letztes Update: 07.04.2009
 
Linei
   

MikroKopter MK02

   

Es stimmt, MikroKopter machen süchtig. Nachdem mein erster MK so schnell fertig geworden ist, habe ich schon angefangen MK02 zu bauen. MK01 ist zwar technisch auf der Höhe der Zeit, aber die Verkabelung sieht nicht so toll aus. Ich habe mich entschlossen den zweiten MK mit den gleichen Komponenten aufzubauen. Der dritte soll dann eine optische Augenweide werden, ein MK mit CFK Rahmen und versteckt verlegten Kabeln.

   
Kurzübersicht MK02
Rahmen :
Platinen :
Motoren :
Props :
Sensoren :

MK38 also 38cm Abstand zwischen den Motoren
Flight-Ctrl V1.3, Navi-Ctrl V1.1, BL-Ctrl V1.2
Roxxy 2824-34
gekürzte EPP1045
MKGPS, MK3Mag, BTM-222 Bluetooth-Modul

   
MK02 Rahmen Der Anfang:

Das 10x10mm Aluprofil aus dem Baumarkt ist schon auf Länge geschnitten.
   
MK02 Rahmen2 Das Aluprofil mit den erforderlichen Bohrungen.
   
MK02 Rahmen3 Der Rahmen ist fertig.

In der Mitte das CenterPlate, mit M3 Edelstahlschrauben mit den Profilen verschraubt. (einfache Eisenschrauben können den Kompass stören)

Der Billiglack aus dem Bauhaus wollte nicht trocknen und ich musste ihn wieder mit Nitroverdünnung entfernen. Der NoNamelack aus dem Autohaus war in wenigen Minuten getrocknet.
Der rote Ausleger zeigt nach vorne und ist in der Luft gut zu erkennen.
Für den Flug in der Abenddämmerung bekommt der MK später noch einige HighPowerleds.
   
MK02 Rahmen4 Der Rahmen von unten gesehen.
Eine Epoxyplatte mit Klettband versehen, trägt später den Akku.
Im Betrieb wird dieser noch von 2 zusätzlichen Klettbändern gehalten.

Diese einfache Kontruktion hat den Vorteil, dass man auch mal einen größeren LiPo ausprobieren kann.

Im ersten MK habe ich eine Handytasche verwendet. Dort passt aber kein 3200 mA/h LiPo rein.

Mit dem 3400 mA/h Akku liegt die Flugzeit bei 16.00 min mit dem 2200 mA/h Akku komme ich auf 11.30 min.
   
Verteilerplatine Der Boden der 50er CD-Spindel mit der Spannungsverteilerplatine und darüber die Platine für das MM3 Kompassmodul.
   
MK02 Motor Die schon auf meinem ersten MK bewährten Motoren, die Robbe ROXXY BL-Outrunner 2824-34.
Unter den Motoren sitzen Kunststoffgehäuse von Reichelt. Dort sind die BL-Regler eingebaut.
Später kommt noch eine Ledbeleuchtung mit High-Power LEDs von Cree dazu.
 
MK02 Luftdrucksensor Der Luftdrucksensor MPXAZ4115A, er dient zur Stabilisierung der Flughöhe.

Der Schlauch wird am Ende noch verschlossen. Dann funktioniert die Höhenreglung endlich mal perfekt.
   
MK FC V1.3 Vorne Die neue FlightCtrl in der Version V1.3.
Gegenüber der FC V1.2 hat sie folgende Vorteile:

- automatischer Gyroabgleich, d.h. kein manuelles Anpassen von Widerständen mehr erforderlich
- einseitige Bestückung - es ist jetzt möglich die FlightCtrl wesentlich flacher zu aufzubauen
- extern Anschlüsse-Flächen (Versorgung, I2C) wurden vergrössert
- optional: 2ter Spannungsregler für Servoversorgung bestückbar (nicht im Lieferumfang)
- Servo und ext. Beleuchtung über Stiftleiste anschliessbar
- neuer (kompatibler) ACC-Sensor
- jetzt 4-lagiges Design
   
MK FC V1.3 hinten Die Rückseite der FlightCtrl.

Die Lötpads wurden vergrößert, dadurch können die erforderlichen Kabel problemloser als in der alten Version gelötet werden.
   
Verteilerplatine Die Verteilerplatine.

An den großen Lötpads wird der Akku mit 4 mm² Silikonleitung, die BL-Regler mit 1,5 mm² und die FlightCtrl mit 0,3 mm² Kabel angeschlossen.

Die linke Stiftleiste wird mit einem einfachen Kippschalter verbunden. Durch den Schalter fließen im Betrieb nur wenige mA Strom, die Arbeit macht der BTS555.
Der " HIGH-CURRENT-PROFET BTS555 TO218" schaltet die Akkuspannung auf die BL-Regler und auf die FlightCtrl .

Der BTS555 ist ein sogenannten "High Side MOSFET Driver". Er hat eine eingebaute Ladungspumpe um die erforderliche Gatespannung zum sicheren Durchschalten zu erzeugen.

Die unteren Stiftleisten dienen der Verbindung der I2C Leitungen der BL-Controller. Ich denke im nächsten Projekt werde ich sie nicht mehr steckbar machen, sondern hier direkt auflöten.

Mittlerweise gibt eine Miniversion der BTS555 Leistungsschalterplatine.
   
Verteilerplatine Die Verteilerplatine von der Lötseite.
Diese Seite zeigt an oben.
   
Verteilerplatine V1.4 Layout Das Layout in 300 DPI
   
GPS_MM3_BT_Basis_V1.6 Die GPS-MM3-BT Basisplatine V1.6.
   
GPS_MM3_BT_Basis_V1.6 Die Rückseite der GPS-MM3-BT Basisplatine V1.6.
   
MK02 Schon fast flugfertig, nur die Propeller fehlen noch.
   
Es folgen einige Fotos auf denen man die Sandwichbauweise der Platinen gut erkennen kann.
   
MK02 MK02
   
MK02 MK02
   
MK02 MK02
   
MK02 MK02
   
MK02 Die Brushless Regler sitzen unter den Motoren, sodass sie über Bohrungen im Gehäuse etwas gekühlt werden.

Am Ende des Auslegers steckt ein 8er Dübel, damit wird das "Landegestell" ein Kabelbinder, mit einer Blechschraube befestigt.
   
MK02 Die linke Seite des "Landegestells" ist mit 2 Stück M3 Schrauben am Vierkant verschraubt.
   
P4-Led An jedem Ausleger sind zwei Seoul Z-LED P4 High-Power LEDs auf einer Aluplatte befestigt. Die beiden Leds sind in Reihe geschaltet und bekommen einen Strom von ca. 500mA vom Ledboard.

Für die vorderen Leds habe ich die Farbe Grün verwendet, hinten sind rote Leds verbaut.

Selbst bei Sonnenlicht sind sie vom Boden aus zu sehen.
Bei den ersten Tests bin ich in der Werkstatt fast blind geworden.

Nach einer Softwaremodifikation blitzen die Leds jetzt erst wenn ein GPS-Fix mit 6 Sats (einstellbar über den Navi-Reiter im Koptertool) vorhanden ist.
   
Ledboard eingebaut Hier sieht man das Ledboard (eine Vorabversion) im MK eingebaut.
   
Ledboard BRD Das Ledboard zur Ansteuerung von 2x2 Seoul Z-LED P4 High-Power LEDs.

Die Leuchtdioden werden über J16 und J17 angesteuert, blitzen aber nur wenn ein GPS-Fix vorliegt.
Ein Dauerstrom von 500 mA würde einen größeren Kühlkörper auf den Leds und einen Kühlkörper für die LM1117DT-ADJ/NP benötigen.

Da die Leds nur kurz aufblitzen wird kein zusätzlicher Kühlkörper gebraucht. Die Spannungsregler bleiben kalt.

Ich habe bewußt keinen Step-Down Regler oder kommerziellen Led-Driver eingesetzt, weil die Ledleitungen parallel zu den I2C Leitungen verlegt sind.

Ich könnte mir vorstellen, dass ein Strom von einem halben Ampere mit einigen Kilohertz Frequenz den I2C-Bus und vielleicht auch den Kompass stört.
   
Ledboard Schaltung Die Schaltung des Ledboards

Ein LM1117DT-ADJ/NP ist als 500mA Konstantstromquelle geschaltet.
Ein HEXFET® Power MOSFET IRFR1205 im D-PAK Gehäuse mit einem RDS(on) = 0.027 Ohm wird über einen 4,7K Widerstand nach Plus durchgeschaltet.
Im Auszustand sind die Ports PC2 und PC3 High, somit ist der PDTC143 auf der FlightCtrl durchgeschaltet und sperrt den IRFR1205 über seinen 100 Ohm Widerstand.
   
Ledboard BRD So sieht das Layout des Ledboards aus
   
Ledboard V1.2 Layout Das Ledboard V1.2 in 300 DPI
   
LM3404 Schaltregler Ein alternativer Ledtreiber mit einem LM3404, ein sogenannter 1.0A Constant Current Buck Regulator for High Power LED.
Der PWM Eingang kann direkt mit J16 oder J17 der FlightCtrl verbunden werden.

Bei ca. 12V Versorgungsspannung, können an den Ausgang 2 Highpowerleds in Reihe angeschlossen werden.

z.B. zwei Stück Cree XR-E 7090 R2, weiß mit 242 Lumen !! Das ist gewaltig viel Licht.
   
LM3404 Schaltregler Die Spezifikationen des LM3404:

• Integrated 1.0A MOSFET
• VIN Range 6V to 42V (LM3404)
• VIN Range 6V to 75V (LM3404HV)
• 1.2A Output Current Over Temperature
• Cycle-by-Cycle Current Limit
• No Control Loop Compensation Required
• Separate PWM Dimming and Low Power Shutdown
• Supports all-ceramic output capacitors and capacitor-less outputs
• Thermal shutdown protection
• SO-8 Package, PSOP-8 Package
   
LM3404 Schaltregler Das Boardlayout der LM3404 Schaltreglerplatine
   
   
So und was jetzt ??

Ich denke ein optisch ansprechender Rahmen muß her. So etwas wie das Bogo-Frame 500-08 Universell oder ein PowerFrame.

Dann fehlt noch die Navi-Ctrl, ein Controllerboard mit einem ARM9 und 2 steckbaren Modulen:
Ein 3D-Kompass mit MEGA168, auch per SerCon programmierbar und den Schnittstellen: Seriell, I2C, PWM Out
Ein GPS-Modul auf LEA-5H Basis.

Zusätzlich ist noch ein MicroSD-Kartenslot auf dem Board und ein USB-Anschluss (Device).
Damit dürfe genug Prozessorpower für umfangreiche Berechnungen im GPS Bereich vorhanden sein.
   
   

Navi-Ctrl Komplettset eingetroffen

   
Am Sonntag 12.00 Uhr konnte man im MikroKopter-Shop für wenige Minuten die seit Monaten angekündigte Navi-Ctrl kaufen.
Das war echtes Hardcoreshopping :) Es waren leider nur wenige Exemplare verfügbar.

Trotz der DHL Meldung: Vorgang: Nach Fehlerkorrektur erfolgt der Transport zur Zustellbasis kam mein bestelltes Navi-Set gestern nachmittag an.

Bestellt hatte ich:

Navi-Ctrl V1.1
MK GPS
MK3Mag - Kompassmodul

Die Sichtkontrolle zeigte, dass alle "flachen" Bauteile sehr professionell maschinengelötet waren. Die Lötstellen bei den "höheren" Bauteilen sehen etwas gruselig aus.
Die doppelreihigen Stiftleisten (2x 10pol für FlightCtrl und Debug und 2x6pol für SPI-Schnittstelle und Servo) und der 330µF Kondensator sind schnell aufgelötet.

Bei der doppelreihigen Stiftleiste für das Kompassmodul sollte man sich etwas Mühe geben. Das lange Ende der Stiftleiste ist zu lang, das kurze zu kurz. Ich habe den schwarzen Kunstoff am kurzen Ende mit dem Schraubstock etwas in Richtung langes Ende geschoben. Damit kontaktieren die Stiftleisten in voller Länge mit der Buchsenleiste. (Ich hoffe das war nicht zu konfus)

Eine M2,5mm Schraube mit einem 6,5 mm langem Abstandshalter befestigen das Modul auf der Navi-Ctrl.

Beim MK-GPS wird die Patchantennen mit der Markierung (ein kleiner Punkt) in Richtung LED ausgerichtet und mit einem Lötpunkt mit der Platine verbunden. Anschließend noch den "Jumper" auf passiv setzen. Das mitgelieferte Kabel verbindet das GPS-Modul mit der Navi-Ctrl.
Das wars erst schon.

Das Platinensandwich wird mit M3x10mm Abstandshaltern auf dem MK befestigt.

Jetzt noch die Flachbandverbindungen stecken:

NaviCtrl-SV8 <-> FlightCtrl-SV1 und
NaviCtrl-SV6 <-> FlightCtrl-SV5

Fertig.

Jetzt wurde auf der Flight-Ctrl V1.3 die original H&I Firmware V070d eingespielt. Die Firmware der Navi-Ctrl V1.1 und des MK GPS waren ja noch original. Man sollte beim Wechsel der Firmware auch das EEPROM neu initialisieren. Als Settings wählte ich das Beginnersetting 3 und stellte nur die Kanäle des MX16s Senders ein.

GPS Gain und GPS Acc legte ich auf Potis. MK einschalten, gerade ausrichten und den Gashebel nach oben/rechts (Kalibrierung speichern). Nun muß noch der MK3Mag Kompass kalibriert werden.

So jetzt nach draußen!!

Der GPS-Fix dauert nicht 12 Minuten 30 sondern 65 Sekunden. Gashebel nach links/oben, Motoren starten und abheben.

Der Alurahmen MK fliegt sich wie gewohnt, er liegt grottenstabil in der Luft.

Beim Umschalten des "GPS Mode Controls" auf GPS_MODE_AID fängt der MK an hin und her zu schwingen. Mit etwas weniger GPS Gain (80) hält er ganz gut seine Position.

Jetzt kommt etwas Wind auf und der MK schwingt ca. 3m um seine Position und driftet leicht weiter nach links ab.
Leider mußte ich dann eingreifen, weil ein Baum im Weg war.

Nach einer Akkuladung mußte ich den Test vorläufig aus Zeitgründen beenden.

Ich war aber ganz Zufrieden mit dem erreichtem Ergebnis.

Wer vorher mit Gregors V0.69, einem MM3 und einem LEA-4H oder LEA-5H geflogen ist wird zunächst keine Unterschiede feststellen.

Ich denke aber die schnelle ARM CPU auf der Navi-Ctrl in Zusammenhang mit dem Micro-SD-Card Sockel bietet ein gewaltiges Potential für zukünftige Softwareentwicklungen.

Ich hoffe H&I stellen schnellstens die Sourcen der Navi-Ctrl zur Verfügung damit diese Entwicklung nicht schon im Vorfeld zum erliegen kommt.

Fazit: Die Navi-Ctrl in Verbindung mit dem MK3Mag - Kompassmodul und der MK-GPS Platine sind eine großartige Entwicklung und auch ein Schritt in die richtige Richtung.


Update vom 08.20.2008:

Mittlerweile sind einige Wochen seit dem Kauf der Navi-Ctrl vergangen, Zeit noch einmal darüber etwas zu schreiben.

Ich fliege je nach Lust und Laune mit meinem MK02 mit Navi-Ctrl, MK3MAG und LEA-4h MKGPS oder dem MK04 mit MM3 und LEA-5H GPS. Beides sind Standardkopter mit Aluframe.

Auffällig sind beim MK-GPS die langen Wartezeiten auf einen GPS Fix. Während man unangenehm lange bei diesem LEA-4H Modul warten muß, ist beim modernen LEA-5H der Fix in weniger als 5 sec. da.

Ich kann die Entscheidung, das in die Jahre gekommene LEA-4H-Modul zu verwenden, nicht ganz nachvollziehen.
Ich habe über Stunden die GPS-Position beider Module mitgeplottet, das LEA-5H Modul war immer wesentlich genauer.
Ich glaube auch nicht, das eine Firma wie ublox nach jahrelanger Entwicklung ein schlechteres Modul auf den Markt bringt und dieses dann millionenfach weltweit verkauft.

Auch schränkt die Festlegung auf das ublox-Protokoll die Auswahl der zur Verfügung stehenden GPS-Empfänger stark ein.

Nach wie vor fehlt eine vollständige Dokumentation der Navi-Ctrl. (SD-Kartenslot, USB-Anschluß ...)
Es gibt keine Stück- oder Bauteilliste.
Es gibt weder den Source code noch das .hex-File für die Navi-Ctrl.
Ich hätte mir passende M2,5x15 Schrauben mit den entsprechenden Abstandsbolzen für den MK3MAG gewünscht.

Beim Kompass bin ich mit der MM3 Lösung zufriedener, er hält die Richtung stabiler und loggt wesentlich schneller ein.

An dem besagtem Sonntag um 12.00 Uhr habe ich 254,85 EUR für Navi-Ctrl, MK3MAG und LEA-4h MKGPS ausgegeben.
Welche Verbesserungen gegenüber meiner MM3 LEA-5H Lösung habe ich eigentlich für das viele Geld erreicht?

Tja, im Moment kann ich nur die Nachbarn mit der GPS-ACC Funktion verblüffen.

Im praktischen Einsatz sehe ich zwischen der MM3-LEA-5H Lösung und der Navi-Ctrl-MK3MAG-LEAH-4H Lösung keinen wesentlichen Unterschied.

Positiv:
Die Defaultsettings der Navi-Ctrl sind sehr Anfängerfreundlich, man braucht eigentlich nichts zu verändern und kann "sofort" losfliegen.


Ich hatte mich für das Projekt von H&I entschieden, weil alle Dateien im Source zur Verfügung standen und es eine nette hilfsbereite Community gibt.

Die Community gibt es immer noch, der MikroKopter ist durch den Einsatz der Navi-Ctrl aber kein quelloffenes Projekt mehr.

Trotzdem möchte ich nicht sagen, dass ich 254,85 EUR in den Sand gesetzt habe, ich glaube nach wie vor - da kommt noch was.

Update am 07.04.2009:

Die Software wurde mittlerweile stark erweitert. Es gibt nun die Möglichkeit gespeicherte Wegpunkte anzufliegen, das FollowMe und einiges mehr. Die Navi-Ctrl hat sich zu einer sinnvollen Erweiterung gemausert.

Die Software der Navi-Ctrl liegt nun in Teilen im Source vor.

   
Navi-CTRL Die Navi-Ctrl V1.1 mit dem MK3Mag - Kompassmodul
   
Navi-CTRL  
   
Navi-CTRL  
   
doppelreihige Stiftleiste Links im Bild die originale und rechts die modifizierte doppelreihige Stiftleiste für das MK3Mag - Kompassmodul.
   
Navi-CTRL eingebaut Alle Komponenten sind im MK eingebaut. Die Gesamthöhe aller Platinen ist nun geringer geworden. Die Anordnung der Verbindungsleitungen ist vorbildlich.

Auf dem Bild fehlt noch das Bluetoothmodul für die Parametrierung und das Flashen neuer Firmware.
   
Navi-Ctrl Links neben der GPS-Patchantenne ist der WSL 10SK Wannenstecker, 10-polig in Schneidklemmtechnik zu sehen. Er stellt die Debugverbindung mit der SerCon oder dem BTM-222 Bluetoothmodul zur Verfügung.
 
BTM-222 Wannenstecker Hier sieht man links oben den WSL 10SK Wannenstecker, 10-polig in Schneidklemmtechnik. Er stellt den Erweiterungsport SV1 der FlightCtrl zur weiteren Verwendung zur Verfügung.
Dort wird die SerCon oder das Bluetoothmodul angeschlossen. Wenn man auf die Stifte des Wannensteckers sieht, ist Pin1 oben rechts, Pin2 darunter.

Die Verbindungen von SV1 (jetzt der Wannenstecker) 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

   
BTM-222 Das vorbereitete BTM-222 Modul
   
BTM-222 So sieht die 10 pol. Buchsenleiste aus.

Diese kann direkt auf die FlightCtrl, die Navi-Ctrl oder den 10 pol. Wannenstecker aufgesteckt werden.
   
BTM-222 Wannenstecker Hier der aufgequetschte Wannenstecker aus einer anderen Ansicht.
   
Navi-Ctrl Fall jemand den USB-Anschluß vom MK-GPS z.B. mit u-center benutzen möchte, hier die Pinbelegung: Pin1: GND
Pin2: USB-
Pin3: USB 5V
Pin4: USB+
Pin5: unused

Das richtige Buchsenleergehäuse ist MOLEX 51021-0500. Die passenden Kontakte sind MOLEX 50058-8000 oder 50079-8000

Alternativ zum MK-GPS kann man auch das Conrad GPS-Modul (Best.Nr. 989777) an den Extentionsport (SV7) der NaviCtrl anschließen!

GPS Maus <---> NaviCtrl

Pin4: GND <--- Pin1:GND (rt)
Pin2: RXD <--- Pin2:TXD (br)
Pin3: +5V <--- Pin3:+5V (or)
Pin1: TXD ---> Pin4:RXD (bl)
Pin5: offen --- Pin5:CTRL (ge)
   
   
   
Und so sieht der MK02 im Einsatz aus:
   
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Mein MikroKopter und ich Video 5 Als Download in besserer Qualität
   
   
   
   
   
   
   
   

Professionelles Aussehen, bewährte Technik mein nächster MikroKopter:

MK03