letztes Update: 02.03.2009
 
 
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MikroKopter MK01, der Anfang

 

Hier möchte ich über mein aktuelles Projekt, einen MikroKopter berichten.
Zum Einstieg einige Fotos und ein Video .


 
MikroKopter01

MikroKopter02

 
   
MikroKopter04 MikroKopter05
   
MikroKopter 08 MK07
   
Mein MikroKopter und ich Video 1

oben: Der MK01 im Flug Video 01 von YouTube
Das gleiche Video als AVI Datei in besserer Qualität
MK01 im Flug als AVI-Video 01

Achtung: Langweilig
Mein MikroKopter und ich Video 2 

oben: Der MK01 im Flug Video 02 von YouTube

Das gleiche Video als AVI Datei in besserer Qualität
MK01 im Flug als AVI-Video 02
 
   

Wie alles begann:

Angefangen hat alles mit einem Film über Beobachtungsdrohnen für die Polizei im Fernsehen. Dabei war von Preisen um 10.000 EUR die Rede. Soetwas müsste man haben dachte ich, aber nicht zu solchen Preisen. Damit war das Projekt erst einmal vergessen.
Ein paar Wochen später entdeckte ich die Seite von MikroKopter.de. Eine sehr informative Internetseite die sich mit MikroKoptern oder Quadrokoptern beschäftigt. Der angeschlossene Webshop zeigte, das man einen kompletten Bausatz schon für ca. 700 EUR bekommen kann. Es geht auch günstiger wenn man etwas mehr Eigenarbeit investiert. Das heißt man kauft nicht die fertig bestückte Flight-Ctrl Platine (das Herz des MK) sondern eine unbestückte Platine und kauft die erforderlichen Bauteile z.B. bei Reichelt.
Aber bei mir sollte es schnell gehen, eine Woche noch, dann hatte ich drei Wochen Urlaub - keine Zeit zum selber bestücken. Der Komplettbausatz kam 3 Tage später zu mir nach Hause. Noch einmal 3 Tage später war alles zusammengebaut und der erste Testflug konnte vor der Haustür starten. Naja, es war mehr ein Hüpfen als ein Fliegen.
Die MK-Parameter stimmten nicht, die Trimmung der Fernsteuerung war nicht optimal und ich war mit allem recht überfordert.

Diese Seiten sind keine Nachbauanleitung für einen MikroKopter, dazu gibt es das MikroKopterwiki.
Ich zeige hier nur was geht und was nicht geht.
Die beigefügten Bilder zeigen vielleicht mehr als ein langweiliger Erklärungstext. Häufig sind es die feinen Details mit denen sich die verschiedenen Projekte unterscheiden.

Zwischen den gebauten Quadrokoptern vom MK01 bis MK05 oder vom QK06 bis zum QK08 kann man schon einen Entwicklungssprung erkennen.

Der Mk01 sollte nur einfach fliegen, später stiegen dann die Ansprüche an die Verarbeitug und an die Technik.

Fast alle Quadrokopter von mir sehen ähnlich aus - warum: Das Aluframe ist extrem haltbar, zweckmäßig und kostet fast nichts. Bisher habe ich kein Kohlefaserframe gesehen, dass die selben guten Eigenschaften wie das einfache Aluframe hat


   
Kurzübersicht MK01
Rahmen :
Platinen :
Motoren :
Props :
Sensoren :

MK40 also 40cm Abstand zwischen den Motoren
Flight-Ctrl V1.2, BL-Ctrl V1.2
Roxxy 2824-34
EPP1045
MM3 Kompass, LEA-5H GPS, BTM-222 BT-Modul

   
Der Rahmen ist schnell zusammengebaut.
Der MK-Bausatz sieht recht unscheinbar aus. Alle Teile die man braucht sind aber dabei. Es fehlt nur der Fernsteuersender, der Akku, ein Quarz und das Gehäuse für die Elektronik.

Die 25er CD-Spindel reichte nur kurze Zeit, dann mußte eine 50er CD-Spindel her.
   
Das sind die 4 Motore. Ich hatte mich für die kräftigen Robbe ROXXY BL-Outrunner 2824-34 entschieden.

Diese Motoren haben kein nach außen dringendes Magnetfeld. Ein solches würde den Kompass erheblich stören. Vorsicht bei Motoren auf China, sie haben vielfach ein gewaltiges Magnetfeld, da kann man sich den Kompass sparen.
   
Das ist schon der komplette Rahmen. In der Mitte die beiden CenterPlates.

Das CenterPlate ist aus gefrästen GFK(FR4) hergestellt.
Mit zwei dieser CenterPlates und z.B. 4 Alu-Vierkantprofilen kann man sehr schnell und einfach einen MikroKopter-Rahmen mit ausreichender Stabilität aufbauen.
   
Hier sind die Motore montiert und in der Mitte sieht man die Bodenplatte einer CD-Spindel. Darauf ist die Flight-Ctrl mit dem Mega644p montiert.

Die erste Variante der Elektronik passte noch in eine 25er CD-Spindel.

Wegen der Kompassplatine, dem Bluetoothmodul und dem GPS-Empfänger mußte ich dann doch die 50er Spindel verwenden.
   
Noch einmal die Flight-Ctrl etwas näher.
   
Die 4 Brushless-Regler sind auch schon befestigt.
   
Der Rest geht dann recht schnell. Die Verbindungen zwischen Brushless-Reglern und Motoren wird mit 1,5mm Silikonleitung hergestellt.
Empfänger rein, Propeller drauf und fertig.

Raus aufs "Flugfeld"
   
Graupner mx16s Meine Graupner mx16s
   
Robbe ROXXY BL-Outrunner 2824-34 Jetzt kommen einige Detailaufnahmen

Der bürstenlose Robbe ROXXY BL-Outrunner 2824-34
   
ACT DSL-4top (35 MHz)

ACT DSL-4top (35 MHz) Empfänger

Hochwertiger Einzelempfänger mit höchster Reichweite und Trennschärfe
Das ist Sonderversion mit Multisignal(Summensignal) Ausgang

Der DSL-4top ist ein auf kleinstem Raum konstruierter Hightech-4-Kanal Micro-Empfänger.
Diese Sonderversion gibt das Multisignal an Ausgang 1 aus.
Die weiteren Stecker sind mit Kanal 2,3 & 4 belegt.

   
Sercon Die SerCon (RS232-TTL & SI-PROG)
Dieser Konverter kann als serieller ISP-Adapter
(SI-PROG) und als RS232 <--> TTL - Wandler genutzt werden.
Er verfügt neben den 10pol RS232/TTL-Stecker auch über 2 ISP-Stecker (Mini-ISP & STK 500).
Der SI-PROG-Adapter wird z.B. von PonyProg oder avrdude unterstützt.
   
Brushless-Regler
   
Brushless-Regler
   
Flight-Ctrl V1.2
   
Flight-Ctrl V1.2
   
oben die vorbestückten Platinen in der aktuellen Revision oben die unbestückten Platinen
   
Nach der ersten Flugstunde sollte ein Kompass, ein GPS-Modul und eine Bluetoothverbindung integriert werden.

Links auf dem Plastikwinkel ist die BTM-222 Platine, unter dem Winkel die Platine für den MM3 oder Micromag3 3-Achsen Kompass.
Oben ist das GPS-Modul von ublox montiert.
   


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Das Tuning

Nachdem ich einige Akkus leergeflogen hatte, bekam ich auch ein besseres Gefühl für die Steuerung des MikroKopters.
An einem Sonntag im Juli ging ich zum nahegelegenen Modellflughafen in Essen. Dieser besteht aus einer riesigen Wiese auf einem sehr hoch gelegenen Teil Essens. Mir fiel sofort auf, dass es extrem windig war. Bisher bin ich immer Zuhause zwischen den Häusern geflogen.
Nach dem Start merkte ich sofort: da klappt nichts mehr. Ich konnte keine Höhe halten, der MK machte was er wollte. Nach einigen Minuten landete er in einem größerem Busch. Ich brauchte 5 Minuten für die Bergung.
Zusammengefasst: Was bei Windstille ein Kinderspiel ist, klappt bei heftigem Wind überhaupt nicht.

Nun entschloss ich mich den MK mit einem Kompassmodul und GPS auszurüsten.

Für den Kompass kamen drei Lösungen in Frage:
Es gab den einfachen CMPS03 ohne Neigungskompensation.
Den MK3MAG, eine mit drei NXP Hallsensoren für die Magnetfeldmessung bestückte Platine.
Den dreiachsigen Kompass MM3, welcher durch eine spezielle Software von der Flight-Ctrl ausgewertet werden kann und den Vorteil bietet, dass eine Neigung des MKs z.B. gegen den Wind, einen kaum verfälschten Kompasswert bewirkt. Ausserdem blockiert der MM3 keine der beiden wertvollen seriellen Schnittstellen des Mega644p.

Also Kompass: MM3

Als GPS-Modul hatte sich der GPS-Empfänger: USB GPS lea-4h von Conrad mit der Bestellnummer 989777 bewährt. Ein GPS-Modul von ublox mit einem LEA-4H Modul. Dieses Modul stellt die GPS-Daten auf einer seriellen und auf einer USB-Schnittstelle zur Verfügung. Die Daten werden einem UART (ser. Schnittstelle) des Mega644p zugeführt.

Jetzt fehlt noch die drahtlose Verbindung vom Mikrokopter zum Koptertool auf dem PC. Aber dafür gab es ja schon meine BTM-222 Platine.

 
Kompass GPS BT Grundlage des "Tunings" ist die Kompass-Basisplatine.

Die Verbindung zur Flight-Ctrl erfolgt mit einem 10 pol. 1:1 Flachbandkabel und einem 6 pol. 1:1 Flachbandkabel.

Auf der 3 pol. Stiftleiste wird das GPS-Modul aufgesteckt, auf die 4 pol. Stiftleiste kommt das BT-Modul.
Die 5V für das GPS-Modul nehme ich vom R-78B5.0-1.5 Schaltregler, er ist sowieso nicht ausgelastet. Diese 5V versorgen auch den 3,3V Spannungsregler auf die BT-Platine und den 3,3V Regler für den MM3.
Diese 5V kommen über beide Flachbandkabel zur Kompass-Basisplatine.

Als Software benutze ich die Version "V0.69k Code Redesign killagreg".
Sie ist im SVN Von MikroKopter.de zu finden

Der Kompass muß noch kalibriert werden!!
   

Noch ein paar Hinweise zur Kompasskalibrierung:

Die genaue und sorgfältige Kalibrierung des Kompassmoduls ist extrem wichtig. Bitte nicht denken: Ich habe doch GPS, wofür brauche ich einen Kompass. Tatsache ist: ohne Kompass keine vernünftige GPS-Funktion. Sollte es Probleme im GPS-Bereich geben, liegt es häufig am Kompass. Eine Kalibrierung sollte immer ausserhalb des Hauses erfolgen. Alle Metallteile sowie Schrauben sollten möglichst weit vom MM3 entfernt sein. Der "Lautsprecher" des MK muss zwingend an ein Ende eines Auslegers verlegt werden.
Die Abweichung zur Nordrichtung muß beidseitig merklich unter 10 Grad liegen.

Eine kurze Erklärung zur 2-Achsenkalibrierung:

Rotiert man den MK horizontal, so erfasst die Software die Extremwerte der horizontalen Sensoren X und Y in dieser Orientierung. Rotiert man im zweiten Schritt dem MK um die Rollachse senkrecht zur Erdoberfläche, so erfasst die Software die Extremwerte wie zuvor auf XY nun auf dem Z-Sensor. Danach sind also die Offests und Ranges aller 3 Magbetsensoren vermessen.
Der Unterschied zum (früheren) Würfeln liegt nun darin, das nicht die absoluten Extremwerte ermittelt werden, sondern nur die bzgl. der Horizontalkompnente des Erdmagnetfelds.

Vor der Kalibrierung haben alle drei Ranges im Koptertool eine -1. (Das bleibt auch so wenn die Kommunikation mit dem Kompass gestört ist)
Nach der Kalibierung sollten die Ranges Werte zwischen 250 und 400 haben, die Offsets sollten zwischen 0 und 50 liegen.

Und so geht es (bezogen auf die Software von killagreg):

Gas links/oben
Nick unten

Mikrokopter in der Waage Nick unten
waagerecht um die Achse drehen Nick unten
am Motor1 halten und hängen Nick unten
um Motor 1 drehen Nick unten

Fertig

Die Offsets und Ranges werden im EPROM gespeichert.

Tonfolge
lang kurz kurz kurz

kurz kurz
kurz kurz kurz
kurz kurz kurz kurz
lang pause 10sec kurz


   
Kompass Basisplatine Die Kompass-Basisplatine mit aufgestecktem MM3.

Der Taster rechts vorne löst einen Reset der FC aus.
Das rote Kabel (links) wird nicht mehr benötigt, das war die ursprüngliche 12V (Akku) Stromversorgung.
   
Kompasplatine unten Hier die Kompass-Basisplatine von unten.
Oben ist der 3,3V SMD Längstregler zu sehen.
   
MK_GPS-Kompass-BT_V.003a Der Schaltplan der Kompass-Basisplatine
   
LEA-4H Modul Das ublox GPS-Modul mit dem LEA-4H Modul geöffnet. Das originale Kabel verbindet das Modul mit dem USB-Anschluß eines PCs.
Die PC Verbindung wird einmal benötigt um die Protokolle, Baudrate und die Abtastfrequenz einzustellen.
   
LEA-4H GPS-Modul Das GPS-Modul mit einer Pfostenleiste versehen.

Ausgeführt sind:
+5V
GND
TXD
USB
USB

Der MK braucht nur +5V, GND und TXD (das GPS-Signal mit 57600 Baud)
 
BTM-222 Das BTM-222 Modul

Es handelt sich um ein Class1 Modul mit einer Leistung von +18dBm !!

Dieses Modul ist eine mehr als sinnvolle Erweiterung des MKs.
Endlich keine Verbindungskabel mehr zwischen MK und Koptertool.

Ist der MK in der Nähe des Hauses, steht auch die Verbindung automatisch. Koptertool starten, parametrieren, Konfiguration laden, Firmware flashen - einfach genial.

Oder mal aus Spaß ohne Fernsteuerung, nur mit dem Handy mit DUBWISE fliegen.

Der Einsatz dieses Moduls hat bei mir den größten "WAU-Effekt" ausgelöst.

Die Anschlüsse TxD und RxD werden über das Flachbandkabel der Kompass-Basisplatine mit dem 1. UART (ser. Schnittstelle) der FC verbunden.

Eine detaillierte Beschreibung der BTM-222 Platine und das Datenblatt des Rayson-Moduls finden Sie hier (klick mich)
   
BTM-222 Basisplatine Update Nov 2008:

Das BTM-222 Modul gibt es nun auch auf der professionell gefertigten doppelseitigen Platine mit Lötstoplack.
   

In meinem Mikroopter habe ich ein als Slave konfiguriertes Modul eingesetzt. Bin ich in meiner Werkstatt verbindet sich der MK sofort mit dem Mastermodul, welches am MikroKoptertool am PC hängt. Auf dem Flugfeld benutze ich mein Nokia 6230i mit dem Programm DUBWISE um den MK zu parametrieren oder zu steuern.

Sehr vorteilhaft ist die Bluetoothverbindung wenn man im GPS Bereich etwas ausprobieren möchte. Man stellt den MK einfach nach draußen und kann sich in der Werkstatt mit dem Koptertool aufschalten und sich die entsprechenden Werte ansehen sowie Konfigurationen laden und Parameter verändern.
Natürlich geht auch ein Fimwareupdate des MKs perfekt und schnell über BT.

Alle nötigen Voreinstellungen werden über ein Terminalprogramm mit dem Hayes Befehlssatz (AT Befehle) einmalig gemacht. Die Einstellungen bleiben permanent, auch ohne Versorgungsspannung.
Danach ist echtes Plug and Play angesagt. Einschalten und alles geht.

Alle Befehle sind im Datenblatt ausführlich dokumentiert, die meisten braucht man nicht.

Die AT-Befehle um eine Verbindung vom MK zum Rechner herzustellen sind:

Für das MikroKopter-Modul:
ATE0 Echo Aus
ATR1 Device ist Slave
ATL4 57600 Baud
ATQ1 Rückmeldungen ausschalten (Die FlightCtrl könnte durch einen falsch interpretierten Befehl während des Fluges einen Reset auslösen.)

Für das PC-Modul:
ATE0 Echo Aus
ATR0 Device ist Master
ATL4 57600 Baud

Das MikroKoptertool connected automatisch wenn das MK-Modul eingeschaltet und in Reichweite ist.

Diese Einstellung wird, wie oben erwähnt, nur einmal vorgenommen und bleibt dann permanent, der MK ist "Always-On".

Die Verbindungen von SV1 der FlightCtrl oder des Debugports der Navi-Ctrl zum BT-Modul:

Pin 1 von SV1 nach BT TxD
Pin 9 von SV1 nach BT RxD
Pin 2 von SV1 nach BT +5V
Pin 7 von SV1 nach BT GND

Man kann das Modul direkt auf die FlightCtrl oder die Navi-Ctrl aufstecken oder einen WSL 10SK Wannenstecker, 10-polig in Schneidklemmtechnik verwenden.

Das BTM-222 funktioniert mit der FlightCtrl alleine oder in Kombinatition mit dem MM3 oder der Navi-Ctrl und dem MK3Mag.
Es läßt sich auch pinkompatible an den Debugport der Navi-Ctrl anschließen. Dort stehen über das Koptertool recht interessante Informationen zur Verfügung.


Für jemanden der sich das Herstellen und Bestücken der Platine nicht zutraut kann ich einige bestückte und geprüfte Platinen zur Verfügung stellen. Wer keine Möglichkeit hat Platinen herzustellen kann einen Bausatz mit allen benötigten Komponenten bekommen - EMail an mich.

   
BTM-222 Schaltung Der Schaltplan des BTM-222 Moduls
   
Koptertool Wer es nicht kennt, ein Screenshot des Koptertools

Erforderlich für die Parametrierung, das Debuggen und Flashen
   
Kompass-Basisboard Hier sieht man, wie die Kompass-Basisplatine mit dem BTM-222 Modul verbunden ist.
   
BTM-222 auf Winkel Der Montagewinkel für das BTM-222 Modul und die GPS-Platine besteht aus 1mm Kunstoff, gebogen mit einem Heißluftfön.

Innen die BT-Platine, oben (nicht sichbar) die GPS-Platine
   
BTM-222 auf Winkel Hier das BTM-222 Modul auf dem Montagewinkel und mit der Kompass-Basisplatine verbunden.
   
Basisplatine eingebaut Die Kompass Basisplatine auf dem MK montiert.
   
   
   
   
DC-DC-Wandler Der DC-DC WANDLER R-78B5.0-1.5 von RECOM

Der Ruhestrom des MK lag ursprünglich bei 220 mA. Dabei wurde der 7805 auf der Flight-Ctrl V1.2 schon recht heiß. Ich habe den 7805 durch den Schaltregler R-78B5.0-1.5 ersetzt.
Er ist Pinkompatibel mit 78xx-Serien-Längsreglern. Es ist auch kein Kühlkörper mehr notwendig. Er dient auch zur Versorgung des GPS-Moduls und der Kompass-Basisplatine. Er kostet 14,10 EUR (Conrad Bestellnr. 154987)

Die Daten:
Eingangsspannung: 6.5 - 18 V/DC
Ausgangsspannung: 5 V/DC
Ausgangsstrom: 1.5 A
Effizienz: Max. 94 %

Jetzt liegt der Ruhestrom nur noch bei 135 mA!!. Das hast sich gelohnt.

Zur Info: Ich habe keine EMV Störungen
   


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Das Tuning geht weiter
   
LEA-5H Gerade sind die ublox Module LEA-5H angekommen
   
LEAE-5H Das LEA-5H mit der passiven Patchantenne.

Platine layouten, belichten, ätzen - bohren brauchte ich nur die Befestigungslöcher.
   
LEA-5H Platine Eine Stunde später ist die erste Platine fertig zum Test.

U-Center zeigt im Keller sofort 3 Sats an.

Da meine LEA-5H Module den Aufdruck "Engineering Sample" hatten, wurden sie mit der Firmware von u-blox.de schnell auf neusten Stand gebracht. (Auf die ROM-Version 03, 04 achten)

Das 4Hz Configfile vom alten LEA-4H führte dazu, dass keine Sats mehr empfangen werden konnten. Also Defaulteinstellung laden und die Parameter einzeln einstellen.

Das GPS-Modul muß so eingestellt werden, das UBX Messages NAV-POSLLH, NAV-SOL, NAV-VELNED mit 57600 baud zum Target 1 (RS232) gesendet werden.

Wichtig: Es empfiehlt sich alle anderen Sendungen inkl. NMEA abzuschalten, da diese sonst durch den UBX-Parser auf der FC laufen und sinnlose Rechenzeit beanspruchen.

Der Abstand der Messages sollte auf 4Hz also 250 ms eingestellt werden, damit der MK möglichst oft die neue Position bekommt. 10Hz sollen möglich sein, ich habe es aber nicht ausprobiert.
   
LEAH-5H im MK Ein paar Minuten später im MikroKopter montiert.

Raus aufs Flugfeld
   
Sehr beeindruckend das "LEA-5H u-blox 5 programmable GALILEO-ready SuperSense GPS Module"

Es hat einen rasend schnellen Satfix und ist sehr empfindlich, trotz der passiven Antenne. Zwischen den Häusern und unter den Bäumen hatte ich sofort 6 Sats im Zugriff.
Selbst im Wohnzimmer sind noch 4 Satelliten zu empfangen.

Das eröffnet die neue Dimension "GPS fliegen im Wohnzimmer"

Die Empfindlichkeit läßt sich mit einer aktiven Antenne, die nur paar EUR kostet, noch sehr deutlich erhöhen.

Danke an Sven, Andreas und Martin für Eure Hilfe!


SATFIX mit 6 Satelliten ca. 2 bis 3 Sekunden nach dem Einschalten des MikroKopters


Nach 10 geflogenen Akkuladungen bin ich immer noch vom LEA-5H begeistert, keine Wartezeiten mehr, Einschalten und abheben. Das ist eine eklatante Verbesserung der TTFF . Time to First Fix - der Aufstartzeit, wie es bei u-blox benannt wird, verglichen mit dem älteren LEA-4H Modul oder einem anderen SIRFIII Empfänger.

Hinweis:

Im der Defaultkonfiguration ist das Dynamic Platform Model auf Automotive mode eingestellt. Es benutzt eine große Bewegungshysterese um den Einfluß von Jitter zu minimieren. Das bedeutet aber, dass die GPS-Position nur bei einer größeren Positionsänderung zum MK übertragen wird. Bewegt sich der MK nur 1 oder 2 m, wird diese Änderung ignoriert.

Eine bessere Reaktion beim abdriften des MKs durch Windeinfluß bewirkt das Dynamic Platform Model "Pedestrian" und die Einstellung von Static Hold Threshold auf 0.00.

Erklärungsversuch:

Dynamik Platform Model auf Pedestrian bedeutet sinngemäß: optimiert für Fortbewegung zu Fuß. (kleine Positionsänderungen, langsame Höhenänderungen)

Static Hold Threshold auf 0.00 heißt, dass auch bei kleinsten Geschwindigkeiten Daten aktualisiert ausgegeben werden (bei SiRF-Empfängern ist das mit SN - Static Navigation vergleichbar)

Mit diesen Einstellungen reagiert der MikroKopter wesentlich schneller und natürlich genauer auf Positionsveränderungen wie abdriften durch Wind.

Ich fliege momentan mit dem Dynamik Platform Model "Airborne with >1g Acceleration" und einer Frequenz von 5Hz.
Die Unterschiede sind schon recht gering, aber mit dieser Einstellung hält der MK auch bei Wind am besten die Position.


Ach so: Nicht vergessen werden soll, der u-blox 5 Chip ist GALILEO-fähig. D.h., sollte GALILEO einmal wirklich senden, kann mit einem einfachen SW-Update auf GALILEO-Betrieb aufgerüstet werden.


________________________________________

In der Pressemappe der u-blox AG habe ich folgenden Text gefunden:

u-blox 5 bietet dank seiner 50-Kanal GPS-Architektur mit mehr als
1 Million Korrelatoren und separaten Engines für Akquisition und
Tracking der Satelliten eine ultraschnelle Aufstartzeit, wodurch
umfangreiches parallel suchen ermöglicht werden. In Kombination mit
dem AssistNow A-GPS-Dienst von u-blox erfasst die u-blox 5 Chip- und
Modulgeneration Satelliten in weniger als 1 Sekunde.


GPS_LEA-5H_Aktive_Platine Die Platine für das LEA-5H mit aktiver Antenne
   
GPS_LEA-5H_Aktive_Platine Hier das GPS-Modul mit dem LEA-5H für den Anschluß einer aktiven Antenne
   
GPS_LEA-5H_Aktive_Platine mit Antenne Die "TomTom" Aktivantenne mit dem GPS-Modul verbunden.
Die 3,3V Spannung für den Antennenverstärker kommt vom LEA-5H
   
GPS_LEA-5H_Platine_best_V1.6.jpg Die Platine läßt sich auch mit der passiven Pachantenne benutzen
   
LEA-5H Schaltung Die Schaltung der LEA-5H Platine
   
LEA-5H Board Das Board
   
   
   
Der folgende sehr informative Text zur Inbetriebnahme von Kompass und GPS stammt von Gregor (killagreg), der die originale Firmware der FlightCtrl erweitert hat. Er ist die Grundlage des "Tuningprojekts".
   

- Hardware Configuration:

- Die PWM des MK3MAG/CMPS03 wird wie bisher standard über den Port PC4 (Pin5 an SV1 der FC) eingelesen.

- Der MM3 wird wie folgt verbunden:

FC 1.0/1.1/1.2 Level Shifter MM3
SCK (Pin1 SV5) ---> SCK (Pin1)
MISO (Pin3 SV5) <--- MISO (Pin2)
MOSI (Pin5 SV5) ---> MOSI (Pin3)
GND (Pin6 SV5) ---> GND (Pin7 / Pin14)
_______________________________________
PC4 (Pin5 SV1) ---> SS (Pin4)
PC5 (Pin6 SV1) ---> RESET (Pin6)

Zusätzlich benötigt der MM3 noch eine 3V oder 3V3 Versorgung an VDD (Pin12)
und GND an Pin7 und Pin 14.

- Für das UBLOX-Modul muss noch GPS-GND mit FC-GND (Pin7 SV1) verbunden werden,
Für die FC 1.1/1.2 mit Atmega644p-Bestückung benötigt man FC-RXD1 (Pin3 SV1).
Zusätzlich benötigt das UBLOX-Modul noch eine 5V-Versorgung die ggf. von
der FC (an Pin2 SV1) abgegriffen werden kann.
Wenn die FC gültige Messages vom GPS empfängt, blinkt die rote LED mit 4 Hz.

- Das GPS-Modul wird wie folgt verbunden:
FC 1.2 GPS-Modul
FC-GND (Pin7 SV1) --- GPS-GND
FC -+5V (Pin2 SV1) --- GPS-+5V oder 7805 von der GPS-MM3 Platine
FC-RXD1 (Pin3 SV1) --- GPS-TXD 2.UART

Bluetooth geht nach FC_RXD und FC_TXD

FC 1.2 BT-Modul
FC_RXD Pin 1 SV1) BT-TXD 1.UART

Zu den Eigenschaften des MK3MAG:

Die FC sendet an den MK3MAG über die 1. UART ihre Lagedaten. Dieser wertet die aus und antwortet dann ebenfalls über die UART mit der Nordrichtung. Dadurch ist dann die 1. UART blockiert.

Es gäbe aber einen Trick. Da die FC den Kompasswert parallel zu obiger Kommunikation noch über eine PWM an PC4 bestimmt, macht es nichts, wenn die RXD-Leitung der FC nicht am MK3MAG angeschlossen ist.
Dadurch hätte man diese frei um die Daten vom GPS-TXD auf der FC zu empfangen und zu verarbeiten. Auch mit nur einer UART.

- Konfiguration des MK
Es sollte ein Haken bei GPS und Kompass gesetzt sein. Wenn nur GPS Aktiviert ist, wird intern immer auch der Kompass aktiviert, da er für den GPS-Regler unbedingt notwendig ist.

- Unter Sonstiges: Kompass-Wirkung etwa auf 50 bis 70.

- User Parameters:
Parameter 2 --> I-Factor for GPS PD controller (start with small values below 10)
Parameter 3 --> Calibration factor for transforming Gyro Integrals to angular degrees (~170)
Parameter 4 --> Angle between the MM3 Board (Arrow) and the MK head (typical ~180)
Parameter 5 --> P-Factor for GPS PD controller (~70)
Parameter 6 --> D-Factor for GPS PD controller (~140)
Parameter 7 --> LED1Time for J16
Parameter 8 --> LED2Time for J17

- LED-Steuerung an J16/J17
Das Verhalten der über einen Transistor gegen Masse geschalteten Ausgänge J16/J17 wird mit Hilfe der Userparameter 7 und 8 angepasst.
Es gilt:
UP7/8 < 20: Ausgang liegt dauerhaft auf Masse.
UP7/8 > 220: Ausgang ist dauerhaft hochohmig.
Sonst wird geblinkt, wobei sich die Frequenz mit dem Userparameter zwischen 2 bis 25 Hz einstellen lässt.

- Zusätzliche akustische Signale:

Signale die eine Fehlfunktion anzeigen:

Dauerton: Eine GPS-Funktion ist aktiviert und es werden keine oder
unvollständige GPS-Daten via UART empfangen.
Hier ist zu berücksichtigen, dass die folgenden UBX Messages am UBLOX
aktiviert wurden: NAV-POSLLH, NAV-SOL, NAV-VELNED.
Fehlt eine dieser Messages wird breits der Dauerton gesetzt.

5Hz Piepen: Ist eine der GPS Funktion aktiviert, zeigt dass den Empfang valider UBX- Daten, wenn noch kein 3D-Satfix vorliegt. Die Pausen zwischen den 4Hz Pieps werdenimmer länger je mehr Satelitten das GPS empfängt.
Liegt ein 3D Fix vor, so verstummt der Pieper dann endgültig egal wie viele Satelitten beteiligt sind (es müssen dafür aber mindesten 4 sein).

Ist die Comming Home Funktion aktiv (Poti3>160) und konnte keine Home- Position beim Einschalten der Motoren eingelernt werden, so ertönt ebenfalls ein 4Hz-Piepen.

10Hz Piepen: Die Kommunikation zum Kompassmodul ist gestört. (Funktioniert bei beiden Kompassmodulen) Der CompassValue in den Debugs vom Koptertool zeigt dann -1 an.

Signale die eine Aktion bestätigen.

1s Piepen: Ertönt dieses Signal nach dem Einschalten der Motoren wird die erfolgreiche
Übernahme der Home-Position bestätigt.

- Inbetriebnahme:

Nach dem Flashen des Codes sollte man die Kalibrierung für den MK3MAG/MM3 wiederholen, da diese Daten an einer anderen Position im EEProm der FC abgelegt und wieder gelesen werden.

Das Vorgehen erfolgt beim MM3 und MK3MAG exakt gleich wie hier beschrieben.
http://www.mikrokopter.de/ucwiki/MK3Mag?highlight=%28mk3mag%29

Zur Bestimmung des User Parameters 3 (Umrechnungsfaktor zwischen dem Gyrointegral und dem zugehörigen Neigungswinkel) hat sich folgendes Vorgehen bewehrt.

- Man bestimmt den Wert des Roll- und Nick-Integrals für einen Neigungswinkel von 45°
über die Ausgaben des Koptertools.
- Aus diesem Wert kann man den benötigten UserParam3 berechnen.

UserParam3 = (Nick-Integral(45°)+Roll-Integral(45°))/2*GyroACCFaktor/45°/8. (typisch 170)

- Nachdem dieser Wert über die Settings des Koptertools im MK abgepeichert ist, sollte sich der CompassValue bei Verkippungen nur unwesentlich verändern.

- Preflight GPS Test:
Ist der Kopter eingeschaltet, so kann man den GPS-Empfang überprüfen, in dem man Poti3 > 70 setzt.
Erhält man ein Dauerpiepen besteht keine Kommunikation zum GPS oder eine der benötigten UBX-Messseages fehlt.
Blinkt die rote LED der FC, so werden grundsätzlich valide Daten vom GPS empfangen. Abhilfe schafft dann die Einstellung des GPS-Moduls via USB und u-Center sodass die UBX Messages NAV-POSLLH, NAV-SOL, NAV-VELNED mit 57600 baud auf zum Target 1 (RS232) gesendet werden. Es empfiehlt sich alle anderen Sendungen inkl. NMEA abzuschalten, da diese sonst durch den UBX-Parser auf der FC laufen und sinnlose Rechenzeit beanspruchen.
Am einfachsten geht das mit dem Konfigurationsfile "Conrad LEA-4H Config.txt". Dazu verbindet man das UBLOX-Modul via USB mit dem PC und started das u-Center. Dan wählt man im Menü:
"Tools->GPS Configuration" dieses File aus und klickt auf den Button "File >> GPS".
Hat man diese Hürde genommen (Dauerpiepsen ist Weg), wird wahrscheinlich ein 5Hz piepen zu hören sein.Dieses zeigt den korrekten Empfang aller UBX-Messages an. Je mehr Satelitten empfangen werden, desto länger werden die Pausen zwischen den Pieps, bis sie schleißlich ganz verschwinden, was einen 3D-Satfix signalisiert.
Die GPS-Funktionen können ggf. nun wieder abgeschaltet werden (Poti3<70).

- Setzen der Home Position:
Startet man die Motoren, so ertönt in diesem Moment eine 1s-langer Piep, der die erfolgreiche Übernahme der Home-Position bestätigt. Dies passiert immer, auch wenn keine GPS-Funktion aktiviert wurde (Poti3<70).
Es kann jedoch sein, dass das Signal nicht ertönt. In diesem Fall konnte keine Home Position
abgespeichert werden, da zu diesem Zeitpunkt kein 3D-Fix vorlag. Aktiviert man dann später während des Fluges Comming Home (Poti3>160) wird dieser Zustand mit einem 5Hz Piepen angezeigt. Der Kopter versucht dann wenigstens ein Position Hold. Schaltet man die Motoren ab, so wird auch die ggf. gespeicherte Home-Position gelöscht.


- Dynamishes Position Hold:
Ist 70 < Poti3 < 160 so ist die dynamische Position Hold Funktion aktiv. Solange sich der Nick- & Roll-Stick in Zentralposiotion befinden (genauer Auschlag < 20 Counts) wird die laterale (XY)-Position durch das GPS- Signal geregelt. Dabei wird versucht die Abweichung der aktuellen GPS-Position von der zum Zeitpunkt der letzen Nick/Roll-Stickbewegung gespeicherten Position zu minimieren. (Siehe dazu auch D- & P-Parameter des GPS-Reglers). Dadurch kann man den MK zu einer bestimmten Position steuern und behält diese bei.

Es kann vorkommen, das bei extremer Timmerstellung an Nick und Roll der Funke der
zugehörige Stickwert bereits eine Auslenkung > 20 zeigt. In diesem Fall wird das Position Hold
leider nicht aktiviert. Durch die automatische Abschaltung des GPS-Reglers für den Fall einer manuellen Bedienung kann man jederzeit in das Flugverhalten eingreifen.

- Comming Home:
Ist Poti3 > 160 so ist die Comming Home Funktion aktiv. Das verhalten ist analog dem Position Hold, jedoch ist das Regelziel nicht die zuletzt gespeichwerte GPS-Position sondern die zum Zeitpunkt des Einschaltens der Motoren gespeicherte Home Position. Eine manualle Bedienung von Nick- und Roll-Stick unterbricht auch hier sofort den GPS-Regler und die Steuerung erfolgt manuell.


   

Der nächste MikroKopter:

MK02