Registrador de dades de vol RC / Black Box: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

En aquest instructiu vaig a construir un registrador de dades de combat basat en arduino per a vehicles RC, específicament avions RC. Utilitzaré un mòdul GPS UBlox Neo 6m connectat a un arduino pro mini i un blindatge de targeta SD per gravar les dades. Aquest projecte registrarà la latitud, la longitud, la velocitat, l’altitud i el voltatge de la bateria, entre d’altres coses. Aquestes dades s’enriquiran per obtenir una millor experiència visual amb Google Earth Pro.

Pas 1: eines i peces

Parts

• Mòdul GPS Ublox NEO 6m: ebay / amazon
• Mòdul de targeta Micro SD: ebay / amazon
• Targeta micro SD (no és necessària la velocitat ni la capacitat): amazon
• Arduino pro mini: ebay / amazon
• Programador FTDI i cable corresponent: ebay / amazon
• Perfboard: ebay / amazon
• Cable de connexió: ebay / amazon
• Pins de capçalera: ebay / amazon
• Diodo rectificador: ebay / amazon
• Resistència 2x 1K ohm: ebay / amazon
• Cartró de 1500 micres

Eines

• Soldador i soldador
• Pistola de cola calenta
• Ordinador portàtil o ordinador
• Multímetre (no és estrictament necessari, però és increïblement útil)
• Ajudar a les mans (de nou no és necessari, però és útil)
• Ganivet artesà

Opcional

• Elements que s’utilitzen per fer prototips no són necessaris però són molt útils
• Taula de pa
• Arduino Uno
• Filferros de pont

Pas 2: teoria i esquema

El cervell del dispositiu és l’Arduino pro mini, s’alimenta dels vehicles RC (en el meu cas un avió) port d’equilibri de la bateria Li-Po. Tinc aquesta configuració per a una bateria de 2 segons, però es pot canviar fàcilment per adaptar-la a altres mides de bateria.

Aquesta peça no està completa. Actualitzaré aquesta instrucció quan finalitzi la lectura de la superfície de control

Servo1 serà el meu motor elevon d’avions, mentre que el servo 2 serà la meva sortida servo del controlador de vol

El mòdul GPS rep dades dels satèl·lits GPS en forma de cadenes NMEA. Aquestes cadenes contenen informació d’ubicació, però també l’hora exacta, la velocitat, l’encapçalament, l’altitud i moltes altres dades útils. Un cop s'ha rebut una cadena, la informació útil per a aquest projecte s'extreu mitjançant la biblioteca de codis TinyGPS.

Aquestes dades, juntament amb el voltatge de la bateria i la posició elevon, s’escriuran a la targeta SD a un ritme d’1 Hz. Aquestes dades s’escriuen en format CSV (valor separat per comes) i s’interpretaran mitjançant google maps per traçar un trajecte de vol.

Pas 3: prototipatge

NOTA: Les connexions del mòdul GPS no es mostren a la part superior. El GPS es connecta de la següent manera:

GND a terra Arduino

VCC a Arduino 5V

Pin digital RX a Arduino 3

PIN digital TX a Arduino 2

Per comprovar que tots els components funcionen correctament, és millor començar col·locant-ho tot en una taula de treball, ja que no voleu esbrinar que només tingueu una peça defectuosa després de reunir-ho tot. La biblioteca de codis addicional que necessiteu és la biblioteca de TinyGPS; l'enllaç es troba a continuació.

gps minúsculs

El següent codi de verificador de tensió només prova el circuit de mesura de tensió. Cal canviar el valor d’ajust perquè l’arduino llegeixi el voltatge correcte.

El codi Fitxers s’utilitza per provar el mòdul de la targeta SD i la targeta micro SD per assegurar-se que tots dos estan llegint i escrivint correctament.

S'utilitza el codi gpsTest per assegurar-se que el GPS rep dades correctes i que està configurat correctament. Aquest codi emetrà la vostra latitud, longitud i altres dades en directe.

Si totes aquestes parts funcionen correctament, podeu passar al següent pas.

Pas 4: soldadura i cablejat

Abans de fer qualsevol soldadura o cablejat, col·loqueu tots els components en un tros de cartró i talleu-los a la mida exterior dels components. Aquesta serà la vostra placa de muntatge per a totes les vostres peces.

Feu la placa de circuit tallant el tauler perfeccionable a la mida més petita possible, ja que el pes i la mida són prioritaris. Soldeu els passadors de capçalera al seu lloc al llarg de la vora del perfboard tallat, aquí és on es connectarà el port d’equilibri de la bateria i, en el futur, el servo de la superfície de control i el controlador de vol. Soldeu els 2 resistors de 1k Ohm i el díode rectificador al lloc segons el diagrama del circuit.

Soldeu el mòdul de la targeta micro SD als pins de l’arduino segons el diagrama del circuit, feu les connexions mitjançant el cable AWG 24.

Torneu a fer les connexions entre el perfboard i l'arduino segons el diagrama del circuit i utilitzant més del mateix tipus de cable.

NOTA: El GPS és un dispositiu sensible a l'electrostàtica. Aneu amb compte durant la soldadura i no tingueu corrent cap dels cables mentre feu connexions

Soldeu els pins dels mòduls GPS als pins corresponents de l’arduino fent servir longituds d’uns 3-4 cm (1-1,5 polzades) de cable, donant així al mòdul GPS la suficient flexibilitat per plegar-se a l’altre costat de la targeta de suport.

Comproveu i comproveu la continuïtat de totes les connexions per assegurar-vos que tot està connectat correctament.

Utilitzeu cola calenta per muntar el mòdul de la targeta SD, l’Arduino Pro Mini i el vostre perfboard personalitzat a un costat del cartró i el mòdul GPS i l’antena a l’altra.

Un cop tingueu tota la peça correctament cablejada i muntada al cartró, és hora de passar al codi.

Pas 5: el codi

Aquest és el codi que s’executa al dispositiu final. Mentre aquest codi s’executa, el LED del mòdul GPS començarà a parpellejar quan el GPS tingui una solució amb més de 3 satèl·lits. El LED de la placa arduino parpellejarà un cop s’iniciï l’arduino per mostrar que s’ha creat el fitxer CSV amb èxit i després parpellejarà a temps amb el LED GPS quan s’escrigui correctament a la targeta micro SD. Si no es pot inicialitzar el LED restant de la targeta micro SD i és probable que hi hagi un problema amb el cablejat o la targeta micro SD.

Aquest codi crearà un fitxer CSV nou cada vegada que s'executi el programa, s'etiquetarà "flightxx" on xx és un número entre 00 i 99 que augmenta cada vegada que s'executa el programa.

Perquè el camp d’hora actual del full de càlcul sigui correcte, heu de convertir l’UTC (temps universal coordinat) a la zona horària correcta. Per a mi, el valor és UTC + 2.0, ja que és la zona horària en què em trobo, però es pot canviar al codi modificant el flotador de "zona horària".

Pas 6: proves, proves, proves

A hores d’ara hauríeu de tenir un sistema de treball, és hora de provar-lo, assegureu-vos que tot funciona com s’esperava.

Un cop tot funcioni i obtingueu una sortida al full de càlcul que sembla correcte, és hora de fer els ajustos més precisos. Per exemple, originalment tenia el dispositiu muntat a la part inferior de l’avió amb lligadures de cable, però després d’alguna investigació vaig descobrir que reduïa la quantitat de satèl·lits GPS que podien veure en un moment aproximat un 40%.

Proveu el vostre sistema per assegurar-vos que tot funciona i refineu-lo quan calgui.

Pas 7: Enriquir les vostres dades

Ara que teniu un sistema fiable, és hora d’esbrinar com mostrar aquestes dades d’una manera més llegible. El full de càlcul està bé si voleu la velocitat exacta en qualsevol moment o si voleu comprovar exactament com es comportava el vehicle quan vau fer una acció determinada, però què passa si voleu traçar un vol sencer en un mapa o veure cada punt de dades d'una manera més llegible, aquí és útil l'enriquiment de dades

Per veure les nostres dades d'una manera més llegible, utilitzarem Google Earth Pro, podeu fer clic aquí per baixar-les.

Ara heu de convertir el fitxer CSV en un fitxer GPX que Google Earth pugui llegir més fàcilment mitjançant el visualitzador GPS. Seleccioneu GPX de sortida, pengeu el fitxer CSV i descarregueu el fitxer convertit. A continuació, obriu el fitxer GPX a Google Earth i hauria d'importar i representar automàticament totes les dades en un bon trajecte de vol. També conté informació addicional com l’encapçalament en qualsevol moment.

NOTA: He eliminat les dades llargues i lat de les fotos, ja que no vull revelar la meva ubicació exacta

Pas 8: Conclusió i millores possibles

Per tant, estic molt content de com ha resultat aquest projecte. M’agrada tenir dades de tots els meus vols. no obstant això, hi ha algunes coses en què vull treballar.

És evident que vull llegir la posició exacta de les superfícies de control. Tinc la major part del maquinari al seu lloc, però he d’habilitar-ne l’ús al codi. Encara hi ha alguns reptes tècnics per superar.

També m’agradaria afegir un baròmetre per obtenir dades d’altitud més precises, ja que actualment les dades d’altitud del GPS no semblen molt més que una suposició formada.

Crec que afegir un acceleròmetre de tres eixos seria genial de manera que pogués veure exactament la força g que suporta l’avió en qualsevol moment.

Potser creeu algun tipus de recinte. Actualment, amb els components i el cablejat exposats no és molt elegant ni robust.

Si us plau, feu-m'ho saber si teniu alguna millora o modificació del disseny, m'encantaria veure'ls.