is er geen probleem. De drone mag overal vliegen. Wanneer de drone tussen de 1 kg en 150 kg weegt zijn er verschillende voorwaarden. Die voorwaarden worden beschreven in een omzendbrief die je kunt vinden in Bijlage 20.
Pagina 26
Hoofdstuk 2: Het frame Het frame is de basis van de quadrocopter. Zonder een goed frame kan er nooit een stevige quadrocopter gebouwd worden. Toch is het niet de bedoeling om het frame zodanig sterk te construeren dat het enorm zwaar wordt. Dit is namelijk allemaal extra gewicht wat ervoor zorgt dat er krachtigere motors nodig zijn met als gevolg grotere propellers. De uitdaging bestaat er hier dus in om het frame stevig te maken maar tegelijk ook licht. Door vele modellen te bekijken op internet en in boeken, weten we welke materialen het beste zijn om onze onderdelen uit te vervaardigen. We moeten namelijk weten uit welk materiaal we onze vier armen (1), een boven baseplate (2), een onder baseplate (3), stand-off’s (4) en een deckplaat (5) gaan maken.
fig. 2.1: Het afgewerkte frame
Pagina 27
2.1 De armen De armen van onze quadrocopter hebben we uit aluminium gemaakt. Daarvoor zijn er verschillende redenen. 1) Licht Aluminium is zeer licht (2,755
⁄
). Het is
zelfs drie keer lichter dan staal (7,800 ⁄
), maar wel even sterk. IJzer weegt
7,860
⁄
en inox 7,930
⁄
. Het is
duidelijk dat aluminium het lichtst is. Dit is een groot pluspunt, omdat ons frame niet te zwaar mag zijn, maar wel sterk moet zijn.
fig. 2.2: Een aluminium arm
2) Geen corrosie Aluminium is bestand tegen corrosie, behalve tegen spanningscorrosie. Aangezien er geen overdreven spanningscorrosie aanwezig is, is dit positief voor een lange levensduur van onze quadrocopter. 3) Sterk Aluminium is een sterk materiaal. Het is zelfs even sterk als staal. Dit komt omdat aluminium ook nog bestaat uit 4% Cu, 1% Mg, 1% Mn en 0,5% Si. Dit is ideaal voor de armen aangezien er rekening gehouden moet worden met de motor op het uiteinde van iedere arm, een propeller op de motor, een snelheidsregelaar op de arm en de bedrading. 4) Slijtvast Aluminium is een zacht materiaal dat slijtvast is. Het zal daardoor vuil opnemen in plaats van afstoten. Bij het opnemen ontstaan er geen krassen op het aluminium en is de weerstand van het aluminium groter dan die van het vuil. Hierdoor wordt het aluminium niet beschadigd. Bij toevoeging van 4% Cu, 1% Mg, 1% Mn en 0,5% Si, is niet alleen het oppervlaktemateriaal beschermd, maar ook het dieper gelegen materiaal. Het aluminium is dus volledig beschermd tegen slijtage.
Pagina 28
5) Gemakkelijk verkrijgbaar Aluminium is in alle vormen en gewichten verkrijgbaar. Dit is zeer handig voor onze armen. We hebben lange vierkante profielen nodig en niet één blok aluminium. Gelukkig zijn deze profielen verkrijgbaar in de Stock Vermeersch (Bijlage 21). 6) Goedkoop Aluminium is tevens geen duur materiaal. Dit is een pluspunt, aangezien er toch wel vrij veel aluminium nodig is per arm. Berekening van het volume aluminium per arm: Stel dat we een vol vierkant profiel hebben van 20x20 en een lengte van 200mm, dan is het volume van dit profiel 80000mm³.
Onze aluminium arm is echter een vierkant profiel dat inwendig hol is met een dikte van 2mm. De binnenste lengte en breedte zijn dus 16mm. De lengte blijft 200mm.
fig. 2.3: Onbewerkte aluminium staaf
Het volume aan aluminium per arm is dus 28800mm³.
Aangezien we vier armen nodig hebben, hebben we een volume van 115200 mm³ of 115,2 cm³ aluminium nodig. Wanneer we dit profiel in een duurder materiaal moeten kopen, zal de prijs per volume uiteraard veel hoger liggen. Deze aluminium profielen hebben we gekocht aan 0,42 euro per stuk. Dit maakte een totaal van 1,66 euro voor de vier profielen. Om dan ook nog het gewicht te berekenen van een aluminium profiel maken we volgende berekening: gram
Pagina 29
7) Gemakkelijk bewerkbaar Aluminium is gemakkelijk bewerkbaar. Dit was zeer handig, aangezien we onze profielen op school konden laten bewerken. We hebben namelijk geen CNC machine thuis en daarom lieten wij 152 grote gaten (4 keer 38) van 12 mm in de aluminium armen frezen. Dit was louter voor gewichtsbesparing. We zijn de leerkrachten en leerlingen die dit gedaan hebben dankbaar. Zij hebben dit goed en zeer snel gemaakt voor ons.
fig. 2.4a: De afgewerkte aluminium armen
fig. 2.4b: Zijkant van de afgewerkte armen
De afschuining op het einde van iedere arm dient om de motoren gemakkelijker te monteren. Ook het design van de armen is mooier met een afschuining. De andere gaten hebben we zelf geboord, omdat deze overeen moeten komen met de boven en onder baseplate. Nu we extra gaten geboord hebben, verkleint ons volume terug en ook ons gewicht.
Pagina 30
Om het nieuwe volume en gewicht te kennen, berekenen we eerst het volume van een gat Daarnaast hebben we ook een afschuining op het uiteinde van de arm gezet. Deze afschuining is 17mm bij 18mm
met en
Hieruit kunnen we besluiten dat ons totale volume afneemt met die 38 gaten en de afschuining.
Er is dus een volumebesparing van 9776 mm³ (
).
We weten dat de soortelijke massa van aluminium 2,755
gr is. ⁄ cm
De massa van één arm is 52,3 gram en van onze vier armen samen dus 209 gram. Er is dus een gewichtsbesparing van 27 gram per arm (79,3-52,3).
We hebben dus 33% gewicht bespaard op de aluminium armen! Voor vier armen samen hebben we dus 108 gram bespaard door extra gaten te maken en een afschuining te plaatsen in de aluminium profielen.
Pagina 31
2.2 De boven- en onderbaseplate De bovenen onderbaseplate hebben wij gemaakt uit carbon. Ook carbon voordelen:
heeft
verschillende
1) Geen corrosie fig. 2.5: De carbon baseplates Carbon kan niet corroderen. Dit is positief wanneer we onze quadrocopter lang willen gebruiken.
2) Nauwelijks materiaalmoeheid Carbon zal normaal niet breken als gevolg van materiaalmoeheid. Een goed doorgerekend frame kent geen overmatige interne spanningen en als er 1 vezel breekt, dan liggen er nog honderden naast die de krachten kunnen verwerken. 3) Licht Carbon is een licht materiaal. Het is zelfs lichter dan aluminium. Het soortelijk gewicht van aluminium is 2755 kg/m³ en van carbon 1800 kg/m³. 4) Sterk Carbon is niet alleen lichter dan aluminium maar ook sterker. Dit komt door de structuur van carbon. Carbon bestaat enkel uit koolstofatomen. Koolstofvezel wordt gemaakt door een gewone kunststofvezel te verbranden, te 'carboniseren' en daarna te grafitiseren. Hoe verder in het proces, hoe puurder de koolstof. Het resultaat is een soort honingraatstructuur in zeshoekvorm van koolstofatomen die zorgt voor een enorme hoge treksterkte. Een erg sterke vezel dus.
fig. 2.6: De carbonstructuur
Pagina 32
Helaas zijn er aan carbon ook enkele nadelen verbonden: 1) Gevoelig voor puntbelasting Carbon kan heel veel krachten aan, maar als de grens bereikt wordt, dan zal het niet verbuigen of indeuken, maar direct breken. Daardoor kan het frame onherstelbaar beschadigd worden. 2) Duur Carbon is vele malen duurder dan aluminium. Wanneer dit niet zo was, dan zouden wij het hele frame uit carbon (inclusief de armen) gemaakt hebben. Jammer genoeg bleek dit niet haalbaar. Voor één carbonplaat betaalden we al 35,90 euro. 2.2.1 De uitvoering Het maken van de baseplates was een grote uitdaging voor ons. We zijn uitleg gaan vragen aan de leerkrachten praktijk, over hoe we het best carbon konden bewerken. De praktijkleerkrachten hadden zelf geen ervaring met carbon bewerken. We kregen wel verschillende adviezen, gaande van het laten maken in de winkel tot het opsturen van de technische tekeningen zodat ze het in de fabriek konden maken. Op school is er geen materiaal voorhanden om te frezen of draaien in carbon. Wij kozen voor een iets spectaculairdere oplossing: het zelf proberen. We vonden het een leuke uitdaging en we waren benieuwd naar het resultaat (net zoals de leerkrachten van praktijk). We zochten informatie op het internet en daaruit bleek dat het nog niet zo simpel zou zijn. De dag nadien namen we echter de proef op de som. Met een decoupeerzaag zaagden we een stukje carbon van de carbonplaat en het resultaat was positief. Het carbon rafelde niet uit zoals een leerkracht dacht. Het zagen erin maakte wel een scherp geluid dat door merg en been ging, maar het resultaat was in orde en dat was het belangrijkste. fig. 2.7: Zaag test Nadien hebben we de baseplates uitgezaagd uit het carbon en er de boringen in aangebracht. Dit bleek allemaal geen probleem te zijn en we kregen dan ook dit resultaat. Hierna hebben we het positieve nieuws meegedeeld aan de leerkrachten praktijk, zij waren immers verrast door het resultaat. fig. 2.8: Afgewerkte baseplate (links) en deckplate (rechts) Pagina 33
2.3 Het kartonnen frame Voor we de aluminium armen lieten maken en het carbon gekocht hadden, wilden we zeker zijn dat onze technische tekeningen juist waren en wilden we ook eens zien hoe het frame er ongeveer zal gaan uitzien. Om een eenvoudige voorstelling te geven van het frame, besloten we om een kartonnen versie te maken. Dit was een goedkope en simpele manier.
Zoals te zien is op de foto’s, komen het aluminium frame en het kartonnen frame perfect overeen met elkaar. Hier stonden de aluminium stand-off’s en de deckplaat nog niet op de frames.
fig. 2.9: Het maken van het kartonnen frame
fig. 2.10: Het kartonnen frame, schaal 1:1
Voor een echt goede weergave hebben we later ook de aluminium stand-off’s en de deckplaat op het kartonnen frame geplaatst.
fig. 2.11 a,b,c: Ons afgewerkt kartonnen frame
Pagina 34
2.4 De stand-off’s We hebben 2 soorten stand-off’s, namelijk nylon stand-off’s (1) om het powerboard en het geheugenbord te bevestigen aan de baseplates en de armen, en aluminium stand-off’s (2) om de deckplaat te bevestigen aan de boven baseplate.
fig. 2.12: De 2 soorten stand-off’s
Pagina 35
2.4.1 De nylon stand-off’s
fig. 2.13: De nylon stand-off’s
fig. 2.14: Stand-off’s gemonteerd op het frame
De nylon stand-off’s (1) dienen om het powerboard (2) en het geheugenbord (3) aan het frame (4) te bevestigen. We kozen hier niet voor aluminium stand-off’s omdat nylon een lichter materiaal is. De nylon stand-off’s zijn goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar. We moeten er ook geen verdere bewerkingen meer aan uitvoeren. De lengte van de stand-off’s is 10 mm. Dit omdat we zo gemakkelijk het powerboard en het geheugenbord nog kunnen monteren op het frame. Verder gebruiken we plastieken bouten om alles aan elkaar te monteren.
Pagina 36
2.4.2 De aluminium stand-off’s
fig. 2.15: De aluminium stand-off’s
fig. 2.16: Stand-off’s gemonteerd op het frame
De aluminium stand-off’s (1) dienen om de deckplaat (2) aan het frame (3) te bevestigen.Hier kozen we voor aluminium stand-off’s omdat aluminium stevig is en het een mooier design geeft aan de quadrocopter dan nylon stand-off’s. De nylon stand-off’s zijn trouwens veel minder zichtbaar zijn dan de aluminium stand-off’s. De aluminium stand-off’s hebben we zelf uitgetekend en laten maken op school. Opnieuw zijn we het VTI-Brugge daar erg dankbaar voor. De lengte van de aluminium stand-off’s is 49 mm. Daardoor hebben we nog voldoende ruimte om eventuele aanpassingen te doen aan het geheugenbord. Pagina 37
2.5 De deckplaat De deckplaat heeft als functie het geheugenbord en het powerboard te beschermen. De deckplaat moet dus stevig zijn. Daarom kozen we ervoor om de deckplaat te maken uit carbon en die te bevestigen op stevige aluminium stand-off’s. Ook hier is de dikte van de carbonplaat 1,5 mm. Dit omdat het goedkoper is om twee carbonplaten van 1,5 mm te kopen (de twee baseplates en het deck konden niet gemaakt worden uit één carbonplaat), dan één carbonplaat van 1,5 mm en één carbonplaat van 2 mm.
fig. 2.17: Deckplate
We hadden eerst gedacht aan 2 mm dikte voor de deckplaat, dit was voor extra stevigheid, voor als de quadrocopter zou crashen. De grote gaten met diameter 8 mm zijn ook voor gewichtsbesparing net als de grote gaten in de aluminium armen (zie punt 2.1).
Pagina 38
2.6 Montage De meeste boringen hebben een diameter van 3 mm. Dit komt omdat het goedkoper is om allemaal M3-bouten, moeren en sluitingsringen te kopen dan bouten en moeren met een verschillende diameter. Ook waren de nylon standoff’s gemakkelijk verkrijgbaar met gaten van 3 mm. De grote gaten in de aluminium armen en de deckplaat zijn voor gewichtsbesparing. Daar moeten geen bouten in aangebracht worden. Het frame moet als volgt gemonteerd worden:
fig. 2.18: Inventor: hoe alles gemonteerd wordt
Pagina 39
fig. 2.19a: Inventor: afgewerkte quadrocopter getekend (schuin zicht)
fig. 2.19b: Inventor: afgewerkte quadrocopter getekend (zijaanzicht)
Zoals te zien is op de foto’s komen de armen niet tot het midden van de baseplates. Dit komt omdat de verbinding tussen het powerboard en de batterij langs daar gebeurt. Nadat we alle onderdelen gemonteerd hadden, zagen we dat het totaalgewicht van het frame 330 gram was.
Pagina 40
Hoofdstuk 3: De bouw In dit hoofdstuk worden de onderdelen besproken die we op het frame hebben geplaatst. Hieronder ziet u het schakelschema van de gebruikte componenten. Deze componenten zullen nu één voor één worden besproken.
fig. 3.1: Schematische voorstelling van de elektronica
Pagina 41
3.1 De batterij De batterij heeft als functie om alles van elektriciteit te voorzien in de quadrocopter. Wij kozen voor een lithium-ion-polymeer batterij of kortweg LiPo batterij fig. 3.2: Onze 3S LiPo batterij genoemd. Dit omdat zo’n LiPo batterij een groot vermogen kan leveren voor een batterij met een klein gewicht. Een LiPo batterij heeft ook een lage interne weerstand waardoor de batterij een hoge stroom kan afgeven. We kozen voor een 3S 2400mAh 20C LiPo batterij. De batterij wordt rechtstreeks verbonden met het powerboard en wordt bevestigt onderaan de onderste baseplate.
3.1.1 LiPo accu t.o.v. NiMh accu Het bijzondere aan LiPo accu’s is dat ze t.o.v. NiMh accu’s een hogere spanning hebben. Ze kunnen ook bij veel hogere belastingen toch hun verwachte capaciteit halen. Verder is de inwendige weerstand zeer laag bij een LiPo batterij waardoor ze uitermate geschikt zijn voor modelbouw. De batterij blijft zelfs bij een hoge belasting dezelfde spanning geven. Een NiMh accu zou dan allang ingestort zijn onder de benodigde spanning. De lage inwendige weerstand in een LiPo accu heeft tot gevolg dat er weinig verlies is, en dus ook weinig warmte ontwikkeling. Een LiPo accu is ook super licht. Onze LiPo weegt 187 gram. Dat is veel minder dan een normale NiMh accu zou wegen.
Pagina 42
3.1.2 Soorten LiPo batterijen
Er zijn verschillende soorten LiPo batterijen. Het verschil zit hem in de schakeling van de cellen. De cellen kunnen in serie, in parallel of gemengd staan.
fig. 3.3: Schematische voorstelling van een 3S LiPo
Een enkele LiPo cel zal 3,7V (nominale spanning) geven. Als je dezelfde cellen combineert, kan je de spanning opdrijven door de cellen in serie te schakelen. Wanneer je ze in parallel zet, vergroot je de capaciteit. Hoe groter de capaciteit, hoe langer je met eenzelfde accu zult kunnen vliegen. Wij hebben gekozen voor een 3S LiPo batterij. Dit is dus een batterij die 3 cellen in serie heeft staan. Deze zal dus 3 x 3,7V = 11,1V nominale spanning geven. We hebben geen cellen in parallel nodig. Dit komt omdat we met onze 2400mAh een lange tijd 4 motoren kunnen aansturen.
3.1.3 C-waarde Toch is er nog een groot verschil in LiPo accu’s. Niet alle LiPo’s zijn even geschikt om een groote stroom te kunnen leveren. Bij een LiPo accu hoort er namelijk een C-waarde. In ons geval is dit 20C. Deze ‘C’ staat voor het aantal maal de capaciteit wat een accu als continue stroom mag leveren. 20C betekent dus 20 keer de capaciteit. Onze accu van 2400mAh 20C mag dus 48000mA of 48A continu leveren. Er staat ook vermeld welke piekstromen de batterij kan leveren. Bij ons is dit tot 25C. Onze batterij kan dus tot 60A piekstroom leveren. Dit moet wel van korte duur zijn.
Pagina 43
3.1.4 Laden Het laden van een LiPo batterij moet op een speciale manier gebeuren. Bij een NiMh accu zal de spanning tijdens het laden eerst oplopen en daarna (bij het bereiken van de maximale laadtoestand) terug afnemen. Dit is het moment waarop de lader afslaat. Bij een LiPo batterij zal tijdens het laden de spanning blijven toenemen. De spanning van een LiPo cel mag echter nooit boven 4,21V komen. De batterij zal eerst zijn 4,21V opbouwen, waarna langzaam de stroom zal dalen. Wanneer je – nadat de stroom 0A bedraagt – blijft verder opladen, gaat de cel kapot en kan er zelfs brand ontstaan.
fig. 3.4: Laadcurve van een LiPo batterij
Een LiPo lader werkt daarom ook anders dan een NiMh lader. Een NiMh lader laadt met een constant ampèrage tot de accu vol is. Dan slaat de lader af. Een LiPo lader laadt in het begin met een hoog ampèrage en naarmate de spanning van de cel dichter bij de 4,21V per cel komt, neemt het ampèrage af. Wanneer de stroom de 0A bereikt is de batterij volledig opgeladen en zal de lader automatisch afslaan. Bij de moderne laders wordt niet alleen naar de totale spanning gekeken, maar ook naar de onderlinge spanning in elke cel. Een LiPo batterij heeft ook nog kleine aansluitingen. Deze zijn verbonen tussen de cellen door, om zo de spanning per cel te kunnen meten. Een LiPo accu heeft dus niet alleen de plus en min aansluiting waar de lader op aangesloten wordt, maar ook een paar dunnere draden met een speciale kleine stekker die naar de balancer ingang van de lader gaat. Daarmee kan de lader de spanning van elke cel apart meten en aan de hand daarvan het laadproces aanpassen zodat alle cellen even snel opladen. 3.2.5 Balanceren De cellen zullen niet tegelijk ontladen. Dit zal nagenoeg wel gelijk lopen, maar er zal altijd een verschil ontstaan. Dit komt omdat de interne weerstand niet helemaal dezelfde is. Bij grootte batterijen kan dit problemen geven en kun je tussendoor balanceren. Dit wordt gedaan om de grote verschilspanningen weg te werken. Bij ons is dat niet nodig. Pagina 44
3.1.6 Ontladen Een LiPo batterij kan nooit helemaal ontladen worden. Dit betekent in de praktijk dat wanneer wij met zo’n accu vliegen en het begint af te nemen, we onmiddellijk moeten stoppen met vliegen. Onze LiPo batterij is opgebouwd uit 3 cellen. Wanneer er één cel op de ondergrens is en de andere cellen niet en je zou nog doorgaan met ontladen, is de lege cel vrijwel direct kapot. Zeker bij een hoge belasting. De duurdere LiPo batterijen kan je tijdens het ontladen ook aansluiten op een balancer. Dit is een speciaal ontlaadprogramma waarbij de interne weerstand wordt aangepast (vergroot), zodat de rest van de cellen rapper zullen ontladen. Dit is om te voorkomen dat één van de cellen onder de 2,5V komt. Wanneer hij onder de 2,5V komt zouden de condensatoren beschadigt kunnen raken. Om er zeker van te zijn dat we de batterij niet kapot zullen maken, werken we met een veiligheidsgrens van 0,5V. Verder bestaan er ook speciale LiPo veiligheidsschakelaars. Die worden tussen de ontvanger en de regelaar geplaatst om zo deze taak over te nemen. Hierdoor kan men toch nog op een veilige manier met LiPo batterijen vliegen zonder dat er gevaar is voor het te diep ontladen. Hieronder staat de ontlaadgrafiek van een LiPo-batterij. De batterij mag nog verder ontlaadt worden onder 1/8, maar daarna gaat de spanning snel achteruit en kom je dicht bij de gevarenzone van 3V. Bij 1/8 is het tijd om te landen en te herladen.
fig. 3.5: Ontlaadcurve van een LiPo batterij
Pagina 45
3.1.7 Opslaan LiPo accu’s kunnen theoretisch het best half-opgeladen opgeborgen worden. Dit heeft te maken met de chemische samenstelling van de accu . Door het chemische verschil tussen de anode en kathode kan inwendige corrosie optreden. Bij een half-opgeladen accu (celspanning 3.7V) is dit verschijnsel het kleinst. De meeste LiPo laders hebben een programma waarbij je op kan geven hoeveel mAh er maximaal geladen mag worden. Door de accu leeg te maken en deze waarde op de helft van de capaciteit in te stellen, zal de lader automatisch afslaan zodra de helft van de capaciteit bereikt is. De meeste moderne laders hebben zelfs een zogenaamde "storage mode", waarin de lader de spanning door het laden of ontladen automatisch naar 3.7V per cel brengt. Daarbij hoor je een LiPo accu die langere tijd niet gebruikt wordt, elke 2 á 3 maanden dan weer een beetje bij te laden, want als de accu echt leeg gaat, kan hij kapot gaan. Het is dus ook aangeraden bij lange inactiviteit, af en toe eens de accu te herladen. In de praktijk gebeurt dit half opgeladen wegleggen niet zo vaak. Het is beter om de LiPo voor 50-80% weg te leggen. Dan is het risico dat hij door eigen ontlading te diep ontlaadt kleiner en kan hij ook niet te ver opladen door omgevingsspanningen wat brand zou kunnen veroorzaken. 3.1.8 Veiligheid LiPo accu's bevatten in een klein pakketje een enorme concentratie van energie. Daar moet men bewust mee omgaan. De oudere LiPo accu's waren heel erg gevoelig voor mishandeling. Bij het kleinste foutje ging het mis en wel op een heel heftige manier. Tegenwoordig zijn de LiPo accu’s veel gebruiksvriendelijker en beter bestand tegen het niet goed behandelen, maar men moet er wel nog met respect mee omgaan en goed opletten wat men ermee doet. LiPo accu's die op de juiste manier geladen en gebruikt worden, hoeven geen enkel probleem te geven, maar zorg er bijvoorbeeld voor dat er geen kortsluiting kan ontstaan. Als je bij het werken met een LiPo accu kortstondig kortsluiting maakt, gaat er direct een dusdanig hoge stroom lopen, dat de contactpunten direct aan elkaar "gepuntlast" worden en kun je de kortsluitverbinding haast niet meer loskrijgen met alle gevolgen van dien. Op zo een moment kan een LiPo batterij gevaarlijk worden. Theoretisch zou het met laden ook verkeerd kunnen gaan. Wanneer de lader bijvoorbeeld niet op tijd af zou slaan, of wanneer je iets verkeerd ingesteld zou hebben. Daarom is het altijd verstandig om in de buurt te zijn wanneer de LiPo batterij oplaadt.
Pagina 46
3.2 Het powerboard Het powerboard verdeeld de stroom en spanning over de onderdelen die ervan voorzien moeten worden. Zoals je kunt zien zijn er verschillende aansluitingen. Acht gewone aansluitingen (+ en -) en één keer een grote aansluiting naar de batterij (1). Van daar komt namelijk alle elektriciteit die dan verdeeld wordt over de aansluitingen. Aan deze grote aansluiting zijn de kabels reeds aangesloten. fig. 3.6: Ons powerboard
We hebben wel nog de connector (zie afbeelding hiernaast) moeten solderen aan de laadkabel en het powerboard. Zo kunnen we de batterij rechtstreeks aansluiten op het powerboard. Dit is een connector die er ook voor zorgt dat je hem niet omgekeerd kan aansluiten (+ aan – klem en – aan + klem) Zoals gezegd zijn er acht gewone fig. 3.7: Connectors aan het powerboard solderen aansluitingen. Vier ervan zullen in verbinding staan met de snelheidsregelaars (ESC’s). Voor elke ESC is er een aansluiting voorzien. Verder is er ook nog een aansluiting voorzien voor de UBEC en een aansluiting voor de ledlampen. Het powerboard hebben wij op de nylon stand-offs geplaatst. Net boven de boven-baseplate en onder de deckplaat zoals zichtbaar is op de afbeelding hiernaast. Het powerboard weegt verder fig. 3.8: Powerboard gemonteerd op het frame 34gram (zonder de bekabeling). Het heeft 3,5mm vrouwelijke aansluitingen, en de ESC’s hebben mannelijke aansluitingen. Dit is dus makkelijk te monteren zonder al te veel problemen.
Pagina 47
3.3 De snelheidsregelaars (ESC’s) De snelheidsregelaars (Elektronic Speed Controllers) hebben als functie om de snelheid van de motoren te regelen en aan te sturen. Ze worden verbonden aan de ene kant met de motoren (1) en aan de andere kant met het powerboard (2) en het geheugenbord (3). De connecties naar de motoren komen overeen met de connecties van de motoren zelf. Hier hebben we dus geen problemen bij het monteren.
fig. 3.9: De ESC (snelheidsregelaar)
Onze ESC’s zijn geschikt voor LiPo batterijen met 2,3 of 4 cellen. Onze batterij heeft 3 cellen. De ESC’s bij ons hebben geen BEC. Ze noemen dus Opto-ESC’s (ook wel optocoupler ESC genoemd). Het verschil tussen een ESC met een BEC en zonder BEC ligt bij de extra voeding voor de elektronica (5V). Een ESC met een BEC zal via de regelaar nog spanning zal sturen naar de elektronica om zo bijvoorbeeld het controllerbordje te voeden. Bij een optocoupler is er geen BEC aanwezig, en heb je dus een externe voeding nodig voor de elektronica Wanneer je verschillende BEC’s zou gebruiken en dus verschillende keren voeding zou sturen naar de elektronica, kan dit onderling conflicten geven. Daarom wordt er aangeraden maar één BEC te gebruiken. Dat zou dus willen zeggen één ESC met een BEC en dan 3 Opto-ESC’s. Verschillende ESC’s combineren kan echter zorgen voor een slechte stabilisatie omdat niet alle ESC’s op dezelfde manier geijkt worden. Wij kiezen daarom voor een aparte BEC om zo het motorcircuit en het ontvangercircuit volledig van elkaar te scheiden. Daardoor zijn er minder problemen met storingen van motor en regelaar die in de regelkring terecht kunnen komen. Bij dit type is er dus nog een aparte voeding nodig voor de elektronica. Deze wordt later besproken.
Pagina 48
3.4 De motoren Bij een quadrocopter zijn er uiteraard vier motoren aanwezig. Telkens op het uiteinde van iedere arm. Daarop wordt er telkens een propeller bevestigt. De motoren worden aangesloten aan de ESC’s. fig. 3.10: Brushless DC-motor
Wij kozen voor brushless DC-motoren in plaats van brushed DC-motoren. Het verschil is dat bij brushless DC-motoren de overdracht van energie elektronisch gebeurt (borstelloos) terwijl dat bij brushed DC-motoren wel met borstels gebeurt. We maken even de vergelijking tussen deze 2 elektrische motoren: Brushless DC-motor Brushed DC-motor Wrijving Geen Veel Rendement Hoog Laag Geluid Weinig Boog in de borstels Onderhoud Minimaal Regelmatig Duurzaamheid Uitstekend Minder Omschakeling Elektronische omschakeling Omschakeling door borstels gebaseerd op positiesensoren met Hall-effect sensors Efficiëntie Hoog. De spanning kan niet Matig dalen door de borstels. Kracht van de Hoog. Beperkte grootte door Laag. De warmte wordt uitlaat/grootte betere thermische omgezet aan de binnenkant eigenschappen; Omzetting van van het skelet, waardoor de warmte is gemakkelijker temperatuur stijgt en de doordat er wikkelingen in de eigenschappen beperkt stator zijn, die zich in het skelet zijn. bevindt. Traagheid van Beperkt door duurzame Hoog. de rotor magneten in de rotor Beperkt de dynamische eigenschappen. Versnellingen Snel. Zonder mechanische Traag. Beperkt door beperkingen door borstels of borstels. omschakeling. Koppel Vlak. Werkt op volle snelheid Matig. Bij hoge snelheid is met de juiste last. er meer wrijving van de borstels en het koppel vermindert. Het is duidelijk dat brushless DC-motoren beter zijn dan brushed DC-motoren. Brushless DC-motoren zijn wel duurder maar toch kozen wij voor dit type motor omdat een brushless DC-motor zeer snel van toerental kan veranderen. Dit is zeker nodig om goed te kunnen stabiliseren. Pagina 49
3.4.1 Werking van een brushless DC-motor Een brushless of borstelloze motor is een motor die zonder koolborstels werkt. De wikkelingen zitten in het huis en de magneten zitten op de ronddraaiende as gemonteerd (de rotor). Omdat zo'n motor dus geen koolborstels en geen collector heeft, moet de motor aangestuurd worden met een speciale regelaar. Die zorgt ervoor dat de spoelen in de motor (velden) precies op het juiste moment stroom krijgen zodat de magneten van de rotor op het goede moment aangetrokken of afgestoten worden. Moderne regelaars hebben soms zelfs een LiPo programma ingebouwd. LiPo batterijen mogen namelijk nooit diep ontladen worden (zie 3.1). De regelaar schakelt zichzelf dan naar een lagere vermogen of zelfs helemaal uit indien nodig wanneer de spanning een kritische ondergrens dreigt te bereiken. Zoals gezegd wordt een borstelloze motor op een speciale manier aangestuurd. Hierbij moet de regelaar de 3 spoelen (A, B en C) precies op de juiste manier en frequentie aansturen zodat de magneet van de rotor op het juiste moment aangetrokken of afgestoten wordt. Daardoor zal de rotor draaien. Hoe meer toeren de motor maakt, hoe sneller de regelaar de spoelen moet aansturen. De regelaar moet dus op elk moment "weten" in welke positie de rotor staat t.o.v. de spoelen. fig. 3.11: Schematische voorstelling DC-motor
Om dat te weten kan dit op twee manieren: Met een sensorloze motor of via een motor met sensor. Wij zitten in het eerste geval.
Pagina 50
Een sensorloze motor: Een brushless DC-motor is eigenlijk een draaiveldmotor. Hij wordt met permanente magneten aangestuurd. Zodra de borstelloze motor draait, verandert de langskomende magneet de stroom door de spoel een beetje. De stroom is dus veranderd. Dat kan de regelaar gebruiken om te bepalen waar de magneten zich bevinden en dus ook hoe de spoel op dat moment aangestuurd moet worden. Dit proces noemt men sensorloos. Het voordeel van dit systeem is dat het heel erg efficiënt is en hele hoge toerentallen en grote vermogens kan leveren. Het nadeel was tot voor kort dat de motor al "even" moest draaien voor de regelaar de motor optimaal kan aansturen. Bij auto's moet voor elke beweging die de motor wil maken de hele auto direct mee verplaatst worden. Auto's moeten bovendien snel accelereren, hard remmen en weer van stilstand of lage snelheid weg trekken. De eerste sensorloze motoren hadden hier problemen mee dus werd er een nieuw soort sensorloze motor/regelaar ontwikkeld. Bij de nieuwe soort motoren zonder sensor wordt een veel nauwkeurigere meettechniek gebruikt. Die meettechniek laat probleemloos een auto wegrijden en een gelijkwaardige acceleratie vanuit laag toerental uitvoeren zoals bij een motor met een sensor, maar gekoppeld aan de hogere efficiency en hogere topsnelheid van een sensorloze motor. Dit is mogelijk gemaakt door een speciaal ontwikkelde chip en bijpassende software. Verder worden motoren zonder sensor alleen maar met 3 dikke stroomdraden op de regelaar aangesloten. Dit wil zeggen met 3 paar spoelen.
Een motor met een sensor: Voordat de 2e generatie sensorloze motor/regelaar in combinatie ontwikkeld was, werd de motor met sensor gebruikt om bijvoorbeeld het startprobleem bij auto's op te lossen. Er werd speciaal hiervoor een motor/regelaar systeem ontwikkeld met 3 ingebouwde HAL sensoren die aan de regelaar feedback geven in welke stand het anker staat en in welke richting hij draait. Dit kan ervoor zorgen dat de motor nauwkeuriger geregeld kan worden qua positie, stroom, en dus ook de snelheid. Dit geeft een minder aarzelende acceleratie en een hoger koppel op lage toeren t.o.v. de eerste generatie borstelloze regelaars. Het feit dat motoren met sensor een wat lagere efficientie en een mindere topsnelheid hebben dan sensorloze motoren, werd ruimschoots goedgemaakt door de betere eigenschappen. Deze motoren worden op de regelaar aangesloten met de gebruikelijke 3 dikke stroomdraden en met een 5 of 6 aderige dunne bedrading met stekker voor de sensoren.
Pagina 51
3.4.2 Specificaties Onze motoren hebben 930KV. Dit wil zeggen dat ze zonder weerstand 930 toeren per volt kunnen draaien. Aangezien onze batterij een spanning levert van 11,1V kunnen onze motoren in perfecte omstandigheden 10323 toeren leveren ( ). Met enige weerstand meegerekend bij het opstijgen en het veranderen van de richting zullen de motoren maximaal 10000 toeren leveren. Verder zal het verlies ook toenemen in de motor wanneer hij zijn maximum toerental bereikt. Wij hebben minder toeren nodig om onze quadrocopter te laten vliegen maar hoe hoger het toerental is, hoe sneller de quadrocopter verticaal in de lucht kan vliegen. Het is niet de bedoeling om een te zware motor te nemen, want dan zal je een motor hebben die aan een zeer laag toerental bjna geen koppel meer zal hebben. De maximum thrust is 550 gram en de bijbehorende propellers zijn DJI 10x3.8 / DJI 8x4.5 en DJI 10x4. Onze propellers zijn van het merk DJI type 10x3.8. Verder is er ook smooth throttle en linear throttle aanwezig. Throttle zorgt ervoor dat de snelheid in verhouding beperkt en bijgeregeld kan worden van de motoren. Dit gebeurt via de afstandsbediening.
Pagina 52
3.5 De propellers 3.5.1 Liftkracht De liftkracht is de kracht die loodrecht op de propeller inwerkt. Deze kracht is dus ongeveer tegengesteld aan de gravitatiekracht. De liftkracht zorgt ervoor dat de quadrocopter omhoog blijft. Liftkracht is het gevolg van verscheidene effecten zoals de reactiekracht van de fig. 3.12: Liftkracht luchtstroom op het oppervlak, het Bernoulli-effect en het Coandă-effect. Het effect van de reactiekracht is als volgt uit te leggen. Een vlakke plaat die een hoek maakt met de luchtstroom, zodat de luchtstroom aan de onderzijde van de plaat wordt afgebogen naar beneden toe, ondervindt behalve een wrijvingskracht in de richting van de stroom, ook een naar boven gerichte kracht. Deze kracht is de liftkracht .
fig. 3.13: Liftkracht met reactiekrachten
Een vlakke vleugel is echter om meerdere redenen niet optimaal. Naast de vereiste kracht veroorzaakt een vlakke plaat ook turbulentie en luchtweerstand. Uit vele experimenten en berekeningen is gebleken dat de bovenkant van de vleugel beter een bolle vorm kan hebben. De luchtstroom volgt het vleugeloppervlak en buigt hierdoor ook aan de bovenkant van de vleugel naar beneden (dit is het Coandă-effect). Zonder deze bolle vorm zou de luchtstroom boven de vleugel bij een kleinere invalshoek ( ) al gewoon rechtdoor gaan en zouden er luchtwervelingen ontstaan. Deze turbulentie werkt remmend en omdat de lucht aan de bovenkant van de vleugel niet meer afgebogen wordt, is er ook minder liftkracht. fig. 3.14: Voorstelling invalshoek
Pagina 53
De luchtsnelheidsverschillen boven en onder een vleugelprofiel kunnen met behulp van de Wet van Bernoulli worden omgerekend in drukverschillen, die ook weer liftkracht veroorzaken.
fig. 3.15: Voorstelling drukverschil op een vleugel
De wet van Bernoulli: Hierbij is: v = de snelheid (m/s) g = de valversnelling (m/s²) h = het hoogteverschil (m) p = de druk (Pa) = de massadichtheid (kg/m³) In de formule zien we - de kinetische energiedichtheid of dynamische druk: - de atmosferische druk:
.
Omgerekend naar lengte-eenheden levert dit voor het totale energieniveau van de stromende vloeistof: [m] Hierbij is: = de snelheidscomponent = de stijghoogte.
Pagina 54
De verplaatsing van de vleugel door de lucht veroorzaakt aan de onderkant van de vleugel een overdruk en aan de bovenkant van de vleugel een onderdruk. Deze drukverschillen veroorzaken zelf nog een extra effect. De lucht aan de onderkant van de vleugel wordt door de overdruk ter plaatse afgeremd. Door de onderdruk boven de vleugel wordt de lucht naar de bovenkant van de vleugel gezogen. Dit veroorzaakt een grotere snelheid van de lucht boven de vleugel dan er onder. Daardoor ontstaat de liftkracht ongeveer 2/3 aan de bovenkant van de vleugel en 1/3 aan de onderkant. In onderstaande figuur is een doorsnede van een vleugelprofiel getekend. De luchtstroom is getekend in het groen. Dit is het pad dat luchtdeeltjes afleggen als zij langs de vleugel stromen. In de lucht ver vóór de vleugel (rechts) zijn ze op gelijke afstand getekend. Als de stroomlijnen dichter bij elkaar gaan lopen en de dichtheid blijft (ongeveer) gelijk, betekent dit dat de deeltjes sneller gaan stromen. De luchtsnelheid en stromingsrichting zijn aangegeven met de blauwe pijlen. De rode pijlen geven een indicatie van de onderdruk boven de vleugel en de overdruk onder de vleugel. Tenslotte geeft de paarse pijl de totale liftkracht weer en de grijze de weerstand. Men probeert de stromingsweerstand altijd zo laag mogelijk te houden.
fig. 3.16: Totale voorstelling werking van een vleugel
Pagina 55
3.5.2 Liftformule De liftkracht L wordt als volgt berekend: Hierbij is: ρ = de dichtheid van lucht (kg/m3) v = de luchtsnelheid (m/s) (t.o.v. het opgelifte deel) s = het oppervlak (in m2) van het opgelifte deel = de liftcoëfficiënt t.o.v. α (aanstroomhoek) Uit de liftformule kunnen we dan de liftcoëfficiënt bepalen:
fig. 3.17: Karakteristiek van de liftcoëfficiënt
In bovenstaande grafiek is de liftcoëfficiënt als functie van de aanstroomhoek gegeven. De aanstroomhoek is de hoek die de onbeïnvloede stroming maakt met de koorde van de vleugel.
fig. 3.18: Voorstelling koorde of invalshoek
CL heeft voor veel profielen al een positieve waarde bij een aanstroomhoek van 0°. Dat komt doordat de stroming over de gebogen achterkant al naar onder wordt afgebogen als de koorde van de vleugel evenwijdig met de stroming staat. Bij een bepaalde kritische hoek (10 à 20°) neemt de liftkracht plotseling zeer sterk af. De curve is specifiek voor een bepaald profiel, maar heeft voor goede ontwerpen wel altijd ongeveer deze vorm.
Pagina 56
3.5.3 Specificaties Wij hebben DJI 10x3.8 propellers. Deze zijn zoals al eerder gezegd, passend bij onze brushless motoren. De propellers zijn van het merk DJI en zijn 10inch lang. Ze hebben een kromming van 3,8. We gebruiken 4 propellers. 2 propellers draaien in wijzerzin (oranje) en 2 in tegenwijzerzin (geel).
fig. 3.19: Draairichting propellers
Pagina 57
3.6 De UBEC De UBEC zorgt ervoor dat de van de batterij (11,1V) wordt naar 5V voor de receiver geheugenbord. De UBEC is soort kleine transformator.
spanning omgezet en het dus een
3.6.1 Verschil tussen BEC en UBEC
fig. 3.20: De UBEC
De BEC is lineair terwijl de UBEC beschouwd wordt als een schakelende BEC. De BEC heeft een betere ongestoorde signaalspanning en is goedkoper te produceren. Ze zijn wel minder efficiënt en maken hogere temperaturen aan bij grotere spanningen. De UBEC daarentegen is efficiënter en koeler bij hogere spanningen. Anderzijds hebben zij dan weer een verhoogd aantal componenten zodat ze duurder zijn om te produceren.
Pagina 58
3.7 De zender en ontvanger We hebben voor een zender en ontvanger gekozen die we van een vriend te leen hebben gekregen. Beiden zijn van het merk Planet. 3.7.1 De frequentie De zender moet draadloos met de ontvanger kunnen communiceren. Dit gebeurt via een bepaalde frequentie. Voor modelbouw zijn er verschillende frequenties legaal in België (en Nederland): 35 MHz en 40 MHz: Deze frequentiebanden zijn uitsluitend gereserveerd voor modelbouwvliegtuigen. Er is wel een nadeel aan verbonden. Wanneer je met meerdere mensen samen vliegt kan je elkaars signaal storen en dus de controle over je vliegtuig (tijdelijk) verliezen. 2,4 GHz: In het frequentiebereik van 2400 tot 2483,5MHz is het besturen van modelbouwvliegtuigen toegestaan. Dit is een heel brede band waarin de zender en ontvanger zelf een vrije frequentie zullen zoeken en deze regelmatig veranderen waardoor er bijna geen sprake is van storing. Dit heeft dus als gevolg dat je geen last hebt van andere medemodelbouwers. 3.7.2 De zender Deze zender werkt op 4 oplaadbare batterijen. Er is een aansluiting voorzien voor een oplader waardoor er geen extra batterijlader nodig is. De zender heeft een schermpje waar de spanning van de batterijen op af te lezen is. Zo kan je op elk moment weten hoe ver je batterij ontladen is. Het is de bedoeling dat je de batterijen nooit onder de 4,6V laat komen want anders kan je signaal verstoord zijn. De zender heeft 5 kanalen. De kanalen 1 tot 4 dienen voor het besturen van de quadrocopter in de 4 mogelijke richtingen (throttle, yaw, roll en pitch). Dit wordt gedaan door de 2 sticks. De linkse stick dient voor de throttle ( ) en de yaw ( ). De rechtste stick dient als roll ( ) en pitch ( ). fig. 3.21: De zender e
Het 5 kanaal is een tweestandenschakelaar. Hiermee zullen we de schakelaar bedienen die de ledlampjes aan en uit zet.
Pagina 59
3.7.3 De ontvanger De ontvanger heeft 7 connecties. 6 kanalen en nog een extra ingang die voorzien is voor de voedingsingang. De ontvanger werkt – net zoals de rest van de elektronica – op 5V. We kunnen hierop dus de UBEC aansluiten.
fig. 3.22: De ontvanger
De kanalen 1 tot 4 zijn verbonden met het controllerbordje. Deze 4 signalen dienen om de quadrocopter te bewegen in de richting die aangegeven is met de 2 sticks van de zender. Het 5e kanaal verbinden we met de schakelaar (transistor) die de ledlampjes aan en uit schakelen.
Pagina 60
3.8 Het controllerbordje
fig. 3.23: Het controllerbordje
Dit controllerbordje zorgt voor de werking van de quadrocopter. Het is een soort computer die aan de hand van sensoren en inputs (van de zender) de motoren een bepaald toerental zal laten draaien. Naast de motoren bedienen is er zijn er ook nog tal van extra’s om het vliegen te vergemakkelijken. Een optie is bijvoorbeeld om een camera te bedienen. Dit alles gebeurd in de processor. Op dit bordje zit een Atmega 328P processor. Deze is helemaal programmeerbaar en kunnen we dus een functie geven die we zelf willen. In dit geval dus het vliegen en besturen van de quadrocopter. Het bordje zelf moet gevoed worden met 5V. Dit is dus afkomstig van de UBEC (via de zender) zoals al eerder besproken. 3.8.1 Voltage level converter TXS0102 De sensoren werken allemaal op 3,3V. Ons controller bordje sturen we aan met 5V. Dit wordt door deze transistor nog eens opgesplitst naar 3,3V. Om dit te controleren staan er 2 ledlampjes op ons bordje die de aanwezigheid van 3,3V en 5V aanduiden.
fig. 3.24: Voltage level converter
Pagina 61
3.8.2 Sensoren:
Gyro ITG3205 Wat? Een gyrometer (gyroscoop) meet de hellingshoek van de quadrocopter over één van zijn assen. Dit is nodig bij de sturing om de quadrocopter van richting te doen veranderen bij het manueel bedienen via de afstandsbediening. Deze gyro heeft als voordeel dat hij de hellingshoek in de 3 richtingen meet. Dus zowel voor de x, y als z-as. Met de gyrometer weten we dus onder welke hoek de quadrocopter zich bevind.
fig. 3.25: Gyrometer
Werking? Een gyro is een piezo-element die bij elke verbuiging (door middel van rotatie van onze quadrocopter) een spanningsverschil teweeg brengt tijdens dat het elementje vervormd (verbogen rond een as) wordt. Deze spanning wordt door de gyrometer opgemeten en omgezet in een beweging van de quadrocopter rond fig. 3.26: Voorstelling gyrometer zijn assen.
Accelerometer BMA180 Wat? Een accelerometer is bijna hetzelfde als een gyrometer. De accelerometer meet net zoals de gyrometer de hellingshoek, maar dan niet de absolute hoek, maar de verandering van hoek. De verandering van hoek wordt gebruikt om zo snel mogelijk na een beweging terug naar zijn evenwicht te komen. Deze accelerometer werkt – net zoals de gyrometer – voor alle richtingen: x, y, z-richting. fig. 3.27: Accelerometer
Werking? Een accelerometer maakt gebruik van het traagheidsprincipe. Het is gebaseerd op de mechanische versnellingsmeter. Het is een gewichtje dat verend is opgehangen. Als de quadrocopter dan beweegt zal het gewichtje achterkomen (traagheid). In de praktijk is er geen gewicht die verend wordt opgehangen, maar veren die fig. 3.28: Voorstelling gemaakt zijn van silicium. Die trillen heen en weer tussen accelerometer contactpunten. Wanneer deze veren bewegen en terwijl een verandering ondergaan, zal de veer anders beginnen trillen. Het verschil van lading aan de contactpunten meet de verandering van de verplaatsing op. Pagina 62
Barometer BMP085 Wat? Een barometer meet de luchtdruk (atmosferische druk) en de temperatuur om zo de hoogte te bepalen waar de barometer zich bevind. Werking? De barometer zal dus de druk en temperatuur meten. Die zal de onderstaande formule toepassen: M gemiddelde
molaire
massa
fig. 3.29: Barometer
van
lucht
(29
kg⁄ kmol)
g valversnelling (9,81 m⁄ 2) s h hoogte (in m) R algemene gasconstante (8,314 ⁄ ) mol K T temperatuur (in K) P luchtdruk (in hPa) P0 luchtdruk op zeeniveau (0m hoogte)
Magnetometer HMC5883 Wat? Een magnetometer kan je vergelijken met een kompas. De magnetometer bepaalt je positie aan de hand van het magnetisch veld van de aarde. Het nadeel hiervan is dat je geen andere magnetische bronnen (zoals een magneet, een spoel, …) in de buurt mag brengen.
fig. 3.30: Magnetometer
Werking? De magnetometer bevat een permanente magneet die bijna geen wrijving heeft. Zo zal deze – net zoals in een echt kompas – het noorden aanwijzen. Daardoor wordt de oriëntatie van de quadrocopter bepaalt.
3.8.3 De controller Atmega 328P Dit is de effectieve controller. Deze is – zoals reeds gezegd – helemaal programmeerbaar (zie hoofdstuk 4).
fig. 3.31: Atmega 328P controller
Pagina 63
Hoofdstuk 4: Het programma Zoals reeds besproken bij de flight controller is deze zelf programmeerbaar. Hieronder staat een korte beschrijving van wat er allemaal in het programma verwerkt zit. Het programma is een standaardprogramma dat wordt meegeleverd bij het bordje, dat wij hebben aangepast voor onze quadrocopter. Het programma is te vinden in bijlage 23.
4.1 Vlieg modes Er zijn verschillende manieren om te vliegen, zowel voor beginners als voor ervaren vliegers. Er zijn 3 belangrijke modes: ACRO-, ANGLE- en HORIZONmode. Daarnaast zijn er nog andere modes zoals MAG-mode en BARO-mode. Er zijn ook speciale modes die niet bedoeld zijn om te vliegen.
Arming Arm en disarm zijn 2 functies die bedoeld zijn om de quadrocopter te beveiligen. Men moet eerst de quadrocopter uit zijn veiligheid halen want anders kan het zijn dat de motoren beginnen te draaien zonder dat je dat wenst. Na het vliegen moet je hem weer in zijn veiligheid plaatsen. Anders zouden de motoren direct kunnen draaien en zou je verwondingen kunnen oplopen.
ACRO-mode Acro-mode staat voor acrobatic mode. Het is de moeilijkste manier om te vliegen. De quadrocopter is enkel bestuurd door de inputs van de zender. Wat je instuurt wordt direct naar het bordje gezonden. Hierbij wordt de gyroscoop gebruikt om de quadrocopter onder een bepaalde hoek te brengen (afhankelijk van de input) en die zolang in deze hoek te houden tot er een verandering van input is.
ANGLE-mode Angle-mode is de stable of self-levelling mode. Dit is de gemakkelijkste manier om te vliegen. Deze manier van vliegen maakt gebruik van de gyroscoop om zich (net zoals in ACRO-mode) te besturen. Wanneer er geen input van de zender komt zal de quadrocopter zichzelf stabiliseren en zich terug horizontaal brengen waardoor hij niet meer verder beweegt.
HORIZON-mode HORIZON-mode is een combinatie van ANGLE en ACRO-mode. Dit is de beste manier om in ACRO-mode te leren vliegen. Zolang er geen of weinig input is zal de quadrocopter zichzelf stabiliseren, maar vanaf er grote inputs zijn zal de quadrocopter in ACRO-mode staan. Daardoor bedien je de quadrocopter helemaal zelf. Wanneer er terug geen inputs zijn (bijvoorbeeld als je denkt dat je gaat crashen tijdens het oefenen) zal de quadrocopter zichzelf horizontaal proberen te brengen. Pagina 64
MAG-mode Deze mode activeert de magnetometer. Dit zal als resultaat hebben dat de quadrocopter zich in dezelfde positie zal houden en in dezelfde richting voortbewegen zolang de MAG-mode aanstaat. De richting wordt bepaald vanaf wanneer de MAG-mode actief wordt.
BARO-mode Deze mode heeft een barometer nodig. Die zal ervoor zorgen dat de quadrocopter op dezelfde hoogte blijft vliegen. Hierbij wordt ook de accelerometer gedeeltelijk gebruikt om de versnelling in Z-richting (omhoog en omlaag) minimaal te houden.
Extra: headfree Dit zorgt ervoor dat de quadrocopter altijd dezelfde richting en hoogte zal behouden (door middel van de magnetometer en de barometer). Zo kan je de quadrocopter in een 2D vlak makkelijk bewegen. Dit is handig bij het leren vliegen. Deze mode is dus niets meer dan de yaw-functie (draaien rond Z-as) uitschakelen.
Combinatie: position hold Position hold is niet echt om te vliegen. Het zal ervoor zorgen dat de quadrocopter dezelfde positie zal behouden. Hierbij zal hij niet van richting veranderen (MAG-mode), op een constante hoogte blijven (BARO-mode) en zichzelf stabiel houden (ANGLE-mode). De quadrocopter zal dus bijna stilhangen in de lucht. Aangezien we geen GPS hebben zal hij niet op dezelfde positie blijven, maar zal hij ook geen versnelling ondergaan. Hij zal dus gewoon meedrijven in de wind.
Pagina 65
4.2 Tuning Om de quadrocopter te besturen naar eigen wens zijn er verschillende settings die je kan toepassen. Dit wordt hoofdzakelijk gedaan door de gevoeligheid van de stick-inputs aan te passen en door verschillende vliegmodes en andere instellingen uit te kiezen. Daarnaast kan je elke vliegmode nog aanpassen naar eigen wens via de PID-settings. De PID-settings zorgen voor de soepelheid van de quadrocopter.
Stick-inputs Aan de hand van de gevoeligheid van de stick-inputs kan je de inputs van de afstandsbediening regelen. Bij de throttle (blauwe grafiek) is dit rechtlijnig. D.w.z. dat zowel bij het center als bij heel grote inputs de vergroting fig. 4.1: Stick-inputs evenveel effect zal hebben. Bij de pitch en de roll (groene grafiek) is de grafiek niet lineair. Zo zie je dat bij een input dicht bij het center er een zeer kleine verandering is en bij een zeer grote input er een grote verandering zal optreden. Dit is handig om bij kleine bewegingen nauwkeurig bij te regelen.
Instellingen selecteren De instellingen worden geselecteerd door schakelaars op de zender. Je kan zelf kiezen door de vakjes aan te klikken bij welke stand van de schakelaar er welke optie moet geactiveerd worden. We hebben 4 ingangskanalen (AUX1 tot AUX4). Elke schakelaar kan 3 standen hebben (indien het er maar 2 zijn enkel fig. 4.2: Matrix van selecties (eigen voorkeur) hoog en laag). Wij zijn geen professionele vliegers dus vliegen wij in de gemakkelijkste vliegmode (ANGLE-mode). Omdat wij toch geen andere vliegmodes nodig hebben selecteren we voor zowel laag, midden en hoge spanning van de schakelaar dat we op ANGLE-mode vliegen. Dit kan je herkennen op bovenstaande tekening door de witgevende vakjes. Je ziet ook dat we via AUX1 (we hebben op AUX1 een 2-standen schakelaar geplaatst dus hebben we enkel hoog en laag) de LED strips erop hebben aangesloten. Als de schakelaar hoog staat zullen de lampjes oplichten.
Pagina 66
PID-tuning Je kan zowel de P, I en D apart instellen. Dit zelfs voor elke richting apart. Zowel de P, I als D hebben hun eigen eigenschappen en effecten. Het is de bedoeling dat ze alle drie samenwerken om zo een goed mogelijk resultaat te fig. 4.3: PID settings verkrijgen. Hieronder verstaan we dat de quadrocopter zichzelf snel, maar niet te snel corrigeert en dat hij direct reageert op veranderingen.
P-tuning De P staat voor proportioneel. Als je de quadrocopter wilt veranderen van hoek ontstaat er een verschil tussen de werkelijke hoek en de gewenste hoek. Hoe groter de P is, hoe meer het verschil versterkt wordt. Hoe groter P, hoe sneller er zal worden gestabiliseerd met onnauwkeurigheden en oscillaties (vibraties) tot gevolg. Hoe kleiner P, hoe trager er zal worden gestabiliseerd. Er zal wel nauwkeuriger gestabiliseerd worden dan bij een grote P.
I-tuning De I staat voor integreren. Hoe langer dat het verschil van hoek blijft, hoe groter het verschil zal versterkt worden (in de tijd). Stel dat de wind de quadrocopter tegenhoudt voor bewegingsveranderingen, zal de I ervoor zorgen dat er in de tijd meer gecorrigeerd zal worden. Hoe groter I, hoe makkelijker het wordt om de quadrocopter in eenzelfde positie te houden, maar daardoor wordt de quadrocopter gevoeliger voor veranderingen. Hoe kleiner I, hoe moeilijker het wordt om dezelfde positie te behouden, maar de quadrocopter zal stabieler veranderen van positie.
D-tuning De D staat voor differentiëren. Dit zorgt ervoor dat hoe groter het verschil is, hoe meer het verschil versterkt wordt. Indien het verschil kleiner wordt, zal het verschil minder versterkt worden om teveel corrigeren te voorkomen. Hoe groter D, hoe meer het verschil versterkt wordt waardoor de quadrocopter sneller zal corrigeren, maar hij zal trager reageren op snelle veranderingen. Hoe kleiner D, hoe minder het verschil zal versterkt worden waardoor de quadrocopter langzamer zal corrigeren, maar sneller reageren op kortstondige veranderingen.
Pagina 67
Hoofdstuk 5: De afwerking Nadat de quadrocopter gebouwd en geprogrammeerd was hebben we nog een paar extra’s aangebracht op de drone.
5.1 Het landingsgestel Door het landingsgestel kan de quadrocopter nu overal opstijgen en landen. Hij hoeft nu niet meer op zijn batterij te landen en kan ook op oneffen ondergronden landen. We kozen ervoor om het landingsgestel uit carbon te maken. Deze profielen hebben we gevonden bij Aerobertics.
fig. 5.1: Landingsgestel
Lengte monteerstuk (A): 40mm Been breedte (B): 150mm Hoogte (C): 80mm Dikte (D): 20mm
Pagina 68
Wanneer we nu deze profielen in 2 delen zagen (door de lengte A), bekomen we 2 stukken. Als we zo 2 profielen kopen hebben we voldoende om een volledig landingsgestel te maken. We monteren de 4 stukken dan namelijk onder de armen aan de motoren. De landingspoten passen qua dikte perfect op onze aluminium armen (20 mm dik). Op de aluminium armen hebben we 25 mm plaats om ze te monteren. Er is dus genoeg plaats om deze landingspoten mooi te monteren (20 mm). We monteren dit door middel van 2 bouten. 1 poot van Aerobertics kan 500 gram dragen. Door ze middendoor te zagen en verder uit elkaar te zetten vergroten we het draagvlak. Daardoor kunnen we dus meer dan 500 gram dragen. We doen dit 2 keer. Na de test bekomen we dat deze landingspoten de quadrocopter werkelijk kunnen dragen. fig. 5.2: Landingspoot
5.2 De ledlampen De ledlampen hebben wij aangebracht aan de zijkanten van de aluminium armen. Aan de voorkant van de quadrocopter zijn het rode lampjes en aan de achterkant blauwe. We hebben ze bevestigd doormiddel van ‘ledstrips’. Dit zijn linten met ledlampen op die gemaakt zijn om te werken op een 2S of 3S LiPo. Om ze van spanning te voorzien hebben we ze aangesloten op het powerboard.
fig. 5.3: LED strips
Er is ook een schakelaar voorzien om de ledlampen aan en uit te zetten. Deze schakelaar is gemonteerd op de negatieve draad van de ledlampjes en wordt via het 5e kanaal op onze ontvanger gestuurd. Nu deze lampjes aanwezig zijn op de quadrocopter kunnen we altijd bij het vliegen zien wat de voorkant en de achterkant is van de quadrocopter.
Pagina 69
5.3 De afgewerkte quadrocopter Nu is onze quadrocopter volledig af. We plaatsen dan ook graag nog enkele foto’s van ons volledig eindwerk. We zien nu dat onze afgewerkte quadrocopter in totaal 995 gram weegt.
fig. 5.4: Weegschaal met het totaal gewicht
fig. 5.5a: Zijaanzicht quadrocopter
fig. 5.5b: Zijaanzicht quadrocopter (met lichten aan)
Pagina 70
fig. 5.6: Close-up van de elektronica
fig. 5.7: Bovenaanzicht
Pagina 71
Hoofdstuk 6: Paola wedstrijd Het is momenteel 18 mei 2014. Ons praktisch deel is volledig af en het GIPboek krijgt nu een mooie vorm. Binnenkort gaan we naar de drukker om het te laten inbundelen. Terwijl we bezig zijn met het GIP-boek krijgen we ons deelname formulier voor de Koningin Paola wedstrijd Focus Aarde. (zie bijlage 22). De Koningin Paola wedstrijd Focus Aarde bestaat al sinds 1996 en wil het technisch en beroepsonderwijs aanmoedigen. De prijs bekroont de beste geïntegreerde proeven die te maken hebben met de aarde of de ruimte. De eerste prijzen hebben een waarde van € 6500. De eervolle vermeldingen worden beloond met respectievelijk € 4000 en € 2500. We nemen deel aan deze wedstrijd omdat we willen weten hoe ons project scoort ten opzichte van de andere deelnemers uit België. Het lijkt ons wel goed mogelijk om hier hoog te eindigen. Vorig jaar werden Mathisse en Jakob namelijk knap tweede met hun waterstofauto. Het lijkt ons ook veel toffer om mee te doen aan een competitie. Zo toon je echt aan de mensen wat je bereikt hebt het voorbije jaar. We hopen natuurlijk op een mooie eindplaats in Brussel. Dit zullen we wel niet kunnen meedelen in dit GIP boek aangezien we ons project daar maar later moeten voorstellen.
fig. 6.1: Logo Paola wedstrijd
Pagina 72
Opdracht Frans Schooljaar 2013-2014
Trimester
2
ESSAI INTEGRE
Datum
22/02/14 Boeveriestraat
Leerkracht
Laroy Christophe
Vestiging
Vak
Frans
Behaald
Leerling
Depoortere-Scheldeman
Klas + nr
/ 40 6TIW
1. a. Stel een zakelijke brief op waarbij je (*) - vertelt wat je GIP inhoudt - uitlegt hoe je bij dit bedrijf terechtgekomen bent - een (specifieke) technische vraag om documentatie stelt opm: ………………………………………………………………………………… ..………………………………………………………………………………. b. Lees de tekst in bijlage en stel een woordenlijst op (minstens 20 termen) (**) opm: ………………………………………………………………………………… ..………………………………………………………………………………. 2. Beantwoord volgende vragen in het Frans (max 40 woorden / antw) (**) a. Pourquoi Léonard De Vinci est-il important dans l’histoire de l’hélicoptère? b. Pourquoi faut-il attendre jusqu’au 20ième siècle pour les premiers ‘vrais’ hélicoptères ? c. En 1907, le vol d’une minute de Louis Breguet n’est pas homologué. Pourquoi ? d. Qui a réalisé le premier vol officiel avec un hélicoptère ? Comment avait-il conçu sa machine ? e. Louis Breguet revient plus tard dans l’histoire de l’hélicoptère… pourquoi estce qu’il est important ? f. Qu’est-ce qui est typique pour le V-22 Osprey américain ? Pensez-vous qu’il s’agit encore d’un hélicoptère ? Motivez !
TIMING: bundel (brief + woordenlijst + beantwoorde vragen) worden ingediend op 26 februari 2014. (*) = indivduele opdracht (elk maakt apart) (**) = gezamenlijke opdracht (samen indienen) Pagina 73
6 en 10
1907-2007 : L’hélicoptère a 100 ans. L'idée et le principe du vol stationnaire au moyen d'une voilure rotative remontent pratiquement à l'aube de la civilisation, puisque la première représentation connue en figure dans une peinture chinoise du IVe siècle, plus de mille ans avant Léonard De VINCI qui avait imaginé son projet de "vis aérienne" et qui est considéré comme l'ancêtre de l'Hélicoptère moderne. C'est en constatant que l'air était un fluide comme l'eau qu'il eut l'intuition d'une aile en vis qui, telle une hélice dans l'eau, pourrait sustendre un objet. En dessinant son «aile en vis», il ignorait que son croquis constituait la première manifestation de l'idée du vol humain sous une machine à aile tournante "l'hélicoïde". En 1784, LAUNOY et BIENVENU réalisent la première maquette volante et la présentent à l'Académie Royale des Sciences. Un système à ressort à lame anime deux hélices contrarotatives en forme de plumes d'oiseau. Mais l'essor des montgolfières occulte complètement cette
invention,
qui
tombe
dans
l'oubli.
En 1861 Gustave de PONTON d'AMECOURT, qui invente le mot hélicoptère (du grec hélix, hélice et pteron, aile) réalise une machine fonctionnant à la vapeur. En 1877, l'ingénieur italien Enrico FORLANINI fait décoller une maquette d’hélicoptère modèle réduit à une hauteur de 13 mètres durant 20 secondes. L'engin pèse 350 kilogrammes et est animé par une machine à vapeur. Mais on est encore loin du premier vol autonome piloté d’une machine à voilure tournante. Comme souvent, il faudra attendre la conjugaison de plusieurs avancées techniques majeures dont l’avènement du moteur à explosion et les études du colonel Charles RENARD. Directeur du centre aérostatique militaire de Chalais-Meudon, cet officier polytechnicien est considéré comme le père de l’aéronautique française. C’est sous son impulsion qu’en 1905 sont développés des moteurs à la fois plus légers, plus puissants et surtout plus fiable comme le moteur Antoinette de LEVAVASSEUR. Alors qu’il travaille sur les hélices sustentatrices, c’est également le colonel RENARD qui comprend le premier l’importance de l’articulation des pales du rotor.
Pagina 74
Par une curieuse coïncidence, c’est en France que trois pionniers vont presque au même moment tenter de réussir l’exploit de faire décoller un appareil piloté : En 1905, Le prince Albert 1 er de Monaco confirme que Maurice LEGER est parvenu à faire décoller un hélicoptère de sa conception pendant 15 secondes et à soulever un homme de 74 kilos. Cependant l’histoire ne retiendra pas cette tentative dans la mesure où l’appareil est relié au sol et n’emporte pas son propre moteur. Au début de 1907, Louis BREGUET réussit à faire décoller une extraordinaire machine munie de quatre rotors de plus de 8 mètres de diamètre chacun. La machine est pilotée par un homme, l’ingénieur VOLUMARD, choisi pour son poids plume, et s’élève de 60 cm pendant près d’une minute. L’essai est attesté par une photographie. Cependant, une fois encore, la performance ne sera pas homologuée dans la mesure où 4 hommes ont tenu en permanence l’appareil par ses extrémités afin d’aider à son équilibre. Louis BREGUET persuadé que les techniques de l’époque ne permettent plus d’avancées significatives, va se tourner avec succès vers l’aviation classique avant de revenir à l’hélicoptère dans les années 30. Le premier vol homologué d'un hélicoptère avec son pilote. Le 13 novembre 1907, sur un champ qui jouxte une usine désaffectée, un jeune inconnu du nom de Paul CORNU s’installe dans une drôle de machine avec la ferme intention de réaliser le premier vol d’un appareil à voilure tournante. C’est dans l’atelier paternel de « cycles et de mécaniques » à Lisieux, que Paul CORNU, qui a hérité les talents d’ingénieur de son père, a imaginé puis construit le modèle réduit qui lui a servi à tester toutes ses idées : Rotors (on dit alors hélices), transmissions, déflecteurs, tout a été essayé puis assemblé grandeur réelle dans l’usine de Coquainvilliers non loin de Lisieux. Sa machine est constituée d’une structure en tubes d’acier en forme de V dans laquelle l’inventeur a placé un moteur Antoinette de 24 chevaux qui entraine les deux rotors par l’intermédiaire d’une longue courroie de plus 22 mètres. Ce n’est pas son premier essai. Les semaines précédentes il a fallu résoudre de nombreux problèmes techniques et notamment le patinage de la courroie qui peine à entrainer les rotors.
Pagina 75
En ce matin de novembre sa machine a été perfectionnée et il prend place sur la selle de vélo qui lui sert de siège. Le moteur vibre, l’appareil s’élance et puis s’élève de 30 cm durant plusieurs secondes. C’est l’exploit tant rêvé depuis de longues années. La performance est renouvelée l’après-midi même et l’appareil s’élève alors de 1,5 mètre. Qu’importe que seuls Paul et son frère Jacques aient été témoins de cette tentative, c’est la date du 13 novembre 1907 que l’histoire retiendra comme étant celle du « premier vol libre d’un hélicoptère piloté». Malgré tout, l’hélicoptère reste encore un engin instable qu’il est difficile de contrôler. Pour arriver aux extraordinaires appareils que l’on connaît aujourd’hui, il faudra attendre de nombreuses années pendant lesquelles des passionnés connus ou inconnus ont participé à la mise au point et à l’évolution de l’hélicoptère. En 1923, l’ingénieur espagnol Juan de la Cierva, en développant une formule hybride appelée « autogire », trouve une des clefs du problème en mettant au point l’articulation des pales qui permet le vol contrôlé. De nombreux autogires de Juan de la CIERVA étaient en service dans l'armée française en
Le 4 mai 1924 un technicien de Peugeot, Etienne OEHMICHEN, réalise le premier kilomètre en circuit fermé alors que la même performance en avion date de 1908 (Henri FAIRMAN). C'est également OEHMICHEN
qui met au point le principe de
l’autorotation, permettant à un hélicoptère de planer en cas d'avarie. Le 26 juin 1935, Louis BREGUET est revenu vers l'hélicoptère. Piloté par Maurice CLAISSE, son appareil équipé d'un moteur Wright de 420 cv effectue son premier vol puis bat le record de vitesse (100 km/h), le record d'altitude avec 158 mètres et le record de distance avec 44 Km en 1 heure 2 minutes et 50 secondes. Baptisé Gyroplane Bréguet-Dorand, c'est le premier hélicoptère fonctionnant correctement dans tous les domaines de vol.
Pagina 76
L'hélicoptère peut alors prendre son essor. En un siècle des progrès fabuleux ont été accomplis pour arriver à dominer les voilures tournantes plus lourdes que l'air. Comme souvent ce sont les recherches militaires qui ont permis le véritable développement de l’hélicoptère. C'est en effet dans le domaine des opérations militaires que l'hélicoptère a prouvé son incomparable efficacité ce qui a conduit les grands pays à se doter d'une industrie de l'hélicoptère, participant ainsi à son essor. Dernière évolution en date, le convertible américain V-22 OSPREY réalise le rêve des premiers pionniers en étant le premier appareil à concilier les avantages de l’avion et de l’hélicoptère.
Pagina 77
1a. Zakelijke brief Arne Depoortere
Aalter-brug, 2014-01-18
Woestijne 24 9880 Aalter-brug
Aerobertics BVBA Maalse Steenweg 367 8310 Sint-Kruis, Brugge
Sujet: demande de documentation sur les moteurs sans balais
Cher monsieur, chère madame, e suis Arne Depoortere, j’ai dix-sept ans et je termine mes études de sciences industrielles à l’institut technique libre à Bruges. ’ai trouvé l’adresse de votre magasin sur internet pendant que j’étais en train de chercher de l’information. Pour mon travail de fin d’année, je dois réaliser une quadricoptère. C’est un multicoptère avec quatre moteurs. ’ai trouvé dans votre magasin en ligne des moteurs sans balais. Avant d’acheter, je voudrais avoir votre avis sur le poids, la force et la dimension des moteurs. Est-il possible de me conseiller en cette matière ou de m’envoyer de la documentation ? Dans le cas négative, pourriez-vous me donner les coordonnées d’une autre firme où je peux m’adresser ? Dans l’attente de votre réponse, je vous prie d’accepter mes salutations distinguées.
Arne Depoortere
Pagina 78
Laurens Scheldeman Kapelrie 49 8490 Varsenare BELGIË
Brugge, 18/02/2014
HobbyKing Technology LTD Mong Kok Road 33 U04, 7/F, Bright Way Tower HONG KONG
Sujet : Demande des renseignements sur une batterie LIPO
Cher monsieur, chère madame,
e m’appelle Laurens Scheldeman. e suis un étudiant dans la sixième année de sciences industrielles. Je suis en train de bricoler un quadrocopter. Dans votre magasin en ligne j’ai trouvé des batteries LIPO. Le modèle LIPO 2450mAh 20C m’intéresse. Mais avant de commander, pourriez-vous m’expliquer : - comment la batterie fonctionne, - le signification du terme 20C, - combien de temps la batterie peut nourrir quatre moteurs 930 KVA, - combien de temps il faut pour charger la batterie - comment il faut charger la batterie. Puis-je vous demander de formuler une réponse dès que possible? e vous remercie d’avance, Laurens Scheldeman
Pagina 79
1b. Woordenlijst L’ancêtre
de voorvader, de voorloper
Une voilure rotative
een draaiend draagvlak
L’ aube
de dageraad
Le vol stationnaire
het verticaal opstijgen
Une aile en vis Archimedes)
een schroefvleugel (= de schroef van
Une hélice
een schroef
Un croquis
een schets
Ressort à lame
bladvering
Un montgolfière
een luchtballon
La vapeur
de stoom
L’engin
het toestel
La conjugaison
de verbinding
L’avènement
de komst
Le moteur à explosion
de ontploffingsmotor
Fiable
betrouwbaar
Le hélices sustentatrices
de dragende schroeven
Une extrémité
een uiteinde
L’équilibre
het evenwicht
Jouxter
grenzen aan
Une tube d’acier
een stalen buis
Une courroie
een riem
Le patinage de la courroie
het doorglijden van de riem
Planer
zweven, een glijvlucht maken
Avarie
schade
Battre un record
een record breken
Prendre son essor
opvliegen, zich vrij ontwikkelen
Concilier
verzoenen
Pagina 80
2. Vragen a. Pourquoi Léonard De Vinci est-il important dans l’histoire de l’hélicoptère ? Il est important parce que son projet de « vis aérienne » est considéré comme l’ancêtre de l’hélicoptère moderne. Il a lancé l’idée du vol humain sous une machine à aile tournante « l’hélicoïde ».
b. Pourquoi faut-il attendre jusqu’au 20ième siècle pour les premiers « vrais » hélicoptères ? A ce moment-là, on a conjugué plusieurs avancées techniques majeures comme l’avènement du moteur à l’explosion et le développement des moteurs plus légers, plus puissants et sustentatrices et l’articulation des pales du rotor.
c. En 1907, le vol d’une minute de Louis Breguet n’est pas homologué. Pourquoi ? Ce vol n’est pas homologué parce que quatre hommes ont tenu en permanence l’appareil par ses extrémités afin d’aider à son équilibre.
d. Qui a réalisé le premier vol officiel avec un hélicoptère ? Comment avait-il conçu sa machine ? Monsieur Paul Cornu a réalisé le premier vol officiel avec un hélicoptère. La machine était constituée d’une structure en tubes d’acier en forme de V. Un moteur de 24 chevaux entrainait les deux rotors par l’intermédiaire d’une longue courroie.
e. Louis Breguet revient plus tard dans l’histoire de l’hélicoptère… pourquoi est-ce qu’il est important ? Monsieur Louis Breguet a développé un appareil qui a battu tous les records : le record de vitesse (100 km/h), le record d’altitude (158 mètres) et le record de distance (44 km en 1 heure 2 minutes et 50 secondes). C’était le premier hélicoptère qui fonctionnait correctement dans tous les domaines de vol.
f. Qu’est-ce qui est typique pour le V-22 Osprey américain ? Pensezvous qu’il s’agit encore d’un hélicoptère ? Motivez ! Le V-22 Osprey est le premier appareil qui concilie les avantages de l’avion et de l’hélicoptère. Il s’agit encore d’un hélicoptère parce que l’appareil peut décoller et atterrir verticalement grâce aux hélices. Pagina 81
Opdracht Engels
Pagina 82
Pagina 83
Build A Quadcopter From Scratch – Hardware Overview Posted on June 25, 2013 by Oscar
How To Build A Quadcopter – Choosing Hardware In this article I will be talking about quadcopter components and how to choose them. This is part of the tutorial series on how to build a quadcopter. In the next post I will be talking about software, how to go about the algorithm and programming. If you are planning on building a quadcopter but not sure how, this is the right place for you. Doing research is pretty boring, so I am trying to put together a comprehensive tutorial about quadcopter, hope it helps you as much as it helped me. Pagina 84
Building a quadcopter from scratch takes a lot of time and effort. If you are inpatient, afraid of programming/maths and has a good budget, you can just buy a pre-built kit. You could get it assembled within minutes before it’s flying (For example, like this one). But I have to say, you are missing the fun part of building a quadcopter. From choosing the parts, designing the circuits, to programming, you will be involved in every aspect of building a quadcopter, and it’s FUN! For more tutorials, check out this list. If you have any questions, feel free to ask on this quadcopter message board. This blog post is divided into a three parts
What is a Quadcopter and How It Work
Quadcopter Components Introduction
Conclusion
What Is A QuadCopter and How It Works A QuadCopter is a helicopter with four rotors, so it’s also known as quadrotor. Because of its unique design comparing to traditional helicopters, it allows a more stable platform, making quadcopters ideal for tasks such as surveillance and aerial photography. And it is also getting very popular in UAV research in recent years. The Quadcopters exist in many different sizes. From as small as a CD up to something as big as one meter in width.
Pagina 85
On a regular helicopter has one big rotor to provide all the lifting power and a little tail rotor to offset the aerodynamic torque generated by the big rotor (without it, the helicopter would spin almost as fast as the propeller) Unlike a helicopter, a quadrotor has four rotors all work together to produce upward thrust and each rotor lifts only 1/4 of the weight, so we can use less powerful and therefore cheaper motors. The quadcopter’s movement is controlled by varying the relative thrusts of each rotor. These rotors are aligned in a square, two on opposite sides of the square rotate in clockwise direction and the other two rotate in the opposite direction. If all rotors turn in the same direction, the craft would spin would spin just like the regular helicopter without tail rotor. (if you are not sure what I mean, check out this video) Yaw is induced by unbalanced aerodynamic torques. The aerodynamic torque of the first rotors pair cancelled out with the torque created by the second pair which rotates in the opposite direction, so if all four rotors apply equal thrust the quadcopter will stay in the same direction.
Pagina 86
To maintain balance the quadcopter must be continuously taking measurements from the sensors, and making adjustments to the speed of each rotor to keep the body level. Usually these adjustments are done autonomously by a sophisticated control system on the quadcopter in order to stay perfectly balanced. A quadcopter has four controllable degrees of freedom:Yaw, Roll, Pitch, and Altitude. Each degree of freedom can be controlled by adjusting the thrusts of each rotor.
Pagina 87
Yaw (turning left and right) is controlled by turning up the speed of the regular rotating motors and taking away power from the counter rotating; by taking away the same amount that you put in on the regular rotors produces no extra lift (it won’t go higher) but since the counter torque is now less, the quadrotor rotates as explained earlier.3.- control becomes a matter of which motor gets more power and which one gets less.
Roll (tilting left and right) is controlled by increasing speed on one motor and lowering on the opposite one.
Pitch (moving up and down, similar to nodding) is controlled the same way as roll, but using the second set of motors. This may be kinda confusing, but roll and pitch are determined from where the “front” of the thing is, and in a quadrotor they are basically interchangeable; but do take note that you have to decide which way is front and be consistent or your control may go out of control.
Pagina 88
Pagina 89
For example, to roll or pitch, one rotor’s thrust is decreased and the opposite rotor’s thrust is increased by the same amount. This causes the quadcopter to tilt. When the quadcopter tilts, the force vector is split into a horizontal component and a vertical component. This causes two things to happen: First, the quadcopter will begin to travel opposite the direction of the newly created horizontal component. Second, because the force vector has been split, the vertical component will be smaller, causing the quadcopter to begin to fall. In order to keep the quadcopter from falling, the thrust of each rotor must then be increased to compensate. This illustrates how the adjustments made for each degree of freedom must work together to achieve a desired motion. Now, building and flying a quadrotor from a remote control is simple and fun and stuff, but people noting the inherently stable flight (in theory with equal speed of the motors the thing keeps itself level) and ease of control (only three functions and they are all basically take speed from one and put in the other), people love to make them autonomous (flies itself) and semi-autonomous (at least keeps itself level by responding to disturbances and error).
Pagina 90
Quadcopter Components Introduction There are sensors connected to a microcontroller to make the decision as to how to control the motors. Depending on how autonomous you want it to be, one or more of these sensors are used in combination. In this section, I will talk about these essential quadcopter components:
Frame – The structure that holds all the components together. They need to be designed to be strong but also lightweight.
Rotors – Brushless DC motors that can provide the necessary thrust to propel the craft. Each rotor needs to be controlled separately by a speed controller.
Propeller
Battery – Power Source
IMU – Sensors
Microcontroller – The Brain
RC Transmitter
Optional
Before we go into explaining how to choose each components, we can take a look some quadcopters that people have built, and the parts they used to get a rough idea. I didn’t build these planes, so I can’t guarantee their performance. Multicopter Examples Page
Pagina 91
Frame Frame is the structure that holds all the components together. The Frame should be rigid, and be able to minimize the vibrations coming from the motors.
A QuadCopter frame consists of two to three parts which don’t necessarily have to be of the same material:
The center plate where the electronics are mounted
Four arms mounted to the center plate
Four motor brackets connecting the motors to the end of the arms
Most available materials for the frame are:
Carbon Fiber
Aluminium
Wood, such as Plywood or MDF (Medium-density fibreboard)
Carbon fiber is most rigid and vibration absorbent out of the three materials but also the most expensive. Hollow aluminium square rails is the most popular for the QuadCopters’ arms due to its relatively light weight, rigidness and affordability. However aluminium could suffer from motor vibrations, as the damping effect is not as good as carbon fiber. In cases of severe vibration problem, it could mess up sensor readings.
Pagina 92
Wood board such as MDF plates could be cut out for the arms as they are better at absorbing the vibrations than aluminium. Unfortunately the wood is not a very rigid material and can break easily in quadcopter crashes. Although it is not as important as for the arms which of the three material to use for the center plate, plywood is most commonly seen because of its the light weight, easy to work with and good vibration absorbing features. As for arm length, the term “motor-to-motor distance” is sometimes used, meaning the distance between the center of one motor to that of another motor of the same arm in the QuadCopter terminology.
The motor to motor distance usually depends on the diameter of the propellers. To make you have enough space between the propellers and they don’t get caught by each other. [Give example]
Pagina 93
Brushless Motors A little background of Brushless motor. They are a bit similar to normal DC motors in the way that coils and magnets are used to drive the shaft. Though the brushless motors do not have a brush on the shaft which takes care of switching the power direction in the coils, and this is why they are called brushless. Instead the brushless motors have three coils on the inner (center) of the motor, which is fixed to the mounting.
On the outer side it contains a number of magnets mounted to a cylinder that is attached to the rotating shaft. So the coils are fixed which means wires can go directly to them and therefor there is no need for a brush.
Pagina 94
Generally brushless motors spin in much higher speed and use less power at the same speed than DC motors. Also brushless motors don’t lose power in the brush-transition like the DC motors do, so it’s more energy efficient. Brushless motors come in many different varieties, where the size and the current consumption differ. When selecting your brushless motor you should take care of the weight, the size, which kind of propeller you are going to use, so everything matches up with the current consumption. When looking for the brushless motors you should notice the specifications, especially the “Kv-rating“. The Kv-rating indicates how many RPMs (Revolutions per minute) the motor will do if provided with x-number of volts. The RPMs can be calculated in this way: RPM=Kv*U An easy way to calculate rating of motor you need, check out the online calculator eCalc. It’s an amazing tool that helps you decide what components to purchase depending on the payload that you want to carry. Make sure you buy the counter-rotating to counteract the torque effect of the props. I have written a more complete guide on how to choose Motor and propeller.
Pagina 95
Propellers On each of the brushless motors there are mounted a propeller. You might not have noticed this on the pictures, but the 4 propellers are actually not identical. You will see that the front and the back propellers are tilted to the right, while the left and right propellers are tilted to the left. Like I mentioned before, 2 rotors rotates in the opposite directions to the other two to avoid body spinning. By making the propeller pairs spin in each direction, but also having opposite tilting, all of them will provide lifting thrust without spinning in the same direction. This makes it possible for the QuadCopter to stabilize the yaw rotation, which is the rotation around itself.
The propellers come in different diameters and pitches (tilting). You would have to decide which one to use according to your frame size, and when that decision is made you should chose your motors according to that. Some of the standard propeller sizes used for QuadCopters are:
EPP1045 10 diameter and 4.5 pitch this is the most popular one, good for midsized quads
APC 1047 10 diameter and 4.7 pitch much similar to the one above
EPP0845 8 diameter and 4.5 pitch regularly used in smaller quads
EPP1245 12 diameter and 4.5 pitch used for larger quads which requires lot of thrust
EPP0938 9 diameter and 3.8 pitch used in smaller quads
Pagina 96
Aerodynamics is just way too complex for non-academic hobbyists. It’s even unlikely we can explain all that theory stuff in a few words. But in general when selecting propellers you can always follow these rules: 1. The larger diameter and pitch the more thrust the propeller can generate. It also requires more power to drive it, but it will be able to lift more weight. 2. When using high RPM (Revolutions per minute) motors you should go for the smaller or mid-sized propellers. When using low RPM motors you should go for the larger propellers as you can run into troubles with the small ones not being able to lift the quad at low speed.
Analysis of Propeller Pitch, Diameter, and RPM Pitch VS Diameter: the diameter basically means area while pitch means effective area. So with the same diameter, larger pitch propeller would generate more thrust and lift more weight but also use more power. A higher RPM of the propeller will give you more speed and maneuverability, but it is limited in the amount of weight it will be able to lift for any given power. Also, the power drawn (and rotating power required) by the motor increases as the effective area of the propeller increases, so a bigger diameter or higher pitch one will draw more power at the same RPM, but will also produce much more thrust, and it will be able to lift more weight. In choosing a balanced motor and propeller combination, you have to figure out what you want your quadcopter to do. If you want to fly around stably with heavy subject like a camera, you would probably use a motor that manages less revolutions but can provide more torque and a longer or higher pitched propeller (which uses more torque to move more air in order to create lift).
Pagina 97
ESC – Electronic Speed Controller The brushless motors are multi-phased, normally 3 phases, so direct supply of DC power will not turn the motors on. Thats where the Electronic Speed Controllers (ESC) comes into play. The ESC generating three high frequency signals with different but controllable phases continually to keep the motor turning. The ESC is also able to source a lot of current as the motors can draw a lot of power.
The ESC is an inexpensive motor controller board that has a battery input and a three phase output for the motor. Each ESC is controlled independently by a PPM signal (similar to PWM). The frequency of the signals also vary a lot, but for a Quadcopter it is recommended the controller should support high enough frequency signal, so the motor speeds can be adjusted quick enough for optimal stability (i.e. at least 200 Hz or even better 300 Hz PPM signal). ESC can also be controlled through I2C but these controllers are much more expensive. When selecting a suitable ESC, the most important factor is the source current. You should always choose an ESC with at least 10 A or more in sourcing current as what your motor will require. Second most important factor is the programming facilities, which means in some ESC you are allowed to use different signals frequency range other than only between 1 ms to 2 ms range, but you could change it to whatever you need. This is especially useful for custom controller board.
Pagina 98
Battery As for the power source of the quadcopter, I would recommend LiPo Battery because firstly it is light, and secondly its current ratings meet our requirement. NiMH is also possible. They are cheaper, but it’s also a lot heavier than LiPo Battery.
Battery Voltage LiPo battery can be found in a single cell (3.7V) to in a pack of over 10 cells connected in series (37V). A popular choice of battery for a QuadCopter is the 3SP1 batteries which means three cells connected in series as one parallel, which should give us 11.1V.
Battery Capacity As for the battery capacity, you need to do some calculations on:
How much power your motors will draw?
Decide how long flight time you want?
How much influence the battery weight should have on the total weight?
A good rule of thumb is that you with four EPP1045 propellers and four Kv=1000 rated motor will get the number of minutes of full throttle flight time as the same number of amphours in your battery capacity. This means that if you have a 4000mAh battery, you will get around 4 minutes of full throttle flight time though with a 1KG total weight you will get around 16 minutes of hover.
Pagina 99
Battery Discharge Rate Another important factor is the discharge rate which is specified by the C-value. The Cvalue together with the battery capacity indicates how much current can be drawn from the battery. Maximum current that can be sourced can be calculated as: MaxCurrent = DischargeRate x Capacity
For example if there is a battery that has a discharge rate of 30C and a capacity of 2000 mAh. With this battery you will be able to source a maximum of 30Cx2000mAh = 60A. So in this case you should make sure that the total amount of current drawn by your motors won’t exceed 60A. This tutorial about battery I found very informative.
Pagina 100
IMU – Inertial Measurement Unit The Inertial Measurement Unit (IMU) is an electronic sensor device that measures the velocity, orientation and gravitational forces of the quadcopter. These measurements allow the controlling electronics to calculate the changes in the motor speeds. The IMU is a combination of the 3-axis accelerometer and 3-axis gyroscope, together they represent a 6DOF IMU. Sometimes there is also an additional 3-axis magnetometer for better Yaw stability (in total 9DOF).
How does IMU work The accelerometer measures acceleration and also force, so the downwards gravity will also be sensed. As the accelerometer has three axis sensors, we can work out the orientation of the device.
A gyroscope measure angular velocity, in other words the rotational speed around the three axis.
Pagina 101
Using Only Accelerometer? With the accelerometer alone, we should be able to measure the orientation with reference to the surface of earth. But the accelerometer tends to be very sensitive and unstable sometimes, when motor vibration is bad, it could mess up the orientation. Therefore we use a gyroscope to address this problem. With both the accelerometer and gyroscope readings we are now able to distinguish between movement and vibration.
Using Only Gyroscope? Since the gyroscope can tell us the rotational movement, why can’t we just use the gyroscope alone? The gyroscope tends to drift a lot, which means that if you start rotating the sensor, the gyroscope will output the angular velocity, but when you stop it doesn’t necessarily go back to 0 deg/s. If you then just used the gyroscope readings you will get an orientation that continues to move slowly (drifts) even when you stopped rotating the sensor. This is why both sensors has to be used together to calculate a good and useful orientation.
Magnetometer The accelerometer cannot sense yaw rotation like it can with roll and pitch, and therefore a magnetometer is sometimes used. A magnetometer measures the directions and strength of the magnetic field. This magnetic sensor can be used to determine which way is south and north. The pole locations are then used as a reference together with the Yaw angular velocity around from the gyroscope, to calculate a stable Yaw angle. I am trying to keep the theory and maths minimal here, and I will go into more detail in the next couple of tutorials.
Pagina 102
Buying an IMU These three sensors are available individually on the market. But it is easier for development to get an IMU sensor board with the first two sensors (6DOF) or all three sensors (9DOF).
The raw sensor boards can communicate with the microcontroller via I2C or analogue. Digital boards that support I2C is easier and faster for development, but Analogue ones are cheaper. There are even complete IMU units with processor available. Usually the processor is a small 8-bit microprocessor which runs computations some kind of algorithms to work out the Pitch, Roll and Yaw. The calculated data will then be put out on a serial bus or sometimes also available by I2C or SPI. The choice of IMU is going to narrow down what type of controller board you can use. So before purchasing an IMU boards you should find out information about the controller boards. Some controller boards even comes with built-in sensors. Some commercially available IMU sensors boards:
Sparkfun 9DOF stick
Sparkfun 6DOF combo board
FreeIMU
IMU with processor:
Sparkfun 9DOF Razor
Mongoose 9DOF (10DOF)
ArduIMU
Pagina 103
Flight Controller – Controlling electronics You can either buy a controller board that is specially designed for quadcopter or buy all the parts and assemble one yourself. Some of the controller boards already contain the required sensors while other requires you to buy these on a separate board. Here is a comprehensive list of ready to go flight controller boards: http://robot-kingdom.com/best-flight-controller-for-quadcopter-and-multicopter/ The AeroQuad MEGA Shield The AeroQuad board is a shield for the Arduino, either the Arduino UNO or the Arduino MEGA. The AeroQuad board requires the Sparkfun 9DOF stick which is soldered to the shield. The ArduPilot board contains an ATMEGA328, the same as on the Arduino UNO. Like the AeroQuad shield this board doesn’t contain any sensors either. You would have to buy the ArduIMU and connect it to the board to use it. The OpenPilot is a more advanced board which contains a 72MHz ARM Cortex-M3 processor, the STM32. The board also includes a 3-axis accelerometer and 3-axis gyroscope. Together with the board comes a great piece of software for the PC to calibrate, tune and especially set waypoints for your QuadCopter if you have installed a GPS module which I will be talking more about in the next section.
Make You Own Quadcopter Controller Board Alternatively you can also use general purpose microcontroller, such as Arduino.
Pagina 104
RC Transmitter QuadCopters can be programmed and controlled in many different ways but the most common ones are by RC transmitter in either Rate (acrobatic) or Stable mode. The difference is the way the controller board interprets the orientations feedback together with your RC transmitter joysticks. In Rate mode only the Gyroscope values are used to control the quadcopter. The joysticks on your RC transmitter are then used to control and set the desired rotation speed of the 3 axes, though if you release the joysticks it does not automatically re-balance. This is useful when doing acrobatics with your quadcopter as you can tilt it a bit to the right, release your joysticks, and then your quadcopter will keep that set position. For the beginners the Rate mode might be too difficult, and you should start with the Stable mode. All the sensors are used to determine the quadcopters orientation in the stable mode. The speed of the 4 motors will be adjusted automatically and constantly to keep the quadcopter balanced. You control and change the angle of the quadcopter with any axis using the joystick. For example to go forward, you can simply tilt one of the joysticks to change the pitch angle of the quadcopter. When releasing the joystick, the angle will be reset and the quadcopter will be balanced again. Check here for a more detailed RC transmitter article.
Pagina 105
Optional Components After buying all the necessary parts, and you are still not broke, you might consider other popular optional components such as GPS modules, ultrasonic sensors, barometers etc. They can enhance the performance of your quadcopter, and bring more features. A GPS module talks to the satellite and retrieve accurate location information. We can use this information to calculate speed and path. It is especially useful for autonomous quadcopters which needs to know its exact position and which way to fly. An ultrasonic sensor measures the distance to the ground, i.e. altitude. This is useful if you want to keep your quadcopter a certain distance from the ground without having to adjust the height it’s flying at constantly yourself. Most of these sensors has a range between 20cm to 7m. When you gets higher, you might want to use a barometer. This sensor measures humidity and pressure to work out the altitude, so when the quadcopter is close to the ground (where these two factors doesn’t change much), it becomes ineffective. Therefore it is also common to use both of them at the same time.
Conclusion Hopefully this article has given you a better understanding what each part of the quadcopter does, and how to go about selecting the right product for your quadcopter. Please do not hesitate writing a comment or giving us some feedback on this article. The next post will be about the software side of the quadcopter. If you are into FPV and Video taking, you might find this collection of FPV videos interesting.
Pagina 106
1. Glossary: Word
Sentence
Translation
The thrust
The thrust of an airplane is provided by the de stuwdruk, de engines. voortstuwingskracht
Torque
The four rotors of a quadcopter are aligned in a square. When the rotors one and three rotate in clockwise direction and the rotors two and four rotate counter-clockwise, the net aerodynamic torque is zero if all four rotors apply equal thrust. The quadcopter will stay in the same direction.
koppel (aandrijftechniek), een maat voor het rotatieeffect van een kracht
To yaw
Yaw is a horizontal (left and right) movement of an airplane’s nose.
gieren, in de luchtvaart wordt hiermee bedoeld de neus van het vliegtuig draaien naar rechts of links
To roll
A fighter jet can do a full 360-degree barrel roll in (over)hellen naar links less than two seconds ! of rechts. In de luchtvaart wordt hiermee een beweging om de lengteas (van neus tot start) van het vliegtuig aangeduid
To pitch
The aircraft pitches the tail of the airplane up and stampen, in de the nose down. luchtvaart wordt hiermee een beweging om de dwarsas (van vleugeltip tot vleugeltip) aangeduid, zoals knikken
To tilt
Do you know that sometimes a wing that is doen overhellen horizontal for conventional forward flight can be tilted for vertical takeoff and landing ?
A remote control
You can change the television channels or adjust een afstandsbediening TV’s volume by using the remote control.
A microcontroller
A microcontroller is a compact integrated een microcontroller computer (chip) that is often part of embedded systems in motor vehicles, robots, office machines…
Pagina 107
A bracket
A motor bracket helps you to mount the motor on the arm of the quadcopter.
een beugel
A shaft
A mechanical shaft is a long cylindrical rod that een as rotates in order to transmit power.
The damping effect The damping effect reduces or eliminates stored het dempend effect energy created by sound. A brushless motor
A brushless motor has less inside friction than a een borstelloze motor brushed motor.
A coil
An electromagnetic coil is an electrical conductor such as a wire in the shape of a spiral.
een spoel (elektriciteit)
The current
An electric current is a flow of electric charge.
de stroom
Manoeuvrability
The manoeuvrability of this car is much better wendbaarheid thanks to the power steering.
Full throttle flight After 30 minutes of full throttle flight time, the volgas vluchttijd time battery was completely flat. We definitely need more capacity. To hover
The helicopter hovered over the building while zweven the journalist took some pictures of the royal couple.
The discharge rate
The discharge rate is the ability to satisfy the load de mate van ontladen demander.
The velocity
angular To examine how fast an object is rotating, we de hoeksnelheid define angular velocity as the rate of change of an angle.
The gyroscope
A gyroscope is a wheel that spins quickly and is de gyroscoop, de tol held in a frame that allows it to tilt in any direction.
Pagina 108
2. Scheme: Hoe bouw ik een quadrocopter? 1. Wat is een quadrocopter en hoe werkt dit? 1.1. Wat? Een quadrocopter is een helikopter met 4 rotoren stabiel platform ideaal voor bewaking, luchtfotografie en onderzoek. 1.2. Werking: - Elk van de 4 rotoren tillen ¼ van het gewicht minder krachtige motoren gebruiken goedkoper. - Beweging wordt gecontroleerd door variatie in de voortstuwingskracht van elke rotor. De rotoren zijn opgesteld in een vierkant: 2 tegenovergestelden draaien in wijzerzin en 2 tegenovergestelden draaien in tegenwijzerzin. 1) Alle 4 dezelfde voortstuwingskracht quadrocopter houdt richting. 2) Rotoren in wijzerzin draaien sneller (M2, M4) , rotoren in tegenwijzerzin trager draaien (M1, M3) draaien naar links of rechts. 3) 1 rotor draait sneller (M2) en de tegenovergestelde rotor draait trager (M4) knikken. 2. Bespreking van de onderdelen. 2.1. Kader: - Plaat waarop de elektronica gemonteerd wordt. - 4 armen worden gemonteerd aan de centrale plaat. - 4 beugels verbinden de motoren met de uiteinden van de armen. - Best uit carbon (licht en sterk) 2.2. Rotoren: Best borstelloze motoren (hogere snelheid en minder energieverbruik) 2.3. Propellers: Hoe groter de diameter en de helling, hoe groter de voortstuwingskracht. 2.4. Snelheidsregelaars: Noodzakelijk voor stabiliteit. 2.5. Batterij: Lipo batterij (licht). 2.6. Sensoren: Gegevens geheugenbord snelheid motoren bepalen. 2.7. Geheugenbord: Zelf samenstellen of kant-en-klaar kopen. 2.8. Zender: Stabiele modus best voor beginners. Pagina 109
3. Technical things you learned: Brushless motors Een brushless of borstelloze motor is een motor die zonder koolborstels werkt. De 3 spoelen zijn gemonteerd in het centrum van de motor en de magneten zitten op een cilinder die vastzit aan de ronddraaiende as (de rotor). Zodra de magneten ronddraaien langs de spoelen, begint de as te draaien en de motor te werken. De spoelen zijn rechtstreeks verbonden met de motoren zonder tussenkomst van borstels.
Propellers Wanneer de motoren een hoog toerental hebben, moeten de propellers klein of middelmatig zijn. Wanneer de motoren een laag toerental hebben, moeten de propellers groot zijn. Dit komt omdat je in problemen zou kunnen komen wanneer je kleine propellers gebruikt in combinatie met motoren die maar een laag toerental hebben. De kleine propellers zouden niet in staat zijn om de quadrocopter omhoog te liften bij een lage snelheid.
RC transmitter Quadrocopters kunnen geprogrammeerd en gestuurd worden op verschillende manieren. De voornaamste twee zijn acrobatic mode en stable mode. Naargelang de modus interpreteert de transmitter de signalen verschillend. De stable mode is voor beginners. De quadrocopter stabiliseert zichzelf steeds opnieuw. Bij de acrobatic mode is het bijvoorbeeld mogelijk om een bepaalde helling aan te houden na het loslaten van de joysticks. De acrobatic mode kan handig zijn bij het uitvoeren van allerlei kunstjes. Het nadeel is hier wel dat de quadrocopter zichzelf niet terug stabiliseert zoals bij de stable mode.
4. Personal opinion: We enjoyed reading the text and doing the assignment. The text is logically build up. It gives a good synopsis of the consecutive steps you have to take when you make up your mind to construct a quadrocopter. It is obvious that the text is meant for hobbyists. Some technicalities are not sufficiently worked out. We already work some months on the construction of a quadrocopter, so this text comes in fact too late. We should have studied this text in the beginning. Now, it added little new knowledge to our know-how.
Pagina 110
Bijlagen Bijlage 1: Toepassing quadrocopter: aan huis leveren
Pagina 111
Bijlage 2: Toepassing quadrocopter: Google Earth foto’s
Pagina 112
Bijlage 3: Toepassing quadrocopter: Woning verkopen
Pagina 113
Bijlage 4: Student krijgt een drone cadeau
Pagina 114
Bijlage 5: Toepassing quadrocopter: Bacterie opsporen
Pagina 115
Bijlage 6: Mobistar Newsletter
Deze vederlichte telegeleide vliegtuigjes vind je overal. Zijn drones gewoon zomerspeelgoed of luiden ze een revolutie in? Vandaag zijn drones zeer gegeerd en ze lijken alleen maar aan populariteit te winnen: The sky is the limit!
Een drone is een onbemand, telegeleide vliegtuigje. Oorspronkelijk werden drones gebruikt voor militaire verkenning en transport en voor bewakings-, inlichtingen- en gevechtsmissies. Het Franse Parrot heeft er een vlot verkopend speeltje van gemaakt dat je met je smartphone op afstand kan besturen: de AR Drone. Vandaag is het gebruik van drones wijdverspreid. In de Verenigde Staten heeft Amazon plannen om de vliegtuigjes in te zetten voor Amazon Air Prime, een nieuwe dienst waarbij de drones de pakjes binnen het halfuur na de bestelling bij de klant aan huis zouden leveren. In Genk kocht de gemeente twee jaar geleden al een drone om sommige evenementen in de gaten te houden. En stel je voor dat het internet, dankzij de drones, zomaar uit de lucht komt vallen! Terwijl Google ballonnen heeft opgelaten om mensen die in ongunstige regio’s te wonen toch toegang te geven tot het internet, stelt Facebook eenzelfde ervaring voor met drones, eveneens met de bedoeling om internet mogelijk te maken in alle uithoeken van de wereld waar het nog niet zo verspreid is. Deze spectaculaire video van de uitbarsting van een vulkaan op het eiland Tanna in Vanuatu werd ook gemaakt door een drone. Iedereen kan een drone besturen. Je moet daarvoor nog geen Parrot kopen. Steek de handen uit de mouwen met het ArduCopter-project dat online gelanceerd werd door de community DIYdrones.com. Deze drone is uitgerust met een gps-ontvanger, een barometer en gyroscopen. Bovendien is er plaats voor een uitgebreid assortiment aan opties, zoals bijvoorbeeld een camera. Deze vliegende opensource robot viert binnenkort zijn vierde verjaardag en is de eerste in zijn soort. Ben jij een doe-hetzelver? Klik dan snel door naar de officiële site.
Pagina 116
Bijlage 7: Toepassing quadrocopter: De ronde van Vlaanderen volgen vanuit de lucht
Pagina 117
Bijlage 8: Toepassing quadrocopter: Meer dan enkel vliegen
Gedachten laten quadrocopter opstijgen en rondvliegen Geschreven door Nathalie Pérez
Studenten lieten een quadrocopter die normaal met een afstandsbediening bestuurbaar is, met hun gedachten opstijgen en rondvliegen. De quadrocopter maakte geen brokken: hij vloog zelfs probleemloos door hoepels. De uitvinding is niet bedoeld als speeltje – hoe leuk dat ook moge zijn – het helpt toekomstige oplossingen te maken voor slachtoffers die verlamd zijn of een neurodegeneratieve aandoeningen hebben. Zo kunnen mensen met een neurodegeneratieve aandoening steeds moeilijker bewegen of spreken. Robots kunnen dan aangestuurd worden door gedachten waardoor een patiënt zelfstandiger kan blijven leven.
Gedachten “Ons onderzoek is het eerste dat laat zien dat mensen vliegende robots kunnen besturen met alleen hun gedachten, in de vorm van onvoelbare hersengolven,” zegt Bin He, hoofd van het onderzoek aan de University of Minnesota College of Science and Engineering. Met slechts onze gedachten kunnen we dus een object besturen. En daar hebben we geen uitzonderlijke ruimtelijke skills of een vliegbewijs voor nodig.
Pagina 118
Testvlucht Vijf deelnemers (drie vrouwen, twee mannen) testten de quadrocoptervlucht uit. Oefening bleek bijna niet nodig te zijn: alle deelnemers konden voor lange tijd de quadrocopter snel en zorgvuldig besturen. Met elektro-encefalografie (EEG), waarbij een persoon een soort netje met 64 elektrodes over het hoofd krijgt, registreerden de onderzoekers de elektrische activiteit van het brein. De deelnemers moesten eerst zonder naar de quadrocopter te kijken, denken aan het ballen van de rechterhand, de linkerhand of beide handen tegelijk. Hiermee bestuurden zij het vliegende apparaat door het naar rechts te keren, naar links te keren of het te laten stijgen. De snelheid waarop de quadrocopter vloog, was net zoals de gedachten waarop het apparaat moest reageren vooraf ingesteld. Na deze test en uitleg namen de deelnemers plaats achter een scherm waarop ze het beeld zagen van de camera aan boord van de quadrocopter. Het EEG-netje nam de signalen van het brein op en zond ze met behulp van WiFi door naar de quadrocopter.
De helikopter in actie [youtube http://www.youtube.com/watch?v=6LWz4qa2XQA&w=600&h=315] “Ik koos voor een quadrocopter in plaats van een helikopter omdat deze stabieler is, vloeiender beweegt en minder veiligheidsrisico’s heeft,” vertelt He. Na verschillende trainingssessies moesten de deelnemers zo vaak als zij konden de quoadrocopter door een kort parcours van ringen van schuim laten vliegen. Voor de vergelijking deed een andere groep hetzelfde, maar dan met een toetsenbord in plaats van de gedachtebesturing. De onderzoekers telden hoe vaak het lukte, hoe vaak de quadrocopter de ringen raakte en hoe vaak het apparaat buiten zijn afgezette terrein kwam. De quadrocopter met het toetsenbord besturen was gemakkelijker, maar de gedachtenbestuurders deden het helemaal niet slecht. De score van de toetsenbordbestuurders werd op 100 procent vastgesteld. Met de bovengenoemde getelde foutjes kwamen de gedachtenbestuurders uit op een gemiddelde score van 76 procent. “Ons volgende doel is om robotarmen te besturen met het uiteindelijke doel breincomputer-interfaces te ontwikkelen die patiënten met een handicap of neurodegeneratieve aandoeningen helpt,” schrijft de bedenker van de gedachtebesturing in zijn paper in Journal of Neural Engineering .
Pagina 119
Bijlage 9: Toepassing quadrocopter: Opsporingen
Drone ontdekt 1000 jaar oud dorpje in Nieuw-Mexico Geschreven door Caroline Kraaijvanger op 13 mei 2014
Een drone heeft in het noordwesten van Nieuw-Mexico een 1000 jaar oud dorpje ontdekt. De resten van het dorpje gingen schuil onder beplanting en geërodeerd zandsteen. Ondanks dat spoorde de drone het dorp in enkele dagen tijd op. De drone was uitgerust met een warmtecamera en maakte heel veel foto’s van het betreffende gebied. Archeologen voegden al die foto’s vervolgens samen en dat resulteerde in een ‘warmtekaart’. “De drone met zijn warmtecamera was niet alleen in staat om begraven metselwerk waarvan ik niet wist dat het bestond, aan te tonen, maar identificeerde ook een aantal cirkelvormige structuren,” vertelt onderzoeker John Kantner. De vorm en grootte van deze structuren wijzen erop dat het gaat om kiva’s: ceremoniële gebouwen waarin mensen samenkwamen om belangrijke beslissingen te nemen en de goden te aanbidden. “Ik was heel blij met de resultaten,” stelt archeoloog Jesse Casana. “Dit onderzoek laat zien dat drones een belangrijke rol kunnen spelen in wetenschappelijk onderzoek.” Het vinden van ruïnes die begraven liggen onder zand of schuilgaan onder begroeiing, is zonder de drone lastig. Het betekent dat mensen op de gok moeten gaan graven en dan maar moeten hopen iets tegen te komen. Het is een tijdrovend en duur proces. Met de drone kunnen dorpjes in een paar dagen tijd worden opgespoord. “Een paar dagen werk stelde ons in staat om iets te doen wat normaal gesproken tien jaar werk zou zijn,” stelt Kantner.
Pagina 120
Archeologen weten al tientallen jaren dat warmtecamera’s die vanuit de lucht foto’s maken van een gebied een veelbelovende manier zijn om oude gebouwen op te sporen. Lang lag dat technologisch buiten bereik. Maar die tijd is voorbij, zo schrijven de onderzoekers. Als het aan hen ligt, gaat de drone standaard deel uitmaken van de gereedschappenkist van de archeoloog.
Boven: de drone die de onderzoekers gebruikten. Onder: de beelden die de drone maakte (links), de structuren die daarop te zien zijn (midden) en het gebied zoals wij mensen dat vanuit de lucht zien (rechts). Afbeeldingen: University of North Florida.
Pagina 121
Bijlage 10: Aluminium armen
Pagina 122
Bijlage 11: Onderste baseplate:
Pagina 123
Bijlage 12: Bovenste baseplate:
Pagina 124
Bijlage 13-14: Deckplate en aluminium stand-off’s
Pagina 125
Bijlage 15: Afgewerkte quadrocopter
Pagina 126
Bijlage 16: Email naar modelbouwwinkel Verbrugghe
Pagina 127
Pagina 128
Bijlage 17: Aankoopticket bij Aerobertics (1)
Pagina 129
Bijlage 18: Theoretische prijslijst
LEVERANCIER
THEORETISCHE PRIJS PER STUK
TOTALE THEORETISCHE PRIJS
Carbonplaat
2
Conrad
€ 29,99
€ 59,98
Aluminium profielen
4
School
€ 0,00
€ 0,00
Aluminium stand-offs
4
School
€ 0,00
€ 0,00
Nylon standoffs
8
Stock Vermeersch
€ 0,10
€ 0,80
Brushless DC-motoren
4
Hobbyking
€ 8,87
€ 35,48
Propellors
6
Hobbyking
€ 0,31
€ 1,86
Flight Controller Board (Multiwii)
1
Multiwii
€ 20,46
€ 20,46
ESC
4
Hobbywing
€ 7,40
€ 29,60
Ontvanger Spektrum
1
Hellipal
€ 11,05
€ 11,05
Ontvanger Bluetooth
1
BlueSkyRC.com
€ 11,12
€ 11,12
Lipo Battery
1
Ultimate hobby's
€ 58,60
€ 58,60
Bananenstekker
12
Hobbyking
€ 1,70
€ 20,40
Isoleerslang
3
Conrad
€ 0,45
€ 1,35
Powerboard
1
Aliexpress.com
€ 5,81
€ 5,81
Led Lampen
4
€ 0,00
€ 0,00
M3 bouten en sluitringen
12
€ 0,00
€ 0,00
Afstandsbediening
1
Vriend
€ 0,00
€ 0,00
Landingsgestel
1
BlueSkyRC.com
€ 5,19
€ 5,19
WAT
AANTAL
Prijslijst
TOTAAL: € 261,70 De Led lampen hadden we nog niet gevonden voor we begonnen dus staat dit hier niet in. De bouten en sluitringen kosten niet zo veel dus werd dit niet in rekening gebracht. De afstandsbediening was van een vriend.
Pagina 130
Bijlage 19: Prijslijst werkelijk betaalde prijzen
TOTALE THEORETISCHE PRIJS
2
Aerobertics
€ 35,90
€ 71,80
Brushless DC-motoren + ESC
4
Aerobertics
€ 44,10
€ 176,40
UBEC
1
Hobbyking
€ 7,75
€ 7,75
Propellors (2 pcs)
2
Aerobertics
€ 4,95
€ 9,90
Lipo Battery
1
Aerobertics
€ 19,90
€ 19,90
Powerboard
1
Aerobertics
€ 10,90
€ 10,90
Aluminium profielen
4
Stock Vermeersch
€ 0,42
€ 1,66
Aluminium stand-offs
4
School
€ 0,00
€ 0,00
Nylon standoffs (bouten)
30
Stock Vermeersch
€ 0,05
€ 1,50
Flight Controller Board (Multiwii)
1
Hobbyking
€ 38,01
€ 38,01
Receiver Rx + transmitter Tx
1
Vriend (lenen)
€ 0,00
€ 0,00
Led Lampen
2
Aerobertics
€ 4,80
€ 9,60
M3 bouten/moeren en sluitringen
30
Stock Vermeersch
€ 0,05
€ 1,50
Servo-leads (bedrading)
10
Hobbyking
€ 0,72
€ 7,20
Landingsgestel
4
Aerobertics
€ 4,80
€ 19,20
Kortingen
1
Aerobertics
-€ 4,50
-€ 4,50
AANTAL
LEVERANCIER
Carbonplaat 350x150x1,5
WAT
EENHEIDSPRIJS
Prijslijst project
TOTAAL: € 370,82 Ons project kost in totaal €370,82. Dit zijn alle onderdelen die in de quadrocopter zijn gemonteerd.
Pagina 131
TOTALE THEORETISCHE PRIJS
EENHEIDSSTUK
LEVERANCIER
AANTAL
WAT
Prijslijst extra kosten
Powerset (baterijlader)
1
Aerobertics
€ 56,00
€ 56,00
Laadkabel
1
Aerobertics
€ 8,50
€ 8,50
Aansluitpin (solderen)
1
Aerobertics
€ 1,10
€ 1,10
Schuurpapier
3
Stock Vermeersch
€ 0,39
€ 1,17
Wipzaagjes (5 pcs)
1
Stock Vermeersch
€ 2,94
€ 2,94
Boor diameter 3
1
Stock Vermeersch
€ 1,55
€ 1,55
Boor diameter 8
1
Stock Vermeersch
€ 1,95
€ 1,95
Boor diameter 12
1
Stock Vermeersch
€ 8,66
€ 8,66
Servo lead splitter
1
Hobbyking
€ 0,13
€ 0,13
Flight Controller Board (Multiwii)
1
Hobbyking
€ 36,01
€ 36,01
Bananenstekkers
10
Aerobertics
€ 1,10
€ 11,00
Verlengkabel (baterijlader)
1
Aerobertics
€ 3,35
€ 3,35
Krimpkous
2
Aerobertics
€ 1,40
€ 2,80 € 0,00 € 0,00 € 0,00
TOTAAL: € 135,16
Naast de kosten voor ons project hebben we nog kosten die we eenmalig moeten doen, zoals bijvoorbeeld een batterijlader.
Pagina 132
Bijlage 20: De voorwaarden (quadrocopter tussen 1 en 150 kg)
Pagina 133
Pagina 134
Pagina 135
Pagina 136
Pagina 137
Pagina 138
Pagina 139
Pagina 140
Pagina 141
Pagina 142
Pagina 143
Pagina 144
Pagina 145
Pagina 146
Pagina 147
Pagina 148
Pagina 149
Pagina 150
Pagina 151
Pagina 152
Pagina 153
Bijlage 21: Aankoopticket Stock Americain Vermeersch
Pagina 154
Bijlage 22: Inschijving wedstrijd Paola
Pagina 155
Pagina 156
Bijlage 23: Het programma
Main program #include
#include "config.h" #include #define VERSION 210 /*********** RC alias *****************/ #define ROLL 0 #define PITCH 1 #define YAW 2 #define THROTTLE 3 #define AUX1 4 #define AUX2 5 #define AUX3 6 #define AUX4 7 #define #define #define #define #define #define #define
PIDALT PIDPOS PIDPOSR PIDNAVR PIDLEVEL PIDMAG PIDVEL
#define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define
BOXACC BOXBARO BOXMAG BOXCAMSTAB BOXCAMTRIG BOXARM BOXGPSHOME BOXGPSHOLD BOXPASSTHRU BOXHEADFREE BOXBEEPERON BOXLEDMAX BOXLLIGHTS BOXHEADADJ
3 4 5 6 7 8 9 // not used currently 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 // we want maximum illumination 12 // enable landing lights at any altitude (not needed) 13 // acquire heading for HEADFREE mode
#define PIDITEMS 10 #define CHECKBOXITEMS 14
Pagina 157
const char boxnames[] PROGMEM = // names for dynamic generation of config GUI "ACC;" "BARO;" "MAG;" "CAMSTAB;" "CAMTRIG;" "ARM;" "GPS HOME;" "GPS HOLD;" "PASSTHRU;" "HEADFREE;" "BEEPER;" "LEDMAX;" "LLIGHTS;" "HEADADJ;" ; const char pidnames[] PROGMEM = "ROLL;" "PITCH;" "YAW;" "ALT;" "Pos;" "PosR;" "NavR;" "LEVEL;" "MAG;" "VEL;" ; static uint32_t currentTime = 0; static uint16_t previousTime = 0; static uint16_t cycleTime = 0;// this is the number in micro second to achieve a full loop static uint16_t calibratingA = 0; // the calibration is done in the main loop. Calibrating decreases at each cycle down to 0, then normal mode. static uint16_t calibratingG; static uint16_t acc_1G; // this is the 1G measured acceleration static int16_t acc_25deg; static int16_t headFreeModeHold; static int16_t gyroADC[3],accADC[3],accSmooth[3],magADC[3]; static int16_t heading,magHold; static uint8_t vbat; // battery voltage in 0.1V steps static uint8_t rcOptions[CHECKBOXITEMS]; static int32_t BaroAlt; static int32_t EstAlt; // in cm static int16_t BaroPID = 0; static int32_t AltHold; static int16_t errorAltitudeI = 0; #if defined(BUZZER) static uint8_t toggleBeep = 0;
Pagina 158
#endif #if defined(ARMEDTIMEWARNING) static uint32_t ArmedTimeWarningMicroSeconds = 0; #endif static int16_t static int16_t
debug[4]; sonarAlt; //to think about the unit
struct flags_struct { uint8_t OK_TO_ARM :1 ; uint8_t ARMED :1 ; uint8_t I2C_INIT_DONE :1 ; // For i2c gps we have to now when i2c init is done, so we can update parameters to the i2cgps from eeprom uint8_t ACC_CALIBRATED :1 ; uint8_t NUNCHUKDATA :1 ; uint8_t ACC_MODE :1 ; uint8_t MAG_MODE :1 ; uint8_t BARO_MODE :1 ; uint8_t GPS_HOME_MODE :1 ; uint8_t GPS_HOLD_MODE :1 ; uint8_t HEADFREE_MODE :1 ; uint8_t PASSTHRU_MODE :1 ; uint8_t GPS_FIX :1 ; uint8_t GPS_FIX_HOME :1 ; uint8_t SMALL_ANGLES_25 :1 ; uint8_t CALIBRATE_MAG :1 ; } f; static int16_t static int16_t
i2c_errors_count = 0; annex650_overrun_count = 0;
// ******************************* //Automatic ACC Offset Calibration // ******************************* #if defined(INFLIGHT_ACC_CALIBRATION) static uint16_t InflightcalibratingA = 0; static int16_t AccInflightCalibrationArmed; static uint16_t AccInflightCalibrationMeasurementDone = 0; static uint16_t AccInflightCalibrationSavetoEEProm = 0; static uint16_t AccInflightCalibrationActive = 0; #endif
Pagina 159
// ************************ // power meter (not needed) // ************************ #if defined(POWERMETER) #define PMOTOR_SUM 8 // index into pMeter[] for sum static uint32_t pMeter[PMOTOR_SUM + 1]; // we use [0:7] for eight motors,one extra for sum static uint8_t pMeterV; // dummy to satisfy the paramStruct logic in ConfigurationLoop() static uint32_t pAlarm; // we scale the eeprom value from [0:255] to this value we can directly compare to the sum in pMeter[6] static uint16_t powerValue = 0; // last known current #endif static uint16_t intPowerMeterSum, intPowerTrigger1; // ********************** // telemetry (not needed) // ********************** #if defined(LCD_TELEMETRY) static uint8_t telemetry = 0; static uint8_t telemetry_auto = 0; #endif // ****************** // rc functions // ****************** #define MINCHECK 1100 #define MAXCHECK 1900 static int16_t failsafeEvents = 0; volatile int16_t failsafeCnt = 0; static int16_t rcData[8]; // interval [1000;2000] static int16_t rcCommand[4]; // interval [1000;2000] for THROTTLE and [-500;+500] for ROLL/PITCH/YAW static int16_t lookupPitchRollRC[6];// lookup table for expo & RC rate PITCH+ROLL static int16_t lookupThrottleRC[11];// lookup table for expo & mid THROTTLE volatile uint8_t rcFrameComplete; // for serial rc receiver Spektrum #if defined(OPENLRSv2MULTI) static uint8_t pot_P,pot_I; // OpenLRS onboard potentiometers for P and I trim or other usages #endif // ************** // gyro+acc IMU // ************** static int16_t gyroData[3] = {0,0,0}; static int16_t gyroZero[3] = {0,0,0}; static int16_t angle[2] = {0,0}; // absolute angle inclination in multiple of 0.1 degree
Pagina 160
180 deg = 1800
// ************************* // motor and servo functions // ************************* static int16_t axisPID[3]; static int16_t motor[NUMBER_MOTOR]; #if defined(SERVO) static int16_t servo[8] = {1500,1500,1500,1500,1500,1500,1500,1500}; #endif // ************************ // EEPROM Layout definition // ************************ static uint8_t dynP8[3], dynD8[3]; static struct { uint8_t checkNewConf; uint8_t P8[PIDITEMS], I8[PIDITEMS], D8[PIDITEMS]; uint8_t rcRate8; uint8_t rcExpo8; uint8_t rollPitchRate; uint8_t yawRate; uint8_t dynThrPID; uint8_t thrMid8; uint8_t thrExpo8; int16_t accZero[3]; int16_t magZero[3]; int16_t angleTrim[2]; uint16_t activate[CHECKBOXITEMS]; uint8_t powerTrigger1; #ifdef FLYING_WING uint16_t wing_left_mid; uint16_t wing_right_mid; #endif #ifdef TRI uint16_t tri_yaw_middle; #endif #if defined HELICOPTER || defined(AIRPLANE)|| defined(SINGLECOPTER)|| defined(DUALCOPTER) int16_t servoTrim[8]; #endif #if defined(GYRO_SMOOTHING) uint8_t Smoothing[3]; #endif } conf;
Pagina 161
// ********************** // GPS common variables // ********************** static int32_t GPS_coord[2]; static int32_t GPS_home[2]; static int32_t GPS_hold[2]; static uint8_t GPS_numSat; static uint16_t GPS_distanceToHome; static int16_t GPS_directionToHome; static uint16_t GPS_altitude,GPS_speed; static uint8_t GPS_update = 0; static int16_t GPS_angle[2] = { 0, 0}; static uint16_t GPS_ground_course = 0; static uint8_t GPS_Present = 0; static uint8_t GPS_Enable = 0;
// // // // // // //
distance to home in meters direction to home in degrees altitude in 0.1m and speed in 0.1m/s it's a binary toogle to distinct a GPS position update it's the angles that must be applied for GPS correction degrees*10 Checksum from Gps serial
#define LAT 0 #define LON 1 // The desired bank towards North (Positive) or South (Negative) : latitude // The desired bank towards East (Positive) or West (Negative) : longitude static int16_t nav[2]; static int16_t nav_rated[2]; //Adding a rate controller to the navigation to make it smoother // default POSHOLD control gains #define POSHOLD_P .11 #define POSHOLD_I 0.0 #define POSHOLD_IMAX 20
// degrees
#define #define #define #define
// Wind control // try 2 or 3 for POSHOLD_RATE 1 // degrees
POSHOLD_RATE_P POSHOLD_RATE_I POSHOLD_RATE_D POSHOLD_RATE_IMAX
2.0 0.08 0.045 20
// default Navigation PID gains #define NAV_P 1.4 #define NAV_I 0.20 #define NAV_D 0.08 #define NAV_IMAX 20 //navigation mode #define NAV_MODE_NONE 0 #define NAV_MODE_POSHOLD 1 #define NAV_MODE_WP 2 static uint8_t nav_mode = NAV_MODE_NONE;
// Wind control // // degrees
//Navigation mode
Pagina 162
void blinkLED(uint8_t num, uint8_t wait,uint8_t repeat) { uint8_t i,r; for (r=0;r
Pagina 163
for(axis=0;axis<3;axis++) { tmp = min(abs(rcData[axis]-MIDRC),500); #if defined(DEADBAND) if (tmp>DEADBAND) { tmp -= DEADBAND; } else { tmp=0; } #endif if(axis!=2) { //ROLL & PITCH tmp2 = tmp/100; rcCommand[axis] = lookupPitchRollRC[tmp2] + (tmp-tmp2*100) * (lookupPitchRollRC[tmp2+1]-lookupPitchRollRC[tmp2]) / 100; prop1 = 100-(uint16_t)conf.rollPitchRate*tmp/500; prop1 = (uint16_t)prop1*prop2/100; } else { // YAW rcCommand[axis] = tmp; prop1 = 100-(uint16_t)conf.yawRate*tmp/500; } dynP8[axis] = (uint16_t)conf.P8[axis]*prop1/100; dynD8[axis] = (uint16_t)conf.D8[axis]*prop1/100; if (rcData[axis] [0;1000] tmp2 = tmp/100; rcCommand[THROTTLE] = lookupThrottleRC[tmp2] + (tmp-tmp2*100) * (lookupThrottleRC[tmp2+1]-lookupThrottleRC[tmp2]) / 100; // [0;1000] -> expo -> [MINTHROTTLE;MAXTHROTTLE] if(f.HEADFREE_MODE) { //to optimize float radDiff = (heading - headFreeModeHold) * 0.0174533f; // where PI/180 ~= 0.0174533 float cosDiff = cos(radDiff); float sinDiff = sin(radDiff); int16_t rcCommand_PITCH = rcCommand[PITCH]*cosDiff + rcCommand[ROLL]*sinDiff; rcCommand[ROLL] = rcCommand[ROLL]*cosDiff - rcCommand[PITCH]*sinDiff; rcCommand[PITCH] = rcCommand_PITCH; } #if defined(POWERMETER_HARD) uint16_t pMeterRaw; // used for current reading static uint16_t psensorTimer = 0; if (! (++psensorTimer % PSENSORFREQ)) { pMeterRaw = analogRead(PSENSORPIN); powerValue = ( PSENSORNULL > pMeterRaw ? PSENSORNULL - pMeterRaw : pMeterRaw - PSENSORNULL); // do not use abs() if ( powerValue < 333) { // only accept reasonable values. 333 is empirical #ifdef LCD_TELEMETRY if (powerValue > powerMax) powerMax = powerValue; #endif } else { powerValue = 333; } pMeter[PMOTOR_SUM] += (uint32_t) powerValue; } #endif
Pagina 164
#if defined(VBAT) static uint8_t vbatTimer = 0; static uint8_t ind = 0; uint16_t vbatRaw = 0; static uint16_t vbatRawArray[8]; if (! (++vbatTimer % VBATFREQ)) { vbatRawArray[(ind++)%8] = analogRead(V_BATPIN); for (uint8_t i=0;i<8;i++) vbatRaw += vbatRawArray[i]; vbat = vbatRaw / (VBATSCALE/2); // result is Vbatt in 0.1V steps } if ( ( (vbat>VBATLEVEL1_3S) #if defined(POWERMETER) && ( (pMeter[PMOTOR_SUM] < pAlarm) || (pAlarm == 0) ) #endif ) || (NO_VBAT>vbat) ) // ToLuSe { // VBAT ok AND powermeter ok, buzzer off buzzerFreq = 0; #if defined(POWERMETER) } else if (pMeter[PMOTOR_SUM] > pAlarm) { // sound alarm for powermeter buzzerFreq = 4; #endif } else if (vbat>VBATLEVEL2_3S) buzzerFreq = 1; else if (vbat>VBATLEVEL3_3S) buzzerFreq = 2; else buzzerFreq = 4; #endif #if defined(BUZZER) buzzer(buzzerFreq); // external buzzer routine that handles buzzer events globally now #endif if ( (calibratingA>0 && ACC ) || (calibratingG>0) ) { // Calibration phasis LEDPIN_TOGGLE; } else { if (f.ACC_CALIBRATED) {LEDPIN_OFF;} if (f.ARMED) {LEDPIN_ON;} } #if defined(LED_RING) static uint32_t LEDTime; if ( currentTime > LEDTime ) { LEDTime = currentTime + 50000; i2CLedRingState(); } #endif #if defined(LED_FLASHER) auto_switch_led_flasher(); #endif if ( currentTime > calibratedAccTime ) {
Pagina 165
if (! f.SMALL_ANGLES_25) { // the multi uses ACC and is not calibrated or is too much inclinated f.ACC_CALIBRATED = 0; LEDPIN_TOGGLE; calibratedAccTime = currentTime + 500000; } else { f.ACC_CALIBRATED = 1; } } #if defined(GPS_PROMINI) if(GPS_Enable == 0) {serialCom();} #else serialCom(); #endif #if defined(POWERMETER) intPowerMeterSum = (pMeter[PMOTOR_SUM]/PLEVELDIV); intPowerTrigger1 = conf.powerTrigger1 * PLEVELSCALE; #endif #ifdef LCD_TELEMETRY_AUTO static char telemetryAutoSequence [] = LCD_TELEMETRY_AUTO; static uint8_t telemetryAutoIndex = 0; static uint16_t telemetryAutoTimer = 0; if ( (telemetry_auto) && (! (++telemetryAutoTimer % LCD_TELEMETRY_AUTO_FREQ) ) ){ telemetry = telemetryAutoSequence[++telemetryAutoIndex % strlen(telemetryAutoSequence)]; LCDclear(); // make sure to clear away remnants } #endif #ifdef LCD_TELEMETRY static uint16_t telemetryTimer = 0; if (! (++telemetryTimer % LCD_TELEMETRY_FREQ)) { #if (LCD_TELEMETRY_DEBUG+0 > 0) telemetry = LCD_TELEMETRY_DEBUG; #endif if (telemetry) lcd_telemetry(); } #endif #if GPS & defined(GPS_LED_INDICATOR) static uint32_t GPSLEDTime; if ( currentTime > GPSLEDTime && (GPS_numSat >= 5)) { GPSLEDTime = currentTime + 150000; LEDPIN_TOGGLE; } #endif #if defined(LOG_VALUES) && (LOG_VALUES == 2) if (cycleTime > cycleTimeMax) cycleTimeMax = cycleTime; // remember highscore
Pagina 166
if (cycleTime < cycleTimeMin) cycleTimeMin = cycleTime; // remember lowscore #endif #ifdef LCD_TELEMETRY if (f.ARMED) armedTime += (uint32_t)cycleTime; #if BARO if (!f.ARMED) { BAROaltStart = BaroAlt; BAROaltMax = BaroAlt; } else { if (BaroAlt > BAROaltMax) BAROaltMax = BaroAlt; } #endif #endif } void setup() { #if !defined(GPS_PROMINI) SerialOpen(0,SERIAL_COM_SPEED); #endif LEDPIN_PINMODE; POWERPIN_PINMODE; BUZZERPIN_PINMODE; STABLEPIN_PINMODE; POWERPIN_OFF; initOutput(); readEEPROM(); checkFirstTime(); configureReceiver(); #if defined(OPENLRSv2MULTI) initOpenLRS(); #endif initSensors(); #if defined(I2C_GPS) || defined(GPS_SERIAL) || defined(GPS_FROM_OSD) GPS_set_pids(); #endif previousTime = micros(); #if defined(GIMBAL) calibratingA = 400; #endif calibratingG = 400; #if defined(POWERMETER) for(uint8_t i=0;i<=PMOTOR_SUM;i++) pMeter[i]=0; #endif #if defined(ARMEDTIMEWARNING) ArmedTimeWarningMicroSeconds = (ARMEDTIMEWARNING *1000000); #endif /************************************/ #if defined(GPS_SERIAL) SerialOpen(GPS_SERIAL,GPS_BAUD);
Pagina 167
delay(400); for(uint8_t i=0;i<=5;i++){ GPS_NewData(); LEDPIN_ON delay(20); LEDPIN_OFF delay(80); } if(!GPS_Present){ SerialEnd(GPS_SERIAL); SerialOpen(0,SERIAL_COM_SPEED); } #if !defined(GPS_PROMINI) GPS_Present = 1; #endif GPS_Enable = GPS_Present; #endif /************************************/ #if defined(I2C_GPS) || defined(TINY_GPS) || defined(GPS_FROM_OSD) GPS_Enable = 1; #endif #if defined(LCD_ETPP) || defined(LCD_LCD03) || defined(OLED_I2C_128x64) initLCD(); #endif #ifdef LCD_TELEMETRY_DEBUG telemetry_auto = 1; #endif #ifdef LCD_CONF_DEBUG configurationLoop(); #endif #ifdef LANDING_LIGHTS_DDR init_landing_lights(); #endif ADCSRA |= _BV(ADPS2) ; ADCSRA &= ~_BV(ADPS1); ADCSRA &= ~_BV(ADPS0); // this speeds up analogRead without loosing too much resolution: http://www.arduino.cc/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1208715493/11 #if defined(LED_FLASHER) init_led_flasher(); led_flasher_set_sequence(LED_FLASHER_SEQUENCE); #endif f.SMALL_ANGLES_25=1; // important for gyro only conf }
Pagina 168
// ******** Main Loop ********* void loop () { static uint8_t rcDelayCommand; // this indicates the number of time (multiple of RC measurement at 50Hz) the sticks must be maintained to run or switch off motors uint8_t axis,i; int16_t error,errorAngle; int16_t delta,deltaSum; int16_t PTerm,ITerm,DTerm; static int16_t lastGyro[3] = {0,0,0}; static int16_t delta1[3],delta2[3]; static int16_t errorGyroI[3] = {0,0,0}; static int16_t errorAngleI[2] = {0,0}; static uint32_t rcTime = 0; static int16_t initialThrottleHold; #ifdef LCD_TELEMETRY_STEP static char telemetryStepSequence [] = LCD_TELEMETRY_STEP; static uint8_t telemetryStepIndex = 0; #endif #if defined(SPEKTRUM) if (rcFrameComplete) computeRC(); #endif #if defined(OPENLRSv2MULTI) Read_OpenLRS_RC(); #endif #define RC_FREQ 50 if (currentTime > rcTime ) { // 50Hz rcTime = currentTime + 20000; computeRC(); // Failsafe routine - added by MIS #if defined(FAILSAFE) if ( failsafeCnt > (5*FAILSAVE_DELAY) && f.ARMED) { // Stabilize, and set Throttle to specified level for(i=0; i<3; i++) rcData[i] = MIDRC; // after specified guard time after RC signal is lost (in 0.1sec) rcData[THROTTLE] = FAILSAVE_THROTTLE; if (failsafeCnt > 5*(FAILSAVE_DELAY+FAILSAVE_OFF_DELAY)) { // Turn OFF motors after specified Time (in 0.1sec) f.ARMED = 0; // This will prevent the copter to automatically rearm if failsafe shuts it down and prevents f.OK_TO_ARM = 0; // to restart accidentely by just reconnect to the tx - you will have to switch off first to rearm } failsafeEvents++; } if ( failsafeCnt > (5*FAILSAVE_DELAY) && !f.ARMED) { //Turn of "Ok To arm to prevent the motors from spinning after repowering the RX with low throttle and aux to arm f.ARMED = 0; // This will prevent the copter to automatically rearm if failsafe shuts it down and prevents f.OK_TO_ARM = 0; // to restart accidentely by just reconnect to the tx - you will have to switch off first to rearm } failsafeCnt++; #endif // end of failsave routine - next change is made with RcOptions setting
Pagina 169
if (rcData[THROTTLE] < MINCHECK) { errorGyroI[ROLL] = 0; errorGyroI[PITCH] = 0; errorGyroI[YAW] = 0; errorAngleI[ROLL] = 0; errorAngleI[PITCH] = 0; rcDelayCommand++; if (rcData[YAW] < MINCHECK && rcData[PITCH] < MINCHECK && !f.ARMED) { if (rcDelayCommand == 20) { calibratingG=400; #if GPS GPS_reset_home_position(); #endif } } else if (rcData[YAW] > MAXCHECK && rcData[PITCH] > MAXCHECK && !f.ARMED) { if (rcDelayCommand == 20) { #ifdef TRI servo[5] = 1500; // we center the yaw servo in conf mode writeServos(); #endif #ifdef FLYING_WING servo[0] = conf.wing_left_mid; servo[1] = conf.wing_right_mid; writeServos(); #endif #ifdef AIRPLANE for(i = 4; i<7 ;i++) servo[i] = 1500; writeServos(); #endif #if defined(LCD_CONF) configurationLoop(); // beginning LCD configuration #endif previousTime = micros(); } }
Pagina 170
#if defined(INFLIGHT_ACC_CALIBRATION) else if (!f.ARMED && rcData[YAW] < MINCHECK && rcData[PITCH] > MAXCHECK && rcData[ROLL] > MAXCHECK){ if (rcDelayCommand == 20){ if (AccInflightCalibrationMeasurementDone){ // trigger saving into eeprom after landing AccInflightCalibrationMeasurementDone = 0; AccInflightCalibrationSavetoEEProm = 1; }else{ AccInflightCalibrationArmed = !AccInflightCalibrationArmed; #if defined(BUZZER) if (AccInflightCalibrationArmed){ toggleBeep = 2; } else { toggleBeep = 3; } #endif } } } } #endif else if (conf.activate[BOXARM] > 0) { if ( rcOptions[BOXARM] && f.OK_TO_ARM #if defined(FAILSAFE) && failsafeCnt <= 1 #endif ) { f.ARMED = 1; headFreeModeHold = heading; } else if (f.ARMED) f.ARMED = 0; rcDelayCommand = 0; #ifdef ALLOW_ARM_DISARM_VIA_TX_YAW } else if ( (rcData[YAW] < MINCHECK ) && f.ARMED) { if (rcDelayCommand == 20) f.ARMED = 0; // rcDelayCommand = 20 => 20x20ms = 0.4s = time to wait for a specific RC command to be acknowledged } else if ( (rcData[YAW] > MAXCHECK ) && rcData[PITCH] < MAXCHECK && !f.ARMED && calibratingG == 0 && f.ACC_CALIBRATED) { if (rcDelayCommand == 20) { f.ARMED = 1; headFreeModeHold = heading; } #endif #ifdef ALLOW_ARM_DISARM_VIA_TX_ROLL } else if ( (rcData[ROLL] < MINCHECK) && f.ARMED) { if (rcDelayCommand == 20) f.ARMED = 0; // rcDelayCommand = 20 => 20x20ms = 0.4s = time to wait for a specific RC command to be acknowledged } else if ( (rcData[ROLL] > MAXCHECK) && rcData[PITCH] < MAXCHECK && !f.ARMED && calibratingG == 0 && f.ACC_CALIBRATED) { if (rcDelayCommand == 20) { f.ARMED = 1; headFreeModeHold = heading; } #endif
Pagina 171
#ifdef LCD_TELEMETRY_AUTO } else if (rcData[ROLL] < MINCHECK && rcData[PITCH] > MAXCHECK && !f.ARMED) { if (rcDelayCommand == 20) { if (telemetry_auto) { telemetry_auto = 0; telemetry = 0; } else telemetry_auto = 1; } #endif #ifdef LCD_TELEMETRY_STEP } else if (rcData[ROLL] > MAXCHECK && rcData[PITCH] > MAXCHECK && !f.ARMED) { if (rcDelayCommand == 20) { telemetry = telemetryStepSequence[++telemetryStepIndex % strlen(telemetryStepSequence)]; LCDclear(); // make sure to clear away remnants } #endif } else rcDelayCommand = 0; } else if (rcData[THROTTLE] > MAXCHECK && !f.ARMED) { if (rcData[YAW] < MINCHECK && rcData[PITCH] < MINCHECK) { // throttle=max, yaw=left, pitch=min if (rcDelayCommand == 20) calibratingA=400; rcDelayCommand++; } else if (rcData[YAW] > MAXCHECK && rcData[PITCH] < MINCHECK) { // throttle=max, yaw=right, pitch=min if (rcDelayCommand == 20) f.CALIBRATE_MAG = 1; // MAG calibration request rcDelayCommand++; } else if (rcData[PITCH] > MAXCHECK) { conf.angleTrim[PITCH]+=2;writeParams(1); #if defined(LED_RING) blinkLedRing(); #endif } else if (rcData[PITCH] < MINCHECK) { conf.angleTrim[PITCH]-=2;writeParams(1); #if defined(LED_RING) blinkLedRing(); #endif } else if (rcData[ROLL] > MAXCHECK) { conf.angleTrim[ROLL]+=2;writeParams(1); #if defined(LED_RING) blinkLedRing(); #endif } else if (rcData[ROLL] < MINCHECK) { conf.angleTrim[ROLL]-=2;writeParams(1); #if defined(LED_RING) blinkLedRing(); #endif } else { rcDelayCommand = 0; }}
Pagina 172
#if defined(LED_FLASHER) led_flasher_autoselect_sequence(); #endif #if defined(INFLIGHT_ACC_CALIBRATION) if (AccInflightCalibrationArmed && f.ARMED && rcData[THROTTLE] > MINCHECK && !rcOptions[BOXARM] ){ // Copter is airborne and you are turning it off via boxarm : start measurement InflightcalibratingA = 50; AccInflightCalibrationArmed = 0; } if (rcOptions[BOXPASSTHRU]) { measurement
// Use the Passthru Option to activate : Passthru = TRUE Meausrement started, Land and passtrhu = 0 stored
if (!AccInflightCalibrationActive && !AccInflightCalibrationMeasurementDone){ InflightcalibratingA = 50; } }else if(AccInflightCalibrationMeasurementDone && !f.ARMED){ AccInflightCalibrationMeasurementDone = 0; AccInflightCalibrationSavetoEEProm = 1; } #endif uint16_t auxState = 0; for(i=0;i<4;i++) auxState |= (rcData[AUX1+i]<1300)<<(3*i) | (13001700)<<(3*i+2); for(i=0;i0; // note: if FAILSAFE is disable, failsafeCnt > 5*FAILSAVE_DELAY is always false if (( rcOptions[BOXACC] || (failsafeCnt > 5*FAILSAVE_DELAY) ) && ACC ) { // bumpless transfer to Level mode if (!f.ACC_MODE) { errorAngleI[ROLL] = 0; errorAngleI[PITCH] = 0; f.ACC_MODE = 1; } } else { // failsafe support f.ACC_MODE = 0; } if (rcOptions[BOXARM] == 0) f.OK_TO_ARM = 1; if (f.ACC_MODE) {STABLEPIN_ON;} else {STABLEPIN_OFF;}
Pagina 173
#if BARO if (rcOptions[BOXBARO]) { if (!f.BARO_MODE) { f.BARO_MODE = 1; AltHold = EstAlt; initialThrottleHold = rcCommand[THROTTLE]; errorAltitudeI = 0; BaroPID=0; } } else { f.BARO_MODE = 0; } #endif #if MAG if (rcOptions[BOXMAG]) { if (!f.MAG_MODE) { f.MAG_MODE = 1; magHold = heading; } } else { f.MAG_MODE = 0; } if (rcOptions[BOXHEADFREE]) { if (!f.HEADFREE_MODE) { f.HEADFREE_MODE = 1; } } else { f.HEADFREE_MODE = 0; } if (rcOptions[BOXHEADADJ]) { headFreeModeHold = heading; // acquire new heading } #endif if (rcOptions[BOXPASSTHRU]) {f.PASSTHRU_MODE = 1;} else {f.PASSTHRU_MODE = 0;} } else { // not in rc loop static uint8_t taskOrder=0; // never call all functions in the same loop, to avoid high delay spikes
Pagina 174
switch (taskOrder++ % 5) { case 0: #if MAG Mag_getADC(); #endif break; case 1: #if BARO Baro_update(); #endif break; case 2: #if BARO getEstimatedAltitude(); #endif break; case 3: #if GPS if(GPS_Enable) GPS_NewData(); #endif break; case 4: #if SONAR Sonar_update();debug[2] = sonarAlt; #endif #ifdef LANDING_LIGHTS_DDR auto_switch_landing_lights(); #endif break; } } computeIMU(); // Measure loop rate just afer reading the sensors currentTime = micros(); cycleTime = currentTime - previousTime; previousTime = currentTime; #if MAG if (abs(rcCommand[YAW]) <70 && f.MAG_MODE) { int16_t dif = heading - magHold; if (dif <= - 180) dif += 360; if (dif >= + 180) dif -= 360; if ( f.SMALL_ANGLES_25 ) rcCommand[YAW] -= dif*conf.P8[PIDMAG]/30; } else magHold = heading; #endif
// 18 deg
Pagina 175
#if BARO if (f.BARO_MODE) { if (abs(rcCommand[THROTTLE]-initialThrottleHold)>ALT_HOLD_THROTTLE_NEUTRAL_ZONE) { f.BARO_MODE = 0; // so that a new althold reference is defined } rcCommand[THROTTLE] = initialThrottleHold + BaroPID; } #endif //**** PITCH & ROLL & YAW & PID **** for(axis=0;axis<3;axis++) { if (f.ACC_MODE && axis<2 ) { //LEVEL MODE // 50 degrees max inclination errorAngle = constrain(2*rcCommand[axis] + GPS_angle[axis],-500,+500) - angle[axis] + conf.angleTrim[axis]; //16 bits is ok here #ifdef LEVEL_PDF PTerm = -(int32_t)angle[axis]*conf.P8[PIDLEVEL]/100 ; #else PTerm = (int32_t)errorAngle*conf.P8[PIDLEVEL]/100 ; // 32 bits is needed for calculation: errorAngle*P8[PIDLEVEL] could exceed 32768 16 bits is ok for result #endif PTerm = constrain(PTerm,-conf.D8[PIDLEVEL]*5,+conf.D8[PIDLEVEL]*5); errorAngleI[axis] ITerm
= constrain(errorAngleI[axis]+errorAngle,-10000,+10000); = ((int32_t)errorAngleI[axis]*conf.I8[PIDLEVEL])>>12;
// WindUp //16 bits is ok here // 32 bits is needed for calculation:10000*I8 could exceed
32768 16 bits is ok for result } else { //ACRO MODE or YAW axis if (abs(rcCommand[axis])<350) error =
rcCommand[axis]*10*8/conf.P8[axis] ; // 16 bits is needed for calculation: 350*10*8 = 28000
16 bits is ok for result if P8>2 (P>0.2) else error = (int32_t)rcCommand[axis]*10*8/conf.P8[axis] ; // 32 bits is needed for calculation: 500*5*10*8 = 200000 16 bits is ok for result if P8>2 (P>0.2) error -= gyroData[axis]; PTerm = rcCommand[axis]; errorGyroI[axis] = constrain(errorGyroI[axis]+error,-16000,+16000); if (abs(gyroData[axis])>640) errorGyroI[axis] = 0; ITerm = (errorGyroI[axis]/125*conf.I8[axis])>>6; } if (abs(gyroData[axis])<160) PTerm -=
// WindUp
16 bits is ok here
// 16 bits is ok here 16000/125 = 128 ; 128*250 = 32000
gyroData[axis]*dynP8[axis]/10/8; // 16 bits is needed for calculation
160*200 = 32000
16
bits is ok for result else PTerm -= (int32_t)gyroData[axis]*dynP8[axis]/10/8; // 32 bits is needed for calculation delta
= gyroData[axis] - lastGyro[axis];
// 16 bits is ok here, the dif between 2 consecutive gyro reads is limited to 800
lastGyro[axis] = gyroData[axis]; deltaSum = delta1[axis]+delta2[axis]+delta;
Pagina 176
delta2[axis] = delta1[axis]; delta1[axis] = delta; if (abs(deltaSum)<640) DTerm = (deltaSum*dynD8[axis])>>5; bits is ok for result else DTerm = ((int32_t)deltaSum*dynD8[axis])>>5; axisPID[axis] =
PTerm + ITerm - DTerm;
} mixTable(); writeMotors(); }
Pagina 177
// 16 bits is needed for calculation 640*50 = 32000 // 32 bits is needed for calculation
16
Config.h Hier wordt alles in gezet dat te maken kan hebben met onze hardware. Dit hebben we nodig om uiteindelijk in ons main program (zie hierboven) juist in te stellen op onze hardware.
/*************************************************************************************************/ /**** PARAMETERS ****/ /*************************************************************************************************/ /* this file consists of several sections * 1 - BASIC SETUP - everything about HobbyKing MultiWii 328P * 2 - COPTER TYPE SPECIFIC OPTIONS - options for your copter type (optional) * 3 - RECEIVER & TRANSMITTER SETUP * 4 - ALTERNATE CPUs & BOARDS - (if you have) * 5 - ALTERNATE SETUP - select gyro filters, ... * 6 - OPTIONAL FEATURES - enable nice to have features here (failsafe,...) * 7 - ESC AUTOMATIC CALLIBRATION - if you know what you are doing (not easy!!!) */
Pagina 178
/*************************************************************************************************/ /***************** ***************/ /***************** SECTION 1 - BASIC SETUP (HobbyKing MultiWii 328P) ***************/ /***************** ***************/ /*************************************************************************************************/ // STANDARDS for HobbyKing MultiWii 328P (Quadrocopter X-mode) #define QUADX #define MULTITYPE 3 #define NUMBER_MOTOR 4 #define MINTHROTTLE #define MAXTHROTTLE #define MINCOMMAND
//Quadrocopter X-mode //Number of motor's
1150 //Set the minimum throttle command sent to the ESC's 1850 //The maximum value for the ESCs at full power, (up to 2000) 1000 //This is the value for the ESCs when they are not armed
// BOARD AND SENSOR DEFINITIONS for HobbyKing MultiWii 328P #undef INTERNAL_I2C_PULLUPS //disable internal I2C pull ups #define I2C_SPEED 400000L //I2C speed: 400kHz (fast mode) #define ITG3200 #define GYRO 1
//I2C gyroscope //Gyroscope (1=on board / 0=not)
#define BMA180 #define ACC 1
//I2C accelerometer //Accelerometer (1=on board / 0=not)
#define BMP085 #define BARO 1
//I2C barometer //Barometer (1=on board / 0=not)
#define HMC5883 #define MAG 1
//I2C magnetometer //Magnetometer (1=on board / 0=not)
//individual sensor orientations: #define ACC_ORIENTATION(X, Y, Z) {accADC[ROLL] = -X; accADC[PITCH] = -Y; accADC[YAW] = Z;} #define GYRO_ORIENTATION(X, Y, Z) {gyroADC[ROLL] = Y; gyroADC[PITCH] = -X; gyroADC[YAW] = -Z;} #define MAG_ORIENTATION(X, Y, Z) {magADC[ROLL] = X; magADC[PITCH] = Y; magADC[YAW] = Z;} #define SONAR 0 #define GPS 0
//Sonar //GPS
(1=on board / 0=not) (1=on board / 0=not)
Pagina 179
/*************************************************************************************************/ /***************** ***************/ /***************** SECTION 2 - COPTER TYPE SPECIFIC OPTIONS ***************/ /***************** ***************/ /*************************************************************************************************/ // YAW DIRECTION #define YAW_DIRECTION 1 //#define YAW_DIRECTION -1 // if you want to reverse the yaw correction direction // ARM / DISARM
optionally disable stick combinations to arm/disarm the motors.
#define ALLOW_ARM_DISARM_VIA_TX_YAW #define ALLOW_ARM_DISARM_VIA_TX_ROLL
//use the yaw //use the roll
/*************************************************************************************************/ /***************** ***************/ /***************** SECTION 3 - RECIEVER 1 TRANSMITTER SETUP ***************/ /***************** ***************/ /*************************************************************************************************/ // RECEIVER #define STANDARD_RX // Standard receiver #define MIDRC 1500 //neutral point of radio (1500) // TRANSMITTER /* introduce a deadband around the stick center Must be greater than zero, comment if you dont want a deadband on roll, pitch and yaw */ //#define DEADBAND 6 /* defines the neutral zone of throttle stick during altitude hold, default setting is +/-20 uncommend and change the value below if you want to change it. */ #define ALT_HOLD_THROTTLE_NEUTRAL_ZONE 20 //20 is default
Pagina 180
/*************************************************************************************************/ /***************** ***************/ /**************** SECTION 4 - ALTERNATE CPUs & BOARDS *******/ /***************** ***************/ /*************************************************************************************************/ // Aux 2 Pin /* possibility to use PIN8 or PIN12 as the AUX2 RC input (only one, not both) it deactivates in this case the POWER PIN (pin 12) or the BUZZER PIN (pin 8) */ //#define RCAUXPIN8 //#define RCAUXPIN12 // Atmega32u4 Boards //#define A32U4ALLPINS //#define D8BUZZER
// activate this for a better pinlayout if all pins can be used // This moves the Buzzer pin from TXO to D8 for use with ppm sum or spectrum sat. RX (not needed if A32U4ALLPINS is
//#define RCAUX2PINRXO
// AUX2 pin on pin RXO
//#define RCAUX2PIND17
// AUX2 pin on pin D17 (RX LED)
active)
Pagina 181
/*************************************************************************************************/ /***************** ***************/ /**************** SECTION 5 - ALTERNATE SETUP *******/ /***************** ***************/ /*************************************************************************************************/ // Serial com speed #define SERIAL_COM_SPEED 115200 #define INTERLEAVING_DELAY 3000 #define NEUTRALIZE_DELAY 100000
// This is the speed of the serial interface // Interleaving delay in micro seconds between 2 readings WMP/NK in a WMP+NK config // when there is an error on I2C bus, we neutralize the values during a short time. (microseconds)
// Gyro filters /* ITG3200 Low pass filter setting. In case you cannot eliminate all vibrations to the Gyro, you can try to decrease the LPF frequency, only one step per try. As soon as twitching gone, stick with that setting. It will not help on feedback wobbles, so change only when copter is randomly twiching and all dampening and balancing options ran out. Uncomment only one option! IMPORTANT! Change low pass filter setting changes PID behaviour, so retune your PID's after changing LPF.*/ //#define ITG3200_LPF_256HZ // This is the default setting, no need to uncomment, just for reference //#define ITG3200_LPF_188HZ //#define ITG3200_LPF_98HZ //#define ITG3200_LPF_42HZ //#define ITG3200_LPF_20HZ //#define ITG3200_LPF_10HZ // Use this only in extreme cases (rather change motors and/or props) /* GYRO_SMOOTHING. In case you cannot reduce vibrations _and_ _after_ you have tried the low pass filter options, you may try this gyro smoothing via averaging. Not suitable for multicopters! Good results for helicopter, airplanes and flying wings (foamies) with lots of vibrations.*/ //#define GYRO_SMOOTHING {20, 20, 3} // separate averaging ranges for roll, pitch, yaw // Moving //#define //#define // Moving //#define //#define
Average Gyros MMGYRO // Active Moving Average Function for Gyros VECTORLENGHT 10 // Lenght of Moving Average Vector Average ServoGimbal Signal Output MMSERVOGIMBAL // Active Output Moving Average Function for Servos Gimbal MMSERVOGIMBALVECTORLENGHT 32 // Lenght of Moving Average Vector
Pagina 182
/*************************************************************************************************/ /***************** ***************/ /**************** SECTION 6 - OPTIONAL FEATURES *******/ /***************** ***************/ /*************************************************************************************************/ // Failsave settings /* Failsafe check pulse on THROTTLE channel. If the pulse is OFF (on only THROTTLE or on all channels) the failsafe procedure is initiated. After FAILSAVE_DELAY time of pulse absence, the level mode is on (if ACC or nunchuk is avaliable), PITCH, ROLL and YAW is centered and THROTTLE is set to FAILSAVE_THR0TTLE value. You must set this value to descending about 1m/s or so for best results. This value is depended from your configuration, AUW and some other params. Next, afther FAILSAVE_OFF_DELAY the copter is disarmed, and motors is stopped. If RC pulse coming back before reached FAILSAVE_OFF_DELAY time, after the small quard time the RC control is returned to normal. (If you use serial sum PPM, the sum converter must completly turn off the PPM SUM pusles for this FailSafe functionality.)*/ #define FAILSAFE // uncomment to activate the failsafe function #define FAILSAVE_DELAY 10 // Guard time for failsafe activation after signal lost. (1 step = 0.1sec) #define FAILSAVE_OFF_DELAY 200 // Time for Landing before motors stop in 0.1sec. (1 step = 0.1sec) #define FAILSAVE_THROTTLE (MINTHROTTLE + 200) // Throttle level used for landing - may be relative to MINTHROTTLE - as in this case // GPS /* Get your magnetic decliniation from here : http://magnetic-declination.com/ Convert the degree+minutes into decimal degree by ==> degree+minutes*(1/60) Note the sign on declination it could be negative or positive (WEST or EAST) */ #define MAG_DECLINIATION 0.37f //Brugge - België
/*************************************************************************************************/ /***************** ***************/ /**************** SECTION 7 - ESC AUTOMATIC CALLIBRATION **************/ /***************** ***************/ /*************************************************************************************************/ /* to calibrate all ESCs connected to MWii at the same time (useful to avoid unplugging/re-plugging each ESC) Warning: this creates a special version of MultiWii Code You cannot fly with this special version. It is only to be used for calibrating ESCs Read How To at http://code.google.com/p/multiwii/wiki/ESCsCalibration */ #define ESC_CALIB_LOW MINCOMMAND #define ESC_CALIB_HIGH 2000 //#define ESC_CALIB_CANNOT_FLY // uncomment to activate // INFLIGHT ACC Calibration /* This will activate the ACC-Inflight calibration if unchecked */ //#define INFLIGHT_ACC_CALIBRATION /*************************************************************************************************/ /**** END OF PARAMETERS ****/ /*************************************************************************************************/
Pagina 183
/**************************************************************************************/ /*************** specific definitions ********************/ /**************************************************************************************/ // atmega328P (Promini) on HobbyKing MultiWii 328P #define PROMINI #if !defined(MONGOOSE1_0) #define LEDPIN_PINMODE #define LEDPIN_TOGGLE #define LEDPIN_OFF #define LEDPIN_ON #endif #if !defined(RCAUXPIN8) #if !defined(MONGOOSE1_0) #define BUZZERPIN_PINMODE #define BUZZERPIN_ON #define BUZZERPIN_OFF #endif #else #define BUZZERPIN_PINMODE #define BUZZERPIN_ON #define BUZZERPIN_OFF #define RCAUXPIN #endif
pinMode (13, OUTPUT); PINB |= 1<<5; //switch LEDPIN state (digital PIN 13) PORTB &= ~(1<<5); PORTB |= (1<<5);
pinMode (8, OUTPUT); PORTB |= 1; PORTB &= ~1; ; ; ;
#if !defined(RCAUXPIN12) && !defined(DISABLE_POWER_PIN) #define POWERPIN_PINMODE pinMode (12, OUTPUT); #define POWERPIN_ON PORTB |= 1<<4; #define POWERPIN_OFF PORTB &= ~(1<<4); //switch OFF WMP, digital PIN 12 #else #define POWERPIN_PINMODE ; #define POWERPIN_ON ; #define POWERPIN_OFF ; #endif #if defined(RCAUXPIN12) #define RCAUXPIN #endif #define I2C_PULLUPS_ENABLE #define I2C_PULLUPS_DISABLE
PORTC |= 1<<4; PORTC |= 1<<5; // PIN A4&A5 (SDA&SCL) PORTC &= ~(1<<4); PORTC &= ~(1<<5);
Pagina 184
#if !defined(MONGOOSE1_0) #define PINMODE_LCD #define LCDPIN_OFF #define LCDPIN_ON #define STABLEPIN_PINMODE #define STABLEPIN_ON #define STABLEPIN_OFF #endif #define PPM_PIN_INTERRUPT #define SPEK_SERIAL_VECT #define SPEK_DATA_REG
pinMode(0, OUTPUT); PORTD &= ~1; //switch OFF digital PIN 0 PORTD |= 1; ; ; ; attachInterrupt(0, rxInt, RISING); //PIN 0 USART_RX_vect UDR0
//RX PIN assignment inside the port #define THROTTLEPIN 2 #define ROLLPIN 4 #define PITCHPIN 5 #define YAWPIN 6 #define AUX1PIN 7 #define AUX2PIN 0 // optional PIN 8 or PIN 12 ; see AUX2 configuration #define AUX3PIN 1 // unused #define AUX4PIN 3 // unused #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define
PCINT_PIN_COUNT PCINT_RX_BITS PCINT_RX_PORT PCINT_RX_MASK PCIR_PORT_BIT RX_PC_INTERRUPT RX_PCINT_PIN_PORT ISR_UART V_BATPIN PSENSORPIN
5 (1<<2),(1<<4),(1<<5),(1<<6),(1<<7) PORTD PCMSK2 (1<<2) PCINT2_vect PIND ISR(USART_UDRE_vect) A3 // Analog PIN 3 A2 // Analog PIN 2
Pagina 185
EEPROM #include #define EEPROM_CONF_VERSION 161 void readEEPROM() { uint8_t i; eeprom_read_block((void*)&conf, (void*)0, sizeof(conf)); for(i=0;i<6;i++) { lookupPitchRollRC[i] = (2500+conf.rcExpo8*(i*i-25))*i*(int32_t)conf.rcRate8/2500; } for(i=0;i<11;i++) { int16_t tmp = 10*i-conf.thrMid8; uint8_t y = 1; if (tmp>0) y = 100-conf.thrMid8; if (tmp<0) y = conf.thrMid8; lookupThrottleRC[i] = 10*conf.thrMid8 + tmp*( 100-conf.thrExpo8+(int32_t)conf.thrExpo8*(tmp*tmp)/(y*y) )/10; // [0;1000] lookupThrottleRC[i] = MINTHROTTLE + (int32_t)(MAXTHROTTLE-MINTHROTTLE)* lookupThrottleRC[i]/1000; // [0;1000] -> [MINTHROTTLE;MAXTHROTTLE] } #if defined(POWERMETER) pAlarm = (uint32_t) conf.powerTrigger1 * (uint32_t) PLEVELSCALE * (uint32_t) PLEVELDIV; // need to cast before multiplying #endif #ifdef FLYING_WING #ifdef LCD_CONF conf.wing_left_mid = constrain(conf.wing_left_mid, WING_LEFT_MIN, WING_LEFT_MAX); //LEFT conf.wing_right_mid = constrain(conf.wing_right_mid, WING_RIGHT_MIN, WING_RIGHT_MAX); //RIGHT #else // w.o LCD support user may not find this value stored in eeprom, so always use the define value conf.wing_left_mid = WING_LEFT_MID; conf.wing_right_mid = WING_RIGHT_MID; #endif #endif #ifdef TRI #ifdef LCD_CONF conf.tri_yaw_middle = constrain(conf.tri_yaw_middle, TRI_YAW_CONSTRAINT_MIN, TRI_YAW_CONSTRAINT_MAX); //REAR #else // w.o LCD support user may not find this value stored in eeprom, so always use the define value conf.tri_yaw_middle = TRI_YAW_MIDDLE; #endif #endif #if GPS if (f.I2C_INIT_DONE) GPS_set_pids(); #endif }
Pagina 186
void writeParams(uint8_t b) { conf.checkNewConf = EEPROM_CONF_VERSION; // make sure we write the current version into eeprom eeprom_write_block((const void*)&conf, (void*)0, sizeof(conf)); readEEPROM(); if (b == 1) blinkLED(15,20,1); } void checkFirstTime() { if (EEPROM_CONF_VERSION == conf.checkNewConf) return; conf.P8[ROLL] = 40; conf.I8[ROLL] = 30; conf.D8[ROLL] = 23; conf.P8[PITCH] = 40; conf.I8[PITCH] = 30; conf.D8[PITCH] = 23; conf.P8[YAW] = 85; conf.I8[YAW] = 45; conf.D8[YAW] = 0; conf.P8[PIDALT] = 16; conf.I8[PIDALT] = 15; conf.D8[PIDALT] conf.P8[PIDPOS] = POSHOLD_P * 100; conf.I8[PIDPOS] conf.P8[PIDPOSR] = POSHOLD_RATE_P * 10; conf.I8[PIDPOSR] conf.P8[PIDNAVR] = NAV_P * 10; conf.I8[PIDNAVR]
= 7;
= POSHOLD_I * 100; = POSHOLD_RATE_I * 100; = NAV_I * 100;
conf.D8[PIDPOS] conf.D8[PIDPOSR] conf.D8[PIDNAVR]
conf.P8[PIDLEVEL] = 70; conf.I8[PIDLEVEL] = 10; conf.D8[PIDLEVEL] = 100; conf.P8[PIDMAG] = 40; conf.P8[PIDVEL] = 0;
conf.I8[PIDVEL] = 0;
conf.D8[PIDVEL] = 0;
conf.rcRate8 = 90; conf.rcExpo8 = 65; conf.rollPitchRate = 0; conf.yawRate = 0; conf.dynThrPID = 0; conf.thrMid8 = 50; conf.thrExpo8 = 0; for(uint8_t i=0;i
Pagina 187
= 0; = POSHOLD_RATE_D * 1000; = NAV_D * 1000;
#if defined(GYRO_SMOOTHING) { uint8_t s[3] = GYRO_SMOOTHING; for(uint8_t i=0;i<3;i++) conf.Smoothing[i] = s[i]; } #endif writeParams(0); // this will also (p)reset checkNewConf with the current version number again. }
IMU void computeIMU () { uint8_t axis; static int16_t gyroADCprevious[3] = {0,0,0}; int16_t gyroADCp[3]; int16_t gyroADCinter[3]; static uint32_t timeInterleave = 0; //we separate the 2 situations because reading gyro values with a gyro only setup can be acchieved at a higher rate //gyro+nunchuk: we must wait for a quite high delay betwwen 2 reads to get both WM+ and Nunchuk data. It works with 3ms //gyro only: the delay to read 2 consecutive values can be reduced to only 0.65ms #if defined(NUNCHUCK) annexCode(); while((micros()-timeInterleave)
Pagina 188
for (axis = 0; axis < 3; axis++) gyroADCp[axis] = gyroADC[axis]; timeInterleave=micros(); annexCode(); if ((micros()-timeInterleave)>650) { annex650_overrun_count++; } else { while((micros()-timeInterleave)<650) ; //empirical, interleaving delay between 2 consecutive reads } #if GYRO Gyro_getADC(); #endif for (axis = 0; axis < 3; axis++) { gyroADCinter[axis] = gyroADC[axis]+gyroADCp[axis]; // empirical, we take a weighted value of the current and the previous values gyroData[axis] = (gyroADCinter[axis]+gyroADCprevious[axis])/3; gyroADCprevious[axis] = gyroADCinter[axis]/2; if (!ACC) accADC[axis]=0; } #endif #if defined(GYRO_SMOOTHING) static int16_t gyroSmooth[3] = {0,0,0}; for (axis = 0; axis < 3; axis++) { gyroData[axis] = (int16_t) ( ( (int32_t)((int32_t)gyroSmooth[axis] * (conf.Smoothing[axis]-1) )+gyroData[axis]+1 ) / conf.Smoothing[axis]); gyroSmooth[axis] = gyroData[axis]; } #elif defined(TRI) static int16_t gyroYawSmooth = 0; gyroData[YAW] = (gyroYawSmooth*2+gyroData[YAW])/3; gyroYawSmooth = gyroData[YAW]; #endif }
Pagina 189
//****** advanced users settings ******************* /* Set the Low Pass Filter factor for ACC */ /* Increasing this value would reduce ACC noise (visible in GUI), but would increase ACC lag time*/ /* Comment this if you do not want filter at all.*/ #ifndef ACC_LPF_FACTOR #define ACC_LPF_FACTOR 100 #endif /* Set the Low Pass Filter factor for Magnetometer */ /* Increasing this value would reduce Magnetometer noise (not visible in GUI), but would increase Magnetometer lag time*/ /* Comment this if you do not want filter at all.*/ #ifndef MG_LPF_FACTOR //#define MG_LPF_FACTOR 4 #endif /* Set the Gyro Weight for Gyro/Acc complementary filter */ /* Increasing this value would reduce and delay Acc influence on the output of the filter*/ #ifndef GYR_CMPF_FACTOR #define GYR_CMPF_FACTOR 400.0f #endif /* Set the Gyro Weight for Gyro/Magnetometer complementary filter */ /* Increasing this value would reduce and delay Magnetometer influence on the output of the filter*/ #ifndef GYR_CMPFM_FACTOR #define GYR_CMPFM_FACTOR 200.0f #endif //****** end of advanced users settings ************* #define INV_GYR_CMPF_FACTOR (1.0f / (GYR_CMPF_FACTOR + 1.0f)) #define INV_GYR_CMPFM_FACTOR (1.0f / (GYR_CMPFM_FACTOR + 1.0f)) #if GYRO #define GYRO_SCALE ((2380 * PI)/((32767.0f / 4.0f ) * 180.0f * 1000000.0f)) //should be 2279.44 but 2380 gives better result // +-2000/sec deg scale //#define GYRO_SCALE ((200.0f * PI)/((32768.0f / 5.0f / 4.0f ) * 180.0f * 1000000.0f) * 1.5f) // +- 200/sec deg scale // 1.5 is emperical, not sure what it means // should be in rad/sec #else #define GYRO_SCALE (1.0f/200e6f) // empirical, depends on WMP on IDG datasheet, tied of deg/ms sensibility // !!!!should be adjusted to the rad/sec #endif
Pagina 190
// Small angle approximation #define ssin(val) (val) #define scos(val) 1.0f typedef struct fp_vector { float X; float Y; float Z; } t_fp_vector_def; typedef union { float A[3]; t_fp_vector_def V; } t_fp_vector; int16_t _atan2(float y, float x){ #define fp_is_neg(val) ((((uint8_t*)&val)[3] & 0x80) != 0) float z = y / x; int16_t zi = abs(int16_t(z * 100)); int8_t y_neg = fp_is_neg(y); if ( zi < 100 ){ if (zi > 10) z = z / (1.0f + 0.28f * z * z); if (fp_is_neg(x)) { if (y_neg) z -= PI; else z += PI; } } else { z = (PI / 2.0f) - z / (z * z + 0.28f); if (y_neg) z -= PI; } z *= (180.0f / PI * 10); return z; }
Pagina 191
// Rotate Estimated vector(s) with small angle approximation, according to the gyro data void rotateV(struct fp_vector *v,float* delta) { fp_vector v_tmp = *v; v->Z -= delta[ROLL] * v_tmp.X + delta[PITCH] * v_tmp.Y; v->X += delta[ROLL] * v_tmp.Z - delta[YAW] * v_tmp.Y; v->Y += delta[PITCH] * v_tmp.Z + delta[YAW] * v_tmp.X; } void getEstimatedAttitude(){ uint8_t axis; int32_t accMag = 0; static t_fp_vector EstG; #if MAG static t_fp_vector EstM; #endif #if defined(MG_LPF_FACTOR) static int16_t mgSmooth[3]; #endif #if defined(ACC_LPF_FACTOR) static float accLPF[3]; #endif static uint16_t previousT; uint16_t currentT = micros(); float scale, deltaGyroAngle[3]; scale = (currentT - previousT) * GYRO_SCALE; previousT = currentT; // Initialization for (axis = 0; axis < 3; axis++) { deltaGyroAngle[axis] = gyroADC[axis] * scale; #if defined(ACC_LPF_FACTOR) accLPF[axis] = accLPF[axis] * (1.0f - (1.0f/ACC_LPF_FACTOR)) + accADC[axis] * (1.0f/ACC_LPF_FACTOR); accSmooth[axis] = accLPF[axis]; #define ACC_VALUE accSmooth[axis] #else accSmooth[axis] = accADC[axis]; #define ACC_VALUE accADC[axis] #endif
Pagina 192
//
accMag += (ACC_VALUE * 10 / (int16_t)acc_1G) * (ACC_VALUE * 10 / (int16_t)acc_1G); accMag += (int32_t)ACC_VALUE*ACC_VALUE ; #if MAG #if defined(MG_LPF_FACTOR) mgSmooth[axis] = (mgSmooth[axis] * (MG_LPF_FACTOR - 1) + magADC[axis]) / MG_LPF_FACTOR; // LPF for Magnetometer values #define MAG_VALUE mgSmooth[axis] #else #define MAG_VALUE magADC[axis] #endif #endif } accMag = accMag*100/((int32_t)acc_1G*acc_1G); rotateV(&EstG.V,deltaGyroAngle); #if MAG rotateV(&EstM.V,deltaGyroAngle); #endif if ( abs(accSmooth[ROLL])0) { f.SMALL_ANGLES_25 = 1; } else { f.SMALL_ANGLES_25 = 0; }
Pagina 193
// // // if
Apply complimentary filter (Gyro drift correction) If accel magnitude >1.4G or <0.6G and ACC vector outside of the limit range => we neutralize the effect of accelerometers in the angle estimation. To do that, we just skip filter, as EstV already rotated by Gyro ( ( 36 < accMag && accMag < 196 ) || f.SMALL_ANGLES_25 ) for (axis = 0; axis < 3; axis++) { int16_t acc = ACC_VALUE; EstG.A[axis] = (EstG.A[axis] * GYR_CMPF_FACTOR + acc) * INV_GYR_CMPF_FACTOR; } #if MAG for (axis = 0; axis < 3; axis++) EstM.A[axis] = (EstM.A[axis] * GYR_CMPFM_FACTOR + MAG_VALUE) * INV_GYR_CMPFM_FACTOR; #endif // Attitude of the estimated vector angle[ROLL] = _atan2(EstG.V.X , EstG.V.Z) ; angle[PITCH] = _atan2(EstG.V.Y , EstG.V.Z) ; #if MAG // Attitude of the cross product vector GxM heading = _atan2( EstG.V.X * EstM.V.Z - EstG.V.Z * EstM.V.X , EstG.V.Z * EstM.V.Y - EstG.V.Y * EstM.V.Z heading += MAG_DECLINIATION * 10; //add declination heading = heading /10; if ( heading > 180) heading = heading - 360; else if (heading < -180) heading = heading + 360; #endif } #define UPDATE_INTERVAL 25000 #define INIT_DELAY 4000000 #define BARO_TAB_SIZE 40
// 40hz update rate (20hz LPF on acc) // 4 sec initialization delay
void getEstimatedAltitude(){ uint8_t index; static uint32_t deadLine = INIT_DELAY; static int16_t BaroHistTab[BARO_TAB_SIZE]; static int8_t BaroHistIdx; static int32_t BaroHigh,BaroLow; int32_t temp32; int16_t last; if (abs(currentTime - deadLine) < UPDATE_INTERVAL) return; deadLine = currentTime;
Pagina 194
);
//**** Alt. Set Point stabilization PID **** //calculate speed for D calculation last = BaroHistTab[BaroHistIdx]; BaroHistTab[BaroHistIdx] = BaroAlt/10; BaroHigh += BaroHistTab[BaroHistIdx]; index = (BaroHistIdx + (BARO_TAB_SIZE/2))%BARO_TAB_SIZE; BaroHigh -= BaroHistTab[index]; BaroLow += BaroHistTab[index]; BaroLow -= last; BaroHistIdx++; if (BaroHistIdx == BARO_TAB_SIZE) BaroHistIdx = 0; BaroPID = 0; //D temp32 = conf.D8[PIDALT]*(BaroHigh - BaroLow) / 40; BaroPID-=temp32; EstAlt = BaroHigh*10/(BARO_TAB_SIZE/2); temp32 = AltHold - EstAlt; if (abs(temp32) < 10 && abs(BaroPID) < 10) BaroPID = 0;
//remove small D parametr to reduce noise near zero position
//P BaroPID += conf.P8[PIDALT]*constrain(temp32,(-2)*conf.P8[PIDALT],2*conf.P8[PIDALT])/100; BaroPID = constrain(BaroPID,-150,+150); //sum of P and D should be in range 150 //I errorAltitudeI += temp32*conf.I8[PIDALT]/50; errorAltitudeI = constrain(errorAltitudeI,-30000,30000); temp32 = errorAltitudeI / 500; //I in range +/-60 BaroPID+=temp32; }
Pagina 195
Output /**************************************************************************************/ /*************** Motor Pin order ********************/ /**************************************************************************************/ // since we are uing the PWM generation in a direct way, the pin order is just to inizialie the right pins // its not possible to change a PWM output pin just by changing the order uint8_t PWM_PIN[8] = {9,10,11,3,6,5,A2,12}; //for a quadX: RR,FR,RL,FL /**************************************************************************************/ /************ Writes the Motors values to the PWM compare register ******************/ /**************************************************************************************/ void writeMotors() { // [1000;2000] => [125;250] /******** Specific PWM Timers & Registers for the atmega328P (Promini) ************/ #if (NUMBER_MOTOR > 0) #ifndef EXT_MOTOR_RANGE OCR1A = motor[0]>>3; // pin 9 #else OCR1A = ((motor[0]>>2) - 250) + 2; #endif #endif #if (NUMBER_MOTOR > 1) #ifndef EXT_MOTOR_RANGE OCR1B = motor[1]>>3; // pin 10 #else OCR1B = ((motor[1]>>2) - 250) + 2; #endif #endif #if (NUMBER_MOTOR > 2) #ifndef EXT_MOTOR_RANGE OCR2A = motor[2]>>3; // pin 11 #else OCR2A = ((motor[2]>>2) - 250) + 2; #endif #endif #if (NUMBER_MOTOR > 3) #ifndef EXT_MOTOR_RANGE OCR2B = motor[3]>>3; // pin 3 #else OCR2B = ((motor[3]>>2) - 250) + 2; #endif #endif }
Pagina 196
/**************************************************************************************/ /************ Writes the mincommand to all Motors ******************/ /**************************************************************************************/ void writeAllMotors(int16_t mc) { // Sends commands to all motors for (uint8_t i =0;i
******************/
Specific PWM Timers & Registers for the atmega328P (Promini)
************/
#if (NUMBER_MOTOR > 0) TCCR1A |= _BV(COM1A1); // connect pin 9 to timer 1 channel A #endif #if (NUMBER_MOTOR > 1) TCCR1A |= _BV(COM1B1); // connect pin 10 to timer 1 channel B #endif #if (NUMBER_MOTOR > 2) TCCR2A |= _BV(COM2A1); // connect pin 11 to timer 2 channel A #endif #if (NUMBER_MOTOR > 3) TCCR2A |= _BV(COM2B1); // connect pin 3 to timer 2 channel B #endif #if (NUMBER_MOTOR > 5) // PIN 5 & 6 or A0 & A1 initializeSoftPWM(); #if defined(A0_A1_PIN_HEX) || (NUMBER_MOTOR > 6) pinMode(5,INPUT);pinMode(6,INPUT); // we reactivate the INPUT affectation for these two PINs pinMode(A0,OUTPUT);pinMode(A1,OUTPUT); #endif #endif
Pagina 197
/**************************************************************************************/ /********** Mixes the Computed stabilize values to the Motors & Servos ***************/ /**************************************************************************************/ void mixTable() { int16_t maxMotor; uint8_t i; #define PIDMIX(X,Y,Z) rcCommand[THROTTLE] + axisPID[ROLL]*X + axisPID[PITCH]*Y + YAW_DIRECTION * axisPID[YAW]*Z #if NUMBER_MOTOR > 3 //prevent "yaw jump" during yaw correction axisPID[YAW] = constrain(axisPID[YAW],-100-abs(rcCommand[YAW]),+100+abs(rcCommand[YAW])); #endif //QUAD x-mode: motor[0] = PIDMIX(-1,+1,-1); motor[1] = PIDMIX(-1,-1,+1); motor[2] = PIDMIX(+1,+1,+1); motor[3] = PIDMIX(+1,-1,-1);
//REAR_R //FRONT_R //REAR_L //FRONT_L
/**************** Filter the Motors values ******************/ maxMotor=motor[0]; for(i=1;i< NUMBER_MOTOR;i++) if (motor[i]>maxMotor) maxMotor=motor[i]; for (i = 0; i < NUMBER_MOTOR; i++) { if (maxMotor > MAXTHROTTLE) // this is a way to still have good gyro corrections if at least one motor reaches its max. motor[i] -= maxMotor - MAXTHROTTLE; motor[i] = constrain(motor[i], MINTHROTTLE, MAXTHROTTLE); if ((rcData[THROTTLE]) < MINCHECK) #ifndef MOTOR_STOP motor[i] = MINTHROTTLE; #else motor[i] = MINCOMMAND; #endif if (!f.ARMED) motor[i] = MINCOMMAND; } }
Pagina 198
Receiver /**************************************************************************************/ /*************** Global RX related variables ********************/ /**************************************************************************************/ //RAW RC values will be store here #if defined(SBUS) volatile uint16_t rcValue[18] = {1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502}; // interval [1000;2000] #else volatile uint16_t rcValue[8] = {1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502, 1502}; // interval [1000;2000] #endif #if defined(SERIAL_SUM_PPM) //Channel order for PPM SUM RX Configs static uint8_t rcChannel[8] = {SERIAL_SUM_PPM}; #elif defined(SBUS) //Channel order for SBUS RX Configs // for 16 + 2 Channels SBUS. The 10 extra channels 8->17 are not used by MultiWii, but it should be easy to integrate them. static uint8_t rcChannel[18] = {PITCH,YAW,THROTTLE,ROLL,AUX1,AUX2,AUX3,AUX4,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17}; static uint16_t sbusIndex=0; #else // Standard Channel order static uint8_t rcChannel[8] = {ROLLPIN, PITCHPIN, YAWPIN, THROTTLEPIN, AUX1PIN,AUX2PIN,AUX3PIN,AUX4PIN}; static uint8_t PCInt_RX_Pins[PCINT_PIN_COUNT] = {PCINT_RX_BITS}; // if this slowes the PCINT readings we can switch to a define for each pcint bit #endif #if defined(SPEKTRUM) // Spektrum Satellite Frame size //Note: Defines are moved to def.h volatile uint8_t spekFrame[SPEK_FRAME_SIZE]; #endif
Pagina 199
/**************************************************************************************/ /*************** RX Pin Setup ********************/ /**************************************************************************************/ void configureReceiver() { /****************** Configure each rc pin for PCINT ***************************/ #if defined(STANDARD_RX) // PCINT activation for(uint8_t i = 0; i < PCINT_PIN_COUNT; i++){ // i think a for loop is ok for the init. PCINT_RX_PORT |= PCInt_RX_Pins[i]; PCINT_RX_MASK |= PCInt_RX_Pins[i]; } PCICR = PCIR_PORT_BIT; /************************* Specific Aux2 Pin Setup *************************/ #if defined(RCAUXPIN) PCICR |= (1 << 0) ; // PCINT activated also for PINS [D8-D13] on port B #if defined(RCAUXPIN8) PCMSK0 = (1 << 0); #endif #if defined(RCAUXPIN12) PCMSK0 = (1 << 4); #endif #endif /************************* Special RX Setup #endif // Init PPM SUM RX #if defined(SERIAL_SUM_PPM) PPM_PIN_INTERRUPT; #endif // Init Sektrum Satellite RX #if defined (SPEKTRUM) SerialOpen(1,115200); #endif // Init SBUS RX #if defined(SBUS) SerialOpen(1,100000); #endif
********************************/
}
Pagina 200
/**************************************************************************************/ /*************** Standard RX Pins reading ********************/ /**************************************************************************************/ #if defined(STANDARD_RX) // predefined PC pin block (thanks to lianj) #define RX_PIN_CHECK(pin_pos, rc_value_pos) \ if (mask & PCInt_RX_Pins[pin_pos]) { \ if (!(pin & PCInt_RX_Pins[pin_pos])) { \ dTime = cTime-edgeTime[pin_pos]; if (900
// doing a ^ between the current interruption and the last one indicates wich pin changed // re enable other interrupts at this point, the rest of this interrupt is not so time critical and can be interrupted safely // we memorize the current state of all PINs [D0-D7]
cTime = micros();
// micros() return a uint32_t, but it is not usefull to keep the whole bits => we keep only 16 bits
#if (PCINT_PIN_COUNT RX_PIN_CHECK(0,2); #endif #if (PCINT_PIN_COUNT RX_PIN_CHECK(1,4); #endif #if (PCINT_PIN_COUNT RX_PIN_CHECK(2,5); #endif #if (PCINT_PIN_COUNT RX_PIN_CHECK(3,6); #endif #if (PCINT_PIN_COUNT RX_PIN_CHECK(4,7); #endif #if (PCINT_PIN_COUNT RX_PIN_CHECK(5,0); #endif #if (PCINT_PIN_COUNT RX_PIN_CHECK(6,1); #endif #if (PCINT_PIN_COUNT
> 0) > 1) > 2) > 3) > 4) > 5) > 6) > 7)
Pagina 201
RX_PIN_CHECK(7,3); #endif #if defined(FAILSAFE) && !defined(PROMICRO) if (mask & 1< 20) failsafeCnt -= 20; else failsafeCnt = 0; } #endif
- added by MIS
} /********************* atmega328P's Aux2 Pins *************************/ #if defined(PROMINI) #if defined(RCAUXPIN) /* this ISR is a simplification of the previous one for PROMINI on port D it's simplier because we know the interruption deals only with one PIN: bit 0 of PORT B, ie Arduino PIN 8 or bit 4 of PORTB, ie Arduino PIN 12 => no need to check which PIN has changed */ ISR(PCINT0_vect) { uint8_t pin; uint16_t cTime,dTime; static uint16_t edgeTime; pin = PINB; sei(); cTime = micros(); #if defined(RCAUXPIN8) if (!(pin & 1<<0)) { #endif #if defined(RCAUXPIN12) if (!(pin & 1<<4)) {
//indicates if the bit 0 of the arduino port [B0-B7] is not at a high state (so that we match here only descending PPM pulse) //indicates if the bit 4 of the arduino port [B0-B7] is not at a high state (so that we match here only descending PPM pulse)
#endif dTime = cTime-edgeTime; if (900
// if the bit 2 is at a high state (ascending PPM pulse), we memorize the time
} #endif #endif #endif
Pagina 202
/**************************************************************************************/ /*************** combine and sort the RX Datas ********************/ /**************************************************************************************/ uint16_t readRawRC(uint8_t chan) { uint16_t data; uint8_t oldSREG; oldSREG = SREG; cli(); // Let's disable interrupts data = rcValue[rcChannel[chan]]; // Let's copy the data Atomically #if defined(SPEKTRUM) static uint32_t spekChannelData[SPEK_MAX_CHANNEL]; if (rcFrameComplete) { for (uint8_t b = 3; b < SPEK_FRAME_SIZE; b += 2) { uint8_t spekChannel = 0x0F & (spekFrame[b - 1] >> SPEK_CHAN_SHIFT); if (spekChannel < SPEK_MAX_CHANNEL) spekChannelData[spekChannel] = ((uint32_t)(spekFrame[b - 1] & SPEK_CHAN_MASK) << 8) + spekFrame[b]; } rcFrameComplete = 0; } #endif SREG = oldSREG; sei();// Let's enable the interrupts #if defined(SPEKTRUM) static uint8_t spekRcChannelMap[SPEK_MAX_CHANNEL] = {1,2,3,0,4,5,6}; if (chan >= SPEK_MAX_CHANNEL) { data = 1500; } else { #if (SPEKTRUM == 1024) data = 988 + spekChannelData[spekRcChannelMap[chan]]; // 1024 mode #endif #if (SPEKTRUM == 2048) data = 988 + (spekChannelData[spekRcChannelMap[chan]] >> 1); // 2048 mode #endif } #endif return data; // We return the value correctly copied when the IRQ's where disabled }
Pagina 203
/**************************************************************************************/ /*************** compute and Filter the RX data ********************/ /**************************************************************************************/ void computeRC() { static int16_t rcData4Values[8][4], rcDataMean[8]; static uint8_t rc4ValuesIndex = 0; uint8_t chan,a; #if !(defined(RCSERIAL) || defined(OPENLRSv2MULTI)) // dont know if this is right here #if defined(SBUS) readSBus(); #endif rc4ValuesIndex++; for (chan = 0; chan < 8; chan++) { rcData4Values[chan][rc4ValuesIndex%4] = readRawRC(chan); rcDataMean[chan] = 0; for (a=0;a<4;a++) rcDataMean[chan] += rcData4Values[chan][a]; rcDataMean[chan]= (rcDataMean[chan]+2)/4; if ( rcDataMean[chan] < rcData[chan] -3) rcData[chan] = rcDataMean[chan]+2; if ( rcDataMean[chan] > rcData[chan] +3) rcData[chan] = rcDataMean[chan]-2; } #endif }
Pagina 204
/**************************************************************************************/ /*************** OPENLRS ********************/ /**************************************************************************************/ //note: this dont feels right in RX.pde #if defined(OPENLRSv2MULTI) //######### TRANSMISSION VARIABLES ########## #define CARRIER_FREQUENCY 435000 // 435Mhz startup frequency #define FREQUENCY_HOPPING 1 // 1 = Enabled 0 = Disabled //###### HOPPING CHANNELS ####### //Select the hopping channels between 0-255 // Default values are 13,54 and 23 for all transmitters and receivers, you should change it before your first flight for safety. //Frequency = CARRIER_FREQUENCY + (StepSize(60khz)* Channel_Number) static uint8_t hop_list[3] = {13,54,23}; //###### RF DEVICE ID HEADERS ####### // Change this 4 byte values for isolating your transmission, RF module accepts only data with same header static uint8_t RF_Header[4] = {'O','L','R','S'}; //########## Variables ################# static static static static static
uint32_t last_hopping_time; uint8_t RF_Rx_Buffer[17]; uint16_t temp_int; uint16_t Servo_Buffer[10] = {3000,3000,3000,3000,3000,3000,3000,3000}; uint8_t hopping_channel = 1;
//servo position values from RF
void initOpenLRS(void) { pinMode(GREEN_LED_pin, OUTPUT); pinMode(RED_LED_pin, OUTPUT); //RF module pins pinMode(SDO_pin, INPUT); //SDO pinMode(SDI_pin, OUTPUT); //SDI pinMode(SCLK_pin, OUTPUT); //SCLK pinMode(IRQ_pin, INPUT); //IRQ pinMode(nSel_pin, OUTPUT); //nSEL checkPots(); // OpenLRS Multi board hardware pot check; }
Pagina 205
void Config_OpenLRS() { RF22B_init_parameter(); // Configure the RFM22B's registers frequency_configurator(CARRIER_FREQUENCY); // Calibrate the RFM22B to this frequency, frequency hopping starts from here. to_rx_mode(); #if (FREQUENCY_HOPPING==1) Hopping(); //Hop to the next frequency #endif } //############ MAIN LOOP ############## void Read_OpenLRS_RC() { uint8_t i,tx_data_length; uint8_t first_data = 0; if (_spi_read(0x0C)==0) {RF22B_init_parameter(); to_rx_mode(); }// detect the locked module and reboot if ((currentTime-last_hopping_time > 25000)) {//automatic hopping for clear channel when rf link down for 25ms. Red_LED_ON; last_hopping_time = currentTime; #if (FREQUENCY_HOPPING==1) Hopping(); //Hop to the next frequency #endif } if(nIRQ_0) { // RFM22B INT pin Enabled by received Data Red_LED_ON; send_read_address(0x7f); // Send the package read command for(i = 0; i<17; i++) {//read all buffer RF_Rx_Buffer[i] = read_8bit_data(); } rx_reset(); if (RF_Rx_Buffer[0] == 'S') {// servo control data for(i = 0; i<8; i++) {//Write into the Servo Buffer temp_int = (256*RF_Rx_Buffer[1+(2*i)]) + RF_Rx_Buffer[2+(2*i)]; if ((temp_int>1500) && (temp_int<4500)) Servo_Buffer[i] = temp_int/2; } rcData[ROLL] = Servo_Buffer[0]; rcData[PITCH] = Servo_Buffer[1]; rcData[THROTTLE] = Servo_Buffer[2]; rcData[YAW] = Servo_Buffer[3]; rcData[AUX1] = Servo_Buffer[4]; rcData[AUX2] = Servo_Buffer[5]; rcData[AUX3] = Servo_Buffer[6]; rcData[AUX4] = Servo_Buffer[7]; }
Pagina 206
#if (FREQUENCY_HOPPING==1) Hopping(); //Hop to the next frequency #endif delay(1); last_hopping_time = currentTime; Red_LED_OFF; } Red_LED_OFF; } //***************************************************************************** //***************************************************************************** //-------------------------------------------------------------void Write0( void ) { SCK_off; NOP(); SDI_off; NOP(); SCK_on; NOP(); } //-------------------------------------------------------------void Write1( void ) { SCK_off; NOP(); SDI_on; NOP(); SCK_on; NOP(); } //-------------------------------------------------------------void Write8bitcommand(uint8_t command) { // keep sel to low uint8_t n=8; nSEL_on; SCK_off; nSEL_off; while(n--) { if(command&0x80) Write1(); else Write0(); command = command << 1; } SCK_off; } //--------------------------------------------------------------
Pagina 207
uint8_t _spi_read(uint8_t address) { uint8_t result; send_read_address(address); result = read_8bit_data(); nSEL_on; return(result); } //-------------------------------------------------------------void _spi_write(uint8_t address, uint8_t data) { address |= 0x80; Write8bitcommand(address); send_8bit_data(data); nSEL_on; } //-------Defaults 38.400 baud---------------------------------------------void RF22B_init_parameter(void) { ItStatus1 = _spi_read(0x03); // read status, clear interrupt ItStatus2 = _spi_read(0x04); _spi_write(0x06, 0x00); // no wakeup up, lbd, _spi_write(0x07, RF22B_PWRSTATE_READY); // disable lbd, wakeup timer, use internal 32768,xton = 1; in ready mode _spi_write(0x09, 0x7f); // c = 12.5p _spi_write(0x0a, 0x05); _spi_write(0x0b, 0x12); // gpio0 TX State _spi_write(0x0c, 0x15); // gpio1 RX State _spi_write(0x0d, 0xfd); // gpio 2 micro-controller clk output _spi_write(0x0e, 0x00); // gpio 0, 1,2 NO OTHER FUNCTION. _spi_write(0x70, 0x00); // disable manchest
Pagina 208
// 57.6Kbps data _spi_write(0x1c, _spi_write(0x20, _spi_write(0x21, _spi_write(0x22, _spi_write(0x23, _spi_write(0x24, _spi_write(0x25, _spi_write(0x2a,
rate 0x05); // 0x45);// 0x01); // 0xD7); // 0xDC); // 0x03); // 0xB8); // 0x1e);
case RATE_57.6K 0x20 calculate from the datasheet= 500*(1+2*down3_bypass)/(2^ndec*RB*(1+enmanch)) 0x21 , rxosr[10--8] = 0; stalltr = (default), ccoff[19:16] = 0; 0x22 ncoff =5033 = 0x13a9 0x23 0x24 0x25
_spi_write(0x6e, 0x0E); //case RATE_57.6K _spi_write(0x6f, 0xBF); //case RATE_57.6K _spi_write(0x30, 0x8c);
// enable packet handler, msb first, enable crc,
_spi_write(0x32, _spi_write(0x33, _spi_write(0x34, _spi_write(0x36, _spi_write(0x37, _spi_write(0x38, _spi_write(0x39, _spi_write(0x3a, _spi_write(0x3b, _spi_write(0x3c, _spi_write(0x3d, _spi_write(0x3e,
0xf3); // 0x32address enable for headere byte 0, 1,2,3, receive header check for byte 0, 1,2,3 0x42); // header 3, 2, 1,0 used for head length, fixed packet length, synchronize word length 3, 2, 0x07); // 7 default value or // 64 nibble = 32byte preamble 0x2d); // synchronize word 0xd4); 0x00); 0x00); RF_Header[0]); // tx header RF_Header[1]); RF_Header[2]); RF_Header[3]); 17); // total tx 17 byte
//RX HEADER _spi_write(0x3f, _spi_write(0x40, _spi_write(0x41, _spi_write(0x42, _spi_write(0x43, _spi_write(0x44, _spi_write(0x45, _spi_write(0x46,
RF_Header[0]); RF_Header[1]); RF_Header[2]); RF_Header[3]); 0xff); // all 0xff); // all 0xff); // all 0xff); // all
// check hearder
the the the the
bit bit bit bit
to to to to
be be be be
checked checked checked checked
_spi_write(0x6d, 0x07); // 7 set power max power _spi_write(0x79, 0x00); // no hopping _spi_write(0x7a, 0x06); // 60khz step size (10khz x value) // no hopping _spi_write(0x71, 0x23); // Gfsk, fd[8] =0, no invert for Tx/Rx data, fifo mode, txclk -->gpio //_spi_write(0x72, 0x1F); // frequency deviation setting to 19.6khz (for 38.4kbps) _spi_write(0x72, 0x2E); // frequency deviation setting to 28.8khz(for 57.6kbps) _spi_write(0x73, 0x00); _spi_write(0x74, 0x00); // no offset
Pagina 209
//band 435.000 _spi_write(0x75, 0x53); _spi_write(0x76, 0x7D); _spi_write(0x77, 0x00); } //-------------------------------------------------------------void send_read_address(uint8_t i) { i &= 0x7f; Write8bitcommand(i); } //-------------------------------------------------------------void send_8bit_data(uint8_t i) { uint8_t n = 8; SCK_off; while(n--) { if(i&0x80) Write1(); else Write0(); i = i << 1; } SCK_off; } //-------------------------------------------------------------uint8_t read_8bit_data(void) { uint8_t Result, i; SCK_off; Result=0; for(i=0;i<8;i++) { Result=Result<<1; SCK_on; NOP(); if(SDO_1) { Result|=1; } SCK_off; NOP(); } return(Result);
//read fifo data byte
} //--------------------------------------------------------------
Pagina 210
//----------------------------------------------------------------------void rx_reset(void) { _spi_write(0x07, RF22B_PWRSTATE_READY); _spi_write(0x7e, 36); // threshold for rx almost full, interrupt when 1 byte received _spi_write(0x08, 0x03); //clear fifo disable multi packet _spi_write(0x08, 0x00); // clear fifo, disable multi packet _spi_write(0x07,RF22B_PWRSTATE_RX ); // to rx mode _spi_write(0x05, RF22B_Rx_packet_received_interrupt); ItStatus1 = _spi_read(0x03); //read the Interrupt Status1 register ItStatus2 = _spi_read(0x04); } //----------------------------------------------------------------------void to_rx_mode(void) { to_ready_mode(); delay(50); rx_reset(); NOP(); } //-------------------------------------------------------------void to_ready_mode(void) { ItStatus1 = _spi_read(0x03); ItStatus2 = _spi_read(0x04); _spi_write(0x07, RF22B_PWRSTATE_READY); } //-------------------------------------------------------------void to_sleep_mode(void) { // TXEN = RXEN = 0; //LED_RED = 0; _spi_write(0x07, RF22B_PWRSTATE_READY); ItStatus1 = _spi_read(0x03); //read the Interrupt Status1 register ItStatus2 = _spi_read(0x04); _spi_write(0x07, RF22B_PWRSTATE_POWERDOWN); }
Pagina 211
//-------------------------------------------------------------void frequency_configurator(uint32_t frequency) { // frequency formulation from Si4432 chip's datasheet // original formulation is working with mHz values and floating numbers, I replaced them with kHz values. frequency = frequency / 10; frequency = frequency - 24000; frequency = frequency - 19000; // 19 for 430-439.9 MHz band from datasheet frequency = frequency * 64; // this is the Nominal Carrier Frequency (fc) value for register setting uint8_t byte0 = (uint8_t) frequency; uint8_t byte1 = (uint8_t) (frequency >> 8); _spi_write(0x76, byte1); _spi_write(0x77, byte0); } //############# FREQUENCY HOPPING FUNCTIONS ################# #if (FREQUENCY_HOPPING==1) void Hopping(void) { hopping_channel++; if (hopping_channel>2) hopping_channel = 0; _spi_write(0x79, hop_list[hopping_channel]); } #endif void checkPots() { ////Flytron OpenLRS Multi Pots pot_P = analogRead(7); pot_I = analogRead(6); pot_P = pot_P - 512; pot_I = pot_I - 512; pot_P = pot_P / 25; //+-20 pot_I = pot_I / 25; //+-20 } #endif
Pagina 212
Sensors // ************************************************************************************************************ // board orientation and setup // ************************************************************************************************************ //default board orientation #if !defined(ACC_ORIENTATION) #define ACC_ORIENTATION(X, Y, Z) {accADC[ROLL] = X; accADC[PITCH] = Y; accADC[YAW] = Z;} #endif #if !defined(GYRO_ORIENTATION) #define GYRO_ORIENTATION(X, Y, Z) {gyroADC[ROLL] = X; gyroADC[PITCH] = Y; gyroADC[YAW] = Z;} #endif #if !defined(MAG_ORIENTATION) #define MAG_ORIENTATION(X, Y, Z) {magADC[ROLL] = X; magADC[PITCH] = Y; magADC[YAW] = Z;} #endif /*** I2C address ***/ #if !defined(MMA7455_ADDRESS) #define MMA7455_ADDRESS 0x1D #endif #if !defined(ADXL345_ADDRESS) #define ADXL345_ADDRESS 0x1D //#define ADXL345_ADDRESS 0x53 #endif
//WARNING: Conflicts with a Wii Motion plus!
#if !defined(BMA180_ADDRESS) #define BMA180_ADDRESS 0x40 //#define BMA180_ADDRESS 0x41 #endif #if !defined(ITG3200_ADDRESS) #define ITG3200_ADDRESS 0X68 //#define ITG3200_ADDRESS 0X69 #endif #if !defined(MPU6050_ADDRESS) #define MPU6050_ADDRESS 0x68 // address pin AD0 low (GND), default for FreeIMU v0.4 and InvenSense evaluation board //#define MPU6050_ADDRESS 0x69 // address pin AD0 high (VCC) #endif #if !defined(MS561101BA_ADDRESS) #define MS561101BA_ADDRESS 0x77 //CBR=0 0xEE I2C address when pin CSB is connected to LOW (GND) //#define MS561101BA_ADDRESS 0x76 //CBR=1 0xEC I2C address when pin CSB is connected to HIGH (VCC) #endif
Pagina 213
//ITG3200 setting #if defined(ITG3200_LPF_256HZ) || defined(ITG3200_LPF_188HZ) || defined(ITG3200_LPF_98HZ) || defined(ITG3200_LPF_42HZ) || defined(ITG3200_LPF_20HZ) || defined(ITG3200_LPF_10HZ) #if defined(ITG3200_LPF_256HZ) #define ITG3200_SMPLRT_DIV 0 //8000Hz #define ITG3200_DLPF_CFG 0 #endif #if defined(ITG3200_LPF_188HZ) #define ITG3200_SMPLRT_DIV 0 //1000Hz #define ITG3200_DLPF_CFG 1 #endif #if defined(ITG3200_LPF_98HZ) #define ITG3200_SMPLRT_DIV 0 #define ITG3200_DLPF_CFG 2 #endif #if defined(ITG3200_LPF_42HZ) #define ITG3200_SMPLRT_DIV 0 #define ITG3200_DLPF_CFG 3 #endif #if defined(ITG3200_LPF_20HZ) #define ITG3200_SMPLRT_DIV 0 #define ITG3200_DLPF_CFG 4 #endif #if defined(ITG3200_LPF_10HZ) #define ITG3200_SMPLRT_DIV 0 #define ITG3200_DLPF_CFG 5 #endif #else //Default settings LPF 256Hz/8000Hz sample #define ITG3200_SMPLRT_DIV 0 //8000Hz #define ITG3200_DLPF_CFG 0 #endif uint8_t rawADC[6]; static uint32_t neutralizeTime = 0;
Pagina 214
// ************************************************************************************************************ // I2C general functions // ************************************************************************************************************ void i2c_init(void) { #if defined(INTERNAL_I2C_PULLUPS) I2C_PULLUPS_ENABLE #else I2C_PULLUPS_DISABLE #endif TWSR = 0; TWBR = ((F_CPU / I2C_SPEED) - 16) / 2; TWCR = 1<
// no prescaler => prescaler = 1 // change the I2C clock rate // enable twi module, no interrupt
void i2c_rep_start(uint8_t address) { TWCR = (1<
// send data to the previously addressed device
uint8_t i2c_read(uint8_t ack) { TWCR = (1<
Pagina 215
void waitTransmissionI2C() { uint16_t count = 255; while (!(TWCR & (1< we don't insist TWCR = 0; //and we force a reset on TWINT register neutralizeTime = micros(); //we take a timestamp here to neutralize the value during a short delay i2c_errors_count++; break; } } } size_t i2c_read_to_buf(uint8_t add, void *buf, size_t size) { i2c_rep_start((add<<1) | 1); // I2C read direction size_t bytes_read = 0; uint8_t *b = (uint8_t*)buf; while (size--) { /* acknowledge all but the final byte */ *b++ = i2c_read(size > 0); /* TODO catch I2C errors here and abort */ bytes_read++; } return bytes_read; } size_t i2c_read_reg_to_buf(uint8_t add, uint8_t reg, void *buf, size_t size) { i2c_rep_start(add<<1); // I2C write direction i2c_write(reg); // register selection return i2c_read_to_buf(add, buf, size); } /* transform a series of bytes from big endian to little endian and vice versa. */ void swap_endianness(void *buf, size_t size) { /* we swap in-place, so we only have to * place _one_ element on a temporary tray */ uint8_t tray; uint8_t *from; uint8_t *to; /* keep swapping until the pointers have assed each other */ for (from = (uint8_t*)buf, to = &from[size-1]; from < to; from++, to--) { tray = *from; *from = *to; *to = tray; } } void i2c_getSixRawADC(uint8_t add, uint8_t reg) {
Pagina 216
i2c_read_reg_to_buf(add, reg, &rawADC, 6); } void i2c_writeReg(uint8_t add, uint8_t reg, uint8_t val) { i2c_rep_start(add<<1); // I2C write direction i2c_write(reg); // register selection i2c_write(val); // value to write in register i2c_stop(); } uint8_t i2c_readReg(uint8_t add, uint8_t reg) { uint8_t val; i2c_read_reg_to_buf(add, reg, &val, 1); return val; } // **************** // GYRO common part // **************** void GYRO_Common() { static int16_t previousGyroADC[3] = {0,0,0}; static int32_t g[3]; uint8_t axis; #if defined MMGYRO // Moving Average Gyros by Magnetron1 //--------------------------------------------------static int16_t mediaMobileGyroADC[3][MMGYROVECTORLENGHT]; static int32_t mediaMobileGyroADCSum[3]; static uint8_t mediaMobileGyroIDX; //--------------------------------------------------#endif if (calibratingG>0) { for (axis = 0; axis < 3; axis++) { // Reset g[axis] at start of calibration if (calibratingG == 400) g[axis]=0; // Sum up 400 readings g[axis] +=gyroADC[axis]; // Clear global variables for next reading gyroADC[axis]=0; gyroZero[axis]=0; if (calibratingG == 1) { gyroZero[axis]=g[axis]/400; blinkLED(10,15,1); } } calibratingG--; }
Pagina 217
#ifdef MMGYRO mediaMobileGyroIDX = ++mediaMobileGyroIDX % MMGYROVECTORLENGHT; for (axis = 0; axis < 3; axis++) { gyroADC[axis] -= gyroZero[axis]; mediaMobileGyroADCSum[axis] -= mediaMobileGyroADC[axis][mediaMobileGyroIDX]; //anti gyro glitch, limit the variation between two consecutive readings mediaMobileGyroADC[axis][mediaMobileGyroIDX] = constrain(gyroADC[axis],previousGyroADC[axis]-800,previousGyroADC[axis]+800); mediaMobileGyroADCSum[axis] += mediaMobileGyroADC[axis][mediaMobileGyroIDX]; gyroADC[axis] = mediaMobileGyroADCSum[axis] / MMGYROVECTORLENGHT; #else for (axis = 0; axis < 3; axis++) { gyroADC[axis] -= gyroZero[axis]; //anti gyro glitch, limit the variation between two consecutive readings gyroADC[axis] = constrain(gyroADC[axis],previousGyroADC[axis]-800,previousGyroADC[axis]+800); #endif previousGyroADC[axis] = gyroADC[axis]; } } // **************** // ACC common part // **************** void ACC_Common() { static int32_t a[3]; if (calibratingA>0) { for (uint8_t axis = 0; axis < 3; axis++) { // Reset a[axis] at start of calibration if (calibratingA == 400) a[axis]=0; // Sum up 400 readings a[axis] +=accADC[axis]; // Clear global variables for next reading accADC[axis]=0; conf.accZero[axis]=0; } // Calculate average, shift Z down by acc_1G and store values in EEPROM at end of calibration if (calibratingA == 1) { conf.accZero[ROLL] = a[ROLL]/400; conf.accZero[PITCH] = a[PITCH]/400; conf.accZero[YAW] = a[YAW]/400-acc_1G; // for nunchuk 200=1G conf.angleTrim[ROLL] = 0; conf.angleTrim[PITCH] = 0; writeParams(1); // write accZero in EEPROM } calibratingA--; } #if defined(INFLIGHT_ACC_CALIBRATION) static int32_t b[3]; static int16_t accZero_saved[3] = {0,0,0}; static int16_t angleTrim_saved[2] = {0, 0};
Pagina 218
//Saving old zeropoints before measurement if (InflightcalibratingA==50) { accZero_saved[ROLL] = conf.accZero[ROLL] ; accZero_saved[PITCH] = conf.accZero[PITCH]; accZero_saved[YAW] = conf.accZero[YAW] ; angleTrim_saved[ROLL] = conf.angleTrim[ROLL] ; angleTrim_saved[PITCH] = conf.angleTrim[PITCH] ; } if (InflightcalibratingA>0) { for (uint8_t axis = 0; axis < 3; axis++) { // Reset a[axis] at start of calibration if (InflightcalibratingA == 50) b[axis]=0; // Sum up 50 readings b[axis] +=accADC[axis]; // Clear global variables for next reading accADC[axis]=0; conf.accZero[axis]=0; } //all values are measured if (InflightcalibratingA == 1) { AccInflightCalibrationActive = 0; AccInflightCalibrationMeasurementDone = 1; #if defined(BUZZER) toggleBeep = 2; //buzzer for indicatiing the end of calibration #endif // recover saved values to maintain current flight behavior until new values are transferred conf.accZero[ROLL] = accZero_saved[ROLL] ; conf.accZero[PITCH] = accZero_saved[PITCH]; conf.accZero[YAW] = accZero_saved[YAW] ; conf.angleTrim[ROLL] = angleTrim_saved[ROLL] ; conf.angleTrim[PITCH] = angleTrim_saved[PITCH] ; } InflightcalibratingA--; } // Calculate average, shift Z down by acc_1G and store values in EEPROM at end of calibration if (AccInflightCalibrationSavetoEEProm == 1){ //the copter is landed, disarmed and the combo has been done again AccInflightCalibrationSavetoEEProm = 0; conf.accZero[ROLL] = b[ROLL]/50; conf.accZero[PITCH] = b[PITCH]/50; conf.accZero[YAW] = b[YAW]/50-acc_1G; // for nunchuk 200=1G conf.angleTrim[ROLL] = 0; conf.angleTrim[PITCH] = 0; writeParams(1); // write accZero in EEPROM } #endif accADC[ROLL] -= conf.accZero[ROLL] ; accADC[PITCH] -= conf.accZero[PITCH]; accADC[YAW] -= conf.accZero[YAW] ; }
Pagina 219
// // // // // // // // // // //
************************************************************************************************************ I2C Barometer BOSCH BMP085 ************************************************************************************************************ I2C adress: 0x77 (7bit) principle: 1) read the calibration register (only once at the initialization) 2) read uncompensated temperature (not mandatory at every cycle) 3) read uncompensated pressure 4) raw temp + raw pressure => calculation of the adjusted pressure the following code uses the maximum precision setting (oversampling setting 3) ************************************************************************************************************
#if defined(BMP085) #define BMP085_ADDRESS 0x77 static int32_t pressure; static struct { // sensor registers from the BOSCH BMP085 datasheet int16_t ac1, ac2, ac3; uint16_t ac4, ac5, ac6; int16_t b1, b2, mb, mc, md; union {uint16_t val; uint8_t raw[2]; } ut; //uncompensated T union {uint32_t val; uint8_t raw[4]; } up; //uncompensated P uint8_t state; uint32_t deadline; } bmp085_ctx; #define OSS 2 //we can get more unique samples and get better precision using average void i2c_BMP085_readCalibration(){ delay(10); //read calibration data in one go size_t s_bytes = (uint8_t*)&bmp085_ctx.md - (uint8_t*)&bmp085_ctx.ac1 + sizeof(bmp085_ctx.ac1); i2c_read_reg_to_buf(BMP085_ADDRESS, 0xAA, &bmp085_ctx.ac1, s_bytes); // now fix endianness int16_t *p; for (p = &bmp085_ctx.ac1; p <= &bmp085_ctx.md; p++) { swap_endianness(p, sizeof(*p)); } } void Baro_init() { delay(10); i2c_BMP085_readCalibration(); i2c_BMP085_UT_Start(); delay(5); i2c_BMP085_UT_Read(); }
Pagina 220
// read uncompensated temperature value: send command first void i2c_BMP085_UT_Start() { i2c_writeReg(BMP085_ADDRESS,0xf4,0x2e); i2c_rep_start(BMP085_ADDRESS<<1); i2c_write(0xF6); i2c_stop(); } // read uncompensated pressure value: send command first void i2c_BMP085_UP_Start () { i2c_writeReg(BMP085_ADDRESS,0xf4,0x34+(OSS<<6)); // control register value for oversampling setting 3 i2c_rep_start(BMP085_ADDRESS<<1); //I2C write direction => 0 i2c_write(0xF6); i2c_stop(); } // read uncompensated pressure value: read result bytes // the datasheet suggests a delay of 25.5 ms (oversampling settings 3) after the send command void i2c_BMP085_UP_Read () { i2c_rep_start((BMP085_ADDRESS<<1) | 1);//I2C read direction => 1 bmp085_ctx.up.raw[2] = i2c_readAck(); bmp085_ctx.up.raw[1] = i2c_readAck(); bmp085_ctx.up.raw[0] = i2c_readNak(); } // read uncompensated temperature value: read result bytes // the datasheet suggests a delay of 4.5 ms after the send command void i2c_BMP085_UT_Read() { i2c_rep_start((BMP085_ADDRESS<<1) | 1);//I2C read direction => 1 bmp085_ctx.ut.raw[1] = i2c_readAck(); bmp085_ctx.ut.raw[0] = i2c_readNak(); } void i2c_BMP085_Calculate() { int32_t x1, x2, x3, b3, b5, b6, p, tmp; uint32_t b4, b7; // Temperature calculations x1 = ((int32_t)bmp085_ctx.ut.val - bmp085_ctx.ac6) * bmp085_ctx.ac5 >> 15; x2 = ((int32_t)bmp085_ctx.mc << 11) / (x1 + bmp085_ctx.md); b5 = x1 + x2;
Pagina 221
// Pressure calculations b6 = b5 - 4000; x1 = (bmp085_ctx.b2 * (b6 * b6 >> 12)) >> 11; x2 = bmp085_ctx.ac2 * b6 >> 11; x3 = x1 + x2; tmp = bmp085_ctx.ac1; tmp = (tmp*4 + x3) << OSS; b3 = (tmp+2)/4; x1 = bmp085_ctx.ac3 * b6 >> 13; x2 = (bmp085_ctx.b1 * (b6 * b6 >> 12)) >> 16; x3 = ((x1 + x2) + 2) >> 2; b4 = (bmp085_ctx.ac4 * (uint32_t)(x3 + 32768)) >> 15; b7 = ((uint32_t) (bmp085_ctx.up.val >> (8-OSS)) - b3) * (50000 >> OSS); p = b7 < 0x80000000 ? (b7 * 2) / b4 : (b7 / b4) * 2; x1 = (p >> 8) * (p >> 8); x1 = (x1 * 3038) >> 16; x2 = (-7357 * p) >> 16; pressure = p + ((x1 + x2 + 3791) >> 4); } void Baro_update() { if (currentTime < bmp085_ctx.deadline) return; bmp085_ctx.deadline = currentTime; TWBR = ((F_CPU / 400000L) - 16) / 2; // change the I2C clock rate to 400kHz, BMP085 is ok with this speed switch (bmp085_ctx.state) { case 0: i2c_BMP085_UT_Start(); bmp085_ctx.state++; bmp085_ctx.deadline += 4600; break; case 1: i2c_BMP085_UT_Read(); bmp085_ctx.state++; break; case 2: i2c_BMP085_UP_Start(); bmp085_ctx.state++; bmp085_ctx.deadline += 14000; break; case 3: i2c_BMP085_UP_Read(); i2c_BMP085_Calculate(); BaroAlt = (1.0f - pow(pressure/101325.0f, 0.190295f)) * 4433000.0f; //centimeter bmp085_ctx.state = 0; bmp085_ctx.deadline += 5000; break; } } #endif
Pagina 222
// ************************************************************************************************************ // I2C Accelerometer BMA180 // ************************************************************************************************************ // I2C adress: 0x80 (8bit) 0x40 (7bit) (SDO connection to VCC) // I2C adress: 0x82 (8bit) 0x41 (7bit) (SDO connection to VDDIO) // Resolution: 14bit // Control registers: // 0x20 bw_tcs: | bw<3:0> | tcs<3:0> | // | 150Hz | xxxxxxxx | // 0x30 tco_z: | tco_z<5:0> | mode_config<1:0> | // | xxxxxxxxxx | 00 | // 0x35 offset_lsb1: | offset_x<3:0> | range<2:0> | smp_skip | // | xxxxxxxxxxxxx | 8G: 101 | xxxxxxxx | // ************************************************************************************************************ #if defined(BMA180) void ACC_init () { delay(10); //default range 2G: 1G = 4096 unit. i2c_writeReg(BMA180_ADDRESS,0x0D,1<<4); // register: ctrl_reg0 -- value: set bit ee_w to 1 to enable writing delay(5); uint8_t control = i2c_readReg(BMA180_ADDRESS, 0x20); control = control & 0x0F; // save tcs register control = control | (0x01 << 4); // register: bw_tcs reg: bits 4-7 to set bw -- value: set low pass filter to 20Hz i2c_writeReg(BMA180_ADDRESS, 0x20, control); delay(5); control = i2c_readReg(BMA180_ADDRESS, 0x30); control = control & 0xFC; // save tco_z register control = control | 0x00; // set mode_config to 0 i2c_writeReg(BMA180_ADDRESS, 0x30, control); delay(5); control = i2c_readReg(BMA180_ADDRESS, 0x35); control = control & 0xF1; // save offset_x and smp_skip register control = control | (0x05 << 1); // set range to 8G i2c_writeReg(BMA180_ADDRESS, 0x35, control); delay(5); acc_1G = 255; } void ACC_getADC () { TWBR = ((F_CPU / 400000L) - 16) / 2; // Optional line. Sensor is good for it in the spec. i2c_getSixRawADC(BMA180_ADDRESS,0x02); //usefull info is on the 14 bits [2-15] bits /4 => [0-13] bits /4 => 12 bit resolution ACC_ORIENTATION( ((rawADC[1]<<8) | rawADC[0])/16 , ((rawADC[3]<<8) | rawADC[2])/16 , ((rawADC[5]<<8) | rawADC[4])/16 ); ACC_Common(); } #endif
Pagina 223
// ************************************************************************************************************ // I2C Gyroscope ITG3200 // ************************************************************************************************************ // I2C adress: 0xD2 (8bit) 0x69 (7bit) // I2C adress: 0xD0 (8bit) 0x68 (7bit) // principle: // 1) VIO is connected to VDD // 2) I2C adress is set to 0x69 (AD0 PIN connected to VDD) // or 2) I2C adress is set to 0x68 (AD0 PIN connected to GND) // 3) sample rate = 1000Hz ( 1kHz/(div+1) ) // ************************************************************************************************************ #if defined(ITG3200) void Gyro_init() { delay(100); i2c_writeReg(ITG3200_ADDRESS, 0x3E, 0x80); //register: Power Management -- value: reset device // delay(5); // i2c_writeReg(ITG3200_ADDRESS, 0x15, ITG3200_SMPLRT_DIV); //register: Sample Rate Divider -- default value = 0: OK delay(5); i2c_writeReg(ITG3200_ADDRESS, 0x16, 0x18 + ITG3200_DLPF_CFG); //register: DLPF_CFG - low pass filter configuration delay(5); i2c_writeReg(ITG3200_ADDRESS, 0x3E, 0x03); //register: Power Management -- value: PLL with Z Gyro reference delay(100); } void Gyro_getADC () { TWBR = ((F_CPU / 400000L) - 16) / 2; // change the I2C clock rate to 400kHz i2c_getSixRawADC(ITG3200_ADDRESS,0X1D); GYRO_ORIENTATION( ((rawADC[0]<<8) | rawADC[1])/4 , // range: +/- 8192; +/- 2000 deg/sec ((rawADC[2]<<8) | rawADC[3])/4 , ((rawADC[4]<<8) | rawADC[5])/4 ); GYRO_Common(); } #endif
Pagina 224
// ************************************************************************************************************ // I2C Compass common function // ************************************************************************************************************ #if MAG static float magCal[3] = {1.0,1.0,1.0}; // gain for each axis, populated at sensor init static uint8_t magInit = 0; void Mag_getADC() { static uint32_t t,tCal = 0; static int16_t magZeroTempMin[3]; static int16_t magZeroTempMax[3]; uint8_t axis; if ( currentTime < t ) return; //each read is spaced by 100ms t = currentTime + 100000; TWBR = ((F_CPU / 400000L) - 16) / 2; // change the I2C clock rate to 400kHz Device_Mag_getADC(); magADC[ROLL] = magADC[ROLL] * magCal[ROLL]; magADC[PITCH] = magADC[PITCH] * magCal[PITCH]; magADC[YAW] = magADC[YAW] * magCal[YAW]; if (f.CALIBRATE_MAG) { tCal = t; for(axis=0;axis<3;axis++) { conf.magZero[axis] = 0; magZeroTempMin[axis] = magADC[axis]; magZeroTempMax[axis] = magADC[axis]; } f.CALIBRATE_MAG = 0; } if (magInit) { // we apply offset only once mag calibration is done magADC[ROLL] -= conf.magZero[ROLL]; magADC[PITCH] -= conf.magZero[PITCH]; magADC[YAW] -= conf.magZero[YAW]; } if (tCal != 0) { if ((t - tCal) < 30000000) { // 30s: you have 30s to turn the multi in all directions LEDPIN_TOGGLE; for(axis=0;axis<3;axis++) { if (magADC[axis] < magZeroTempMin[axis]) magZeroTempMin[axis] = magADC[axis]; if (magADC[axis] > magZeroTempMax[axis]) magZeroTempMax[axis] = magADC[axis]; } } else { tCal = 0; for(axis=0;axis<3;axis++) conf.magZero[axis] = (magZeroTempMin[axis] + magZeroTempMax[axis])/2; writeParams(1); } } } #endif
Pagina 225
// ************************************************************************************************************ // I2C Compass HMC5883 // ************************************************************************************************************ // I2C adress: 0x3C (8bit) 0x1E (7bit) // ************************************************************************************************************ #if defined(HMC5843) || defined(HMC5883) #define MAG_ADDRESS 0x1E #define MAG_DATA_REGISTER 0x03 void Mag_init() { delay(100); // force positiveBias i2c_writeReg(MAG_ADDRESS ,0x00 ,0x71 ); //Configuration Register A delay(50); // set gains for calibration i2c_writeReg(MAG_ADDRESS ,0x01 ,0x60 ); //Configuration Register B i2c_writeReg(MAG_ADDRESS ,0x02 ,0x01 ); //Mode register
-- 0 11 100 01
num samples: 8 ; output rate: 15Hz ; positive bias
-- 011 00000 -- 000000 01
configuration gain 2.5Ga single Conversion Mode
// read values from the compass - self test operation // by placing the mode register into single-measurement mode (0x01), two data acquisition cycles will be made on each magnetic vector. // The first acquisition values will be subtracted from the second acquisition, and the net measurement will be placed into the data output registers delay(100); getADC(); delay(10); #if defined(HMC5883) magCal[ROLL] = 1160.0 / abs(magADC[ROLL]); magCal[PITCH] = 1160.0 / abs(magADC[PITCH]); magCal[YAW] = 1080.0 / abs(magADC[YAW]); #else magCal[ROLL] = 1000.0 / abs(magADC[ROLL]); magCal[PITCH] = 1000.0 / abs(magADC[PITCH]); magCal[YAW] = 1000.0 / abs(magADC[YAW]); #endif // leave test mode i2c_writeReg(MAG_ADDRESS ,0x00 ,0x70 ); //Configuration Register A i2c_writeReg(MAG_ADDRESS ,0x01 ,0x20 ); //Configuration Register B i2c_writeReg(MAG_ADDRESS ,0x02 ,0x00 ); //Mode register
-- 0 11 100 00 -- 001 00000 -- 000000 00
magInit = 1; }
Pagina 226
num samples: 8 ; output rate: 15Hz ; normal measurement mode configuration gain 1.3Ga continuous Conversion Mode
void getADC() { i2c_getSixRawADC(MAG_ADDRESS,MAG_DATA_REGISTER); #if defined(HMC5843) MAG_ORIENTATION( ((rawADC[0]<<8) | rawADC[1]) , ((rawADC[2]<<8) | rawADC[3]) , ((rawADC[4]<<8) | rawADC[5]) ); #endif #if defined (HMC5883) MAG_ORIENTATION( ((rawADC[0]<<8) | rawADC[1]) , ((rawADC[4]<<8) | rawADC[5]) , ((rawADC[2]<<8) | rawADC[3]) ); #endif } #if not defined(MPU6050_I2C_AUX_MASTER) void Device_Mag_getADC() { getADC(); } #endif #endif
Pagina 227
// ************************************************************************************************************ // I2C Sonar SRF08 // ************************************************************************************************************ // first contribution from guru_florida (02-25-2012) // // specs are here: http://www.meas-spec.com/downloads/MS5611-01BA03.pdf // useful info on pages 7 -> 12 #if defined(SRF02) || defined(SRF08) || defined(SRF10) || defined(SRC235) // the default address for any new sensor found on the bus // the code will move new sonars to the next available sonar address in range of F0-FE so that another // sonar sensor can be added again. // Thus, add only 1 sonar sensor at a time, poweroff, then wire the next, power on, wait for flashing light and repeat #if !defined(SRF08_DEFAULT_ADDRESS) #define SRF08_DEFAULT_ADDRESS 0x70 #endif #if !defined(SRF08_RANGE_WAIT) #define SRF08_RANGE_WAIT 80000 #endif
// delay between Ping and Range Read commands
#if !defined(SRF08_RANGE_SLEEP) #define SRF08_RANGE_SLEEP 35000 #endif
// sleep this long before starting another Ping
#if !defined(SRF08_SENSOR_FIRST) #define SRF08_SENSOR_FIRST 0xF0 #endif
// the first sensor i2c address (after it has been moved)
#if !defined(SRF08_MAX_SENSORS) #define SRF08_MAX_SENSORS 4 #endif
// maximum number of sensors we'll allow (can go up to 8)
#define SONAR_MULTICAST_PING // registers of the device #define SRF08_REV_COMMAND #define SRF08_LIGHT_GAIN #define SRF08_ECHO_RANGE
0 1 2
Pagina 228
static struct { // sensor registers from the MS561101BA datasheet int32_t range[SRF08_MAX_SENSORS]; int8_t sensors; // the number of sensors present int8_t current; // the current sensor being read uint8_t state; uint32_t deadline; } srf08_ctx; // read uncompensated temperature value: send command first void Sonar_init() { memset(&srf08_ctx, 0, sizeof(srf08_ctx)); srf08_ctx.deadline = 4000000; } // this function works like readReg accept a failed read is a normal expectation // use for testing the existence of sensors on the i2c bus // a 0xffff code is returned if the read failed uint16_t i2c_try_readReg(uint8_t add, uint8_t reg) { uint16_t count = 255; i2c_rep_start(add<<1); // I2C write direction i2c_write(reg); // register selection i2c_rep_start((add<<1)|1); // I2C read direction TWCR = (1< we don't insist TWCR = 0; //and we force a reset on TWINT register return 0xffff; // return failure to read } } uint8_t r = TWDR; i2c_stop(); return r; } // read a 16bit unsigned int from the i2c bus uint16_t i2c_readReg16(int8_t addr, int8_t reg) { uint8_t b[2]; i2c_read_reg_to_buf(addr, reg, &b, sizeof(b)); return (b[0]<<8) | b[1]; }
Pagina 229
void i2c_srf08_change_addr(int8_t current, int8_t moveto) { // to change a srf08 address, we must write the following sequence to the command register // this sequence must occur as 4 seperate i2c transactions!! // A0 AA A5 [addr] i2c_writeReg(current, SRF08_REV_COMMAND, 0xA0); delay(30); i2c_writeReg(current, SRF08_REV_COMMAND, 0xAA); delay(30); i2c_writeReg(current, SRF08_REV_COMMAND, 0xA5); delay(30); i2c_writeReg(current, SRF08_REV_COMMAND, moveto); delay(30); // now change i2c address blinkLED(5,1,2); } // discover previously known sensors and any new sensor (move new sensors to assigned area) void i2c_srf08_discover() { uint8_t addr; uint16_t x; // determine how many sensors are plugged in srf08_ctx.sensors=0; addr = SRF08_SENSOR_FIRST; for(int i=0; i
Pagina 230
void Sonar_update() { if (currentTime < srf08_ctx.deadline || (srf08_ctx.state==0 && f.ARMED)) return; srf08_ctx.deadline = currentTime; TWBR = ((F_CPU / 400000L) - 16) / 2; // change the I2C clock rate to 400kHz, SRF08 is ok with this speed switch (srf08_ctx.state) { case 0: i2c_srf08_discover(); if(srf08_ctx.sensors>0) srf08_ctx.state++; else srf08_ctx.deadline += 5000000; // wait 5 secs before trying search again break; case 1: srf08_ctx.current=0; srf08_ctx.state++; srf08_ctx.deadline += SRF08_RANGE_SLEEP; break; #if defined(SONAR_MULTICAST_PING) case 2: // send a ping via the general broadcast address i2c_writeReg(0, SRF08_REV_COMMAND, 0x51); // start ranging, result in centimeters srf08_ctx.state++; srf08_ctx.deadline += SRF08_RANGE_WAIT; break; case 3: srf08_ctx.range[srf08_ctx.current] = i2c_readReg16( SRF08_SENSOR_FIRST+(srf08_ctx.current<<1), SRF08_ECHO_RANGE); srf08_ctx.current++; if(srf08_ctx.current >= srf08_ctx.sensors) srf08_ctx.state=1; break; #else case 2: // send a ping to the current sensor i2c_writeReg(SRF08_SENSOR_FIRST+(srf08_ctx.current<<1), SRF08_REV_COMMAND, 0x51); // start ranging, result in centimeters srf08_ctx.state++; srf08_ctx.deadline += SRF08_RANGE_WAIT; break; case 3: srf08_ctx.range[srf08_ctx.current] = i2c_readReg16(SRF08_SENSOR_FIRST+(srf08_ctx.current<<1), SRF08_ECHO_RANGE); srf08_ctx.current++; if(srf08_ctx.current >= srf08_ctx.sensors) srf08_ctx.state=1; else srf08_ctx.state=2; break; #endif }
Pagina 231
sonarAlt = srf08_ctx.range[0]; //tmp } #elif defined(TINY_GPS_SONAR) inline void Sonar_init() {} void Sonar_update() { /* do not query the module again if the GPS loop already did */ #if defined(TINY_GPS) if (!GPS_Enable) { #else { #endif tinygps_query(); } } #else inline void Sonar_init() {} inline void Sonar_update() {} #endif
void initSensors() { delay(200); POWERPIN_ON; delay(100); i2c_init(); delay(100); if (GYRO) Gyro_init(); if (BARO) Baro_init(); if (MAG) Mag_init(); if (ACC) {ACC_init();acc_25deg = acc_1G * 0.423;} if (SONAR) Sonar_init(); f.I2C_INIT_DONE = 1; }
Pagina 232
Serial #define #define #define #define static static static static static
UART_NUMBER 1 RX_BUFFER_SIZE 64 TX_BUFFER_SIZE 128 INBUF_SIZE 64 volatile uint8_t serialHeadRX[UART_NUMBER],serialTailRX[UART_NUMBER]; uint8_t serialBufferRX[RX_BUFFER_SIZE][UART_NUMBER]; volatile uint8_t headTX,tailTX; uint8_t bufTX[TX_BUFFER_SIZE]; uint8_t inBuf[INBUF_SIZE];
// Multiwii Serial Protocol 0 #define MSP_VERSION
0
#define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define poshold
MSP_IDENT MSP_STATUS MSP_RAW_IMU MSP_SERVO MSP_MOTOR MSP_RC MSP_RAW_GPS MSP_COMP_GPS MSP_ATTITUDE MSP_ALTITUDE MSP_BAT MSP_RC_TUNING MSP_PID MSP_BOX MSP_MISC MSP_MOTOR_PINS MSP_BOXNAMES MSP_PIDNAMES MSP_WP
100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118
//out //out //out //out //out //out //out //out //out //out //out //out //out //out //out //out //out //out //out
message message message message message message message message message message message message message message message message message message message
#define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define #define
MSP_SET_RAW_RC MSP_SET_RAW_GPS MSP_SET_PID MSP_SET_BOX MSP_SET_RC_TUNING MSP_ACC_CALIBRATION MSP_MAG_CALIBRATION MSP_SET_MISC MSP_RESET_CONF MSP_WP_SET MSP_EEPROM_WRITE MSP_DEBUG
200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 250 254
//in message //in message //in message //in message //in message //in message //in message //in message //in message //in message //in message //out message
multitype + multiwii version + protocol version + capability variable cycletime & errors_count & sensor present & box activation 9 DOF 8 servos 8 motors 8 rc chan fix, numsat, lat, lon, alt, speed distance home, direction home 2 angles 1 heading 1 altitude vbat, powermetersum rc rate, rc expo, rollpitch rate, yaw rate, dyn throttle PID up to 16 P I D (8 are used) up to 16 checkbox (11 are used) powermeter trig + 8 free for future use which pins are in use for motors & servos, for GUI the aux switch names the PID names get a WP, WP# is in the payload, returns (WP#, lat, lon, alt, flags) WP#0-home, WP#168 rc chan fix, numsat, lat, lon, alt, speed up to 16 P I D (8 are used) up to 16 checkbox (11 are used) rc rate, rc expo, rollpitch rate, yaw rate, dyn throttle PID no param no param powermeter trig + 8 free for future use no param sets a given WP (WP#,lat, lon, alt, flags) no param debug1,debug2,debug3,debug4
Pagina 233
static uint8_t checksum; static uint8_t indRX; static uint8_t cmdMSP; uint32_t read32() { uint32_t t = read16(); t+= (uint32_t)read16()<<16; return t; } uint16_t read16() { uint16_t t = read8(); t+= (uint16_t)read8()<<8; return t; } uint8_t read8() { return inBuf[indRX++]&0xff; } void headSerialResponse(uint8_t err, uint8_t s) { serialize8('$'); serialize8('M'); serialize8(err ? '!' : '>'); checksum = 0; // start calculating a new checksum serialize8(s); serialize8(cmdMSP); } void headSerialReply(uint8_t s) { headSerialResponse(0, s); } void inline headSerialError(uint8_t s) { headSerialResponse(1, s); } void tailSerialReply() { serialize8(checksum);UartSendData(); } void serializeNames(PGM_P s) { for (PGM_P c = s; pgm_read_byte(c); c++) { serialize8(pgm_read_byte(c)); } }
Pagina 234
void serialCom() { uint8_t c; static uint8_t offset; static uint8_t dataSize; static enum _serial_state { IDLE, HEADER_START, HEADER_M, HEADER_ARROW, HEADER_SIZE, HEADER_CMD, } c_state = IDLE; while (SerialAvailable(0)) { uint8_t bytesTXBuff = ((uint8_t)(headTX-tailTX))%TX_BUFFER_SIZE; // indicates the number of occupied bytes in TX buffer if (bytesTXBuff > TX_BUFFER_SIZE - 40 ) return; // ensure there is enough free TX buffer to go further (40 bytes margin) c = SerialRead(0); if (c_state == IDLE) { c_state = (c=='$') ? HEADER_START : IDLE; if (c_state == IDLE) evaluateOtherData(c); // evaluate all other incoming serial data } else if (c_state == HEADER_START) { c_state = (c=='M') ? HEADER_M : IDLE; } else if (c_state == HEADER_M) { c_state = (c=='<') ? HEADER_ARROW : IDLE; } else if (c_state == HEADER_ARROW) { if (c > INBUF_SIZE) { // now we are expecting the payload size c_state = IDLE; continue; } dataSize = c; offset = 0; checksum = 0; indRX = 0; checksum ^= c; c_state = HEADER_SIZE; // the command is to follow } else if (c_state == HEADER_SIZE) { cmdMSP = c; checksum ^= c; c_state = HEADER_CMD; } else if (c_state == HEADER_CMD && offset < dataSize) { checksum ^= c; inBuf[offset++] = c; } else if (c_state == HEADER_CMD && offset >= dataSize) { if (checksum == c) { // compare calculated and transferred checksum evaluateCommand(); // we got a valid packet, evaluate it } c_state = IDLE; } } }
Pagina 235
void evaluateCommand() { switch(cmdMSP) { case MSP_SET_RAW_RC: for(uint8_t i=0;i<8;i++) { rcData[i] = read16(); } headSerialReply(0); break; #if GPS case MSP_SET_RAW_GPS: f.GPS_FIX = read8(); GPS_numSat = read8(); GPS_coord[LAT] = read32(); GPS_coord[LON] = read32(); GPS_altitude = read16(); GPS_speed = read16(); GPS_update |= 2; // New data signalisation to GPS functions headSerialReply(0); break; #endif case MSP_SET_PID: for(uint8_t i=0;i
Pagina 236
case MSP_SET_MISC: #if defined(POWERMETER) conf.powerTrigger1 = read16() / PLEVELSCALE; #endif headSerialReply(0); break; case MSP_IDENT: headSerialReply(7); serialize8(VERSION); // multiwii version serialize8(MULTITYPE); // type of multicopter serialize8(MSP_VERSION); // MultiWii Serial Protocol Version serialize32(0); // "capability" break; case MSP_STATUS: headSerialReply(10); serialize16(cycleTime); serialize16(i2c_errors_count); serialize16(ACC|BARO<<1|MAG<<2|GPS<<3|SONAR<<4); serialize32(f.ACC_MODE<
Pagina 237
case MSP_RC: headSerialReply(16); for(uint8_t i=0;i<8;i++) serialize16(rcData[i]); break; #if GPS case MSP_RAW_GPS: headSerialReply(14); serialize8(f.GPS_FIX); serialize8(GPS_numSat); serialize32(GPS_coord[LAT]); serialize32(GPS_coord[LON]); serialize16(GPS_altitude); serialize16(GPS_speed); break; case MSP_COMP_GPS: headSerialReply(5); serialize16(GPS_distanceToHome); serialize16(GPS_directionToHome); serialize8(GPS_update & 1); break; #endif case MSP_ATTITUDE: headSerialReply(8); for(uint8_t i=0;i<2;i++) serialize16(angle[i]); serialize16(heading); serialize16(headFreeModeHold); break; case MSP_ALTITUDE: headSerialReply(4); serialize32(EstAlt); break; case MSP_BAT: headSerialReply(3); serialize8(vbat); serialize16(intPowerMeterSum); break; case MSP_RC_TUNING: headSerialReply(7); serialize8(conf.rcRate8); serialize8(conf.rcExpo8); serialize8(conf.rollPitchRate); serialize8(conf.yawRate); serialize8(conf.dynThrPID); serialize8(conf.thrMid8); serialize8(conf.thrExpo8); break;
Pagina 238
case MSP_PID: headSerialReply(3*PIDITEMS); for(uint8_t i=0;i
Pagina 239
#if defined(USE_MSP_WP) case MSP_WP: { uint8_t wp_no = read8(); //get the wp number headSerialReply(12); if (wp_no == 0) { serialize8(0); //wp0 serialize32(GPS_home[LAT]); serialize32(GPS_home[LON]); serialize16(0); //altitude will come here serialize8(0); //nav flag will come here } else if (wp_no == 16) { serialize8(16); //wp16 serialize32(GPS_hold[LAT]); serialize32(GPS_hold[LON]); serialize16(0); //altitude will come here serialize8(0); //nav flag will come here } } break; #endif case MSP_RESET_CONF: conf.checkNewConf++; checkFirstTime(); headSerialReply(0); break; case MSP_ACC_CALIBRATION: calibratingA=400; headSerialReply(0); break; case MSP_MAG_CALIBRATION: f.CALIBRATE_MAG = 1; headSerialReply(0); break; case MSP_EEPROM_WRITE: writeParams(0); headSerialReply(0); break; case MSP_DEBUG: headSerialReply(8); for(uint8_t i=0;i<4;i++) { serialize16(debug[i]); // 4 variables are here for general monitoring purpose } break; default: // we do not know how to handle the (valid) message, indicate error MSP $M! headSerialError(0); break; }
Pagina 240
tailSerialReply(); } // evaluate all other incoming serial data void evaluateOtherData(uint8_t sr) { switch (sr) { // Note: we may receive weird characters here which could trigger unwanted features during flight. // this could lead to a crash easily. // Please use if (!f.ARMED) where neccessary #ifdef LCD_CONF case 's': case 'S': if (!f.ARMED) configurationLoop(); break; #endif #ifdef LCD_TELEMETRY case 'A': // button A press toggle_telemetry(1); break; case 'B': // button B press toggle_telemetry(2); break; case 'C': // button C press toggle_telemetry(3); break; case 'D': // button D press toggle_telemetry(4); break; case '1': case '2': case '3': case '4': case '5': case '6': case '7': case '8': case '9': #if defined(LOG_VALUES) && defined(DEBUG) case 'R': #endif #ifdef DEBUG case 'F': #endif
Pagina 241
toggle_telemetry(sr); break; case 'a': // button A release case 'b': // button B release case 'c': // button C release case 'd': // button D release break; #endif // LCD_TELEMETRY } } // ******************************************************* // For Teensy 2.0, these function emulate the API used for ProMicro // it cant have the same name as in the arduino API because it wont compile for the promini (eaven if it will be not compiled) // ******************************************************* #if defined(TEENSY20) unsigned char T_USB_Available(){ int n = Serial.available(); if (n > 255) n = 255; return n; } #endif // ******************************************************* // Interrupt driven UART transmitter - using a ring buffer // ******************************************************* void serialize32(uint32_t a) { serialize8((a ) & 0xFF); serialize8((a>> 8) & 0xFF); serialize8((a>>16) & 0xFF); serialize8((a>>24) & 0xFF); } void serialize16(int16_t a) { serialize8((a ) & 0xFF); serialize8((a>>8) & 0xFF); } void serialize8(uint8_t a) { uint8_t t = headTX; if (++t >= TX_BUFFER_SIZE) t = 0; bufTX[t] = a; checksum ^= a; headTX = t; }
Pagina 242
#if !defined(PROMICRO) ISR_UART { uint8_t t = tailTX; if (headTX != t) { if (++t >= TX_BUFFER_SIZE) t = 0; UDR0 = bufTX[t]; // Transmit next byte in the ring tailTX = t; } if (t == headTX) UCSR0B &= ~(1<= TX_BUFFER_SIZE) tailTX = 0; uint8_t* p = bufTX+tailTX; #if !defined(TEENSY20) USB_Send(USB_CDC_TX,p,1); #else Serial.write(p,1); #endif } #else UCSR0B |= (1<> 8; uint8_t l = ((F_CPU / 4 / baud -1) / 2); switch (port) { #if !defined(PROMICRO) case 0: UCSR0A = (1<= 100) && !defined(TEENSY20) case 0: UDIEN &= ~(1<
Pagina 243
static void inline SerialEnd(uint8_t port) { switch (port) { #if !defined(PROMICRO) case 0: UCSR0B &= ~((1<= RX_BUFFER_SIZE) h = 0; if (h == serialTailRX[portnum]) return; // we did not bite our own tail? serialBufferRX[serialHeadRX[portnum]][portnum] = data; serialHeadRX[portnum] = h; } #if defined(PROMINI) && !(defined(SPEKTRUM)) ISR(USART_RX_vect) { store_uart_in_buf(UDR0, 0); } #endif #if (defined(MEGA) || ISR(USART1_RX_vect) #endif #if defined(MEGA) ISR(USART0_RX_vect) ISR(USART2_RX_vect) ISR(USART3_RX_vect) #endif
defined(PROMICRO)) && !defined(SPEKTRUM) { store_uart_in_buf(UDR1, 1); } { store_uart_in_buf(UDR0, 0); } { store_uart_in_buf(UDR2, 2); } { store_uart_in_buf(UDR3, 3); }
Pagina 244
uint8_t SerialRead(uint8_t port) { #if defined(PROMICRO) #if defined(TEENSY20) if(port == 0) return Serial.read(); #else #if (ARDUINO >= 100) USB_Flush(USB_CDC_TX); #endif if(port == 0) return USB_Recv(USB_CDC_RX); #endif port = 0; #endif uint8_t t = serialTailRX[port]; uint8_t c = serialBufferRX[t][port]; if (serialHeadRX[port] != t) { if (++t >= RX_BUFFER_SIZE) t = 0; serialTailRX[port] = t; } return c; } uint8_t SerialAvailable(uint8_t port) { #if defined(PROMICRO) #if !defined(TEENSY20) if(port == 0) return USB_Available(USB_CDC_RX); #else if(port == 0) return T_USB_Available(); #endif port = 0; #endif return (serialHeadRX[port] != serialTailRX[port]); } void SerialWrite(uint8_t port,uint8_t c){ switch (port) { case 0: serialize8(c);UartSendData(); break; #if defined(MEGA) || defined(PROMICRO) case 1: while (!(UCSR1A & (1 << UDRE1))) ; UDR1 = c; break; #endif #if defined(MEGA) case 2: while (!(UCSR2A & (1 << UDRE2))) ; UDR2 = c; break; case 3: while (!(UCSR3A & (1 << UDRE3))) ; UDR3 = c; break; #endif } }
// Serial0 TX is driven via a buffer and a background intterupt // Serial1 Serial2 and Serial3 TX are not driven via interrupts
Pagina 245
Calibrating ESC’s /******** special version of MultiWii to calibrate all attached ESCs ************/ #if defined(ESC_CALIB_CANNOT_FLY) writeAllMotors(ESC_CALIB_HIGH); delay(3000); writeAllMotors(ESC_CALIB_LOW); delay(500); while (1) { delay(5000); blinkLED(2,20, 2); } exit; // statement never reached #endif writeAllMotors(MINCOMMAND); delay(300); #if defined(SERVO) initializeServo(); #endif }
Pagina 246
Lijst van figuren fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig.
1.1: 1.2: 1.3: 1.4: 1.5: 1.6: 1.7: 1.8: 1.9: 1.10: 1.11: 1.12: 1.13:
De vier krachten op een vliegtuig Een helikopter met zijn rotoren Een helikopter die opstijgt Doel van de staartrotor Draairichting propellers op een quadrocopter Vliegmodes van een quadrocopter Een quadrocopter met een camera Quadrocopters die een voorwerp verplaatsen Quadrocopter die pakje zal verzenden Voorbeelden van quadrocopters Een quadrocopter die het best op onze quadrocopter gelijkt Het KHBO te Brugge Quadrocopter toegelaten in België
fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig.
2.1: Het afgewerkte frame 2.2: Een aluminium arm 2.3: Onbewerkte aluminium staaf 2.4a: De afgewerkte aluminium armen 2.4b: Zijkant van de afgewerkte armen 2.5: De carbon baseplates 2.6: De carbonstructuur 2.7: Zaag test 2.8: Afgewerkte baseplate (links) en deckplate (rechts) 2.9: Het maken van het kartonnen frame 2.10: Het kartonnen frame, schaal 1:1 2.11 a,b,c: Ons afgewerkt kartonnen frame 2.12: De 2 soorten stand-off’s 2.13: De nylon stand-off’s 2.14: Stand-off’s gemonteerd op het frame 2.15: De aluminium stand-off’s 2.16: Stand-off’s gemonteerd op het frame 2.17: Deckplate 2.18: Inventor: hoe alles gemonteerd wordt 2.19a: Inventor: afgewerkte quadrocopter getekend (schuin zicht) 2.19b: Inventor: afgewerkte quadrocopter getekend (zijaanzicht)
Pagina 247
fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig.
3.1: 3.2: 3.3: 3.4: 3.5: 3.6: 3.7: 3.8: 3.9: 3.10: 3.11: 3.12: 3.13: 3.14: 3.15: 3.16: 3.17: 3.18: 3.19: 3.20: 3.21: 3.22: 3.23: 3.24: 3.25: 3.26: 3.27: 3.28: 3.29: 3.30: 3.31:
Schematische voorstelling van de elektronica Onze 3S LiPo batterij Schematische voorstelling van een 3S LiPo Laadcurve van een LiPo batterij Ontlaadcurve van een LiPo batterij Ons powerboard Connectors aan het powerboard solderen Powerboard gemonteerd op het frame De ESC (snelheidsregelaar Brushless DC-motor Schematische voorstelling DC-motor Liftkracht Liftkracht met reactiekrachten Voorstelling invalshoek Voorstelling drukverschil op een vleugel Totale voorstelling werking van een vleugel Karakteristiek van de liftcoëfficiënt Voorstelling koorde of invalshoek Draairichting propellers De UBEC De zender De ontvanger Het controllerbordje Voltage level converter Gyrometer Voorstelling gyrometer Accelerometer Voorstelling accelerometer Barometer Magnetometer Atmega 328P controller
fig. 4.1: fig. 4.2: fig. 4.3:
Stick-inputs Matrix van selecties (eigen voorkeur) PID settings
fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig. fig.
Landingsgestel Landingspoot LED strips Weegschaal met het totaal gewicht Zijaanzicht quadrocopter Zijaanzicht quadrocopter (met lichten aan) Close-up van de elektronica Bovenaanzicht
5.1: 5.2: 5.3: 5.4: 5.5a: 5.5b: 5.6: 5.7:
fig. 6.1:
Logo Paola wedstrijd Pagina 248
Literatuurlijst Opdracht geschiedenis “Leonardo Da Vinci’s Inventions”, internet, leonardodanvincisinventions.com, (http://www.leonardodavincisinventions.com/inventions-for-flight/leonardoda-vinci-helicopter/). “Helicopters built between 1907 and 1935”, internet, aviastar.org, (http://www.aviastar.org/helicopters_eng/france.html). “Curtiss-Wright VZ-7”, internet, aviastar.org, (http://www.aviastar.org/helicopters_eng/curtiss_vz-7.php). “Convertawings Model A”, internet, aviastar.org, (http://www.aviastar.org/helicopters_eng/convertawings.php). “Quadcopter”, internet, Wikipedia, (http://en.wikipedia.org/wiki/Quadrocopter).
Hoofdstuk 1 ALEXANDER, “Drones en de wetgeving”, internet, Drone kopen.be, (http://www.drone-kopen.be/wetgeving/drones-en-de-wetgeving/). “Helikopter vs quadcopter”, internet, Diffen.com, (http://quadrocopterpws.files.wordpress.com/2012/12/quadcopterprofielwerkstuk-verslag.pdf). “Wet- en regelgeving voor drones”, internet, Conrad.be, (http://www.conrad.be/ce/nl/content/wet_en_regelgeving_drones/wet-enregelgeving-drones). “Circulaire Cir/GDF-01”, internet, Mobilit.belgium.be, 29 juli 2013, (http://mobilit.belgium.be/nl/binaries/gdf01_tcm466-229990.pdf). “Video zo gaat Amazon al vliegend pakjes bezorgen”, internet, HLN.be, 2 december 2013, (http://www.hln.be/hln/nl/959/Bizar/article/detail/1750634/2013/12/02/Video -zo-gaat-Amazon-al-vliegend-pakjes-bezorgen.dhtml).
Pagina 249
Hoofdstuk 2 “Aluminium”, internet, Wikipedia, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Aluminium). “Soortgelijke massa van vaste stoffen“, internet, Wikipedia, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Soortelijke_massa_van_vaste_stoffen). “Staal vs Aluminium vs Carbon”, internet, WordPress.com weblog, 27 januari 2010, (http://bodypegasus.wordpress.com/2010/01/27/staal-vsaluminium-vs-carbon/). “Carbon als framemateriaal”, internet, Bongers Bikes, (http://www.bongersbikes.nl/framebouw/carbon-als-framemateriaal). “Carbon molecule”, internet, Math and Science Activity Center, (http://www.edinformatics.com/math_science/carbon.htm). “Corrosiebestendige en slijtvaste oppervlaktelagen door oplassen en thermisch spuiten”, internet, Induteq.nl, (http://www.induteq.nl/metaalwerktuigbouw/bestanden/VM108%20Corrosiebestendige%20en%20slijtvaste %20opppervlaktelagen.pdf).
Hoofdstuk 3 “Lithium-ion-polymeer-accu”, internet, Wikipedia, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-polymeer-accu). Internet, Aerobertics.be, (http://www.aerobertics.be/products.php?searchString=3s+2400+mAH&searc h=Search). Internet, Aerobertics.be, (http://www.aerobertics.be/productDetail.php?prod=8953&cat=11&brand=25 ). PUTMAN, R., “De 10 geboden van Lipo-accu’s”, internet, Indoor Flyers Roeselare, (https://sites.google.com/site/indoorflyersroeselareifr/techniek/de10-geboden-van-de-LiPo). Internet, Media.conrad.nl, (http://media.conrad.nl/informatie/img/LiPo-Liloaccupack.jpg). “Alles over Lipo Accu’s, laden en gebruik”, internet, pkracing.nl, (http://www.pkracing.nl/akkuLiPomenu.jsp).
Pagina 250
Internet, Rcuniverse.com, (http://www.rcuniverse.com/magazine/reviews/1183/AMPD14_DischargeCurv e.jpg). Internet, Aerobertics.be, (http://www.aerobertics.be/productDetail.php?prod=9014&cat=14&brand=12 1). Internet, Modelbouwforum.nl, 5 augustus 2008, (http://www.modelbouwforum.nl/forums/model-elektronica/63080-verschiltussen-opto-en-bec-bij-esc.html). “Voordelen van een borstelloze DC Motor”, internet, Micomdoor, (http://www.micomdoor.be/Prod_MI50_nl.html). Internet, Aerobertics.be, (http://aerobertics.be/productDetail.php?prod=8802&cat=2&brand=44). Internet, Aerobertics, be, (http://aerobertics.be/productDetail.php?prod=8802&cat=2&brand=44). “Brushless Motor”, internet, Modelbouw.nl, (http://www.modelbouw.nl/wiki/brushless-motor#.UuFTI8IVGUk). “Borstelloze motoren en regelaars uitgelegd”, internet, pkracing.nl, (http://www.pkracing.nl/brushles_uitleg.jsp). “Wetenswaardigheden > Brushless motoren, Vermogen, Props”, internet, Vliegtuig Modelbouw Club Rheden, (http://www.vmcr.nl/wetens/index.htm). “File Angle of attack”, internet, Wikimedia, (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Angle_of_attack.png). “Vleugel (vliegtuig)”, internet, Wikipedia, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Vliegtuigvleugel#Invalshoek). “File Luchtstroom vliegtuigvleugel” internet, Wikimedia, (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Luchtstroom_vliegtuigvleugel.png). “Vleugel (vliegtuig)”, internet, Wikipedia, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Vliegtuigvleugel#De_aerodynamische_vorm).
Pagina 251
SCOTT, P., “Wat is een BEC ? Wat is het verschil tussen een BEC en een UBEC ?”, internet, translate. Google, 24 juli 2012, (http://translate.google.be/translate?hl=nl&sl=en&u=http://flitetest.com/artic les/What_is_a_BEC_What_is_the_difference_between_a_BEC_and_UBEC_&pr ev=/search%3Fq%3Dverschil%2Btussen%2Bbec%2Ben%2Bubec%26biw%3D 1920%26bih%3D985). “Frequenties in Nederland, België en wereldwijd”, internet, Modelbouwforum.nl, 25 mei 2011, (http://www.modelbouwforum.nl/forums/%5Bfaq%5D-rc-techniek-enelektronica/21634-frequenties-nederland-belgi%EB-en-wereldwijd.html). Internet, United Kingdom Radio Control Council, (http://www.ukrcc.org/belgium.html). “Tips en info over modelbouw”, internet, Thelittlewings.be, (http://www.thelittlewings.be/Info/infopage.htm).
Hoofdstuk 4 Internet, api.ning.com, (http://api.ning.com/files/4*5ByqO6p6fl1A5uXSbAitAUuH5VGA*gezLVGDeZoWMvIacvHiGZ0VLlpK17Wb1RQRWiU3vRjX6e sWFKwvvK1fzDjTgZXe-/Multiwii2.2stickconfigurationmode1.JPG). Internet, Imageshack.us, (http://img826.imageshack.us/img826/4347/og7v.jpg). “PID tuning theory and configuration guide for MultiWii”, internet, rcgroups.com, (http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1375728). “MultiWii Reflash”, internet, Dan’s Website, 06 december 2012, (http://logicalgenetics.com/multiwii-reflash/).
Hoofdstuk 5 “Hoe installeer ik Led verlichting en hoe werkt het ?”, internet, RJshop.nl, (http://www.rjshop.nl/magazine/hoe-installeer-ik-led-verlichting-en-hoewerkt-het). Internet, LEDSTRIPXL.nl, (https://www.ledstripxl.nl/product-informatie/5meter-RGB-LED-Strip-Compleet/LEDRGBW02/RGB-LED-Strip-60*led-5-meterWaterproof-inclusief-Adapter-en-Afstandsbediening-.html). Internet, Quadrocoptershop.nl, (http://www.quadrocoptershop.nl/quadframelandingsgestel-155mm-v2). Internet, Hobbyking.com, (http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__6206__Carbon_Fiber_Landing _Gear_120mm_1_Pair_.html). Pagina 252
Hoofdstuk 6 Internet, Stichting Koningin Paola, (http://www.sk-fr-paola.be/nl).
Opdracht Engels Internet, blog.oscarliang.net, (http://blog.oscarliang.net/build-a-quadcopterbeginners-tutorial-1/).
Bijlagen 1. VAN BASTELAERE, L., “Webwinkel Amazon test snelle bezorging bestellingen”, Het Laatste Nieuws, 03 december 2013. 2. STRAGIER, K., “Vastgoedsite wil binnen de drie maanden onbemande vliegtuigjes inzetten”, Het Laatste Nieuws, 12 februari 2014. 3. KAV, “Drone fotografeert elke woning voor vastgoedsite”, Knack, 18 februari 2014. 4. “Student krijgt dure drone cadeau”, Metro, 08 mei 2014. 5. DELEPELEIRE, Y., “Drones moeten peren redden van bacterievuur”, De Standaard, 21 maart 2014. 6. “Rare dingen toch, die drones ?”, Mobistar Newsletter, 14 april 2014. 7. „Zo werkt onze drone“, Het Nieuwsblad. Toepassing quadrocopter. De Ronde van Vlaanderen volgen vanuit de lucht. 8. PEREZ, N., “Gedachten laten quadrocopter opstijgen en rondvliegen”, Journal of Neural Engineering, 18 februari 2014. 9. KRAAI VANGER, C., “Drone ontdekt 1000 jaar oud dorpje in Nieuw Mexico”, internet, scientias.nl, 13 mei 2014, (http://www.scientias.nl/drone-ontdekt1000-jaar-oud-dorpje-nieuw-mexico/100998). 16. SCHELDEMAN, L., ([email protected]), GIP Quadrocopter, e-mail aan KRISTOF, ([email protected]),28 september 201310 oktober 2013. 20. Circulaire CIR/GDF01, Federale Overheidsdienst Mobiliteit en Vervoer, Directoraat-generaal Luchtvaart, 29 juli 2013.
Pagina 253
Nawoord Dit jaar hebben we met ons project “De quadrocopter” veel bijgeleerd. Eerst en vooral de voorbereiding. Er kwam echt veel opzoekwerk bij te pas. We hebben gekeken op forums, internetsites en we zijn ook naar het KHBO te Brugge gegaan. Van deze informatiebronnen zijn we veel wijzer geworden over hoe een drone en een quadrocopter werken en in elkaar zitten. Na het opzoekwerk zijn we begonnen met de technische tekeningen te tekenen. We wisten ondertussen al ongeveer hoe groot we de drone wilden en welke onderdelen we moesten tekenen. Op een paar boringen na zijn de technische tekeningen nu nog altijd hetzelfde als in het begin. Wanneer we de technische tekeningen gemaakt hadden besloten we om een schaalmodel te maken in karton. Het zogenaamde kartonnen frame. Dit hebben we zelf gemaakt omdat we zo visueel konden voorstellen hoe groot de quadrocopter zou worden. Nadien zijn we dan echt begonnen met de praktische realisatie. Hierbij hebben we eerst en vooral carbon leren bewerken. Dit ging verassend goed ondanks de vele voorspellingen van leerkrachten en kennissen. Die zijden ons dat carbon een zeer moeilijk bewerkbaar materiaal is. De aluminium armen en stand-off’s hebben we op school laten maken. Wanneer het frame gemonteerd was konden we over naar de volgende stap. De volgende stap was het monteren van de onderdelen. Voordat we ze konden monteren moesten we de juiste onderdelen uitkiezen. Omdat we nog geen ervaring hadden met het maken van een drone zijn we naar Aerobertics gegaan. Bert heeft ons daar goed geholpen door te helpen kiezen uit de juiste onderdelen. Natuurlijk wisten we zelf ook al op voorhand wat we precies allemaal nodig hadden. Door ons te wijzen op sommige kleine details zijn we zeer tevreden over Aerobertics. Na het aankopen hebben we de onderdelen op onze quadrocopter gemonteerd. Dat ging zeer vlot. De motoren waren iets moeilijker te bevestigen maar uiteindelijk kwam dit ook tot een goed einde na wat geduld. Hierna kwam het programmeren. Ondanks dat we het programma niet zelf geschreven hebben, maar een standaardprogramma voor multicopters hebben gebruikt, hebben we toch veel tijd nodig gehad om het programma helemaal op punt te zetten. Het open source porgram was niet perfect en kwam niet helemaal overeen met ons geheugenbordje. De hoofdzakelijke problemen zaten bij de oriëntatie van de sensoren en de verschillende manieren om de sensoren hun waarden te laten inlezen. Na enige doorzetting zijn we er dan toch nog in geslaagd om dit tot een goed einde te brengen.
Pagina 254
Wanneer het programma op het geheugenbordje stond hadden we een eerste keer kortsluiting. Dit kwam doordat we hier een montagefout gemaakt hadden. Daardoor hadden we het bordje aan twee kanten gevoed. Nadien hadden we een tweede keer kortsluiting. Dit kwam doordat er een stekkertje niet goed geïsoleerd was. We dachten dat dit kwam wegens een voorgaande testvlucht met een kleine crash tot gevolg. Hier waren er enkele propellers kapot. Als het programmeren gedaan was hadden we nog tijd voor enkele extra’s want onze quadrocopter was dan in feite af. Zo hebben we nog een mooi landingsgestel en enkele kleurrijke ledlampjes aangebracht. We hebben ons ook ingeschreven voor de koningin Paola wedstrijd Focus Aarde. Hiermee hopen we hoog te eindigen in de eindrondes. Onze quadrocopter vliegt nu veiligheidshalve aan twee touwtjes. Na onze lichte crash wouden we het niet riskeren om een zwaardere crash mee te maken. Het geheugenbordje had een kapotte sensor. Dit komt door de tweede kortsluiting. Wanneer we dan het derde bordje erop monteerde, zagen we dat alles werkte zoals het hoort. Naast dit praktische gedeelte is er natuurlijk ook een theoretisch deel. Ook hieruit hebben we veel bijgeleerd. Zo weten we nu bijvoorbeeld hoe een Lipo batterij en een DC motor werken. Ook over de liftkracht bij de propellers weten we nu veel bij. Dit project leerde ons niet alleen om een quadrocopter te maken en een GIPboek te schrijven. We hebben ook leren plannen, leren samenwerken en leren geduld hebben op onderdelen die besteld zijn. Ook problemen efficiënt leren aanpakken en oplossen behoren tot de dingen dat we hier hebben bijgeleerd. We zijn er alle twee van overtuigd dat dit een toffe en leerrijke ervaring was doorheen ons zesde jaar industriële wetenschappen. We raden dan ook iedereen aan om in de toekomst zelf zo een drone te maken. Tot slot willen we nog heel even iedereen bedanken die ons geholpen heeft met dit project en we besluiten dan ook dat we allebei zeer tevreden zijn. We hebben zeker geen spijt van onze keuze om een quadrocopter te bouwen.
Pagina 255
