Fakulta elektrotechnická Katedra řídicí techniky. Návrh a realizace řídící elektroniky pro model letadla

ˇ ´ vysoke ´ uc ˇen´ı technicke ´ v Praze Cesk e ´ Fakulta elektrotechnicka ˇ´ıdic´ı techniky Katedra r

´ PRACE ´ DIPLOMOVA N´ avrh a realizace ˇ r´ıd´ıc´ı elektroniky pro model letadla

Kvˇ eten 2008

Michal Dvoˇ r´ ak

Prohl´ aˇsen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem svou diplomovou práci vypracoval samostatnˇe a pouˇzil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v pˇriloˇzeném seznamu.

V Praze dne

22.5.2008 podpis

i

Podˇ ekov´ an´ı ˇ Rád bych podˇekoval vedouc´ımu své diplomové práce Ing. Ondˇreji Spinkovi za cenné rady a pˇripom´ınky pˇri tvorbˇe této pr´ ace. Dále bych chtˇel podˇekovat sv´ ym rodiˇc˚ um, kteˇr´ı mˇe podporovali bˇehem celého studia.

ii

Abstrakt Tato diplomov´ a pr´ ace se zab´ yvá návrhem a realizac´ı elektronického systému pro volné modely kategorie F1A. Cel´ y systém se skládá z nˇekolika modul˚ u, které umoˇzn ˇuj´ı ˇr´ızen´ı vˇsech potˇrebn´ ych aerodynamick´ ych ploch a vlekán´ı modelu na vleˇcném lanku. Tento systém obsahuje elektronick´ y ˇcasovaˇc, tenzometrick´ y háˇcek a programovac´ı jednotku. Souˇcást´ı je také ruˇcn´ı ovladaˇc a r´ adiov´ y modul, kter´ y umoˇzn ˇuje rádiové vyhledáván´ı a odes´ılán´ı pˇr´ıkaz˚ u do modelu.

Abstract This thesis deals with design and realization of an electronic system for free flight models class F1A. The whole system consists of several modules that enables control of all necessary aerodynamic areas and towing the model on the line. This system includes an electronic timer, a strain gauge tow hook and a programming console. There is also a hand held controller and a radio module which enables radio tracking and transmitting some commands to the model.

iii

iv

Obsah ´ 1 Uvod 1.1 Pˇredchoz´ı v´ yvoj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Koncepce elektronick´ eho syst´ emu 2.1 Programovac´ı jednotka Setuper . . . . . . . . . . . 2.2 R´ adiov´ y modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Elektronick´ y vleˇcn´ y h´ aˇcek . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Model´ aˇrsk´ a serva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 V´ ybˇer serv . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Komunikace elektronick´ y ˇcasovaˇc - Setuper . . . . 2.5.1 CRC kontroln´ı souˇcet . . . . . . . . . . . . 2.6 Komunikace elektronick´ y ˇcasovaˇc - rádiov´ y modul .

1 2

. . . . . . . .

3 . 4 . 5 . 5 . 6 . 6 . 8 . 9 . 11

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

14 15 16 18 19 21 21 22 23 26 26 27 28 29 31 32 32 33 36

4 Programovac´ı jednotka Setuper 4.1 Popis zapojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 On/Off obvod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Programové vybaven´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38 39 40 41

3 Elektronick´ yˇ casovaˇ c 3.1 V´ ybˇer mikroprocesoru . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Mikroprocesor dsPIC30F4013 . . . . . . . . . . 3.2.1 Jednotka Output Compare . . . . . . . 3.2.2 A/D pˇrevodn´ık . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Stabiliz´ ator napˇet´ı LP2985 . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Princip ˇcinnosti lineárn´ıch stabilizátor˚ u 3.3.2 V´ ybˇer kondenz´ ator˚ u pro obvod LP2985 3.4 Popis zapojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Uˇzivatelsk´ y program . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1 Zapnut´ı ˇcasovaˇce . . . . . . . . . . . . . 3.5.2 Nastaven´ı doby letu . . . . . . . . . . . 3.5.3 Mechanick´ y vleˇcn´ y háˇcek . . . . . . . . 3.5.4 Elektronick´ y vleˇcn´ y háˇcek . . . . . . . . 3.5.5 Nastaven´ı v´ ychylek . . . . . . . . . . . . 3.6 Konfigurace ˇcasovaˇce . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.1 Letové programy . . . . . . . . . . . . . 3.6.2 Uˇzivatelské menu . . . . . . . . . . . . . 3.6.3 Servisn´ı menu . . . . . . . . . . . . . . .

v

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 R´ adiov´ y modul 5.1 Obvod nRF9E5 . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Organizace pamˇeti . . . . . . . . 5.1.2 Periférie . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3 Transceiver . . . . . . . . . . . . 5.2 Popis zapojen´ı . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1 Chod programu s komunikac´ı . . 5.3.2 Chod programu bez komunikace 5.4 R´ adiové dohed´ av´ an´ı . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

42 43 44 45 45 47 48 48 48 49

6 RCDT ovladaˇ c 50 6.1 Popis zapojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 7 Elektronick´ y vleˇ cn´ y h´ aˇ cek 7.1 Odporové tenzometry . . . . . . 7.1.1 Tenzometrick´ a konstanta 7.1.2 Polovodiˇcové tenzometry 7.1.3 Kovové tenzometry . . . . 7.2 Senzor s´ıly . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Mˇeˇr´ıc´ı obvod . . . . . . . 7.3 Popis zapojen´ı . . . . . . . . . . 7.4 Konstrukce vleˇcného h´ aˇcku . . . 7.4.1 V´ ypoˇcet nam´ ah´ an´ı háˇcku

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

53 54 54 55 55 56 56 58 58 59

8 Z´ avˇ er 62 8.1 Budouc´ı v´ yvoj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Literatura

65

´ A Uvod do kategorie F1A

66

B Elektronick´ yˇ casovaˇ c

75

C Programovac´ı jednotka Setuper

80

D R´ adiov´ y modul

88

E RCDT ovladaˇ c

92

F Elektronick´ y vleˇ cn´ y h´ aˇ cek

98

G Seznam pouˇ zit´ eho software

102

H Seznam pouˇ zit´ ych pˇ r´ıstroj˚ u

103

I

104

Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD

vi

Kapitola 1 ´ Uvod C´ılem této pr´ ace je n´ avrh elektronického systému pro model letadla kategorie F1A. Jedná se o volnˇe létaj´ıc´ı kluz´ aky, které nejsou bˇehem letu ovládány vys´ılaˇckou. V´ıce o této kategorii a jejich pravidlech je uvedeno v dodatku A. V této kategorii se poˇr´ ad´ a ˇrada mezinárodn´ıch soutˇeˇz´ı - Mistrovstv´ı svˇeta, Evropy a seri´ al ˇ Svˇetového poh´ aru. Jsou zde i n´ arodn´ı soutˇeˇze - seriál Ceského poháru a Mistrovstv´ı republiky. O u ´spˇechu na soutˇeˇzi rozhoduje ˇrada faktor˚ u. Pˇredevˇs´ım je nutná dobrá znalost termiky a schopnost spolehlivˇe vyhledat tyto vzduˇsné stoupavé proudy. Model letadla mus´ı b´ yt kvalitn´ı jak po aerodynamické, tak po konstrukˇcn´ı stránce. Velmi d˚ uleˇzité je také dynamické seˇr´ızen´ı ´ modelu (geometrické a aerodynamické zkroucen´ı, poloha tˇeˇziˇstˇe, atd). Ukolem elektronického systému je umoˇznit pˇresné nastaven´ı vˇsech potˇrebn´ ych prvk˚ u tak, aby optimáln´ı seˇr´ızen´ı modelu bylo co nejsnadnˇejˇs´ı. Ukazuje se, ˇze právˇe dobré seˇr´ızen´ı modelu a schopnost hledat termiku jsou nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ımi aspekty u ´spˇechu.

Obr´ azek 1.1: M˚ uj model kategorie F1A, ve kterém byl testován nov´ y elektronick´ y systém.

1

´ KAPITOLA 1. UVOD

2

I v dneˇsn´ı dobˇe jsou st´ ale velmi rozˇs´ıˇrené tzv. mechanické ˇcasovaˇce. Vˇetˇsinou jsou zaloˇzeny na hodinovém strojku, p˚ uvodnˇe urˇceném pro fotospouˇst’ ruského fotoaparátu. Nev´ yhodou mechanick´ ych ˇcasovaˇc˚ u je mal´ a pˇresnost a obt´ıˇzné nastaven´ı krátk´ ych ˇcas˚ u. U F1A model˚ u je tˇreba nastavovat ˇcasy s pˇresnost´ı alespoˇ n 0.1 s. Také obˇcas m˚ uˇze doj´ıt k zaseknut´ı tohoto hodinového strojku. Proto jsem tento hodinov´ y strojek nahradil elektronick´ ym ˇcasovaˇcem, kter´ y je taktov´ an pˇresn´ ym krystalem. Jednotlivá kormidla jsou pak ovládána servo motory.

1.1

Pˇredchoz´ı v´ yvoj

Koncem roku 2004 jsem dokonˇcil svoji prvn´ı verzi elektronického ˇcasovaˇce a vybavil jim model MD8. S t´ımto modelem jsem létal jiˇz na Mistrovstv´ı svˇeta 2005 v Argentinˇe, kde jsem obsadil 10. m´ısto. Na obr. 1.2 je hlavice tohoto modelu. Je vybavena vleˇcn´ ym háˇckem typu Makarov vlastn´ı v´ yroby upraven´ ym pro spojen´ı s elektronick´ ym ˇcasovaˇcem (obr. A.3). D´ ale je zde wing wiggler - mechanismus pro naklápˇen´ı kˇr´ıdla (obr. A.5). Naklápˇen´ı kˇr´ıdla m´ a v´ yznam, ale realizace pomoc´ı pouˇzitého mechanismu se mi moc neosvˇedˇcila. Problém je pˇredevˇs´ım v tom, ˇze jednotlivé v´ ychylky jsou na sobˇe závislé a závis´ı také na v´ ychylk´ ach vleˇcného h´ aˇcku. Protoˇze je tento mechanismus spojen s vleˇcn´ ym háˇckem, pˇretahuje ho pomˇernˇe velkou silou dozadu, coˇz m˚ uˇze zp˚ usobovat problémy pˇri krouˇzen´ı. Jako ˇreˇsen´ı tohoto problému pˇripad´ a v u ´vahu um´ıstˇen´ı dalˇs´ıho serva pro naklápˇen´ı kˇr´ıdla m´ısto mechanického wing wiggleru. Jednotlivé v´ ychylky by pak ˇsly nestavit zcela nezávisle. ˇ Casovaˇ c obsahuje mikropocesor PIC16F628, u kterého se vˇsak ukázala jako hlavn´ı nev´ yhoda mal´ a velikost pamˇeti. S postupem ˇcasu se objevovaly dalˇs´ı poˇzadavky na vylepˇsen´ı ˇcasovaˇce - rozˇs´ıˇren´ı o v´ıce serv a lepˇs´ı programové vybaven´ı. Bˇehem soutˇeˇzn´ıho létán´ı se také ukázala potˇreba r´ adiového modulu, kter´ y by umoˇzn ˇoval jednak ovládán´ı determalizátoru a souˇcasnˇe r´ adiové dohled´ av´ an´ı. T´ım by se uˇsetˇrilo m´ısto v modelu a staˇcila by pouze jedna anténa. Dalˇs´ı v´ yvoj se proto ub´ıral t´ımto smˇerem.

E le ctro n ic tim e r

S ta b iliz e r s e rv o 3 F w in g w ig g le r

B a tte ry

B u zze r

Tow hook

Obr´ azek 1.2: Hlavice modelu MD8 obsahuj´ıc´ı m˚ uj prvn´ı elektronick´ y ˇcasovaˇc.

Kapitola 2 Koncepce elektronick´ eho syst´ emu Na základˇe zkuˇsenost´ı s provozem mého prvn´ıho elektronického ˇcasovaˇce (viz sekce 1.1) jsem pˇriˇsel na ˇradu vylepˇsen´ı tohoto systému. Tato práce se právˇe zab´ yvá návrhem a realizac´ı kompletn´ıho elektronického systému pro model kategorie F1A. Cel´ y systém je rozdˇelen na nˇekolik modul˚ u (obr. 2.1). Základem je elektronick´ y ˇcasovaˇc s 16-ti bitov´ ym sign´ alov´ ym procesorem dsPIC30F4013, kter´ y obsahuje dvˇe rozhran´ı UART (asynchronn´ı sériové linky). Jedno rozhran´ı je urˇceno pro pˇripojen´ı extern´ı programovac´ı jednotky. To druhé pracuje v adresovatelném módu a lze na nˇej pˇripojit rádiov´ y modul a pˇr´ıpadnˇe dalˇs´ı moduly, jako napˇr´ıklad v´ yˇskomˇer. K ˇcasovaˇci lze pˇripojit ˇctyˇri serva pro ovládán´ı potˇrebn´ ych aerodynamick´ ych ploch (v´ yˇskovka, smˇerovka, naklápˇen´ı pravého kˇr´ıdla) a pro odjiˇstˇen´ı vleˇcného h´ aˇcku. D˚ uleˇzitou souˇcást´ı systému je elektronick´ y vleˇcn´ y háˇcek, kter´ y mˇeˇr´ı tah ve vleˇcném lanku pomoc´ı tenzometr˚ u. T´ımto systémem jsem vybavil nov´ y model MD10. Hlavice modelu osazená vˇsemi komponenty je na obr. 2.2.

R F M o d u le UART 2

S e rv o 1 - s ta b iliz e r S e rv o 2 - ru d d e r

P ro g ra m m in g c o n s o le

UART 1

E le c tro n ic tim e r S e rv o 3 - w in g w ig g le r d s P IC 3 0 F 4 0 1 3 S e rv o 4 - to w h o o k E le c tro n ic to w h o o k B a tte ry

Obr´ azek 2.1: Blokové schéma systému.

3

´ ´ KAPITOLA 2. KONCEPCE ELEKTRONICKEHO SYSTEMU

Rudder servo

Radio module

4

Wing wiggler

Battery

Electronic timer

Stabilizer servo

Tow hook

Obr´ azek 2.2: Hlavice modelu osazená vˇsemi komponenty.

2.1

Programovac´ı jednotka Setuper

Pˇri zalét´ av´ an´ı letadla je tˇreba v ˇcasovaˇci nastavit vˇsechny potˇrebné parametry. I v pr˚ ubˇehu soutˇeˇze je tˇreba tyto parametry upravovat vzhledem k mˇen´ıc´ımu se poˇcas´ı nebo kv˚ uli drobn´ ym zmˇenám v geometrii modelu. V samotném ˇcasovaˇci je uloˇzeno nˇekolik datov´ ych sad pro r˚ uzn´ a poˇcas´ı. Pˇred letem lze zvolit konkrétn´ı program, pˇr´ıpadnˇe nˇekteré parametry upravit. Nejprve jsem uvaˇzoval, ˇze by se ˇcasovaˇc nastavoval z notebooku ˇci kapesn´ıho poˇc´ıtaˇce. Toto ˇreˇsen´ı bylo pozdˇeji zavrˇzeno a pro nastavován´ı jsem vytvoˇril programovac´ı jednotku nazvanou Setuper. D˚ uvod˚ u pro vytvoˇren´ı Setuperu bylo nˇekolik. Pˇredevˇs´ım toto zaˇr´ızen´ı obsahuje pouze program pro nastavován´ı ˇcasovaˇce. Po zapnut´ı tak lze okamˇzitˇe nastavit co je potˇreba. Na soutˇeˇzi ˇcasto nen´ı ˇcasu nazbyt. Startován´ı operaˇcn´ıho systému a pˇr´ısluˇsného programu v pˇr´ıpadˇe pouˇzit´ı kapesn´ıho poˇc´ıtaˇce ˇci notebooku by jenom zdrˇzovalo. Nehledˇe na dalˇs´ı praktické okolnosti pouˇzit´ı. Napˇr´ıklad je tˇreba, aby programovac´ı jednotka byla pouˇzitelná za kaˇzdého poˇcas´ı a teploty. Je zn´ amo, ˇze barevné grafické displeje pouˇz´ıvané ve spotˇrebn´ı elektronice nejsou na prudkém slunci skoro ˇcitelné a jejich teplotn´ı rozsah také neb´ yvá valn´ y. Oproti tomu Setuper obsahuje LCD displej v proveden´ı STN s rozˇs´ıˇrenou pracovn´ı teplotou -20◦ C aˇz +70◦ C. Tento displej je ˇciteln´ y i bez podsvˇetlen´ı a na prudkém slunci. Jedinou v´ yhodou kapesn´ıch poˇc´ıtaˇc˚ u je vˇetˇs´ı rozliˇsen´ı displeje, které vˇsak v této aplikaci nen´ı aˇz tak potˇreba. Setuper tedy obsahuje dvojˇr´ adkov´ y LCD displej a tlaˇc´ıtka pro orientaci v menu. Zap´ın´ an´ı a vyp´ınán´ı je ovl´ ad´ ano jedn´ım tlaˇc´ıtkem. Základem je 8-bitov´ y mikroprocesor PIC18F4620. Komunikace mezi elektronick´ ym ˇcasovaˇcem a Setuperem prob´ıhá tak, ˇze Setuper pos´ıl´ a pˇr´ıznaky stisknutého tlaˇc´ıtka a ˇcasovaˇc vrac´ı textové ˇretˇezce, které se zobraz´ı na LCD displeji. Tento protokol m´ a v´ yhodu v jednoduchosti programu v Setuperu a pˇri aktualizaci programu v ˇcasovaˇci jiˇz nen´ı tˇreba mˇenit program v Setuperu.


2.2

5

R´ adiov´ y modul

Rádiov´ y modul pracuj´ıc´ı v p´ asmu 433 MHz slouˇz´ı k pˇrij´ımán´ı povel˚ u ze zemˇe. Protoˇze se jedná o voln´ y model, jediné povely, které se mohou podle pravidel vys´ılat jsou povely ukonˇcuj´ıc´ı nebo prodluˇzuj´ıc´ı let, aby nedoˇslo k poˇskozen´ı modelu pˇri pˇristán´ı na nevhodném m´ıstˇe. Z technického hlediska je tˇreba zajistit, aby nedoˇslo k pˇrijet´ı faleˇsného povelu. Kaˇzd´ y modul m´ a proto svoji unik´ atn´ı 32-bitovou adresu a lze nastavit i frekvenci 430-440 MHz s krokem 100 kHz. Tento modul nav´ıc umoˇzn ˇuje lokalizaci modelu v terénu (radio tracking). Periodicky vys´ıl´ a pulsy nosného kmitoˇctu, které lze zachytit pˇrehledov´ ym pˇrij´ımaˇcem. Pˇri pouˇzit´ı smˇerové antény s u ´tlumov´ ym ˇclenem lze model velmi dobˇre dohledat i v nepˇrehledném terénu. Modul je zaloˇzen na obvod nRF9E5, kter´ y v sobˇe obsahuje digitáln´ı transceiver (vys´ılaˇc i pˇrij´ımaˇc) a j´ adro procesoru 8051. D´ıky tomu lze dosáhnout velmi mal´ ych rozmˇer˚ u tohoto modulu. Anténu tvoˇr´ı ocelov´ y dr´ at dlouh´ y ˇctvrtinu vlnové délky (17 cm). K vys´ılán´ı povel˚ u slouˇz´ı ruˇcn´ı ovladaˇc obsahuj´ıc´ı také tento obvod.

2.3

Elektronick´ y vleˇ cn´ y h´ aˇ cek

Souˇcást´ı kaˇzdého F1A kluz´ aku je vleˇcn´ y háˇcek. Bˇeˇzné háˇcky pro krouˇziv´ y vlek, u kter´ ych docház´ı k odjiˇstˇen´ı pˇri stlaˇcen´ı pruˇziny, maj´ı velkou nev´ yhodu v tom, ˇze odjiˇstˇen´ı háˇcku je nevratn´ a akce. Problém pak nastane, pokud je otev´ırac´ı s´ıla háˇcku pˇrekroˇcena nechtˇenˇe, napˇr´ıklad kv˚ uli poryvu vˇetru. To m˚ uˇze zp˚ usobit vypuˇstˇen´ı modelu ve velmi malé v´ yˇsce a tedy ˇspatn´ y v´ ysledek letu. Protoˇze se mi uvedená situace na závodech nˇekolikrát pˇrihodila, rozhodl jsem se tento nedostatek nˇejak´ ym zp˚ usobem odstranit. Vytvoˇril jsem vleˇcn´ y h´ aˇcek, kter´ y je odjiˇst’ován servem. Tah ve vleˇcném lanku se mˇeˇr´ı pomoc´ı tenzometr˚ u. Lze tedy jednoduˇse nastavit poˇzadovanou vyp´ınac´ı s´ılu. Nav´ıc lze rozpoznat, zda doˇslo skuteˇcnˇe k vypuˇstˇen´ı modelu, nebo zda byl tah pˇrekroˇcen pouze vlivem poryvu. D´ıky tomu, ˇze je h´ aˇcek odjiˇst’ov´ an servem, lze ho opˇetovnˇe zajistit, pokud se závodn´ık rozhodne model nevypustit a neodhod´ı vleˇcné lanko.


2.4

6

Model´ aˇrsk´ a serva

Pro ovl´ ad´ an´ı kormidel byla zvolena modeláˇrská serva. Jedná se zaˇr´ızen´ı umoˇzn ˇuj´ıc´ı nastavit pomoc´ı PWM sign´ alu u ´hel natoˇcen´ı páˇcky. Typické servo obsahuje stejnosmˇern´ y elektromotor, regulaˇcn´ı obvod, pˇrevody a p´ aˇcku pro pˇripojen´ı táhla. Rozhran´ı serva tvoˇr´ı tˇr´ıvodiˇcov´ y kabl´ık (2 vodiˇce napájen´ı + ˇr´ıd´ıc´ı signál). V´ ychylka serva je ˇr´ızena ˇs´ıˇrkou pulsu PWM (Pulse Width Modulation) signálu viz obr. 2.3. Serva jsou ˇıˇrka pulsu v rozsahu 1 ms aˇz 2 ms udává v´ navrˇzena pro sign´ al s periodou 20 ms. S´ ychylku ˇıˇrce pulsu 1.5 ms odpov´ıd´ serva. S´ a obvykle stˇredová v´ ychylka. Krajn´ım polohám signálu pak odpov´ıdá krajn´ı lev´ a, resp. prav´ a v´ ychylka (smysl v´ ychylek se vˇsak u jednotliv´ ych typ˚ u serv liˇs´ı). Rozpˇet´ı v´ ychylek b´ yv´ a obvykle 120 aˇz 140 stupˇ n˚ u. Center Right

1 ∼ 2 ms

Left

T = 20 ms

Obr´ azek 2.3: V´ ychylka modeláˇrského serva je ˇr´ızena ˇs´ıˇrkou pulsu PWM signálu.

Obr´ azek 2.4: Digitáln´ı modeláˇrského servo Futaba S3154.

2.4.1

V´ ybˇ er serv

Na trhu je velké mnoˇzstv´ı modeláˇrsk´ ych serv. Pro volné modely F1A je vhodn´ ych vˇsak jen nˇekolik typ˚ u. Hlavn´ım kritériem je n´ızká hmotnost, vysoká rychlost, malá v˚ ule v pˇrevodech a pˇredevˇs´ım teplotn´ı stabilita. Ze zmˇenou teploty mus´ı servo drˇzet stále stejnou v´ ychylku. U volného modelu totiˇz nen´ı moˇzné bˇehem letu v´ ychylky seˇrizovat a mus´ı b´ yt za kaˇzd´ ych okolnost´ı stejné. V dneˇsn´ı dobˇe jsou na trhu jak analogová, tak digitáln´ı serva. Princip jejich ˇcinnosti je vˇsak velmi podobn´ y. Kaˇzdé servo obsahuje servo zesilovaˇc a potenciometr sn´ımaj´ıc´ı v´ ychylku páˇcky. Servo zesilovaˇc na z´ akladˇe v´ ychylky potenciometru generuje referenˇcn´ı PWM sign´ al.


7

Ten je pak porovn´ av´ an se vstupn´ım signálem. Je-li ˇs´ıˇrka pulsu referenˇcn´ıho signálu odliˇsná od ˇr´ıd´ıc´ıho, servo motor se pohybuje jedn´ım nebo druh´ ym smˇerem, aby tuto odchylku eliminoval. U analogov´ ych serv je referenˇcn´ı signál generován obvodem obsahuj´ıc´ım potenciometr serva a kondenz´ ator. Kondenz´ ator je teplotnˇe závisl´ y a proto i generovan´ y referenˇcn´ı signál závis´ı na teplotˇe. U digit´ aln´ıch serv je v´ ychylka potenciometru sn´ımána A/D pˇrevodn´ıkem a referenˇcn´ı sign´ al pak generuje mikroprocesor. Pokud je vˇsak mikroprocesor taktován vnitˇrn´ım RC oscilátorem objevuje se i zde teplotn´ı závislost. V´ ystupn´ı napˇet´ı potenciometru na teplotˇe nezávis´ı, je vˇsak potˇreba, aby potenciometr pˇresnˇe sn´ımal natoˇcen´ı serva. Je nutné vybrat takov´ a serva, která teplotn´ı závislost´ı netrp´ı. Protoˇze vˇsak teplotn´ı závislost nen´ı ud´ avan´ ym parametrem, je tˇreba tuto vlastnost zmˇeˇrit. Ukázalo se, ˇze bˇeˇzn´ a ◦ ◦ ◦ ◦ analogov´ a serva trp´ı odchylku 5 aˇz 9 pˇri zmˇenˇe teploty z -5 C na +50 C. Po vyzkouˇsen´ı mnoha typ˚ u serv jsem vybral tˇri typy, u kter´ ych je teplotn´ı závislost témˇeˇr nemˇeˇritelná. Jedn´ a se o dva typy analogov´ ych serv od firmy Hitec HS-56HB a HS-65HB, které obsahuj´ı vysoce pˇresn´ y fóliov´ y kondenz´ ator. Tyto serva jsou nav´ıc velmi preciznˇe provedená. Nemaj´ı ˇzádnou pozorovatelnou v˚ uli a pˇrevody jsou vyrobeny z odolného karbonitového kompozitu. Dalˇs´ım typem je digit´ aln´ı servo Graupner S3154 (obr. 2.4), které je jiˇz taktováno pˇresn´ ym krystalem a teplotn´ı z´ avislost´ı také netrp´ı. Toto servo sice má pouze plastové pˇrevody a o nˇeco vˇetˇs´ı v˚ uli neˇz uveden´ a serva Hitec. Zato je o nˇeco rychlejˇs´ı a lehˇc´ı. Srovnán´ı parametr˚ u uveden´ ych serv je v tabulce 2.1. Servo

Typ

[email protected]

[email protected]

Rozmˇery

Hmotnost

[kg.cm]

[s/60◦ ]

[mm]

[g]

Hitec HS-56HB

Analog

1.2

0.12

22.6x11.6x24

11.2

Hitec HS-65HB

Analog

1.8

0.14

23.6x11.6x24

11.2

Futaba S3154

Digital

1.5

0.10

21.8x11x19.8

7.8

Tabulka 2.1: Srovnán´ı parametr˚ u vybran´ ych serv.


2.5

8

Komunikace elektronick´ yˇ casovaˇ c - Setuper

Programovac´ı jednotka Setuper je k ˇcasovaˇci pˇripojena pˇres asynchronn´ı sériové rozhran´ı UART1. Parametry pˇrenosu • Pˇrenosov´ a rychlost 9600 bit/s.

• 8 datov´ ych bit˚ u, 1 start bit, 1 stop bit, bez parity.

• Bity se vys´ılaj´ı od nejménˇe v´ yznamného bitu (LSB). • Klidov´ au ´roveˇ n - logick´ a jedniˇcka. U Start bit bit 0

log.1 log.0

bit 1

bit 2

bit 3

bit 4

bit 5

bit 6

bit 7

Stop bit t [ms]

0

1.042

ˇ Obr´ azek 2.5: Casov´ y pr˚ ubˇeh pˇrenosu jednoho bytu po rozhran´ı UART pˇri rychlosti 9600 bit/s.

ˇ Pokud uˇzivatel stiskne nˇejaké tlaˇc´ıtko, Setuper vyˇsle jeho pˇr´ıznak. Casovaˇ c ho zpracuje a odeˇsle zpˇet textov´ y ˇretˇezec k zobrazen´ı na LCD displeji. Celá orientace v menu ˇcasovaˇce tedy prob´ıh´ a pˇr´ımo v ˇcasovaˇci. Setuper pouze zobrazuje pˇrijaté zprávy na displeji. Povely, které vys´ıl´ a Setuper jsou uvedeny v tab. 2.2. Povel

V´ yznam

N

Setuper zapnut v uˇ zivatelsk´ em reˇ zimu

S

Setuper zapnut v servisn´ ım reˇ zimu

U

Up - kurzor nahoru

D

Down - kurzor dolu

L

Left - kurzor vlevo

R

Right - kurzor vpravo

P

Plus - inkrementace hodnoty

M

Minus - dekrementace hodnoty

I

Independent - hodnota je nez´ avisl´ a

J

Joint - hodnota je spoleˇ cn´ a

<

Dekrementace letov´ eho programu

>

Inkrementace letov´ eho programu Tabulka 2.2: Definované povely, které vys´ılá Setuper.

Po zapnut´ı Setuper vys´ıl´ a pˇr´ıkaz ”N”. Pokud je pˇred zapnut´ım stisknuto nˇekteré tlaˇc´ıtko ˇ kurzoru, vys´ıl´ a pˇr´ıkaz ”S” pro vstup do servisn´ıho menu ˇcasovaˇce. Casovaˇ c tento pˇr´ıkaz pˇreˇcte a odeˇsle nejprve ˇretˇezec o verzi ˇcasovaˇce a dále prvn´ı menu. V Setuperu se pˇri pˇrijet´ı znaku


9

generuje pˇreruˇsen´ı ve kterém se st´ ahne celá zpráva, zkontroluje se jej´ı správnost a zobraz´ı se na displeji. Form´ at zpr´ av od Setuperu Zprávy vys´ılané Setuperem jsou vˇzdy dlouhé 2 byty. Oba byty jsou shodné a pˇredstavuj´ı pˇr´ıznak povelu (napˇr. ”RR” pro kurzor vpravo). Form´ at zpr´ av od ˇ casovaˇ ce ˇ Casovaˇ c pos´ıl´ a zpr´ avy ve formátu dle tabulky 2.3. Kaˇzdá zpráva zaˇc´ıná bytem 0xFF. Následuje délka pˇren´ aˇseného textového ˇretˇezce a samotn´ y ˇretˇezec. Zpráva konˇc´ı 16-bitov´ ym CRC kontroln´ım souˇctem vypoˇcten´ ym z pˇrenáˇseného ˇretˇezce. Pro ovládán´ı displeje jsou nadefinovány escape znaky, které mohou b´ yt obsaˇzeny pˇr´ımo v pˇrenáˇsené zprávˇe. Je to znak pro smazán´ı displeje ’\f’ a znaky pro pˇresun na zaˇcátek druhého ˇrádku ’\n’, ’\r’. Celá zpráva m˚ uˇze vypadat napˇr´ıklad takto: [0xFF, 18, "\fData Set:

com1\n", 0xE340]

Znak 0xFF

D´ elka ˇ retˇ ezce

ˇ Retˇ ezec

CRC-16 kontroln´ ı souˇ cet

[1 B]

[1 B]

[1-36 B]

[2 B]

Tabulka 2.3: Formát zpráv pos´ılan´ ych ˇcasovaˇcem.

2.5.1

CRC kontroln´ı souˇ cet

CRC (Cyclic Redundancy Check) je haˇsovac´ı funkce ˇcasto pouˇz´ıvaná ke generován´ı kontroln´ıho souˇctu. Vstupn´ı posloupnost byt˚ u r˚ uzné délky se pˇrevede na posloupnost byt˚ u pevné délky (kontroln´ı souˇcet). Tento kontroln´ı souˇcet se pˇripoj´ı k pˇrenáˇsené zprávˇe ˇci k ukládan´ ym dat˚ um. Po pˇrenosu dat je znovu nezávisle vypoˇcten. Pokud je spoˇc´ıtan´ y kontroln´ı souˇcet odliˇsn´ y od pˇreneseného, je zˇrejmé, ˇze pˇri pˇrenosu doˇslo k chybˇe. Tento typ kontroln´ıho souˇctu je ˇcasto pouˇz´ıván v komunikaˇcn´ıch protokolech (USB, CDMA, Bluetooth, XMODEM,...) pro svoje dobré vlastnosti detekce chyb. CRC souˇcet o délce n bit˚ u ze zpr´ avy libovolné délky dokáˇze detekovat kaˇzd´ y shluk chyb dlouh´ y nejv´ yˇse n bit˚ u. Dále detekuje 1 − 2−n vˇsech delˇs´ıch shluk˚ u chyb. Pro 16-bitov´ y CRC je to 99.9985% vˇsech delˇs´ıch shluk˚ u chyb. Ukazuje se, ˇze chyby pˇri pˇrenosu komunikaˇcn´ım kanálem nejsou distribuovány n´ ahodnˇe, ale v urˇcit´ ych shluc´ıch. Právˇe pro odhalován´ı tˇechto shluk˚ u chyb je CRC kontroln´ı souˇcet velmi vhodn´ y. V´ ypoˇcet CRC je zaloˇzen na dˇelen´ı v okruhu polynom˚ u nad tˇelesem GF(2) (mnoˇzina polynom˚ u jejichˇz koeficienty mohou nab´ yvat pouze hodnot 0 a 1). Tyto polynomy m˚ uˇzeme sˇc´ıtat, odeˇc´ıtat, n´ asobit a dˇelit jako obyˇcejné polynomy, avˇsak nad v´ ysledn´ ymi koeficienty provád´ıme operaci modulo 2. Kaˇzd´ a posloupnost bit˚ u m˚ uˇze b´ yt reprezentována jako polynom jehoˇz koeficienty odpov´ıdaj´ı jednotliv´ ym bit˚ um. Obecnˇe to m˚ uˇzeme zapsat jako M (x)xn = Q(x)G(x) + R(x),

(2.1)

kde M (x) je polynom vstupn´ı zpr´ avy. Q(x) je v´ ysledek po dˇelen´ı generuj´ıc´ım polynomem G(x) a R(x) je zbytek po dˇelen´ı. Tento zbytek pˇredstavuje v´ ysledn´ y kontroln´ı souˇcet.


10

R˚ uzné pˇrenosové protokoly pouˇz´ıvaj´ı r˚ uzné generuj´ıc´ı polynomy G(x). Já jsem pouˇzil polynom CRC-16 pouˇz´ıvan´ y napˇr´ıklad v rozhran´ı USB. Koeficienty tohoto polynomu stupnˇe 16 lze zapsat jako hexadecim´ aln´ı ˇc´ıslo 0x8005 a tento polynom má tvar x16 + x15 + x2 + 1.

(2.2)

V mikroprocesoru m˚ uˇze b´ yt dˇelen´ı tˇechto polynom˚ u realizováno algoritmem vyuˇz´ıvaj´ıc´ım logickou funkci XOR a bitov´ y posun. Pro v´ ypoˇcet 16-bitového CRC souˇctu s generuj´ıc´ım polynomem 0x8005 m˚ uˇze algoritmus v jazyce C vypadat napˇr´ıklad takto: unsigned int get_crc(unsigned char *str, unsigned char len) { unsigned int i, j; unsigned int rem = 0; // V´ ysledek - zbytek R(x) for(i=0; i

2.6

11

Komunikace elektronick´ yˇ casovaˇ c - r´ adiov´ y modul

Rádiov´ y modul je pˇripojen k druhému sériovému portu ˇcasovaˇce UART2. Toto rozhran´ı je nastaveno na asynchronn´ı pˇrenos v adresovatelném reˇzimu tzv. multi-procesorová komunikace. ˇ To umoˇzn ˇuje na sériové rozhran´ı pˇripojit v´ıce zaˇr´ızen´ı. Casovaˇ c v tomto pˇr´ıpadˇe pracuje jako master a ostatn´ı zaˇr´ızen´ı jako slave. Parametry pˇrenosu • Pˇrenosov´ a rychlost 9600 bit/s.

• 8 datov´ ych bit˚ u, 9. bit znaˇc´ı zda se pˇrenáˇs´ı adresa nebo data. • 1 start bit, 1 stop bit, bez parity.

• Klidov´ au ´roveˇ n - logick´ a jedniˇcka.

bit 8 = 0, Data byte Start bit bit 0

bit 1

bit 8

bit 8 = 1, Address byte

Stop bit

Start bit bit 0

bit 1

bit 8

Stop bit

Obr´ azek 2.6: UART v adresovatelném reˇzimu. Pokud bit8=1, vys´ılá se adresa, jinak data.

Pokud m´ a ˇcasovaˇc poslat nˇejak´ y povel danému modulu, nejprve poˇsle jeho adresu (8 bit˚ u) a bit 8 nastav´ı na jedna. Jedniˇcka v bitu 8 znaˇc´ı, ˇze se pos´ılá adresa, nula znamená data. Vˇsechny moduly pˇrijmou tento paket a modul s danou adresou ˇcasovaˇci potvrd´ı pˇrijet´ı. D´ ale se pos´ılaj´ı jen datové pakety. V´ yhodou multi-procesorové komunikace je to, ˇze u mnoha procesor˚ u lze nastavit, aby bylo generováno pˇreruˇsen´ı od UARTu pouze pokud je bit 8 jedniˇcka. T´ım se pˇreruˇs´ı vˇsechny moduly pouze, kdyˇz se pos´ılá nová adresa. Je vhodné, aby vˇsechna zaˇr´ızen´ı mˇela v´ ystup typu otevˇren´ y kolektor. To umoˇzn ˇuje pˇripojit zaˇr´ızen´ı s r˚ uzn´ ym napájec´ım napˇet´ım. Pˇredevˇs´ım, pokud je tranzistor rozepnut, v´ ystupy neovlivˇ nuj´ı signály na této sbˇernici. Rádiov´ y modul pos´ıl´ a ˇcasovaˇci povely pˇrijaté z dálkového ovládán´ı. Jsou to povely pro ovládán´ı determaliz´ atoru a d´ ale povely pro trimrován´ı v´ ychylek. Nastavován´ı v´ ychylek m˚ uˇze b´ yt pouˇzito pouze bˇehem zalét´ av´ an´ı modelu, ne vˇsak bˇehem soutˇeˇzn´ıho letu. Proto je dobré m´ıt dva d´ alkové ovladaˇce, jeden pro soutˇeˇzn´ı lety umoˇzn ˇuj´ıc´ı pouze ovládán´ı determalizátoru, a jeden pro zalét´ av´ an´ı. Definované povely vys´ılané rádiov´ ym modulem jsou uvedeny v tab. 2.4 a tab. 2.5. V´ ychylky lze nastavovat jak v reˇzimu kluzu (Glide), tak bˇehem vlekán´ı modelu, zvláˇst’ pro pˇr´ım´ı vlek (Tow) a zvl´ aˇst’ pro kruh na lanku (Circle). Hodnotu nastavené v´ ychylky pak opˇet odeˇsle ˇcasovaˇc r´ adiovému modulu. Tyto povely jsou uvedeny v tab. 2.6.


12

Povel

V´ yznam

[D,T]

DT - aktivace determaliz´ atoru

[E,F]

EFT (Extend Flight Time) - prodlouˇ zen´ ı letov´ eho ˇ casu

[S,0..255]

Proporcion´ aln´ ı v´ ychylka v´ yˇ skovky

[R,0..255]

Proporcion´ aln´ ı v´ ychylka smˇ erovky

[F,S]

Uloˇ z´ ı nastaven´ e hodnoty v´ ychylek

[F,R]

Obnov´ ı p˚ uvodn´ ı nastaven´ e hodnoty Tabulka 2.4: Pˇr´ıkazy vys´ılané rádiov´ ym modulem.

V´ yˇskovka

Smˇ erovka

-

+

-

+

-

+

Glide, Tow

[G,11]

[G,12]

[G,21]

[G,22]

[G,31]

[G,32]

Circle

[C,11]

[C,12]

[C,21]

[C,22]

[C,31]

[C,32]

Letov´ y reˇ zim

Kˇr´ıdlo

Tabulka 2.5: Pˇr´ıkazy vys´ılané rádiov´ ym modulem pro trimrován´ı v´ ychylek.

Povel

V´ yznam

[S,0..255]

Nastaven´ a v´ ychylka v´ yˇ skovky

[R,0..255]

Nastaven´ a v´ ychylka smˇ erovky

[W,0..255]

Nastaven´ a v´ ychylka kˇ r´ ıdla

[T,0..255,0..255]

Doba letu od vypuˇ stˇ en´ ı modelu

[D,0..255,0..255]

Doba do aktivace determaliz´ atoru

Tabulka 2.6: Pˇr´ıkazy vys´ılané ˇcasovaˇcem oznamuj´ıc´ı nastavenou hodnotu v´ ychylky.


13

Form´ at zpr´ av ˇ Casovaˇ c i r´ adiov´ y modul pos´ıl´ a zprávy ve formátu dle tabulky 2.7. Kaˇzdá zpráva zaˇc´ın´ a délkou pˇren´ aˇseného povelu, n´ asleduje samotn´ y povel a jeho kontroln´ı souˇcet. Jako kontroln´ı souˇcet je pouˇzito doln´ıch 8 bit˚ u souˇctu jednotliv´ ych znak˚ u povelu. Vzhledem k malé délce povel˚ u je tento kontroln´ı souˇcet dostateˇcn´ y. Pˇrijet´ı zpr´ avy je potvrzov´ ano ASCII znakem ACK (0x06). Pokud je pˇrijatá zpr´ ava poˇskozen´ a, ozn´ am´ı se to znakem NAK (0x15) a zpráva se odeˇsle znovu. Odes´ılán´ı se opakuje nejv´ yˇse tˇrikr´ at. D´ elka povelu

Povel

Kontroln´ ı souˇ cet

[1 B]

[2-3 B]

[1 B]

Tabulka 2.7: Form´ at zpráv komunikace ˇcasovaˇc - rádiov´ y modul.

Kapitola 3 Elektronick´ yˇ casovaˇ c Elektronick´ y ˇcasovaˇc je z´ akladn´ı jednotka celého systému. Ovládá vˇsechna serva, je k nˇemu pˇripojen r´ adiov´ y modul a vleˇcn´ y háˇcek viz obr. 2.1. Nastaven´ı vˇsech letov´ ych parametr˚ u je uloˇzeno pr´ avˇe v tomto ˇcasovaˇci. Tento ˇcasovaˇc je ˇr´ızen 16-ti bitov´ ym signálov´ ym procesorem dsPIC30F4013 od firmy Microchip. Na obr. 3.1 je vidˇet osazená deska tohoto modulu.

Obr´ azek 3.1: Osazená deska elektronického ˇcasovaˇce.

14

´ CASOVA ˇ ˇ KAPITOLA 3. ELEKTRONICKY C

3.1

15

V´ ybˇ er mikroprocesoru

Pˇri n´ avrhu elektronického ˇcasovaˇce byl kladen velk´ y d˚ uraz na v´ ybˇer vhodného mikroprocesoru. Jak jsem uvedl v sekci 1.1, m˚ uj pˇredchoz´ı ˇcasovaˇc byl ˇr´ızen mikroprocesorem ˇrady PIC16. Tato ˇrada mi uˇz nevyhovovala, pˇredevˇs´ım z d˚ uvodu nedostateˇcné kapacity pamˇeti. Nav´ıc pro tuto ˇradu firma Microchip nemá kompilátor jazyka C. Pˇreˇsel jsem tedy na vyˇsˇs´ı ˇradu v´ ykonn´ ych 8-mi bitov´ ych mikroprocesor˚ u PIC18, pro které jiˇz existuje kompil´ ator jazyka C. Konkrétnˇe jsem testoval procesor PIC18F4620. Tato ˇrada jiˇz má mnohem vˇetˇs´ı pamˇet’ a v´ıce 16-ti bitov´ ych ˇcasovaˇc˚ u a periféri´ı. Nakonec se vˇsak ukázala potˇreba druhé sériové linky, kterou jiˇz tento procesor nemˇel. Nav´ıc stále nebylo moˇzné u tˇechto procesor˚ u generovat PWM sign´ al pro serva pomoc´ı pˇr´ısluˇsné periferie. Rozliˇsen´ı PWM sign´ alu tohoto procesoru je pouze 10 bit˚ u a perioda je dána pouze 8-bitov´ ym ˇcasovaˇcem. Nebylo tedy moˇzné generovat sign´ al s periodou 20 ms. Jednou z moˇznost´ı jak generovat kvalitn´ı PWM signál u tohoto procesoru je vyuˇzit´ı pˇreruˇsen´ı pro z´ıskán´ı 20 ms periody a samotn´ y puls ˇcasovat pomoc´ı ˇcekac´ı smyˇcky. Toto ˇreˇsen´ı ma vˇsak tu nev´ yhodu, ˇze procesor stoj´ı velkou ˇcást ˇcasu v ˇcekac´ı smyˇcce. Nav´ıc pokud zrovna nastane nˇejaké pˇreruˇsen´ı, délka pusu jiˇz nen´ı správná. Samozˇrejmˇe lze pouˇz´ıt i pro ˇcasován´ı pulsu pˇreruˇsen´ı, ale zde nen´ı zaruˇceno, ˇze bude trvat vˇzdy stejnˇe dlouho a mohlo by doj´ıt k rozkmitán´ı serva. Nakonec jsem tedy tento procesor pouˇzil pouze pro programovac´ı jednotku Setuper. Ukázalo se, ˇze nejv´ıce m´ ym potˇrebám vyhovuje 16-ti bitov´ y signálov´ y procesor dsPIC30F4013. Ten jiˇz m´ a zabudovan´ y 16-ti bitov´ y generátor PWM signálu na ˇctyˇrech v´ ystupech a umoˇzn ˇuje tak jednoduˇse generovat velmi pˇresn´ y signál pro modeláˇrská serva. Nav´ıc pro tuto ˇradu procesor˚ u existuje volnˇe dostupn´ y kompilátor MPLAB C30 jazyka C pˇr´ımo od firmy Microchip. Tento procesor tedy jiˇz splˇ noval vˇsechna moje kritéria. Poˇ zadavky na mikroprocesor • Moˇznost generovat PWM signál pro 4 serva pomoc´ı hardwarové jednotky. • Malé pouzdro, ale jeˇstˇe vhodné k ruˇcn´ımu pájen´ı (nejlépe TQFP44). • Volnˇe dostupn´ y kompil´ ator jazyka C.

• Dostateˇcnˇe velk´ a pamˇet’ pro program (FLASH) a pro data (EEPROM). • V´ıce 16-ti bitov´ ych ˇcasovaˇc˚ u.

• Pˇrijateln´ a spotˇreba proudu a cena. Jedinou nev´ yhodu tohoto procesoru je asi dvojnásobná spotˇreba proudu (cca 6 mA pˇri 8 MHz) oproti PIC18LF4620. Tato hodnota je ale pˇrijatelná (je to stále ménˇe neˇz spotˇreba jednoho serva v klidovém stavu).


3.2

16

Mikroprocesor dsPIC30F4013

Tento mikroprocesor patˇr´ı do rodiny 16-ti bitov´ ych signálov´ ych procesor˚ u firmy Microchip. Je zaloˇzen na modifikované Harvardské architektuˇre s moˇznost´ı vyuˇzit´ı nˇekter´ ych v´ yhod struktury von Neumann (namapov´ an´ı ˇcásti programové pamˇeti do datového prostoru). Blokové schéma tohoto procesoru je na obr. 3.2. Pro tuto aplikaci je pˇredevˇs´ım podstatné, ˇze obsahuje 16-bitov´ y gener´ ator PWM sign´ alu (jednotka Output Compare), dostateˇcnˇe velkou pamˇet’ pro program (FLASH) i pro data (EEPROM). Vlastnosti jednotky CPU • Modifikovan´ a Harvardské architektura.

• RISC (Redukovan´ a instrukˇcn´ı sada) - 83 instrukc´ı, optimalizováno pro jazyk C. • 24-bitové instrukce a 16-bitová datová sbˇernice. • Pole 16 x 16-bitov´ ych pracovn´ıch registr˚ u.

• 48 kB programov´ a pamˇet’ FLASH, 2 kB datová pamˇet’ RAM, 1 kB datov´ a pamˇet’ EEPROM. • Pracovn´ı v´ ykon aˇz 30 MIPS. • DSP j´ adro. Perif´ erie • I/O piny zat´ıˇzitelné aˇz do 25 mA.

• Pˇet 16-bitov´ ych ˇcasovaˇc˚ u. Dva páry lze spojit do 32-bitov´ ych ˇcasovaˇc˚ u. ˇ ri 16-bitové jednotky Output Compare. • Ctyˇ

• Komunikaˇcn´ı periferie: 2xUART, SPI, I2C, CAN. • 12-bitov´ y A/D pˇrevodn´ık - 13 kanál˚ u, 200 ksps. • Programovateln´ y detektor n´ızkého napˇet´ı. • Programovateln´ y Brown-out reset. Dalˇs´ı vlastnosti • Vylepˇsen´ a FLASH pamˇet’ (10k zápis˚ u/v´ ymaz˚ u). • EEPROM pamˇet’ (100k z´ apis˚ u/v´ ymaz˚ u). • In-Circuit Serial Programming (ICSP).

• Volitelné reˇzimy nap´ ajen´ı: Sleep, Idle, alternativn´ı reˇzimy hodin. • CMOS Technologie: pracovn´ı napˇet´ı 2.5 - 5.5 V.


Obr´ azek 3.2: Blokové schéma mikroprocesoru dsPIC30F4013 (pˇrevzato z [9]).

17


3.2.1

18

Jednotka Output Compare

Pro generov´ an´ı ˇr´ıd´ıc´ıch sign´ al˚ u serv je pouˇzita jednotka Output Compare. U procesoru dsPIC30F4013 m´ a tato jednotka ˇctyˇri kanály. Kaˇzd´ y z nich m˚ uˇze b´ yt nastaven pomoc´ı pˇr´ısluˇsného registru OCxCON na jeden ze tˇr´ı moˇzn´ ych reˇzim˚ u. • Single Compare Match mode • Dual Compare Match mode • PWM mode

Prvn´ı dva reˇzimy jsou urˇceny pro porovnáván´ı hodnot registr˚ u OCxR a OCxRS s hodnotou zvoleného ˇcasovaˇce Timer2 nebo Timer3. Pˇri shodˇe tˇechto hodnot nastane pˇredem nastaven´ a akce a m˚ uˇze se generovat pˇreruˇsen´ı. Lze jednorázovˇe nastavit v´ ystupy na danou logickou u ´roveˇ n nebo ji invertovat. V reˇzimu Dual Compare lze nastavit délku pulsu i mezery generovaného sign´ alu. Period = PR2+1 Duty Cycle = OCxRS

1

2

3

Obr´ azek 3.3: Generován´ı PWM signálu jednotkou Output Compare.

Pro ˇr´ızen´ı serv je nejlepˇs´ı pouˇz´ıt reˇzim PWM. V tomto reˇzimu lze nastavit periodu sign´ alu a ˇs´ıˇrku generovaného pulsu. Pro tuto jednotku jsem zvolil 16-bitov´ y ˇcasovaˇc Timer2. Perioda PWM sign´ alu z´ avis´ı na nastaven´ı registru PR2 ˇcasovaˇce Timer2 PR2 =

TPWM − 1, Tcy T2PRE

kde TPWM = 20 ms je poˇzadovan´ a perioda, Tcy = 0.5 µs je perioda strojového cyklu pˇri zvoleném krystalu 8 MHz. T2PRE = 1 je hodnota dˇeliˇcky ˇcasovaˇce Timer2. Po dosazen´ı tˇechto hodnot zjist´ıme, ˇze PR2 = 39999. ˇıˇrka pulsu PWM sign´ S´ alu se nastavuje pomoc´ı registru OCxRS. Pokud vezmeme v u ´vahu, ˇze dobˇe 20 ms odpov´ıd´ a hodnota ˇcasovaˇce PR2 + 1 = 40000, m˚ uˇzeme nastavit ˇs´ıˇrku pulsu s rozliˇsen´ım 0.5 µs pouh´ ym uloˇzen´ım poˇzadované hodnoty do pˇr´ısluˇsného registru OCxRS. Vzhledem k tomu, ˇze potˇrebujeme nastavit ˇs´ıˇrku pulsu v rozpˇet´ı cca 1 aˇz 2 ms s 256 kroky, je dosaˇzené rozliˇsen´ı bohatˇe dostateˇcné. Samotné generov´ an´ı PWM sign´ alu prob´ıhá ve tˇrech kroc´ıch dle obr. 3.3. 1. Timer2 je vymaz´ an. Z registru OCxRS je naˇctena nová hodnota ˇs´ıˇrky pulsu do OCxR. 2. Hodnota Timer2 se rovn´ a hodnotˇe OCxR. V´ ystup je nastaven na nulu. 3. Perioda uplynula. V´ ystup je nastaven na jedniˇcku a pokraˇcuje se bodem 1.


3.2.2

19

A/D pˇrevodn´ık

Procesor dsPIC30F4013 obsahuje 12-ti bitov´ y A/D pˇrevodn´ık s postupnou aproximac´ı. Pˇrevodn´ık m˚ uˇze m´ıt aˇz 16 vstup˚ u. Tyto vstupy lze nastavit i jako obecné digitáln´ı vstupy, v´ ystupy. Pro pˇrevod vstupn´ıho napˇet´ı je nutné z´ıskat referenˇcn´ı napˇet´ı. Lze pouˇz´ıt i stabilizované nap´ ajec´ı napˇet´ı mikroprocesoru. Základem tohoto typu pˇrevodn´ıku je D/A pˇrevodn´ık a napˇet’ov´ y komparátor. Vstupem D/A pˇrevodn´ıku je aproximaˇcn´ı registr SAR, kter´ y pˇredstavuje v´ ysledek konverze. Samotn´ a konverze napˇet´ı trv´ a 12 takt˚ u. V prvn´ım taktu je MSB bit registru SAR jedna a ostatn´ı bity jsou nula. T´ım je nastaven v´ ystup D/A pˇrevodn´ıku UDA na polovinu referenˇcn´ıho napˇet´ı Uref . Toto napˇet´ı se kompar´ atorem srovná s mˇeˇren´ ym napˇet´ım Uin . Pokud Uin > UDA , ponech´ a se MSB bit jedna, jinak se vynuluje. V dalˇs´ım taktu je nastaven MSB-1 bit. T´ım se k p˚ uvodn´ımu napˇet´ı pˇriˇcte ˇctvrtina Uref . Znovu se v´ ystupn´ı napˇet´ı porovná komparátorem a urˇc´ı se MSB-1 bit. Takto se postupuje d´ ale dokud se neurˇc´ı LSB bit registru SAR a t´ım je znám v´ ysledek konverze.

Obr´ azek 3.4: Blokové schéma A/D pˇrevodn´ıku procesoru dsPIC30F4013 (pˇrevzato z [9]).


20

Poté, co je pˇrevodn´ık nakonfigurován a je zvolen konkrétn´ı analogov´ y vstup, prob´ıhá konverze v n´ asleduj´ıc´ıch bodech. 1. Zapnout A/D modul: ADON = 1. 2. Spustit vzorkovac´ı ˇcas: SAMP = 1. Bˇehem této doby je analogov´ y vstup spojen se vzorkovaˇcem S/H. Vzorkovac´ı doba je urˇcena poˇctem takt˚ u TAD (nastavitelné registrem ADCON3). 3. Konverze se automaticky spust´ı na konci vzorkovac´ı doby a trvá 14 takt˚ u TAD . ˇ 4. Cekat na dokonˇcen´ı konverze - bit DONE bude jedna. 5. Pˇreˇc´ıst v´ ysledek konverze z registru ADCBUF0. 6. Vypnout A/D modul: ADON = 0.

Obr´ azek 3.5: Vstupn´ı schéma A/D pˇrevodn´ıku (pˇrevzato z [9]).

Dobu vzorkov´ an´ı TSAMP je tˇreba volit vzhledem k impedanci vstupu RS a parametr˚ um A/D pˇrevodn´ıku (obr. 3.5). Tuto dobu lze napsat jako souˇcet TSAMP = TCOEF + TAMP + TC , kde TAMP = 0.5 µs je doba ust´ alen´ı vzorkovaˇce S/H. TCOEF = 0.125 µs @ 50◦ C je doba dan´ a teplotou. Podstatn´ a je pˇredevˇs´ım doba závislá na impedanci vstupu TC = −CHOLD (RIC + RSS + RS ) ln

1 . 2 × 212

Napˇr´ıklad pokud m´ a vstup impedanci RS = 10 kΩ vycház´ı potˇrebná doba vzorkov´ an´ı TSAMP = 2.8 µs. Je nutné nastavit poˇcet takt˚ u TAD a samotnou dobu TAD tak, aby doba vzorkován´ı byla vˇetˇs´ı neˇz vypoˇcten´ a doba.


3.3

21

Stabiliz´ ator napˇ et´ı LP2985

Pro nap´ ajen´ı mikroprocesoru a vleˇcného háˇcku bylo tˇreba vybrat vhodn´ y LDO (LowDropout) stabiliz´ ator s n´ızk´ ym u ´bytkem napˇet´ı, n´ızk´ ym odbˇerem proudu a v miniaturn´ım pouzdru. Takové souˇc´ astky u n´ as bˇeˇznˇe k dostán´ı nejsou. Nakonec jsem zjistil, ˇze jsou k dost´ an´ı u anglické firmy RS Components. Konkrétnˇe jsem vybral stabilizátor LP2981 od firmy National Semiconductor v miniaturn´ım pouzdru SOT23-5 s v´ ystupn´ım napˇet´ım 3.3 V. Blokové schéma je na obr. 3.6.

Obr´ azek 3.6: LP2985 - LDO stabilizátor napˇet´ı s n´ızk´ ym u ´bytkem (pˇrevzato z [12]).

Z´ akladn´ı vlastnosti • Garantovan´ y v´ ystup maxim´ alnˇe 150 mA.

• Pevné v´ ystupn´ı napˇet´ı (standardnˇe nˇekolik hodnot v rozsahu 2.5 - 5.0 V). • Velmi n´ızk´ yu ´bytek napˇet´ı, typicky 7 mV @ 1 mA, 300 mV @ 150 mA. • N´ızk´ y odbˇer, typicky 75 µA @ 1 mA, 850 µA @ 150 mA. • Odbˇer < 1 µA pˇri shut down reˇzimu. • Velmi n´ızk´ y ˇsum, typicky 30 µV.

• Stabiln´ı s keramick´ ym v´ ystupn´ım kondenzátorem.

3.3.1

Princip ˇ cinnosti line´ arn´ıch stabiliz´ ator˚ u

NPN stabiliz´ atory Klasické NPN line´ arn´ı stabiliz´ atory maj´ı ve vˇetvi ze vstupu na v´ ystup zapojenou NPN Darlingtonovu dvojici a jeden PNP tranzistor. Právˇe proto maj´ı tyto stabilizátory vysok´ y u ´bytek napˇet´ı 1.5 - 2.5 V. Také maj´ı vysokou spotˇrebu (aˇz 5 mA pro LM78L05). D´ıky tˇemto vlastnostem nen´ı tento typ stabiliz´ atoru pˇr´ıliˇs vhodn´ y pro aplikace napájené z akumulátor˚ u. Velkou v´ yhodou NPN stabiliz´ ator˚ u je, ˇze jsou sami o sobˇe stabiln´ı (vˇetˇsina nevyˇzaduje pro stabilizaci extern´ı kondenz´ atory - ty se pouˇz´ıvaj´ı pouze pro sn´ıˇzen´ı zvlnˇen´ı).


22

LDO stabiliz´ atory LDO stabiliz´ atory dosahuj´ı mnohem pˇr´ıznivˇejˇs´ıch parametr˚ u. V hlavn´ı vˇetvi je zapojen pouze jeden PNP tranzistor viz obr. 3.6. Základn´ı princip ˇcinnosti obou typ˚ u stabilizátor˚ u je vˇsak stejn´ y a je patrn´ y z obr. 3.6. V´ ystupn´ı napˇet´ı stabiliz´ atoru je pˇrivedeno pˇres odporov´ y dˇeliˇc na vstup chybového zesilovaˇce. Na druh´ y vstup zesilovaˇce je pˇriveden zdroj referenˇcn´ıho napˇet´ı. Zesilovaˇc se pak snaˇz´ı pomoc´ı otev´ırán´ı a zav´ır´ an´ı tranzistoru v hlavn´ı vˇetvi udrˇzet oba vstupy na stejné hodnotˇe napˇet´ı a t´ım udrˇzet stabiln´ı napˇet´ı na v´ ystupu stabilizátoru. LDO stabiliz´ ator pro svou ˇcinnost potˇrebuje dostateˇcn´ y kondenzátor na vstupu i v´ ystupu. Jinak se obvod rozkmit´ a. Dokonce tyto kondenzátory maj´ı pˇredepsanou minimáln´ı kapacitu a hodnotu ESR (Equivalent Series Resistance) v daném rozsahu. Obecnˇe se vyrábˇej´ı dva typy LDO stabiliz´ ator˚ u. Napˇr. LP2981 je navrˇzen pro pouˇzit´ı s tantalov´ ym kondenzátorem (vyˇsˇs´ı hodnoty ESR). Stabiliz´ ator LP2985 je naopak navrˇzen pro pouˇzit´ı s keramick´ ym kondenzátorem, kter´ y dosahuje niˇzˇs´ı hodnoty ESR.

3.3.2

V´ ybˇ er kondenz´ ator˚ u pro obvod LP2985

Na obr. 3.7 je zobrazen rozsah ve kterém mus´ı leˇzet hodnota ESR v´ ystupn´ıho kondenzátoru pro obvod LP2985. Dle datového listu je doporuˇcována kapacita v´ ystupn´ıho kondenzátoru minimálnˇe 2.2 µF. Vstupn´ı kondenzátor má m´ıt kapacitu minimálnˇe 1 µF, m˚ uˇze b´ yt pouˇzit keramick´ y i tantalov´ y kondenz´ ator (zde hodnota ESR nen´ı kritická).

Obr´ azek 3.7: V´ ystupn´ı kondenz´ ator pro stabilizátor LP2985 mus´ı svoji hodnotu ESR (Equivalent Series Resistance) udrˇzet v daném rozsahu, aby byla zajiˇstˇena stabilita obvodu (pˇrevzato z [12]).


3.4

23

Popis zapojen´ı

Pˇri n´ avrhu ˇcasovaˇce byly br´ any ohledy zejména na malou spotˇrebu proudu a co nejmenˇs´ı rozmˇery desky ploˇsného spoje. Bylo tˇreba tedy pouˇz´ıt co nejménˇe souˇcástek, ale pˇritom zachovat vˇsechny potˇrebné funkce celého zaˇr´ızen´ı. Schéma zapojen´ı a motivy ploˇsn´ ych spoj˚ u jsou v dodatku B. Ploˇsn´ y spoj je dvojvrstv´ y s prokoven´ ymi otvory a byl navrˇzen v programu OrCAD. Obvodové zapojen´ı vych´ az´ı zejména z n´ıˇze uveden´ ych vlastnost´ı ˇcasovaˇce. Vlastnosti elektronick´ eho ˇ casovaˇ ce • Pˇr´ıdavné periferie pˇripojitelné pˇres konektory (pro snazˇs´ı montáˇz a moˇznou v´ ymˇenu). • V´ ystup pro ˇctyˇri serva.

• Odpojen´ı nap´ ajec´ı vˇetve serv po skonˇcen´ı letu (kv˚ uli u ´spoˇre energie).

• Analogov´ y vstup pro elektronick´ y háˇcek a moˇznost odpojit napájen´ı háˇcku. • Vstup pro dva mechanické mikrosp´ınaˇce nebo pro Hallovy sondy.

• Rotaˇcn´ı pˇrep´ınaˇc pro rychlé nastaven´ı doby letu bez nutnosti programován´ı. • V´ ystup pro bzuˇc´ ak s dvojn´ asobn´ ym napˇet´ım pro vyˇsˇs´ı akustick´ y v´ ykon. • Moˇznost nahr´ at nov´ y firmware, pokud je ˇcasovaˇc pˇr´ımo v modelu.

Procesor dsPIC30F4013 (U1) je taktován 8 MHz krystalem Y1 v klasickém pouzdru HC49US. Pro nahr´ av´ an´ı firmwaru pˇres sériové rozhran´ı ICSP je na desce ˇctyˇr pinov´ y konektor J9. Pro u ´sporu m´ısta neobsahuje tento konektor zemn´ı vodiˇc GND, ten je pˇri programov´ an´ı pˇrichycen ke konektoru J7, kter´ y slouˇz´ı k pˇripojen´ı Setuperu. Nap´ ajen´ı ˇ casovaˇ ce Napájec´ı akumul´ ator je odvozen pˇredevˇs´ım z poˇzadavk˚ u serv. Bylo uvaˇzováno pouˇzit´ı 4 - 5 NiMH ˇcl´ ank˚ u nebo dvou Li-Pol ˇclánk˚ u. Dle typu akumulátoru a stupnˇe nabit´ı se napájec´ı napˇet´ı m˚ uˇze mˇenit v rozsahu 4.5 - 8 V. Doporuˇcená kapacita akumulátoru je alespoˇ n 250 mAh. Pro mˇeˇren´ı napˇet´ı AD pˇrevodn´ıkem a pro napájen´ı elektronického háˇcku je tˇreba z´ıskat pˇresnˇe dané konstantn´ı napˇet´ı. Proto pro napájen´ı mikroprocesoru a elektronického háˇcku je pouˇzit stabilizátor s n´ızk´ ym u ´bytkem napˇet´ı LP2985 (U2) s v´ ystupem 3.3 V. Serva jsou napájeny pˇr´ımo z akumul´ atoru. Napˇet´ı akumulátoru je mikroprocesorem mˇeˇreno pˇres odporov´ y dˇeliˇc R7-R8. Proud t´ımto dˇeliˇcem teˇce pouze, je-li sepnutá napájec´ı vˇetev serv. Sp´ınaˇ ce Tento ˇcasovaˇc umoˇzn ˇuje pˇripojen´ı jak mechanického tak elektronického háˇcku. Proto jsou zde um´ıstˇeny dva logické vstupy s pull-up rezistory. Protoˇze se pˇredpokládá i moˇznost pˇripojen´ı Hallov´ ych sond, které maj´ı nezanedbateln´ y odbˇer, jsou oba sp´ınaˇce odpojitelné tranzistorem Q2.


24

Sign´ al pro serva Serva jsou nap´ ajena pˇr´ımo z akumulátoru a mikroprocesor z niˇzˇs´ıho stabilizovaného napˇet´ı 3.3 V. Kdyby se v´ ystup mikroprocesoru pˇr´ımo zapojil na vstup serva, mohlo by doj´ıt k tomu, ˇze v´ ystupn´ı u ´roveˇ n procesoru jiˇz nebude servem brána jako logická jedniˇcka a servo nep˚ ujde ˇr´ıdit. Proto bylo potˇreba pˇrevést u ´rovnˇe signál˚ u procesoru na u ´rovnˇe napájec´ıho akumulátoru. K tomuto u ´ˇcelu byl pouˇzit rychl´ y komparátor TLC3704 s v´ ystupem push-pull (U3). Jedn´ a se souˇcástku v pouzdru SO14 obsahuj´ıc´ı ˇctyˇri komparátory. Na záporn´ y vstup kaˇzdého komparátoru je z odporového dˇeliˇce R6-R9 pˇrivedena polovina stabilizovaného napˇet´ı. Na kladn´ y vstup je pˇriveden PWM sign´ al z mikroprocesoru a v´ ystup komparátor˚ u je pˇriveden na serva. V´ yhodou tohoto ˇreˇsen´ı je pˇredevˇs´ım to, ˇze staˇc´ı dva rezistory a jedna souˇcástka v pouzdru SO14. Spotˇreba uvedeného kompar´ atoru je pouze 35 µA. Odpojov´ an´ı serv Model´ aˇrsk´ a serva odeb´ıraj´ı proud pˇres vinut´ı motoru cca 9 mA i kdyˇz do nich nejde ˇzádn´ y PWM sign´ al a nejsou tedy ˇr´ızena. Protoˇze voln´ y model F1A po skonˇcen´ı letu leˇz´ı dlouhou dobu na zemi, dokud ho jeho majitel nenalezne, je tˇreba zamezit odbˇeru proudu servo motory a ˇsetˇrit energii akumul´ atoru. Nejlépe to lze zaˇr´ıdit odpojen´ım kladné napájec´ı vˇetve serv. Pro tento u ´ˇcel byl pouˇzit P-MOSFET tranzistor IRF7304 (Q5). Jedná se o technologii HEXFET 5. generace. Odpor pˇri sepnut´ı pouze 90 mΩ, maxim´ aln´ı trval´ y proud 4.3 A. V pouzdru SO8 jsou um´ıstˇeny dva tyto tranzistory. Jeden je pouˇzit k odpojován´ı serv 1 aˇz 3 a druh´ y k odpojován´ı serva 4 (otev´ır´ an´ı háˇcku). Oddˇelené odpojov´ an´ı serva háˇcku je v´ yhodné, protoˇze je toto servo napájeno pouze v pr˚ ubˇehu v´ ystˇrelu, jinak je po celou dobu odpojeno. Princip zapojen´ı je patrn´ y z obr. 3.8. Aby byl P-MOSFET v plnˇe sepnutém stavu, mus´ı b´ yt napˇet´ı UGS (Gate-Source) menˇs´ı neˇz -2.7 V. Proto je zde zapojen nav´ıc N-FET tranzistor. Pokud je u ´roveˇ n SERVO-PWR nulová N-FET je rozepnut a UGS = 0 V (servo je odpojeno). Pokud je SERVO-PWR logick´ a jedniˇcka, N-FET je sepnut a UGS < 0 V (servo je napájeno).

Obr´ azek 3.8: Princip odpojován´ı napájec´ı vˇetve serv.


25

S´ eriov´ e rozhran´ı UART ˇ Casovaˇ c vyuˇz´ıv´ a obˇe sériov´ a rozhran´ı UART v asynchronn´ım reˇzimu. Jedno pro komunikaci s programovac´ı jednotkou Setuper a druhé pro komunikaci s rádiov´ ym modulem. Protoˇze se pˇredpokl´ ad´ a, ˇze uveden´ a zaˇr´ızen´ı maj´ı r˚ uzná napájec´ı napˇet´ı, nelze jejich rozhran´ı pˇripojit pˇr´ımo. Napˇr´ıklad pokud jedno zaˇr´ızen´ı pracuje na napˇet´ı 5 V, má vstup UARTu doln´ı hranici pro u ´roveˇ n logické jedniˇcky 4 V. Pokud druhé zaˇr´ızen´ı je napájeno na 3.3 V, jeho sign´ al nedosáhne této u ´rovnˇe. I kdyby byly obˇe zaˇr´ızen´ı na stejném napˇet´ı, hroz´ı, ˇze pokud se zapne jedno, je na druhé pˇrivedeno napˇet´ı ze vstupn´ıho portu a nemus´ı doj´ıt k správnému resetu mikroprocesoru. Jako ˇreˇsen´ı je zde pouˇzito rozhran´ı s otevˇren´ ym kolektorem (obr. 3.9). Kaˇzdé zaˇr´ızen´ı ma na vstupu pull-up rezistor a na v´ ystupu kolektor NPN tranzistoru. Protoˇze procesor dsPIC30F4013 neumoˇzn ˇuje invertovat smysl signál˚ u UARTu je nutné pouˇz´ıt dalˇs´ı tranzistor, aby nebyly v´ ysledné logické u ´rovnˇe invertovány. Procesor v Setuperu invertovat u ´rovnˇe umoˇzn ˇuje, proto je zde pouze jeden NPN tranzistor.

Obr´ azek 3.9: Princip zapojen´ı sériového rozhran´ı UART.

V´ ystup pro bzuˇ c´ ak Pro z´ısk´ an´ı vˇetˇs´ıho akustického v´ ykonu je napˇet´ı pro bzuˇcák zdvojnásobeno nábojovou pumpou ICL7660S (U4). K ˇcinnosti této nábojové pumpy jsou potˇreba dva tantalové kondenzátory C5, C7 a dvˇe diody, které jsou um´ıstˇené ve spoleˇcném pouzdru D3. Pˇripojen´ y bzuˇcák je sp´ın´ an tranzistorem Q10.


3.5

26

Uˇ zivatelsk´ y program

Programové vybaven´ı elektronického ˇcasovaˇce pracuje s mechanick´ ym i s elektronick´ ym vleˇcn´ ym h´ aˇckem. Nastaven´ı vˇsech letov´ ych parametr˚ u a konfigurace ˇcasovaˇce se prov´ ad´ı prostˇrednictv´ım programovac´ı jednotky Setuper. Firmware byl napsán v jazyce C v prostˇred´ı MPLAB IDE s vyuˇzit´ım pˇrekladaˇce C30.

3.5.1

Zapnut´ı ˇ casovaˇ ce

Základn´ı bˇeh programu je patrn´ y z obr. 3.10. Po zapnut´ı napájen´ı se nejprve zkontroluje nap´ ajec´ı napˇet´ı. Pokud je menˇs´ı neˇz nastavená hodnota LowVoltage oznám´ı to ˇcasovaˇc p´ıpán´ım. To upozorn´ı uˇzivatele, aby vymˇenil baterii. Dokud je vleˇcn´ y háˇcek vzadu (pˇredn´ı sp´ınaˇc háˇcku rozepnut), ˇcasovaˇc ˇceká na pˇripojen´ı Setuperu. Pokud uˇzivatel pohne háˇckem dopˇredu (sepne pˇredn´ı sp´ınaˇc), zaˇcne bˇeˇzet letov´ y program a spojen´ı se Setuperem jiˇz nen´ı moˇzné. Následuje reˇzim vlek´ an´ı (Tow). Po v´ ystˇrelu modelu je ˇcasovaˇc v reˇzimu letu (Flight). Kdyˇz uplyne nastaven´ y letov´ y ˇcas, aktivuje se determalizátor a ˇcasovaˇc pˇrejde do u ´sporného reˇzimu. V tomto reˇzimu je odpojeno nap´ ajen´ı serv a nevyuˇz´ıvan´ ych periféri´ı. Pokud je aktivov´ an bzuˇcák, ˇcasovaˇc se periodicky probouz´ı ze spánku a sp´ıná bzuˇcák. Bˇehem vleku a letu ˇcasovaˇc udrˇzuje komunikaci s r´ adiov´ ym modulem a reaguje na pˇrijaté povely (napˇr. pro dálkovou aktivaci determaliz´ atoru). Pow er on S e tu p e r c o n n e c te d

W a itin g

S e tu p m o d e H o o k m o v e s fo rw a rd

Tow M o d e l la u n c h e d

F lig h t D T tim e e x c e e d e d

D e th e rm a liz e

S le e p m o d e

Obr´ azek 3.10: Základn´ı bˇeh programu.


3.5.2

27

Nastaven´ı doby letu

Poˇzadovanou dobu letu (aktivaci determalizátoru) lze nastavit velmi rychle rotaˇcn´ım dekadick´ ym pˇrep´ınaˇcem DT Switch bez nutnosti pˇripojen´ı Setuperu. Hodnotu lze zmˇenit i tˇesnˇe pˇred letem, protoˇze stav tohoto pˇrep´ınaˇce je naˇcten aˇz po v´ ystˇrelu modelu. Vˇetˇsina poloh je nastavena pevnˇe po minutách, aby nemohlo doj´ıt k omylu. Pouze dvˇe polohy jsou nastavitelné uˇzivatelem viz tab. 3.1. Hodnota DT-Extend (0 - 10 s) se pˇriˇc´ıtá k nastavenému ˇcasu a vytvoˇr´ı tak ˇcasovou rezervu. Dále lze nastavit hodnotu DT-Failsafe (napˇr. na 90 s). Tato funkce zabrán´ı ulétnut´ı modelu v pˇr´ıpadˇe, pokud doˇslo k pˇretrˇzen´ı vleˇcného lanka nebo závodn´ık ztratil kontakt s lankem pˇri vlekán´ı. Pokud je po dobu DT-Failsafe háˇcek stále vzadu (model jiˇz nen´ı ovládán), aktivuje se determaliz´ ator. DT Switch 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Hodnota Nastavitelné hodnotou DT-0 60 s 120 s 180 s 240 s 300 s 360 s 420 s 210 s Nastavitelné hodnotou DT-9

Tabulka 3.1: Hodnoty pro nastaven´ı doby letu.


3.5.3

28

Mechanick´ y vleˇ cn´ y h´ aˇ cek

Na mechanickém vleˇcném h´ aˇcku jsou um´ıstˇeny dva mikrosp´ınaˇce detekuj´ıc´ı jeho stav. Pˇredn´ı sp´ınaˇc je sepnut pouze pokud je háˇcek v pˇredn´ı poloze (v´ ychylka pro pˇr´ım´ı vlek). Zadn´ı sp´ınaˇc se sepne v okamˇziku odjiˇstˇen´ı háˇcku (pˇri pˇrekroˇcen´ı vyp´ınac´ı s´ıly háˇcku). S mechanick´ ym h´ aˇckem pracuje program dle obr. 3.11. Po zapnut´ı se v´ yˇskovka vyklop´ı do polohy DT trim a zkontroluje se napájec´ı napˇet´ı. Po prvn´ım sepnut´ı pˇredn´ıho sp´ınaˇce se v´ yˇskovka sklop´ı do polohy Tow trim a m˚ uˇze zaˇc´ıt vlek modelu. Aˇz se háˇcek bˇehem v´ ystˇrelu odjist´ı (sepne zadn´ı sp´ınaˇc), pˇrejde se do fáze Accelerate. V této fázi program setrvá, dokud se nerozepne pˇredn´ı sp´ınaˇc (z´ avodn´ık odhod´ı vleˇcné lanko). Pow er on

D T trim C h e c k b a tte ry v o lta g e

No Is F ro n t S w itc h c lo s e d ?

No

Is S e tu p e r c o n n e c te d ?

Yes

S e tu p m o d e

Yes T o w trim

Is B a c k S w itc h c lo s e d ? C irc le trim

Yes

A c c e le ra te p h a s e

No No

No

Is F ro n t S w itc h c lo s e d ? Yes

Is F ro n t S w itc h O pen? Yes F lig h t m o d e

Obr´ azek 3.11: Poˇca´tek bˇehu programu s mechanick´ ym háˇckem.


3.5.4

29

Elektronick´ y vleˇ cn´ y h´ aˇ cek

Elektronick´ y vleˇcn´ y h´ aˇcek vyuˇz´ıvá pouze pˇredn´ı mikrosp´ınaˇc detekuj´ıc´ı polohu háˇcku. Tah ve vleˇcném lanku je mˇeˇren pomoc´ı tenzometr˚ u. Po zapnut´ı ˇcasovaˇce zaˇc´ın´ a program dle obr. 3.12. V´ yˇskovka se vyklop´ı do polohy DT trim, zkontroluje se nap´ ajec´ı napˇet´ı a odjist´ı se vleˇcn´ y háˇcek. V tomto okamˇziku se uloˇz´ı háˇckem mˇeˇren´ a s´ıla jako referenˇcn´ı hodnota pro nulovou s´ılu. Pˇred kaˇzd´ ym letem se tak ukládá hodnota pro nulovou s´ılu, coˇz odstran´ı chybu, která by mohla vzniknout posunem nulové hodnoty s´ıly (napˇr. pˇri deformaci háˇcku nebo teplotn´ı zmˇenˇe). Je vˇsak nutné, aby po zapnut´ı nebyl h´ aˇcek zatˇeˇzov´ an. Konec této inicializace je oznámen krátk´ ym p´ıpnut´ım. Pokud doˇslo k nˇejaké chybˇe, ˇcasovaˇc zaˇcne p´ıpat. Dále je testov´ an pˇredn´ı sp´ınaˇc. Kdyˇz je poprvé sepnut, zajist´ı se vleˇcn´ y háˇcek. Po druhém sepnut´ı se sklop´ı v´ yˇskovka do polohy Tow trim a m˚ uˇze zaˇc´ıt vlek modelu.

Pow er on

D T trim U n la tc h to w h o o k C h e c k b a tte ry v o lta g e R e a d z e ro te n s io n

No Is F ro n t S w itc h c lo s e d ?

No

Is S e tu p e r c o n n e c te d ?

Yes

S e tu p m o d e

Yes L a tc h to w h o o k

No

Is F ro n t S w itc h c lo s e d a g a in ?

Yes

T o w trim

Tow m ode

Obr´ azek 3.12: Poˇca´tek bˇehu programu s elektronick´ ym háˇckem.


30

Bˇehem vlek´ an´ı pracuje program dle obr. 3.13. V tomto reˇzimu letu se vyhodnocuje s´ıla v háˇcku a jeho poloha. Pro toto vyhodnocován´ı jsou definovány následuj´ıc´ı parametry. TenAcc - S´ıla (cca 70 N) pro pˇrechod do fáze Accelerate. TenUnlatch - S´ıla (cca 90 N) pro odjiˇstˇen´ı háˇcku. Timer1 - Doba (cca 0.3 s) po kterou mus´ı b´ yt pˇrekroˇcena s´ıla TenUnlatch, aby se háˇcek odjistil. Timer2 - Doba (cca 0.4 s) do které mus´ı j´ıt háˇcek dozadu, aby zaˇcal let. Jinak se háˇcek opˇet zajist´ı a pokraˇcuje vlek. Pokud je pˇrekroˇcena s´ıla TenAcc, pˇrejde se do fáze Accelerate. V této fázi se nastav´ı v´ ychylky tak, aby se model jeˇstˇe v´ıce urychlil na v´ ystˇrel. Pokud je pˇrekroˇcena i s´ıla TenUnlatch a to po dobu Timer1, servo odjist´ı háˇcek. Pokud do do této doby s´ıla poklesne, nebo se háˇcek pohne dozadu, vr´ at´ı se program zpˇet do reˇzimu vleku. Kdyˇz je h´ aˇcek odjiˇstˇen, zapne se bzuˇcák, kter´ y závodn´ıka informuje o otevˇreném háˇcku. Pro vypuˇst’ˇen´ı modelu nyn´ı mus´ı z´ avodn´ık odhodit vleˇcné lanko. T´ım s´ıla prudce poklesne, háˇcek jde okamˇzitˇe dozadu a zaˇc´ın´ a reˇzim letu. Pokud se závodn´ık rozhodne dál krouˇzit, lanko neodhod´ı a povol´ı tah (bˇeˇz´ı pomaleji). V tomto pˇr´ıpadˇe po poklesu s´ıly je háˇcek stále vpˇredu a servo h´ aˇcek zajist´ı. Program pˇrejde zpˇet do reˇzimu vleku. Také se vypne bzuˇcák a závodn´ık tak v´ı, ˇze m˚ uˇze dˇelat dalˇs´ı kruh.

A bove TenA cc A N D H o o k is fo rw a rd

S ta rt A c c e le ra te phase

Above T e n U n la tc h

S ta rt T im e r1

U nder TenA cc O R H ook m oves back

Tow M ode C irc lin g o n th e lin e

T im e r1 exceeded

B uzzer on U n la tc h h o o k U n d e r T e n U n la tc h O R H ook m oves back U nder TenA cc

T im e r2 exceeded

B u z z e r o ff L a tc h h o o k

S ta rt T im e r2

H ook m oves back

F lig h t m o d e T h e flig h t b e g in s h e re

Obr´ azek 3.13: Základn´ı bˇeh programu.


3.5.5

31

Nastaven´ı v´ ychylek

Servo deflection

Kromˇe v´ ychylek bˇehem f´ aze vleku je moˇzné nastavit i vˇsechny v´ ychylky bˇehem letu. Pˇri v´ ystˇrelu typu bunt, kdy se model vystˇreluje kolmo vzh˚ uru je tˇreba po ztrátˇe rychlosti model srovnat do kluzu. K tomu slouˇz´ı nastavitelné ˇcasové intervaly a pˇr´ısluˇsné v´ ychylky kormidel. Ukázka takového nastaven´ı je na obr. 3.14. Tento diagram zaˇc´ıná v okamˇziku vypuˇstˇen´ı modelu, kdy zaˇc´ın´ a bˇeˇzet letov´ y ˇcas. Launch phase

Glide phase

Dethermalize Wing

Rudder

Stabilizer

Shot

Climb

PreLevel

Level

FastGlide

Glide

Time

FinalGlide

DT Time

Obr´ azek 3.14: Pr˚ ubˇeh v´ ychylek od vypuˇstˇen´ı modelu.

Bˇehem f´ aze urychlen´ı modelu (accelerate) docház´ı k velkému prohnut´ı kˇr´ıdel a jistému geometrickému zkroucen´ı. Aby bylo dosaˇzeno maximáln´ı rychlosti pˇri v´ ystˇrelu, je dobré zmˇenit u ´hel seˇr´ızen´ı. Potˇrebn´ a zmˇena seˇr´ızen´ı závis´ı pˇredevˇs´ım na tom, jak se kˇr´ıdla nakrucuj´ı, a na rychlosti vˇetru. Parametrem AccMode lze zvolit, zda se pˇri urychlen´ı v´ yˇskovka vych´ yl´ı o konstantn´ı hodnotu, nebo zda se bude vychylovat plynule po rampˇe viz obr. 3.15. AccMode = 0

AccMode = 1

Time

StabAcc2

StabAcc1

Glide trim

Stabilizer deflection

Acc

Glide trim

Stabilizer deflection

Time1

Time2

Obr´ azek 3.15: V´ ychylka v´ yˇskovky ve fázi accelerate.

Time


3.6

32

Konfigurace ˇ casovaˇ ce

Konfigurace ˇcasovaˇce se prov´ ad´ı programovac´ı jednotkou Setuper. Vˇsechny letové parametry a zobrazovan´ a menu jsou uloˇzena pˇr´ımo v ˇcasovaˇci. Setuper je pouze zobrazuje. Pokud je Setuper spojen s ˇcasovaˇcem, lze nastavit vˇsechny potˇrebné parametry pro následuj´ıc´ı let. Pokud je bˇehem zapnut´ı Setuperu stisknuto nˇekteré tlaˇc´ıtko kurzoru, Setuper se k ˇcasovaˇci pˇripoj´ı v servisn´ım reˇzimu. V tomto reˇzimu lze nakonfigurovat ostatn´ı vlastnosti ˇcasovaˇce jako napˇr. typ vleˇcného h´ aˇcku, parametry PWM signál˚ u, pouˇz´ıván´ı rádiového modulu, atd.

3.6.1

Letov´ e programy

V ˇcasovaˇci je uloˇzeno 7 letov´ ych program˚ u. Tyto programy lze pouˇz´ıvat napˇr´ıklad pro r˚ uzná poˇcas´ı. Pokud uˇzivatel tolik program˚ u nepotˇrebuje, lze omezit jejich poˇcet parametrem DataNum v servisn´ım menu. Jsou zde dva z´ akladn´ı typy program˚ u: com1 - com5 Kaˇzd´ a letov´ a hodnota z tohoto programu m˚ uˇze obsahovat prefix ^. Tento prefix znamen´ a, ˇze hodnota je spoleˇcná pro vˇsechny programy com1 - com5. Vˇetˇsinu letov´ ych hodnot nen´ı tˇreba mˇenit a tento perfix zajist´ı jejich shodu v dan´ ych programech. Staˇc´ı u nˇekolika hodnot tento prefix odstranit a nastavit je individualnˇe podle potˇreby. ind6 - ind7 Tyto programy nemaj´ı moˇznost nastavit prefix ^ a jsou urˇceny pro uloˇzen´ı zcela odliˇsného programu. Nˇekteré letové parametry maj´ı prefix $, kter´ y je pevnˇe dán a nelze ho odstranit. Tento prefix znamen´ a, ˇze se jedn´ a o relativn´ı hodnotu v´ ychylky. U nˇekter´ ych v´ ychylek je totiˇz podstatn´ y pˇredevˇs´ım jejich rozd´ıl od jin´ ych v´ ychylek. Napˇr´ıklad bˇehem fáze accelerate je podstatné o kolik se v´ ychylka zmˇen´ı oproti pˇredcházej´ıc´ı v´ ychylce a ne jej´ı absolutn´ı hodnota. Toto ˇreˇsen´ı pˇrin´ aˇs´ı snaˇzˇs´ı nastaven´ı tˇechto v´ ychylek. Uˇzivatel nemus´ı poˇc´ıtat kolik má nastavit, aby dosáhl daného pˇr´ır˚ ustku.

Data Set = 2

Value = Acc

Menu = Rudder

2..Rudder Acc

^..common value $..relative value

^$+10

Obr´ azek 3.16: Pˇr´ıklad zobrazen´ı na LCD displeji Setuperu pˇri nastavován´ı v´ ychylky smˇerovky pro f´ azi Accelerate (hodnoty Acc).


3.6.2

33

Uˇ zivatelsk´ e menu

Orientace v uˇzivatelském menu prob´ıhá dle obr. 3.17. Mezi jednotliv´ ymi obrazovkami se uˇzivatel m˚ uˇze pohybovat pomoc´ı kurzoru, jak je zobrazeno ˇsipkami na obrázku. Nˇekterá menu jsou zobrazov´ ana pouze pokud jsou povolena v servisn´ım menu. Lze tak zjednoduˇsit orientaci v menu, pokud nejsou nˇekteré funkce vyuˇz´ıvány. V´ yznam nˇekter´ ych zobrazen´ı: • Data Set - Lze nastavit poˇzadovan´ y letov´ y program. • Battery - Zobrazuje aktu´ aln´ı napˇet´ı baterie ˇcasovaˇce. • TowHook - Zobrazuje aktu´ aln´ı mˇeˇrenou s´ılu háˇcku. Zde lze odzkouˇset ˇze háˇcek funguje spr´ avnˇe. Po stisknut´ı tlaˇc´ıtka INC nebo DEC lze prohl´ıˇzet záznam maximáln´ıch sil bˇehem v´ ystˇrelu za posledn´ıch 20 let˚ u. If RudderServo = EN

Data Set

#

# Stabilizer

# Rudder

If WingServo = EN

# Wing

If AccMode = 1

# Timing

--DT------------

--Battery------Actual x.xxV --TowHook------Actual xN

If TowHook = E

TowHook(1)

TowHook(2)

--Options-------

Obr´ azek 3.17: Orientace v uˇzivatelském menu.

V následuj´ıc´ıch tabulk´ ach jsou hodnoty nastavitelné v uˇzivatelském menu. Menu - DT Name

Range

Step

Default

DT-0 DT-9 DT-Failsafe DT-Extend

0..1275 0..2550 20..2550 0..10

5s 10s 10s 1s

30s 600s 90s 0s

Name

Menu - TowHook(1) Range Step

Default

TenAcc TenUnlatch Timer1 Timer2 HookOpen HookClose

0..255 0..255 0.00..2.55 0.00..2.55 0..255 0..255

70N 100N 0.30s 0.40s 100 240

1N 1N 0.01s 0.01s

# Accelerate


34

Name

Menu - TowHook(2) Range Step

Default

TenCircle CircleRudder CircleWing

0..255 -128..127 0.00..2.55

30N 100 200

Name

Menu - Options Range Step

Default

RCDT ShowDisFun Buzzer LED-Blinker

DIS,1..2 EN,DIS EN,DIS DIS,1..2

1 DIS EN DIS

Name

1N

1N

Menu - Battery, Mech. TowHook Range Step 0.1V

Default

LowVoltage LaunchFail CircleFail

0..25.5 DIS, 0.1..25.5 DIS, 1..2

Name

Menu - Timing Range Step

Default

Shot Climb PreLevel Level FastGlide FinalGlide

0.00..2.55 DIS,0.01..2.55 DIS,0.01..2.55 DIS,0.01..2.55 DIS,1..255 DIS,10..600

0.40s 0.60s DIS 1.20s 5s DIS

0.01s 0.01s 0.01s 0.01s 1s 10s

Menu - Stabilizer Default

Name

Range

Tow Acc Shot Climb PreLevel Level FastGlide Glide FinalGlide Circle

$-128..$+127 $-128..$+127 -128..127 DIS,-127..127 DIS,-127..127 DIS,-127..127 DIS,$-127..$+127 -128..127 DIS,$-127..$+127 DIS,-127..127

4.8V DIS 2

$+5 $+10 20 -40 DIS -110 $-5 0 DIS DIS

Note Rel. to Glide Rel. to Glide Shot if DIS Climb if DIS PreLevel if DIS Rel. to Glide Rel. to Glide Tow if DIS


35

Menu - Rudder Default

Name

Range

Tow Acc Shot Climb Level FastGlide Glide FinalGlide Circle

-128..127 $-128..$+127 -128..127 DIS,-127..127 DIS,-127..127 DIS,$-127..$+127 -128..127 DIS,$-127..$+127 -128..127

-30 $+10 20 DIS DIS $+10 40 DIS 100

Menu - Wing Default

Name

Range

Tow Acc Shot Climb Level FastGlide Glide FinalGlide Circle

-128..127 $-128..$+127 -128..127 DIS,-127..127 DIS,-127..127 DIS,$-127..$+127 -128..127 DIS,$-127..$+127 -128..127

Name

Range

StabAcc1 Time1 StabAcc2 Time2

$-128..$+127 0.00..2.55 $-128..$+127 0.00..2.55

-30 $+10 20 DIS DIS $+10 40 DIS 100

Menu - Accelerate Default $+5 0.50s $+25 1.00s

Note Rel. to Tow Shot if DIS Climb if DIS Rel. to Glide Rel. to Glide

Note Rel. to Tow Shot if DIS Climb if DIS Rel. to Glide Rel. to Glide

Note Rel. to Glide Rel. to Glide


3.6.3

36

Servisn´ı menu

V servisn´ım menu lze nastavit základn´ı vlastnosti ˇcasovaˇce (parametry generovaného PWM sign´ alu, typ pouˇzitého h´ aˇcku, nastaven´ı bzuˇcáku, LED blikaˇcky, kalibraci háˇcku a dalˇs´ı).

--Settings------

Buzzer

LED Blinker

--Servos--------

Servos(1)

Servos(PWM)

--TowHook-------

Calibration

--RCDT----------

--Config--------

Obr´ azek 3.18: Orientace v servisn´ım menu.

Kalibrace elektronick´ eho vleˇ cn´ eho h´ aˇ cku Po vstupu do menu kalibrace h´ aˇcku se zobraz´ı obrazovka obr. 3.19. Kalibrace se prov´ ad´ı tak, ˇze se h´ aˇcek zat´ıˇz´ı zn´ amou silou a zároveˇ n se nastavuje hodnota Sfactor dokud se nezobraz´ı správná hodnota s´ıly. Value of Sfactor Tow hook voltage

Sfactor: 1.65V

75 80N

Tow hook tension

Obr´ azek 3.19: Obrazovka kalibrace elektronického háˇcku.

Name

Menu - Buzzer Range Step

Default

BeepNum BeepPulse BeepSpace BeepPeriod HookFwd Unlatch

1..10 0.1..25.5 0.1..25.5 0.1..25.5 DIS,0.01..2.55 EN, DIS

1 0.8s 0.2s 6.0s DIS EN

0.1s 0.1s 0.1s 0.01s


37

Name

Menu - LED Blinker Range Step

Default

Flash Space

0.01..2.55 0.1..25.5

0.10s 2.0s

Name

Menu - Servos(1) Range Step

Default

DT-Stab DT-Rudder DT-Wing ZeroStab ZeroRudder

-128..127 DIS, -127..127 DIS, 1..255 -128..127 -128..127

127 DIS DIS 0 0

Name

Menu - Servos(PWM) Range Step

Default

S1dir S2dir S3dir S1center S2center S3center S1span S2span S3span

0,1 0,1 0,1 1000..2000 1000..2000 1000..2000 100..1000 100..1000 100..1000

1 1 1 1500us 1500us 1500us 600us 600us 600us

Name

Range

TrimDef StabMax RudderZero WingZero StabSpan RudderSpan

1..10 -128..127 -128..127 0..255 0..127 0..127

5 30 0 30 60 100

Name

Menu - Config Range Step

Default

DataNum AccMode InitTow RudderServo WingServo TowMenu TowHook

1..7 0..1 EN,DIS EN,DIS EN,DIS EN,DIS M,E

4 0 DIS EN EN DIS E

0.01s 0.1s

10us 10us 10us 10us 10us 10us 10us

Menu - RCDT Step

Default

Kapitola 4 Programovac´ı jednotka Setuper Setuper je programovac´ı jednotka urˇcená k nastavován´ı elektronického ˇcasovaˇce. Pˇripojuje se k nˇemu pˇres sériové rozhran´ı UART. Obsahuje klávesnici s nˇekolika tlaˇc´ıtky pro pohyb v menu ˇcasovaˇce a pro nastavov´ an´ı hodnot. K zobrazován´ı dat slouˇz´ı dvou ˇrádkov´ y LCD displej s rozˇs´ıˇren´ ym rozsahem pracovn´ıch teplot. Setuper je napájen 9 V bateri´ı. Zap´ın´ an´ı a vyp´ınán´ı je ovl´ ad´ ano jedn´ım tlaˇc´ıtkem. Základem je 8-bitov´ y procesor PIC18F4620.

Obr´ azek 4.1: Osazená deska programovc´ı jednotky Setuper.

38

KAPITOLA 4. PROGRAMOVACÍ JEDNOTKA SETUPER

39

Obr´ azek 4.2: Kompletn´ı Setuper vˇcetnˇe potisku.

4.1

Popis zapojen´ı

Setuper se skl´ ad´ a ze dvou desek ploˇsn´ ych spoj˚ u. Zakladn´ı deska je navrˇzena jako dvojvrstv´ a s prokoven´ ymi otvory. K n´ı je pˇripojena deska klávesnice, která obsahuje pouze tlaˇc´ıtka. Setuper je um´ıstˇen v krabiˇcce U-KM33B. Pˇredn´ı strana je pokryta samolepkou, která zakr´ yv´ a i tlaˇc´ıtka a tvoˇr´ı tak kl´ avesnici. V´ yrobn´ı dokumentace je v dodatku C. Ploˇsn´ y spoj byl navrˇzen v programu EAGLE. Základem Setuperu je procesor PIC18F4620 (U1) taktovan´ y 8 MHz krystalem XT1. Setuper je nap´ ajen z 9 V baterie. Toto napˇet´ı je stabilizováno na hodnotu 5.0 V stabilizátorem LP2981 (U2). Tento typ stabiliz´ atoru je navrˇzen pro tantalové kondenzátory, proto jsou v jeho bl´ızkosti tantalové kondenz´ atory C8 a C9, které zaruˇcuj´ı stabilitu tohoto obvodu. LCD displej je k procesoru pˇripojen pˇres 4-bitové rozhran´ı (vys´ılá se zvláˇst’ horn´ı a doln´ı polovina pˇren´ aˇseného bytu). Kontrast displeje je nastaviteln´ y potenciometrem R4. Podsvˇetlen´ı displeje je sp´ın´ ano tranzistorem R4. Protoˇze toto zaˇr´ızen´ı bude pouˇz´ıváno pˇredevˇs´ım ve venkovn´ıch podm´ınk´ ach (na prudkém slunci i v mrazu) je nutné, aby displej byl dobˇre ˇciteln´ y za vˇsech podm´ınek. Pouˇzit´ y displej DEM16216 SYH-LY s technologi´ı STN má rozsah pracovn´ıch teplot -20◦ C aˇz +70◦ C a je velmi dobˇre ˇciteln´ y i na prudkém slunci. Pˇri n´ızk´ ych teplotách si zachov´ av´ a rychlou odezvu. Setuper umoˇzn ˇuje mˇeˇren´ı napˇet´ı své napájec´ı baterie. Toto napˇet´ı je pˇrivedeno pˇres odporov´ y dˇeliˇc R10-R11 na analogov´ y vstup procesoru. Pˇred mˇeˇren´ım je nutné pˇrivést kladné napˇet´ı z baterie na tento odporov´ y dˇeliˇc. K tomu slouˇz´ı P-MOSFET tranzistor Q4 a NPN tranzistor Q8. Klávesnice je pˇripojena pˇres l´ amac´ı liˇsty k základn´ı desce Setuperu. Bzuˇcák B1 je urˇcen pro zvukovou signalizaci pˇri zapnut´ı ˇci pˇri stisknut´ı tlaˇc´ıtka. Na základn´ı desce jsou konektory pro dalˇs´ı zat´ım nevyuˇzité periferie. Konektorem J11 lze pˇripojit dalˇs´ıch ˇsest tlaˇc´ıtek. Na konektory J1 a J2 lze pˇripojit dva potenciometry. Dále je zde konektor J5 pro pˇripojen´ı r´ adiového modulu.


4.1.1

40

On/Off obvod

Zap´ın´ an´ı a vyp´ın´ an´ı Setuperu je ˇreˇseno jedn´ım mikrosp´ınaˇcem, mikroprocesorem a stabilizátorem. Toto zapojen´ı umoˇzn ˇuje, aby se Setuper sám vypnul, pokud bude delˇs´ı dobu v neˇcinnosti. Odpad´ a nutnost pouˇzit´ı páˇckového ˇci posuvného vyp´ınaˇce, coˇz zjednoduˇsuje montáˇz a zaˇr´ızen´ı je celkovˇe elegantnˇejˇs´ı. Princip tohoto obvodu je na obr. 4.3.

Obr´ azek 4.3: Princip obvodu zap´ınán´ı/vyp´ınán´ı jedn´ım tlaˇc´ıtkem.

Zapnut´ı Po stisknut´ı tlaˇc´ıtka BT PWR je pˇrivedeno napˇet´ı baterie na vstup PWR EN stabilizátoru. Souˇcasnˇe je pˇriveden sign´ al i na vstup procesoru. Stabilizátor se probud´ı z reˇzimu sleep a nap´ aj´ı cel´ y obvod. Po nabˇehnut´ı procesoru se pˇrivede pomoc´ı signálu PWR HOLD napˇet´ı baterie ustane stabilizátor aktivn´ı i po puˇstˇen´ı tlaˇc´ıtka, nicménˇe stisknut´ı na vstup PWR EN. T´ım z˚ tlaˇc´ıtka se d´ ale testuje. Spust´ı se ˇcasovaˇc odpoˇc´ıtáván´ı (cca 0.5 s). Pokud do této doby uˇzivatel pust´ı tlaˇc´ıtko, procesor nastav´ı PWR HOLD na nulu, vstup PWR EN bude také nula a sta´ bilizátor se usp´ı. Ukolem tohoto ˇcasovaˇce je, aby se Setuper nespustil krátk´ ym náhodn´ ym stisknut´ım tlaˇc´ıtka. Pro pˇrevod napˇet´ı z 5 V procesoru na u ´roveˇ n baterie slouˇz´ı P-MOSFET Q6 a NPN tranzistor Q7. Zenerova dioda D5 chr´ an´ı vstup procesoru pˇred pˇrepˇet´ım pˇri stisknut´ı tlaˇc´ıtka. Dioda D2 zajiˇst’uje, aby napˇet´ı na vstupu procesoru vzrostlo aˇz po zapnut´ı stabilizátoru. Vypnut´ı Setuper se vypne, kdyˇz stabilizátor pˇrejde do reˇzimu spánku. Pokud uˇzivatel za bˇehu an´ı Setuperu stiskne tlaˇc´ıtko BT PWR, v procesoru se generuje pˇreruˇsen´ı a spust´ı se odpoˇc´ıtáv´ (cca 0.5 s). Pokud po tuto dobu uˇzivatel stále drˇz´ı tlaˇc´ıtko, procesor vymaˇze displej, vypne podsvˇetlen´ı a sign´ al PWR HOLD nastav´ı na nulu. T´ım se Setuper jev´ı pro uˇzivatele vypnut´ y. Po puˇstˇen´ı tlaˇc´ıtka klesne na nulu i napˇet´ı na PWR EN a Setuper je definitivnˇe vypnut. Kdyˇz uˇzivatel bˇehem odpoˇc´ıt´ av´ an´ı tlaˇc´ıtko pust´ı, Setuper bˇeˇz´ı dál. Dalˇs´ı moˇznost´ı vypnut´ı je, ˇze Setuper z˚ ustane dlouhou dobu bez stisknut´ı jakéhokoliv


41

tlaˇc´ıtka. Pak se generuje pˇreruˇsen´ı od ˇcasovaˇce, ten vynuluje signál PWR HOLD a Setuper ˇ pro automatické vypnut´ı je nastaviteln´ se okamˇzitˇe vypne. Cas y v menu Setuperu v rozsahu 5-60 min.

4.2

Programov´ e vybaven´ı

Firmware pro Setuper byl napsán v jazyce C v prostˇred´ı MPLAB IDE s vyuˇzit´ım pˇrekladaˇce C18. Podle toho, jaké je stisknuto tlaˇc´ıtko bˇehem zapnut´ı Setuperu, nastane jeden ze tˇr´ı reˇzim˚ u. • Uˇzivatelsk´ y reˇzim - Pokud nen´ı stisknuto ˇzádné tlaˇc´ıtko, Setuper se spoj´ı s ˇcasovaˇcem v uˇzivatelském reˇzimu. • Servisn´ı reˇzim - Pokud je stisknuto nˇejaké tlaˇc´ıtko kurzoru, Setuper se spoj´ı s ˇcasovaˇcem v servisn´ım reˇzimu. • Nastaven´ı Setuperu - Pokud je stisknuto tlaˇc´ıtko Inc nebo Dec, zobraz´ı se menu pro nastaven´ı Setuperu. Nastaven´ı Setuperu Pˇri nastaven´ı Setuperu lze mˇenit nˇekteré základn´ı parametry jako dobu podsvˇetlen´ı displeje, ˇcas automatického vypnut´ı a reˇzim bzuˇcáku. V tomto menu se zobrazuje i aktu´ aln´ı napˇet´ı baterie Setuperu. Poloˇzku menu jsou uvedeny v následuj´ıc´ı tabulce.

Name

Menu - Setuper Range Step

Battery Voltage Auto Power Off LCD Backlight Buzzer

5..60 DIS,5..60 DIS,1,2

0.01V 5min 5s

Default 15min 10s 2

Kl´ avesov´ e zkratky Klávesnice obsahuje ˇctyˇri tlaˇc´ıtka kurzoru pro pohyb v menu, a tlaˇc´ıtka pro nastavov´ an´ı hodnoty Inc, Dec. Kromˇe toho je zde pˇr´ıdavné tlaˇc´ıtko SET, které má pˇri kombinaci s ostatn´ımi tlaˇc´ıtky sv˚ uj v´ yznam dle tab. 4.1. Kombinace

V´ yznam

SET SET SET SET

Inkrementace letového programu Dekrementace letového programu Nastav´ı pˇr´ıznak ^ pro spoleˇcnou hodnotu Vymaˇze pˇr´ıznak ^ pro spoleˇcnou hodnotu

+ + + +

Inc Dec Up Down

Tabulka 4.1: Klávesové zkratky.

Kapitola 5 R´ adiov´ y modul Tento rádiov´ y modul je urˇcen k zabudován´ı do hlavice modelu. Jeho funkc´ı je pˇrij´ımán´ı povelu pro ukonˇcen´ı letu (r´ adiov´ y determalizátor) a vys´ılán´ı puls˚ u nosného kmitoˇctu pro dohledáv´ an´ı modelu v terénu. Z´ akladem modulu je obvod nRF9E5. Na obr. 5.1 je osazená deska tohoto modulu a fin´ aln´ı zapouzdˇren´ a verze.

Obr´ azek 5.1: Osazen´ a deska rádiového modulu a jeho fináln´ı zapouzdˇrená podoba.

42

´ ´ MODUL KAPITOLA 5. RADIOV Y

5.1

43

Obvod nRF9E5

Na trhu nen´ı mnoho souˇc´ astek, které by splˇ novaly poˇzadavky kladené na tento modul. Hlavn´ı kritériem je zde rozmˇer modulu. Proto je nezbytné, aby na jednom ˇcipu byl obsaˇzen souˇcasnˇe kompletn´ı transceiver a mikroprocesor. V dobˇe vzniku tohoto modulu byl jedinou dostupnou souˇc´ astkou pr´ avˇe obvod nRF9E5 od firmy Nordic Semiconductor. Vlastnosti obvodu nRF9E5 • 433/868/915 MHz transceiver.

• Nastaviteln´ a frekvence 422.4-447.9 MHz s krokem 100 kHz. • GFSK modulace, pˇrenosov´ a rychlost 50 kb/s. • Nastaviteln´ y v´ ystupn´ı v´ ykon aˇz do 10 dbm. • Vstupn´ı citlivost -100 dbm.

• Integrovan´ y 8051 kompatibiln´ı mikroprocesor.

• 256 B datov´ a pamˇet’ RAM, 4 kB programová pamˇet’ RAM. • Nap´ ajen´ı 1.9-3.6 V.

• Pouzdro QFN 32 pin, 5x5 mm.

BLOCK DIAGRAM

4k byte RAM

AIN3 (26) AIN2 (27)

256 byte RAM

7-channel interrupt UART0 Timer 0 Timer 1 Timer 2

AIN1 (28) AIN0 (29) AREF (30)

Boot loader

A/D converter

ANT1 (20) ANT2 (21)

nRF905 433/868/ 915 MHz Radio Tranceiver

CPU 8051 compatible Microcontroller

VDD_PA (19)

IREF (23)

BIAS XC2 (15)

XTAL oscillator XC1 (14)

VSS (5)

PWM

VSS (16)

Low power RC Oscillator

SPI

VSS (18) VSS (22) VSS (24) VDD (4)

WATCHDOG

RTC timer

Power mgmt Reset Regulators

VDD (17)

8. Ch programmable Wakeup

Port logic

CSN

SCK (12)

EECSN (13) SCK

MISO (11)

MOSI (10)

SDI

SDO

P07 (9)

P06 (8)

P05 (7)

P04 (6)

P03 (3)

P02 (2)

P01 (1)

P00 (32)

DVDD_1V2 (31)

VDD (25)

25320 EEPROM

Obr´ azek 5.2: Blokové schéma obvodu nRF9E5 (pˇrevzato z [10]).


5.1.1

44

Organizace pamˇ eti

Zvláˇstnost´ı tohoto obvodu je, ˇze neobsahuje vlastn´ı pamˇet’ pro uchován´ı programu. M´ısto toho obsahuje bootovac´ı zavadˇeˇc, kter´ y pˇri startu procesoru nahraje do intern´ı 4 kB RAM pamˇeti uˇzivatelsk´ y program z extern´ı pamˇeti EEPROM. Tato pamˇet’ je k procesoru pˇripojena pˇres rozhran´ı SPI viz obr. 5.2. V´ yhoda je, ˇze program staˇc´ı nahrát do standardn´ı SPI EEPROM pamˇeti. Tento obvod proto nevyˇzaduje speciáln´ı programátor. Zato vˇsak pˇr´ıdavn´ a pamˇet’ zab´ır´ a dalˇs´ı m´ısto na ploˇsném spoji. Form´ at programu v extern´ı pamˇ eti EEPROM Uˇzivatelsk´ y program v extern´ı pamˇeti EEPROM mus´ı b´ yt organizován podle obr. 5.3. Prvn´ı ˇctyˇri byty jsou pouˇzity bootovac´ım zavadˇeˇcem pro nastaven´ı správné frekvence rozhran´ı SPI. Bit SPEED urˇcuje rychlost SPI (0.5-1 MHz). Bity XO FREQ urˇcuj´ı kmitoˇcet pouˇzitého krystalu (4-20 MHz). 0: 1: 2: … … N: N+1:

7 6 5 4 3 2 1 Version Reserved SPEED XO_FREQ (now 00) (now 00) Offset to start of user program (N) Number of 256 byte blocks in user program (includes block 0 that is not full) Optional User data, not interpreted by boot loader … First byte of user program, goes into ERAM at 0x0000 Second byte of user program, goes into ERAM at 0x0001 …

0

Obr´ azek 5.3: Form´ at programu v extern´ı pamˇeti EEPROM (pˇrevzato z [10]).

Pro vytvoˇren´ı poˇzadovaného formátu programu slouˇz´ı program ”eeprep” poskytovan´ y v´ yrobcem tohoto obvodu. Program se volá ve formátu: eeprep.exe [options] - pˇ reloˇ zen´ y program ve form´ atu Intelhex - v´ ystup, kter´ y jiˇ z lze pˇ r´ ımo nahr´ at do pamˇ eti EEPROM Volby [options]: -c n n urˇ cuje frekvenci krystalu v MHz -i ignoruje kontroln´ ı souˇ cet -p n n nastav´ ı velikost programu (implicitnˇ e 4 kB) -s nastav´ ı pomalou EEPROM frekvenci (0.5 MHz) Pˇr´ıklad vol´ an´ı pro pouˇzit´ y krystal 16 MHz: D:\eeprep.exe -c 16 D:\Rx.hex D:\Rxout.hex


5.1.2

45

Perif´ erie

Mikroprocesor obsahuje 8 vstup˚ u/v´ ystup˚ u na portu P0. Piny na portu P1, které jsou primárnˇe urˇceny pro rozhran´ı SPI, lze nakonfigurovat po naˇcten´ı programu z EEPROM také na obecné vstupy/v´ ystupy. Piny na portu P0 lze nastavit na jejich alternuj´ıc´ı funkce (rozhran´ı UART, PWM v´ ystup, dva zdroje pˇreruˇsen´ı INT0, INT1 a extern´ı ˇcasovaˇce T0, T1). Vstupy AN0-AN3 lze pouˇz´ıt pouze jako vstupy 10-bitového A/D pˇrevodn´ıku. Referenˇcn´ı napˇet´ı lze pˇrivést na vstup AREF nebo pouˇz´ıt intern´ı referenci 1.22 V.

5.1.3

Transceiver

Integrovan´ y transceiver je ovl´ ad´ an pˇres 8-bitov´ y vnitˇrn´ı port P2 a pˇres registr SPI CTRL. Je-li SPI CTRL=1, rozhran´ı SPI je pˇripojeno k portu P1 (extern´ı EEPROM). Je-li SPI CTRL=2, rozhran´ı SPI je pˇripojeno k obvodu transceiveru. Nastaven´ı frekvence V´ ystupn´ı frekvence obvodu se nastavuje registry CH NO a HFREQ PLL dle rovnice f [MHz] = (422.4 + CH NO/10)(1 + HFREQ PLL). Je-li HFREQ PLL=0, frekvence se nastavuje 8-bitov´ ym registrem CH NO v pásmu 433 MHz. Je-li HFREQ PLL=1, frekvence se nastavuje v pásmu 868/915 MHz. Nastaven´ı v´ ystupn´ıho v´ ykonu V´ ystupn´ı v´ ykon lze nastavit ve ˇctyˇrech kroc´ıch registrem PA PWR na hodonoty -10, -2, 6, 10 dBm. Modulace Modulace tohoto transceiveru je GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Tato modulace je velmi podobn´ a frekvenˇcn´ı modulaci FSK. Logické nule a jedniˇcce odpov´ıdaj´ı dvˇe r˚ uzné frekvence. Rozd´ıl je pouze v tom, ˇze signál procház´ı Gaussovsk´ ym filtrem, coˇz pom´ ah´ a z´ uˇzit ˇs´ıˇrku p´ asma vyzaˇrovaného signálu. Pokud nen´ı signál filtrován, zmˇena frekvence mezi logick´ ymi u ´rovnˇemi zp˚ usob´ı vyzaˇrován´ı v ˇsirokém spektru. Je tedy dobré signál filtrovat. Deviace frekvence je ±50 kHz.

Pˇrenosov´ a rychlost je 100 kb/s. Protoˇze je vˇsak pouˇzito Manchesterské kódován´ı, efektivn´ı rychlost pˇren´ aˇsen´ ych symbol˚ u je poloviˇcn´ı (50 kb/s). Pˇrenosovou rychlost nelze zmˇenit. Datov´ e pakety Form´ at datov´ ych paket˚ u je realizován pˇr´ımo hardwarem transceiveru. Pomoc´ı pˇr´ısluˇsn´ ych registr˚ u lze nastavit parametry paket˚ u viz obr. 5.4. Nastavitelná je délka adresy, poˇcet datov´ ych byt˚ u, a délka CRC kontroln´ıho souˇctu. Poˇcet byt˚ u adresy a dat se nastavuje zvl´ aˇst’ pro obvod vys´ılaˇce a pˇrij´ımaˇce.


Preamble 10 bits

46

Address field 1-4 bytes

Data field 1-32 bytes

CRC 8-16 bits

RX AFW, TX AFW

RX PW, TX PW

CRC MODE

Obr´ azek 5.4: Formát datov´ ych paket˚ u obvodu nRF9E5.

Doba trv´ an´ı pˇrenosu T = tstartup + tpreamble +

Naddress + Npayload + NCRC BR

závis´ı na nastaven´ ych parametrech paket˚ u. Doba nábˇehu tstartup z reˇzimu Standby do reˇzimu Tx je maxim´ alnˇe 650 µs. Doba trv´ an´ı hlaviˇcky tpreamble = 200 µs. BR je pˇrenosová rychlost 50 kb/s. Reˇ zim ShockBurst Tx Oznaˇcen´ı ShockBurst znamen´ a, ˇze obvod nRF9E5 se sám stará o vyslán´ı paket˚ u a uˇzivatel pouze nastav´ı parametry paket˚ u a uloˇz´ı vys´ılaná data do pˇr´ısluˇsného registru. Vyslán´ı paketu se pak provede nar´ az plnou rychlost´ı. Sekvence vysl´ an´ı paketu prob´ıh´ a nasledovnˇe: 1. Pˇres SPI rozhran´ı se nastav´ı parametry paketu a nahraj´ı se poˇzadovaná data. 2. Aktivuje se reˇzim ShockBurst Tx nastaven´ım bit˚ u TRX CE a TX EN. 3. Obvod sestav´ı cel´ y paket a odeˇsle jej. Konec odeslán´ı oznám´ı bitem Data Ready (DR). 4. Je-li nastaven bit AUTO RETRAN obvod opakovanˇe vys´ılá dan´ y paket dokud nen´ı vynulov´ an TRX CE. 5. Po vynulov´ an´ı bitu TRX CE obvod pˇrejde do stavu Standby. Reˇ zim ShockBurst Rx Pˇrij´ımán´ı paket˚ u funguje n´ asledovnˇe: 1. Aktivuje se reˇzim ShockBurst Rx nastaven´ım bitu TRX CE a vynulován´ım TX EN. 2. Pokud obvod pˇrijme sign´ al na nastevené frekvenci, bit Carrier Detect (CD) je nastaven. 3. Je-li pˇrijmuta korektn´ı adresa, bit Address Match (AM) je nastaven. 4. Je-li pˇrijmut korektn´ı paket (odpov´ıdá CRC souˇcet), bit Data Ready (DR) je nastaven. 5. Obvod vynuluje TRX CE a pˇrejde do stavu Standby. 6. Nyn´ı lze pˇreˇc´ıst pˇrijat´ a data po SPI rozhran´ı. 7. Poté, co jsou data pˇreˇctena obvod nastav´ı bity DR a AM znovu do nuly. 8. Obvod je pˇripraven pro dalˇs´ı ˇcinnost.


5.2

47

Popis zapojen´ı

Pˇri tvorbˇe ploˇsného spoje byla snaha o dosaˇzen´ı co nejmenˇs´ıch rozmˇer˚ u tohoto modulu. D´ıky pouˇzit´ı miniaturn´ıho stabilizátoru v pouzdru SOT23-5, a miniaturn´ıho krystalu o rozmˇerech pouze 3.2x2.5 mm, bylo dosaˇzeno pˇrijateln´ ych rozmˇer˚ u 32x16 mm. V´ yrobn´ı podklady k tomuto modulu jsou v dodatku D. Ploˇsn´ y spoj byl navrˇzen v programu OrCAD. Modul je k ˇcasovaˇci pˇripojen pˇres konektor J2 obsahuj´ıc´ı piny pro napájen´ı a piny pro sériovou linku. Firmware se nahr´ av´ a do pamˇeti EEPROM pˇres konektor J3. D´ıky tomu, ˇze je zapojen stabiliz´ ator LP2985 (U3) poskytuj´ıc´ı napˇet´ı 3.3 V, lze modul napájet ze spoleˇcného akumulátoru v letadle. Obvod nRF9E5 (U2) je taktov´ an vysoce pˇresn´ ym krystalem FA-23H (Y1) od firmy EPSON. V´ yrobn´ı tolerance je pouze ±10 ppm. Teplotn´ı tolerance je také pouze ±10 ppm v celém pracovn´ım rozsahu -20◦ C aˇz +70◦ C. Anténa se pˇripojuje k pinu 2 konektoru J1. Je tvoˇrena ocelov´ ym drátem dlouh´ ym ˇctvrtinu vlnové délky a o pr˚ umˇeru 0.4 mm. Pro frekvenci 433 MHz vycház´ı délka 173 mm.


5.3

48

Firmware

Firmware pro tento modul byl napsán v jazyce C ve v´ yvojovém prostˇred´ı Keil uVision. Toto v´ yvojové prostˇred´ı jiˇz obsahuje definiˇcn´ı soubor pro obvod nRF9E5. Asynchronn´ı sériové rozhran´ı (UART) pro pˇripojen´ı k ˇcasovaˇci je nastaveno v adresovatelném reˇzimu (multiprocesorov´ a komunikace). Po zapnut´ı napájen´ı modul ˇceká, zda ˇcasovaˇc (master) nav´ aˇze komunikaci na platné adrese modulu. Na tom závis´ı dalˇs´ı bˇeh programu.

5.3.1

Chod programu s komunikac´ı

Je-li komunikace nav´ az´ ana, program bˇeˇz´ı v periodickém cyklu. N´ıˇze uvedené ˇcasové konstanty jsou nastavitelné v hlaviˇcce programu. Uvedu zde jejich implicitn´ı nastaven´ı. S periodou 1.5 s modul vys´ıl´ a pulsy nosného kmitoˇctu pro dohledáván´ı modelu. Délka pulsu mus´ı b´ yt dostateˇcne dlouh´ a, aby byla detekována pouˇzit´ ym pˇrij´ımaˇcem. Osvˇedˇcila se délka 150 ms. Mezit´ım je periodicky zap´ın´ an pˇrij´ımac´ı obvod. Pokud je pˇrijmut korektn´ı povel, modul vyˇsle potvrzen´ı pˇrijet´ı a povel odeˇsle ˇcasovaˇci. Pˇr´ıjem povel˚ u od ˇcasovaˇce je registrován pˇreruˇsen´ım na sériové lince. Poté, co modul od ˇcasovaˇce pˇrijme zprávu o konci letu, modul jiˇz nepˇr´ıjmá zprávy od ˇcasovaˇce ani nezap´ın´ a pˇrij´ımac´ı obvod. Dále vys´ılá pouze pulsy nosného kmitoˇctu mezi kter´ ymi je uveden do u ´sporného reˇzimu.

5.3.2

Chod programu bez komunikace

Pokud komunikace nebyla ˇcasovaˇcem navázána, znamená to, ˇze ˇcasovaˇc nebyl pˇripojen nebo doˇslo k nˇejaké poruˇse. Vstup RX UARTu je nakonfigurován na logick´ y vstup a v´ ystup TX na logick´ y v´ ystup. Program je navrˇzen tak, aby fungoval i bez komunikace z ˇcasovaˇcem. M˚ uˇze b´ yt napˇr´ıklad instalov´ an do modelu s m´ ym prvn´ım ˇcasovaˇcem nebo do modelu kde slouˇz´ı pouze jako vyhled´ avac´ı modul. Vys´ıl´ an´ı nosn´ eho kmitoˇ ctu Pokud je logick´ y vstup RX nulov´ y (spojen propojkou s pinem BATTERY-), modul vys´ıl´ a neustále nosn´ y sign´ al dokud nen´ı propojka odstranˇena. Vys´ılán´ı nosného kmitoˇctu lze vyuˇz´ıt pro mˇeˇren´ı parametr˚ u vys´ılaˇce (mˇeˇren´ı frekvence a v´ ystupn´ıho v´ ykonu). Dalˇs´ı bˇ eh programu Pokud nen´ı v´ yˇse uveden´ a propojka pˇripojena, program jiˇz bˇeˇz´ı podobnˇe jako v pˇr´ıpadˇe chodu se sériovou komunikac´ı. Periodicky vys´ılá pulsy nosného kmitoˇctu a ˇceká na pˇr´ıjem povelu. Jedin´ y rozd´ıl je, ˇze modul vyhodnocuje pouze povel ”DT”. Je-li tento povel pˇrijat, v´ ystup s otevˇren´ ym kolektorem TX je sepnut. Takto lze dát povel ˇcasovaˇci, kter´ y má vstup pro ovlád´ an´ı r´ adiového determaliz´ atoru zapojen s pull-up rezistorem.


5.4

49

R´ adiov´ e dohed´ av´ an´ı

Pro dohled´ av´ an´ı model˚ u v terénu lze pouˇz´ıt amatérsk´ y transceiver pracuj´ıc´ı v pásmu UHF, nejlépe ve spojen´ı se smˇerovou anténou. Je potˇreba, aby mˇel dobrou vstupn´ı citlivost a indikátor s´ıly pole. Vˇetˇsina amatérsk´ ych vys´ılaˇcek obsahuje takzvan´ y S-meter. Tento S-meter zobrazuje s´ılu pole pomoc´ı stupnice nˇekolika ˇcárek na LCD displeji. Jeho nev´ yhodou je vˇsak velmi mal´ y rozsah. Od jisté u ´rovnˇe jiˇz zobrazuje stále pln´ y signál. To je dáno t´ım, ˇze S-meter je zde pouze pro ovˇeˇren´ı, zda je signál dostateˇcnˇe siln´ y pro fónickou komunikaci. Mal´ y rozsah S-metru m´ a za n´ asledek, ˇze uˇzivatel vid´ı stále pln´ y signál ze vˇsech stran, pokud je bl´ıˇze modelu. Tento nedostatek lze napravit pouˇzit´ım nastavitelného atenuátoru pro utlumen´ı sign´ alu vstupuj´ıc´ıho do pˇrij´ımaˇce. Po dostateˇcném utlumen´ı je S-meter znovu pouˇziteln´ y. Celé vybaven´ı pro r´ adiové dohledáván´ı je na obr. 5.5. Je zde pˇrij´ımaˇc, atenuátor a smˇerov´ a anténa typu HB9CW. S t´ımto vybaven´ım lze model zamˇeˇrit na vzdálenost 1 - 2 km. Pˇri plném utlumen´ı lze urˇcit smˇer i ze vzd´ alenosti nˇekolika des´ıtek metr˚ u.

Directional antenna HB9CW

Adjustable attenuator 0-20 dB

Receiver

Obr´ azek 5.5: Vybaven´ı pro rádiové dohledáván´ı.

Kapitola 6 RCDT ovladaˇ c Tento rádiov´ y ovladaˇc slouˇz´ı k vys´ılán´ı povel˚ u ovlivˇ nuj´ıc´ıch funkci determalizátoru (ukonˇcen´ı nebo prodlouˇzen´ı letu). Jsou zde dvˇe tlaˇc´ıtka. Tlaˇc´ıtko DT vyˇsle pˇr´ıkaz pro aktivaci determalizátoru. Tlaˇc´ıtko EFT (Extended Flight Time) vyˇsle pˇr´ıkaz pro oddálen´ı determalizátoru o ˇcas, kter´ y je nastaven v ˇcasovaˇci modelu. Základem zaˇr´ızen´ı je obvod nRF9E5.

Obr´ azek 6.1: Osazen´ a deska RCDT ovladaˇce v krabiˇcce a dvouˇclánková LiIon baterie.

50

ˇ KAPITOLA 6. RCDT OVLADAC

Obr´ azek 6.2: Fin´ aln´ı podoba RCDT ovladaˇce vˇcetnˇe antény s SMA konektorem.

Obr´ azek 6.3: Detail krabiˇcky obsahuj´ıc´ı v´ıˇcko pro baterii a odep´ınac´ı klipsnu.

51

ˇ KAPITOLA 6. RCDT OVLADAC

6.1

52

Popis zapojen´ı

Ploˇsn´ y spoj byl navrˇzen v programu EAGLE speciálnˇe pro krabiˇcku typu BOS400 nˇemecké firmy BOPLA. Tato krabiˇcka je velmi preciznˇe provedena a naprosto ideáln´ı pro tuto aplikaci. Obsahuje odep´ınac´ı klipsnu na opasek, dv´ıˇrka pro 9V baterii a má rovné masivn´ı pˇredn´ı ˇcelo, které je vhodné pro upevnˇen´ı konektoru antény viz obr. 6.3. Ploˇsn´ y spoj je dvouvrstv´ y s prokoven´ ymi otvory. V´ yrobn´ı dokumentace je v dodatku E. Obvodové zapojen´ı je velmi podobné rádiovému modulu, jelikoˇz je pouˇzit stejn´ y obvod nRF9E5 (U2). Nap´ ajec´ı napˇet´ı je stabilizováno obvodem LP2985 (U1) na 3.3 V. Jako zdroj slouˇz´ı 9 V baterie, pˇr´ıpadnˇe akumulátor uveden´ y na obr. 6.1. Jedná se o dvouˇclánkov´ y LiIon akumulátor o jmenovitém napˇet´ı 7.2 V. Ovladaˇc se zap´ıná páˇckov´ ym pˇrep´ınaˇcem SW1, kter´ y vyˇcn´ıvá z pˇredn´ıho panelu. Anténa je pˇripojena pˇres konektor typu SMA, ale je moˇzné pouˇz´ıt i konektor typu BNC. Pouˇzitá ˇctvrtvlnn´ a anténa je od firmy LPRS z Velké Británie. Jak je vidˇet na potisku ovladaˇce (dodatek E), jsou vyuˇzita dvˇe tlaˇc´ıtka. Jedná se o mikrosp´ınaˇce typu P-B1720A. Tlaˇc´ıtka jsou zapuˇst’ena do vrchn´ıho krytu krabiˇcky a pokryta samolepkou potisku. Takto lze velmi jednoduˇse vytvoˇrit spolehlivá, vodotˇesná tlaˇc´ıtka. Poloˇsn´ y spoj byl navrˇzen tak, aby vˇsechny vstupy obvodu nRF9E5 byly zapojeny. Sice nejsou nˇekteré z nich zat´ım vyuˇzity, ale v budoucnu by se mohli hodit. Jedná se o dvˇe tlaˇc´ıtka SW4 a SW5, analogové vstupy (konektor J5) a rozhran´ı pro sériovou linku (konektor J3). ˇ Jsou zde dvˇe sv´ıt´ıc´ı diody. Cerven´ a dioda Tx sv´ıt´ı pˇri v´ ys´ılán´ı. Zelená dioda Rx sv´ıt´ı vˇzdy, je-li detekov´ an nosn´ y kmitoˇcet na nastavené frekvenci. Pokud ovladaˇc pˇrijme potvrzen´ı odeslaného povelu, uˇzivatel je informován tˇremi záblesky diody a p´ıpán´ım bzuˇcáku. Pro spr´ avnou funkci ovladaˇce je tˇreba, aby ovladaˇc i rádiov´ y modul mˇeli nastavenou stejnou frekvenci a stejnou adresu. Adresa a ˇc´ıslo kanálu se nastavuje v hlaviˇcce zdrojového souboru firmwaru.

Kapitola 7 Elektronick´ y vleˇ cn´ y h´ aˇ cek Tento vleˇcn´ y h´ aˇcek mˇeˇr´ı s´ılu ve vleˇcné lanku pomoc´ı dvou tenzometr˚ u. Signál z mˇeˇr´ıc´ıho m˚ ustku je zes´ılen pˇr´ıstrojov´ ym zesilovaˇcem pˇr´ımo na tˇele háˇcku. V´ ystup mˇeˇr´ıc´ıho obvodu háˇcku je tedy u ´roveˇ n napˇet´ı odpov´ıdaj´ıc´ı mˇeˇrené s´ıle. Háˇcek je odjiˇst’ován miniaturn´ım servem. Na obr. 7.1 je prvn´ı prototyp tohoto háˇcku.

Obr´ azek 7.1: Prvn´ı prototyp elektronického háˇcku.

53

´ VLECN ˇ Y ´ HA ´ CEK ˇ KAPITOLA 7. ELEKTRONICKY

7.1

54

Odporov´ e tenzometry

Tenzometry jsou senzory umoˇzn ˇuj´ıc´ı zjistit mechanickéh napˇet´ı v materiálu pomoc´ı mˇeˇren´ı jeho deformace. Existuje mnoho druh˚ u tenzometr˚ u - odporové, kapacitn´ı, rezonanˇcn´ı a magnetické. Nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı jsou odporové tenzometry, ketré se podle materiálu dˇel´ı na kovové a polovodiˇcové.

7.1.1

Tenzometrick´ a konstanta

Princip odporov´ ych tenzometr˚ u je zaloˇzen na zmˇenˇe elektrického odporu u vodiˇce namáhaného silou. Odpor vodiˇce o délce l, pr˚ uˇrezu S a hustotˇe ρ je dán vztahem R=

l ρ, S

(7.1)

jehoˇz tot´ an´ı diferenci´ al m´ a tvar dR =

l l ρ dl − 2 dS + dρ. S S S

(7.2)

Vydˇelen´ım pˇredchoz´ı rovnice vztahem 7.1 a u ´pravou na koneˇcné relativn´ı zmˇeny z´ıskáme vztah pro relativn´ı zmˇenu odporu ∆R ∆l ∆S ∆ρ = − + , (7.3) R l S ρ kde prvn´ı dva ˇcleny ud´ avaj´ı geometrické zmˇeny vodiˇce a tˇret´ı ˇclen ∆ρ/ρ je d˚ usledek mikrostruktur´ aln´ıch zmˇen materi´ alu. Pˇri aplikaci tenzometr˚ u je nutné zaruˇcit, aby nenastaly nevratné mikrostruktur´ aln´ıch zmˇeny, které by vedly k znehodnocen´ı tenzometru. Zmˇena pr˚ uˇrezu S je dle teorie pruˇznosti závislá na délkové deformaci a pˇribliˇznˇe plat´ı vztah ∆S . ∆l = −2µ , (7.4) S l kde µ = εt /εr je Poissonova konstanta udávaj´ıc´ı pomˇer mezi relativn´ı deformac´ı εt zp˚ usobenou tahovou silou a odpov´ıdaj´ıc´ı pˇr´ıˇcnou deformac´ı εr . Na základˇe uveden´ ych vztah˚ u 7.3 a 7.4 plat´ı vztah ∆R R ∆l l

= 1 + 2µ +

∆ρ ρ . ∆l l

(7.5)

Pokud poloˇz´ıme ε = ∆l/l a zanedb´ ame zmˇenu hustoty, z´ıskáme pˇribliˇzn´ y v´ ysledn´ y vztah pro zmˇenu odporu tenzometru ∆R = (1 + 2µ) ε = k ε, (7.6) R kde k je tenzometric´ a konstanta (k-faktor). Je to bezrozmˇern´ y koeficient, kter´ y závis´ı na materiálu a konfiguraci tenzometru. Závislost mezi zmˇenou odporu a relativn´ım prodlouˇzen´ım nen´ı obecnˇe zcela line´ arn´ı. Do urˇcité hodnoty deformace je ale rozd´ıl mezi lineárn´ı náhradou a reálnou z´ avislost´ı minim´ aln´ı (pˇredevˇs´ım u kovov´ ych tenzometr˚ u) a lze proto pouˇz´ıt tenzometrickou konstantu k.


7.1.2

55

Polovodiˇ cov´ e tenzometry

Polovodiˇcové tenzometry jsou vyrábˇeny pˇredevˇs´ım z kˇrem´ıku vodivost´ı P i N. Dosahuj´ı aˇz ˇsedesáti n´ asobné citlivosti neˇz tenzometry kovové (tenzometrická konstanta je cca 125). Nev´ yhodou je vˇetˇs´ı nelinearita zmˇeny odporu na deformaci. Kˇrem´ıkov´ y substrát je velmi kˇrehk´ y a aplikace tˇechto tenzometr˚ u je proto obt´ıˇznˇejˇs´ı.

7.1.3

Kovov´ e tenzometry

Mezi nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı typy tenzometr˚ u patˇr´ı kovové fóliové tenzometry. Jsou vyrábˇeny fotolitografickou technikou z tenk´ ych kovov´ ych fóli´ı upevnˇen´ ych na nosn´ ych izolaˇcn´ıch vrstv´ ach z polyamidového ˇci fenolového filmu. D´ıky velmi malé tlouˇst’ce (okolo 0.1 mm) dobˇre kop´ıruj´ı mˇeˇrenou deformaci. Tenzometrick´ a konstanta se pohybuje v rozmez´ı 2 aˇz 4. Celkov´ y odpor tenzometru je zpravidla 120, 350 a 1000 Ω. Vyrábˇej´ı se v r˚ uzn´ ych tvarech a konfigurac´ıch pro mˇeˇren´ı sil, tlak˚ u ˇci moment˚ u. Pˇri aplikaci tenzometr˚ u je tˇreba poˇc´ıtat s teplotn´ı závislost´ı jeho odporu a odporem pˇr´ıvodn´ıch vodiˇc˚ u. Z´ avaˇzn´ a chyba by mohla vzniknout rozd´ılnost´ı teplotn´ıho koeficientu tenzometru a materi´ alu na kterém je pˇripevnˇen. Proto se vyrábˇej´ı tzv. samokompenzaˇcn´ı tenzometry, které maj´ı teplotn´ı koeficient pˇrizp˚ usoben´ y materiálu, na kter´ y budou aplikov´ any (pro uhl´ıkovou ocel je to 11 ppm/◦ C a pro hlin´ıkové slitiny 23 ppm/◦ C).

Obr´ azek 7.2: Pˇr´ıklad fóliového tenzometru pro mˇeˇren´ı ohybu.


7.2

56

Senzor s´ıly

Jako senzor s´ıly pro vleˇcn´ y h´ aˇcek byl pouˇz´ıt vetknut´ y nosn´ık (obr. 7.3), kter´ y je oh´ yb´ an silou F . Tato s´ıla zp˚ usob´ı deformaci nosn´ıku, která je mˇeˇrena dvˇema tenzometry. Horn´ı tenzometr Rg1 je nam´ ah´ an na tah a doln´ı tenzometr Rg2 je namáhán na tlak.

Rg2

H

h

Rg1

B

L F

Obr´ azek 7.3: Senzor s´ıly typu vetknut´ y nosn´ık s dvˇema tenzometry.

Dle Hookova z´ akona je pruˇzn´ a deformace materiálu, neboli relativn´ı prodouˇzen´ı ε = ∆l/l, pˇr´ımo u ´mˇerné mechanickému napˇet´ı σ v materiálu. To vyjadˇruje vztah ε=

σ , E

(7.7)

kde E je Yang˚ uv modul pruˇznosti, kter´ y zavis´ı na typu materiálu. Tento vztah plat´ı pouze, pokud je napˇet´ı v mater´ı´ alu dostateˇcnˇe menˇs´ı neˇz mez kluzu a docház´ı jen k pruˇzné deformaci. Mechanické napˇet´ı σ pˇri ohybu nosn´ıku je dáno vztahem σ=

FL M = , W W

(7.8)

kde M je ohybov´ y moment zp˚ usoben´ y silou F ve vzdálenosti L. W je pr˚ uˇrezov´ y modul v ohybu a pro nosn´ık na obr. 7.3 je dán vzorcem W =

7.2.1

B(H 3 − h3 ) . 6H

(7.9)

Mˇ eˇr´ıc´ı obvod

Tenzometry jsou zapojeny do mˇeˇr´ıc´ıho obvodu dle obr. 7.4. R1 je tenzometr um´ıstˇen´ y na horn´ı stranˇe nosn´ıku, kter´ y je namáhán na tah a jeho odpor se od nomináln´ı hodnoty zvyˇsuje. Tenzometr R2 je na spodn´ı stranˇe nosn´ıku a je namáhán na tlak, proto se jeho odpor zmenˇsuje. Tyto dva tenzometry jsou zapojeny do Wheatstonova m˚ ustku napájeného konstantn´ım napˇet´ım Uin . M˚ ustek je dpolnˇen rezistory R3 a R4 , které maj´ı pˇribliˇznˇe hodnotu nomin´ aln´ıho odporu tenzometr˚ u. V´ ystupn´ı napˇet´ı m˚ ustku Ub je zes´ıleno pˇr´ıstrojov´ ym zesilovaˇcem o zes´ılen´ı G na hodnotu Uout . Toto p˚ ulmostové zapojen´ı m´ a oproti pouˇzit´ı pouze jednoho tenzometru nˇekolik v´ yhod. V´ ystupn´ı napˇet´ı je line´ arnˇe z´ avislé na zmˇenˇe odporu tenzometr˚ u. Deformace nosn´ıku je mˇeˇrena s dvojnásobnou citlivost´ı a teplotn´ı závislosti jsou kompenzovány. Pokud vlivem teploty dojde k deformaci nosn´ıku, deformuj´ı se stejn´ ym zp˚ usobem oba tenzometry a v´ ystupn´ı napˇet´ı z˚ ustává nemˇenné.


57

Obr´ azek 7.4: Schéma mˇeˇr´ıc´ıho obvodu. Dva tenzometry jsou zapojeny do mˇeˇr´ıc´ıho m˚ ustku.

V´ ystupn´ı napˇet´ı m˚ ustku Ub je rozd´ılem napˇet´ı U2 a U1 . M˚ uˇzeme tedy psát Ub = U2 − U1 , Ub = Uin

R3 R2 − Uin , R3 + R4 R1 + R2

Ub = Uin

R1 R3 − R2 R4 . (R1 + R2 )(R3 + R4 )

(7.10)

Z v´ yrazu 7.10 je patrné, ˇze m˚ ustek je vyváˇzen (v´ ystupn´ı napˇet´ı nulové), pokud je splnˇena podm´ınka R3 = R4 za pˇredpokladu stejného odporu tenzometr˚ u R1 = R2 . Proto je tˇreba vyb´ırat rezistory R3 , R4 se stejnou hodnotou odporu. Pokud nejsou rezistory R3 , R4 stejné, bude nulové deformaci (R1 = R2 ) odpov´ıdat v´ ystupn´ı napˇet´ı R3 /R4 − 1 Ub = Uin . (7.11) 2(R3 /R4 + 1) V´ ystupn´ı napˇet´ı m˚ ustku je line´ arnˇe závislé na zmˇenˇe odporu tenzometr˚ u za pˇredpokladu, ˇze se odpor mˇen´ı u obou tenzometr˚ u o stejnou absolutn´ı hodnotu. Tedy plat´ı R1 = R + ∆R, R2 = R − ∆R a R3 = R4 . Potom v´ ystupn´ı napˇet´ı je dáno vztahem Ub = Uin

∆R . 2R

(7.12)

Dosazen´ım vztahu pro zmˇenu odporu tenzometru 7.6 a vztahu pro ohyb nosn´ıku 7.8 z´ıskáme vzorec pro v´ ystupn´ı napˇet´ı m˚ ustku v závislosti na zatˇeˇzovac´ı s´ıle F . Ub =

1 FL 1 Uin k ε = Uin k 2 2 WE

(7.13)


7.3

58

Popis zapojen´ı

Mˇeˇr´ıc´ı obvod je um´ıstˇen na dvouvrstvém prokoveném ploˇsném spoji. V´ yrobn´ı dokumentace je v dodatku F. Tento obvod je spojen s ˇcasovaˇcem tˇr´ıvodiˇcov´ ym kabl´ıkem pˇres konektor J2 obsahuj´ıc´ım vstupy pro nap´ ajen´ı (3.3 V) a napˇet’ov´ y v´ ystup odpov´ıdaj´ıc´ı s´ıle p˚ usob´ıc´ı na háˇcek. Dva tenzometry jsou do mˇeˇr´ıc´ıho m˚ ustku pˇripojeny pˇres konektor J1. Hodnota odpor˚ u doplˇ nuj´ıc´ıch mˇeˇr´ıc´ı m˚ ustek je sloˇzena ze dvou rezistor˚ u v sérii. Pˇred osazen´ım je tˇreba vybrat takové dvojce rezistor˚ u R2, R3 a R4, R5 aby v obou vˇetv´ıch byla co nejbliˇzˇs´ı hodnota odporu. V´ ystupn´ı napˇet´ı m˚ ustku je zes´ıleno precizn´ım pˇr´ıstrojov´ ym zesilovaˇcem INA118 od firmy Texas Instruments. Jeho zes´ılen´ı G se nastavuje rezistorem RG dle vzorce G=1+

50 kΩ . RG

(7.14)

Pomoc´ı odporového dˇeliˇce R6, R7 je na vstupu REF nastavena referenˇcn´ı u ´roveˇ n pro nulové vstupn´ı napˇet´ı. Pro zvolené hodnoty rezistor˚ u a napájec´ı napˇet´ı 3.3 V vycház´ı referenˇcn´ı u ´roveˇ n 1.05 V.

7.4

Konstrukce vleˇ cn´ eho h´ aˇ cku

Tˇelo h´ aˇcku je vyfrézov´ ano z jednoho bloku duralu. Je zavˇeˇseno na mosazném ˇcepu v duralovém drˇz´ aku, kter´ y je k trupu modelu pˇripevnˇen dvˇema ˇsrouby M2.5. Háˇcek je zajiˇstov´ an miniaturn´ım servem um´ıstˇen´ ym na tˇele háˇcku. Rozm´ıstˇen´ı komponent háˇcku je patrné na obr. 7.5. Tenzometry jsou nalepeny na obou stranách zeslabeného nosn´ıku. Jsou pouˇzity tenzometry firmy Omega SG-3/350-LY43 s jmenovit´ ym odporem 350 Ω a tenzometrickou konstantou k = 2.10. Tyto tenzometry maj´ı teplotn´ı koeficient pˇrizp˚ usoben´ y hlin´ıkové slitinˇe. Mˇeˇr´ıc´ı obvod je zasunut do mezery mezi tˇelem háˇcku a servem. D´ıky tomu, ˇze obvod je um´ıstˇen velmi bl´ızko tenzometr˚ um, jsou jejich pˇr´ıvodn´ı vodiˇce velmi krátké a neprojev´ı se pˇr´ıliˇs jejich odpor. Je d˚ uleˇzité, aby tenzometry byly ˇrádnˇe pˇripevnˇeny k tˇele háˇcku. Samotné tenzometry jsou lepeny vteˇrinov´ ym lepidlem. D´ ale jsou oba tenzometry pˇres nosn´ık háˇcku omotány kevlarov´ ym vláknem. Cel´ a omot´ avka a pˇr´ıvodn´ı vodiˇce jsou zality epoxidov´ ym lepidlem. Takto pˇripenˇené tenzometry jsou dokonale fixov´ any a chránˇeny proti vlhkosti. Mikrosp´ınaˇc detekuj´ıc´ı pˇredn´ı polohu háˇcku je pˇriˇsroubován k druhé stranˇe tˇela háˇcku a op´ırá se o drˇz´ ak.


59

Obr´ azek 7.5: 3D model vleˇcného háˇcku.

7.4.1

V´ ypoˇ cet nam´ ah´ an´ı h´ aˇ cku

Tˇelo h´ aˇcku je vyrobeno z pevné hlin´ıkové slitiny AW2017A. Tato slitina má následuj´ıc´ı mechanické vlastnosti. Hustota

2800 kg/m3

Teplotn´ı souˇcinitel roztaˇznosti

23.4 × 10−6 K−1

Mez kluzu

240 MPa

Mez pevnosti

380 MPa

Modul pruˇznosti

73 GPa

Tabulka 7.1: Mechanické vlastnosti materiálu AW2017A.

Tˇelo h´ aˇcku mus´ı b´ yt dostateˇcne dimenzováno na namáhán´ı pˇri v´ ystˇrelu modelu. V tomto okamˇziku s´ıla ve vleˇcném lanku dosahuje hodnoty aˇz 200 N. Tˇelo háˇcku je proto dimenzov´ ano na zhruba dvojn´ asobnou s´ılu. Pˇri provozu nesm´ı b´ yt pˇrekroˇcena mez kluzu materiálu, aby se háˇcek nedeformoval. Parametry nosn´ıku dle obr. 7.3 jsou nasleduj´ıc´ı. B = 9.2 mm H = 6.0 mm h = 3.0 mm L = 14 mm F = 400 N

-

ˇıˇrka nosn´ıku S´ V´ yˇska nosn´ıku V´ yˇrez nosn´ıku Vzdálenost p˚ usobiˇstˇe s´ıly Uvaˇzovaná zatˇeˇzovac´ı s´ıla


60

Dosazen´ım do rovnice 7.9 z´ısk´ ame pr˚ uˇrezov´ y modul v ohybu. W =

B(H 3 − h3 ) = 4.83 × 10−8 m3 6H

Pˇri napájec´ım napˇet´ı Uin = 3.3 V m˚ uˇzeme dle 7.13 vypoˇc´ıtat v´ ystupn´ı napˇet´ı mˇeˇr´ıc´ıho m˚ ustku pˇri plném zat´ıˇzen´ı F = 400 N . Ub =

FL 1 Uin k = 5.5 mV 2 WE

Toto napˇet´ı je zes´ıleno pˇr´ıstrojov´ ym zesilovaˇcem. Pokud zes´ılen´ı pˇr´ıstrojového zesilovaˇce nastav´ıme rezsitorem o hodnotˇe RG = 150Ω dostaneme zes´ılen´ı G = 334. Potom v´ ystupn´ı napˇet´ı pro plné zat´ıˇzen´ı je Uout = GUb = 1.84 V. 12-bitov´ y A/D pˇrevodn´ık, jak´ y obsahuje elektronick´ y ˇcasovaˇc, má rozliˇsen´ı 0.8 mV pˇri pouˇzitém nap´ ajen´ı 3.3 V. Tomu odpov´ıdá rozliˇsen´ı s´ıly 0.17 N. To je rozliˇsen´ı v´ıce neˇz dostateˇcné. Simulace zat´ıˇ zen´ı vleˇ cn´ eho h´ aˇ cku Odhadnout rozloˇzen´ı mechanického napˇet´ı v tˇelese sloˇzitˇejˇs´ıch tvar˚ u je velmi obt´ıˇzné. Proto jsem provedl numerickou simulaci zat´ıˇzen´ı vleˇcného háˇcku. K tomuto u ´ˇcelu byl pouˇzit modul Generative Structural Analysis programu CATIA. Tento modul pouˇz´ıvá k v´ ypoˇctu metodu koneˇcn´ ych prvk˚ u. Na obr. 7.6 je v´ ysledek simulace pˇri zat´ıˇzen´ı háˇcku silou 400 N. ˇ Cervenou barvou jsou zde vyznaˇceny oblasti maximáln´ıho mechanického napˇet´ı. Ukázalo se, ˇze pˇri zat´ıˇzen´ı silou 400 N se oblasti maximáln´ıho napˇet´ı nacház´ı tˇesnˇe pod hranic´ı kluzu. Vypoˇctenou pevnost h´ aˇcku povaˇzuji za dostateˇcnou, protoˇze pˇri tomto zat´ıˇzen´ı by uˇz pravdˇepodobnˇe doˇslo k destrukci kˇr´ıdla modelu.


Obr´ azek 7.6: Simulace mechanického napˇet´ı háˇcku pˇri zat´ıˇzen´ı silou 400 N.

61

Kapitola 8 Z´ avˇ er C´ılem této diplomové pr´ ace byl n´ avrh a realizace kompletn´ıho elektronického systému pro model letadla kategorie F1A. Tato u ´loha spoˇc´ıvala pˇredevˇs´ım v návrhu desek ploˇsn´ ych spoj˚ u a tvorbˇe programového vybaven´ı pro jednotlivé moduly. D˚ uleˇzit´ ym u ´kolem byl i v´ ybˇer vhodn´ ych souˇc´ astek a jejich opatˇren´ı. Ukázalo se, ˇze dostupnost nˇekter´ ych typ˚ u souˇcástek, které nejsou bˇeˇznˇe v prodeji, je v menˇs´ıch mnoˇzstv´ıch pomˇernˇe problematická. I kdyˇz situace se v tomto ohledu neust´ ale zlepˇsuje. K otestov´ an´ı tohoto systému jsem pouˇzil sv˚ uj nov´ y model MD10 (obr. 1.1). Hlavice modelu osazená vˇsemi moduly je na obr. 2.2. Jedná se o model s pomˇernˇe mal´ ym rozpˇet´ım 2090 mm urˇcen´ y pˇredevˇs´ım do termického a vˇetrného poˇcas´ı. Pˇri zalét´ av´ an´ı se nov´ y elektronick´ y ˇcasovaˇc velmi dobˇre osvˇedˇcil. Velk´ ym pˇr´ınosem je moˇznost pˇresnˇe nastavit vˇsechny v´ ychylky pro jednotlivé fáze letu. Nastavován´ı u ´hlu nábˇehu pravého kˇr´ıdla pomoc´ı mechanického wing wiggleru b´ yvalo dˇr´ıve velmi problematické. D´ıky novému wing wiggleru se servem lze nyn´ı velmi jednoduˇse nastavit u ´hly nábˇehu, jak je poˇzadováno. Smˇerovka je ovl´ ad´ ana vlastn´ım servem a nen´ı jiˇz spojena s vleˇcn´ ym háˇckem. To pˇrin´ aˇs´ı ˇradu v´ yhod. V´ ychylku smˇerovky lze nyn´ı nastavit ve vˇsech reˇzimech letu. Protoˇze háˇcek jiˇz nen´ı spojen se smˇerovkou, lze mˇenit jeho polohu bez toho, aby se zmˇenily nastavené v´ ychylky smˇerovky. Toho lze vyuˇz´ıt pˇri zalétáván´ı, jelikoˇz poloha vleˇcného háˇcku v˚ uˇci tˇeˇziˇsti je velmi d˚ uleˇzit´ ym parametrem. Veˇsker´ a elektronika v modelu je napájena ze ˇctyˇrˇclánkové NiMH baterie o kapacitˇe 250 mAh. Tato baterie vystaˇc´ı na odlétán´ı jedné soutˇeˇze. D´ıky tomu, ˇze tuto baterii lze z modelu vyjmout, nen´ı problém v pˇr´ıpadˇe vybit´ı baterii vymˇenit. Vˇetˇs´ı baterii jsem do modelu nedával, jednak pro vˇetˇs´ı hmotnost a hlavnˇe z d˚ uvodu, ˇze by jiˇz neˇsla z modelu vyjmout. Model se mi podaˇrilo seˇr´ıdit tak, ˇze pˇri v´ ystˇrelu dosahuje mnohem vˇetˇs´ıch v´ yˇsek neˇz moje ostatn´ı modely. Je to d´ ano i pouˇzit´ ym profilem s n´ızk´ ym aerodynamick´ ym odporem. Zat´ım vˇsak nem´ am v´ yˇskomˇer a nemohu dosaˇzenou v´ yˇsku zmˇeˇrit. Ukazuje se, ˇze aerodynamick´ a koncepce modelu MD10 je velmi dobrá a dalˇs´ı moje modely na ni budou urˇcitˇe navazovat.

62

´ ER ˇ KAPITOLA 8. ZAV

63

Elektronick´ y vleˇ cn´ y h´ aˇ cek Elektronick´ y vleˇcn´ y h´ aˇcek se také osvˇedˇcil. V´ ystupn´ı napˇet´ı pro nulovou s´ılu z˚ ust´ av´ a konstantn´ı i pˇri zmˇen´ ach teploty. Pˇredevˇs´ım d´ıky zapojen´ı dvou tenzometr˚ u a pouˇzit´ı precizn´ıho pˇr´ıstrojového zesilovaˇce. Velkou v´ yhodou je moˇznost jednoduˇse nastavit poˇzadovanou vyp´ınac´ı s´ılu. Pomoc´ı tohoto h´ aˇcku bylo zmˇeˇreno, ˇze maximáln´ı s´ıla pˇri v´ ystˇrelu se pohybuje okolo hodnoty 200 N. R´ adiov´ y ovladaˇ c Dosah d´ alkového ovladaˇce pro aktivaci determalizátoru je dostateˇcn´ y. Na zemi se dosah pohybuje okolo 400 m. Pokud je vˇsak model ve vzduchu, dosah je nˇekolikanásobnˇe vˇetˇs´ı, aˇz nˇekolik kilometr˚ u. Rádiov´ y modul jsem pouˇzil i pro rádiové dohledáván´ı. Pˇri pˇr´ıjmu pˇrehledov´ ym pˇrij´ımaˇcem s velkou vstupn´ı citlivost´ı se dosah na zemi pohybuje v rozmez´ı 1 - 2 km. Pˇri dohledáván´ı na kratˇs´ı vzd´ alenost je nutné pouˇz´ıt atenuátor, aby bylo moˇzné stále urˇcit smˇer. Pouˇzit´ım vysoce pˇresného a teplotnˇe stabiln´ıho krystalu se nastavená frekvence nosného kmitoˇctu neliˇs´ı o v´ıce neˇz 1 kHz. Je proto moˇzné pouˇz´ıvat v´ıce modul˚ u a na pˇrehledovém pˇrij´ımaˇci m´ıt nastavenou stále stejnou frekvenci. Nastavov´ an´ı syst´ emu Nastavovat parametry ˇcasovaˇce programovac´ı jednotkou Setuper je velmi snadné a rychlé. P˚ uvodnˇe zam´ yˇslené nastavov´ an´ı pˇres osobn´ı poˇc´ıtaˇc se jev´ı jako nadbyteˇcné a v praxi by se asi ani moc nevyuˇzilo. Konektory na elektronickém ˇcasovaˇci a na rádiovém modulu jsou um´ıstˇeny tak, aby aktualizace firmwaru byla moˇzná pˇr´ımo v hlavici modelu. Pro zmˇenu firmwaru nen´ı nutné z modelu nic vynd´ avat.

´ ER ˇ KAPITOLA 8. ZAV

8.1

64

Budouc´ı v´ yvoj

V´ yvoj elektronick´ ych souˇc´ astek je velmi rychl´ y a dá se oˇcekávat, ˇze se v budoucnu budou objevovat jeˇstˇe lepˇs´ı souˇc´ astky vhodné pro dohledávac´ı systém. Jiˇz v okamˇziku, kdy jsem pracoval na r´ adiovém modulu s obvodem nRF9E5, se na trhu objevila podobná souˇcástka od firmy Texas Instruments. Jedn´ a se o obvod CC1110, kter´ y podobnˇe jako pouˇzit´ y obvod nRF9E5 obsahuje kompletn´ı transceiver a integrovan´ y mikroprocesor. V´ yhodou tohoto nového obvodu je vˇetˇs´ı programová pamˇet’, um´ıstˇená pˇr´ımo na ˇcipu. Pˇrij´ımaˇc tohoto obvodu m´ a o 10 dB vˇetˇs´ı citlivost. To by umoˇznilo aˇz trojnásobn´ y dosah. Naprosto pˇrevratn´ ym vylepˇsen´ım je vˇsak indikátor s´ıly pole, um´ıstˇen´ y pˇr´ımo v tomto obˇ by tak vodu. Tento indik´ ator m´ a velk´ y rozsah -20 aˇz -110 dBm s rozliˇsen´ım 0.5 dBm. Slo vytvoˇrit zcela nov´ y dohled´ avac´ı systém, kter´ y by byl zaloˇzen na mˇeˇren´ı intenzity pˇrijat´ ych adresovan´ ych paket˚ u. Odpadla by nutnost pouˇzit´ı pˇrehledového pˇrij´ımaˇce. D´ıky tomu, ˇze vys´ılané pakety by byly velmi kr´ atké a kaˇzd´ y uˇzivatel mˇel svoji adresu, mohlo by se pouˇz´ıvat i v´ıce zaˇr´ızen´ı na jednom kmitoˇctu. P˚ uvodnˇe jsem r´ adiov´ y modul s t´ımto obvodem chtˇel zahrnout i do této práce, ale opatˇrit vˇsechny potˇrebné souˇc´ astky nen´ı snadné a stále na nˇekteré komponenty ˇcekám. Na tomto systému tedy budu pracovat aˇz v budoucnu.

Literatura ˇ [1] V. Haasz, M. Sedl´ aˇcek: Elektrick´ a Mˇeˇren´ı - Pˇr´ıstroje a metody. Skripta CVUT, Praha 2003. ˇ ˇ [2] S. Dado, M. Kreidl: Senzory a mˇeˇr´ıc´ı obvody. Skripta CVUT, Praha 1999. [3] M. Vlk: Experiment´ aln´ı mechanika. Skripta VUT, Brno 2003. [4] J. Vobeck´ y, V. Z´ ahlava: Elektronika. Grada, Praha 2001. [5] V. Z´ ahlava: OrCAD 10. Grada, Praha 2004. ˇ [6] J. Sandera: N´ avrh ploˇsných spoj˚ u. BEN, Praha 2006. ˇ e Budˇejovice 2004. [7] P. Herout: Uˇcebnice jazyka C. Kopp, Cesk´ [8] H. Kopka, P. W. Daly: LATEX - Kompletn´ı pr˚ uvodce. Computer Press, Brno 2004. [9] Microchip: Katalogové listy. [online] http://www.microchip.com/ [10] Nordic Semiconductor: Katalogové listy. [online] http://www.nordicsemi.com/ [11] Texas Instruments: Katalogové listy. [online] http://www.ti.com/ [12] National Semiconductor: Katalogové listy. [online] http://www.national.com/ [13] Wikipedia: Cyclic redundancy check. [online] http://en.wikipedia.org/wiki/Cyclic redundancy check [14] M. C. Gregorie: F1A development history. [online] http://www.gregorie.ukfsn.org/freeflight/f1a history/

65

Dodatek A ´ Uvod do kategorie F1A Voln´ y let je discipl´ına leteckého modeláˇrstv´ı zahrnuj´ıc´ı mnoho kategori´ı. Jednotlivé kategorie definované podle pravidel FAI (Mezinárodn´ı letecká federace) se od sebe liˇs´ı velikost´ı model˚ u, pˇr´ıpadnˇe druhem pohonu. Nejv´ıce rozˇs´ıˇrené jsou kategorie F1A, F1B a F1C ve kter´ ych se lét´ a Mistrovstv´ı svˇeta, Evropy a Svˇetov´ y pohár. Na rozd´ıl od RC (Radio Control) model˚ u, volné modely létaj´ı samy a nejsou ovládány ze zemˇe. Pr´ avˇe proto jsou u voln´ ych model˚ u kladeny velké nároky na ˇr´ıd´ıc´ı mechanismy a na optimáln´ı aerodynamické seˇr´ızen´ı modelu. Konstrukce modelu by mˇela b´ yt tuhá a invariantn´ı v˚ uˇci zmˇen´ am teploty a vlhkosti, protoˇze jakákoliv deformace aerodynamick´ ych ploch zp˚ usob´ı rozladˇen´ı optim´ aln´ıho seˇr´ızen´ı modelu. Aby bylo dosaˇzeno tˇechto poˇzadavk˚ u, jsou dnes volné modely vyr´ abˇeny v´ yhradnˇe z uhl´ıkového kompozitu, kter´ y má pro tento u ´ˇcel nejlepˇs´ı mechanické vlastnosti. F1A - Modely kluz´ ak˚ u. Start prob´ıhá pomoc´ı 50 m lanka. F1B - Modely poh´ anˇené gumov´ ym svazkem. F1C - Modely poh´ anˇené p´ıstov´ ym motorem.

Pravidla kategorie F1A V ofici´ aln´ıch pravidlech FAI je kluzák kategorie F1A definován jako model bez pohonné jednotky, na kterém vztlak vznik´ a p˚ usoben´ım aerodynamick´ ych sil na plochy, které se za letu nepohybuj´ı (je dovolena pouze zmˇena klenut´ı profilu a u ´hlu nábˇehu). Charakteristiky modelu: Celková plocha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hmotnost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Délka vleˇcného lanka pˇri zat´ıˇzen´ı 5 kg . . . . . . . . .

32 - 34 dm2 min. 410 g max. 50 m

Vyuˇzit´ı senzor˚ u ve zpˇetné vazbˇe pro ˇr´ızen´ı modelu je zakázáno. Je povoleno pouˇzit´ı rádiového ovl´ ad´ an´ı pouze pro funkci determalizátoru (tato funkce ukonˇcuje let, napˇr. vyklopen´ım v´ yˇskovky). Dodatek o r´ adiovém determalizátoru byl pˇridán v roce 2006, pˇredevˇs´ım kv˚ uli zv´ yˇsen´ı bezpeˇcnosti pˇri lét´ an´ı. Tato funkce umoˇzn ˇuje model ”shodit” dˇr´ıve neˇz by pˇrist´ al napˇr. na stromˇe nebo v nevhodném terénu. 66

´ DODATEK A. UVOD DO KATEGORIE F1A

67

Pr˚ ubˇ eh soutˇ eˇ ze Volné vˇetronˇe je sport jak se patˇr´ı a koneˇcn´ y v´ ysledek na soutˇeˇzi závis´ı hlavnˇe na kvalitˇe modelu, fyzické pˇripravenosti z´ avodn´ıka a samozˇrejmˇe nˇekdy také na ˇstˇest´ı. Na soutˇeˇz´ıch se létá vˇetˇsinou na 7 hodinov´ ych kol. Bˇehem kaˇzdého kola mus´ı soutˇeˇz´ıc´ı odletˇet jeden let. Model se vytahuje pomoc´ı vleˇcného lanka délky 50-ti metr˚ u. Po odpout´ an´ı modelu ˇcasomˇeˇriˇci zaˇc´ınaj´ı mˇeˇrit dobu letu. Doba letu se mˇeˇr´ı pouze po dobu pˇredem stanoveného maxima (vˇetˇsinou 180 sekund). V pˇr´ıpadˇe, ˇze v´ıce soutˇeˇz´ıc´ıch nalét´ a vˇsechna maxima, pˇrich´ az´ı nejdramatiˇctˇejˇs´ı ˇcást soutˇeˇze - rozlétáván´ı (fly-off). Zde jiˇz jde o koneˇcné poˇrad´ı na prvn´ıch m´ıstech a maximum se prodluˇzuje vˇetˇsinou o dalˇs´ı dvˇe minuty. Poˇradatel stanov´ı desetiminutov´ y pracovn´ı ˇcas bˇehem kterého mus´ı vˇsichni ”pln´ı” soutˇeˇz´ıc´ı odstartovat. V pˇr´ıpadˇe, ˇze tento ˇcas nalétá opˇet v´ıce závodn´ık˚ u, následuje dalˇs´ı kolo s jeˇstˇe delˇs´ım maximem. Rozlét´ av´ an´ı na dlouhé ˇcasy prob´ıhá vˇetˇsinou v podveˇcer nebo brzy ráno, aby se zamezilo vlivu termiky a nefoukal siln´ y v´ıtr.

Struˇ cn´ a historie kategorie F1A Volné modely maj´ı ze vˇsech modeláˇrsk´ ych discipl´ın nejdelˇs´ı historii. Jiˇz v roce 1951 byla definována pravidla pro kategorie F1A, F1B a F1C. Zde uvád´ım struˇcn´ y souhrn technick´ ych inovac´ı v kategorii F1A (vych´ az´ım ze zdroje [14]). Jiˇz od poˇcátku je zde patrná velká snaha o dosaˇzen´ı co nejlepˇs´ıch letov´ ych v´ ykon˚ u. 1951 Pravidla kat. F1A byla definována. Plocha a hmotnost byla stejná jako dnes, jenom vleˇcné lanko mˇelo délku 100 m. Prvn´ı mistrovstv´ı svˇeta se konalo 24.8.1951 v Jugoslávii. 1954 Délka vleˇcného lanka zkr´ acena na 50 m. 1961 A. Semekyj z SSSR vyvinul vleˇcn´ y háˇcek s funkc´ı zoom. Tento háˇcek umoˇzn ˇoval nastavit v´ ychylku pro pˇr´ım´ y vlek, v´ ystˇrel a kluz. Bˇehem v´ ystˇrelu se pomoc´ı stlaˇcen´ı pruˇziny nastavila v´ ychylka pro v´ ystˇrel (funkce zoom). A. Averjanov s t´ımto systémem vyhrál na ´ mistrovstv´ı svˇeta. Udajnˇ e bylo dosahováno pˇri v´ ystˇrelu zisku 5-8 m. 1969 Andres Lepp a Viktor Isaenko z SSSR vyvinuly háˇcek pro krouˇzen´ı spojen´ y s ˇcasovaˇcem. Tento systém umoˇzn ˇuje krouˇzen´ı a vyhledáván´ı termiky pˇred v´ ystˇrelem. Tento typ háˇcku se pouˇz´ıv´ a dodnes a je zn´ am pod názvem Isaenko. 1973 Tammy Thompson pˇridal funkci, která bˇehem vleku umoˇzn ˇovala nastavit vˇetˇs´ı u ´hel seˇr´ızen´ı kˇr´ıdlo - v´ yˇskovka. To umoˇznilo model vystˇrelit vˇetˇs´ı silou i za bezvˇetˇr´ı. 1977 Ken Bauer a Thomas Koster nezávisle na sobˇe vyvinuly prvn´ı elektronick´ y ˇcasovaˇc. Základem ˇcasovaˇce Kena Bauera byl integrovan´ y obvod - analogov´ y ˇcasovaˇc 555. Táhlo od v´ yˇskovky bylo po celou dobu letu pˇridrˇzováno elektromagnetem. Pˇri vykopnut´ı pˇrestal téci c´ıvkou proud a t´ ahlo od v´ yˇskovky se uvolnilo. Tento zp˚ usob ukotven´ı táhla mˇel tu v´ yhodu, ˇze v pˇr´ıpadˇe vybit´ı baterie nebo jiné poruchy model vykopl. ˇ Casovaˇ c Thomase Kostera jiˇz byl taktován pˇresn´ ym krystalov´ ym oscilátorem na frekvenci 32 kHz. Pomoc´ı dvou dekadick´ ych rotaˇcn´ıch pˇrep´ınaˇc˚ u bylo moˇzné nastavit letov´ y ˇcas aˇz do 9 minut 54 sekund s krokem po 6 sekundách. Stejnˇe jako Ken Bauer pouˇzil jeden mikrosp´ınaˇc na vleˇcném háˇcku resetuj´ıc´ı odpoˇc´ıtáván´ı. 1985 Viktor Isaenko jako prvn´ı postavil kompozitové kˇr´ıdlo s uhl´ıkov´ ym nosn´ıkem a kevlarov´ ym D-boxem.


68

1986 Sergey Makarov vyvinul dvoufunkˇcn´ı naklápˇen´ı kˇr´ıdla (2F wing wiggler). To umoˇzn ˇovalo nastavit zvl´ aˇst’ u ´hel nábˇehu pravého kˇr´ıdla pro vlek a pro kluz. V´ yhodou je moˇznost krouˇzit uˇzˇs´ı kruhy pˇri vlekán´ı. V roce 1994 toto zaˇr´ızen´ı vylepˇsily o moˇznost nastaven´ı r˚ uzné v´ ychylky pro pˇr´ım´ı vlek a pro kruh. Tento mechanismus je znám pod názvem 3F wing wiggler (obr. A.5). 1988 Mikhail Kochkarev a Sergey Makarov zaˇcali pouˇz´ıvat uhl´ıkov´ y D-box, kter´ y pˇrinesl vˇetˇs´ı tuhost neˇz p˚ uvodn´ı kevlarov´ y D-box. 1989 Victor Tchop zaˇcal pouˇz´ıvat v´ ystˇrel typu bunt. Poprvé testoval tento zp˚ usob v´ ystˇrelu jiˇz v roce 1975, ale vzhledem k malé pevnosti model˚ u nebyl tento zp˚ usob v´ ystˇrelu pˇr´ıliˇs pˇr´ınosn´ y. Systém v´ ystˇrelu typu bunt se masovˇe rozˇs´ıˇril v 90. letech s nástupem uhl´ıkov´ ych kompozit˚ u. 1998 Ken Bauer zkonstruoval h´ aˇcek s tenzometrem, ale pozdˇeji od nˇej upustil, protoˇze mechanické proveden´ı nebylo pˇr´ıliˇs robustn´ı. 2004 Gerhard Aringer zkonstruoval kˇr´ıdlo s klapkou po celém rozpˇet´ı, která umoˇzn ˇuje nastavit menˇs´ı klenut´ı profilu pro v´ ystˇrel neˇz pro kluz. D´ıky tomu lze dosáhnout jeˇstˇe vˇetˇs´ı v´ yˇsky pˇri v´ ystˇrelu. Dnes je dosahováno s t´ımto kˇr´ıdlem pˇri v´ ystˇrelu v´ yˇsky aˇz 95 m.


69

Technika model˚ u F1A Jedinou moˇznost´ı, jak dos´ ahnout maxima v kaˇzdém letu bˇehem turbulentn´ıho poˇcas´ı, je model vˇzdy vypustit do stoupavého proudu - termiky. Tomu odpov´ıdá taktika létán´ı i technické vybaven´ı modelu. Z´ akladn´ımi prvky modelu jsou háˇcek pro krouˇziv´ y vlek, ˇcasovaˇc a systém pro dohled´ av´ an´ı modelu v terénu. Model je vlek´ an z´ avodn´ıkem. Samotn´ y model pˇri startu drˇz´ı jeho pomocn´ık. Závodn´ık model vyt´ ahne do v´ yˇsky a d´ ale s modelem bˇehá po letové ploˇse a snaˇz´ı se naj´ıt termiku. Vleˇcné lanko je pevnˇe uchyceno k modelu. Jak krouˇziv´ y vlek vypadá je patrné z obr. A.1. Kdyˇz se z´ avodn´ık rozhodne model vypustit, rozbˇehne se co nejrychleji, aby model urychlil. Pˇri zv´ yˇseném tahu odjist´ı h´ aˇcek a odhod´ı vleˇcné lanko. T´ım se spust´ı ˇcasovaˇc, kter´ y ovládá sˇr´ızen´ı modelu bˇehem letu. V dneˇsn´ı dobˇe se modely vystˇreluj´ı pˇreváˇzne stylem ”bunt” (obr. A.2). Po odpout´ an´ı stoup´ a model strmˇe vzh˚ uru a po ztrátˇe rychlosti je srovnán do horizontáln´ıho kluzu. T´ımto zp˚ usobem lze dos´ ahnout maximáln´ı v´ yˇsky pˇri v´ ystˇrelu.

Syst´ em pro dohled´ av´ an´ı model˚ u D˚ uleˇzitou souˇc´ ast´ı modelu je systém pro dohledáván´ı (radio tracking). Za silného vˇetru a termiky mohou modely ulétnout bˇehem tˇr´ı minutového maxima vzdálenost 1 aˇz 3 km. Pokud model spadne do nepˇrehledného terénu nen´ı jednoduché ho naj´ıt. Proto se do modelu dávaj´ı rádiové vys´ılaˇce, které periodicky vys´ılaj´ı pulsy nosného kmitoˇctu. Tento signál lze zachytit pomoc´ı pˇrij´ımaˇce se smˇerovou anténou a urˇcit tak smˇer ve kterém se model nacház´ı. Pˇrij´ımaˇc mus´ı obsahovat indik´ ator s´ıly pole. Vhodné je také pouˇz´ıvat promˇenn´ y atenuátor pro utlumen´ı signálu, pokud je ˇclovˇek bl´ıˇze modelu. Také se pouˇz´ıv´ a akustick´ a signalizace pomoc´ı piezo bzuˇcáku. Ten je vˇsak slyˇset pouze na malou vzd´ alenost.


70

Obr´ azek A.1: Krouˇzen´ı s modelem umoˇzn ˇuje hledán´ı termiky. Závodn´ık model vypust´ı, aˇz kdyˇz najde termiku.


71

Obr´ azek A.2: Trajektorie pˇri v´ ystˇrelu typu ”bunt”. Model je vystˇrelen kolmo vzh˚ uru a poté je srovn´ an do horizont´ aln´ıho kluzu.


72

Vleˇ cn´ y h´ aˇ cek Základn´ı souˇc´ ast´ı modelu je vleˇcn´ y háˇcek umoˇzn ˇuj´ıc´ı krouˇzen´ı na lanku. Nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ı je systém Isaenko a systém Makarov. Já ve sv´ ych modelech pouˇz´ıvám systém Makarov, kter´ y jsem upravil pro pˇripevnˇen´ı dvou mikrosp´ınaˇc˚ u, které umoˇzn ˇuj´ı spojen´ı s elektronick´ ym ˇcasovaˇcem. Na obr. A.3 je 3D model tohoto háˇcku vˇcetnˇe mikrosp´ınaˇc˚ u OMRON. Uvnitˇr h´ aˇcku je tlaˇcn´ a pruˇzina, která se pˇri velkém tahu stlaˇc´ı. T´ım se odjist´ı zápatka a sepne zadn´ı mikrosp´ınaˇc. Poté, co ˇclovˇek odhod´ı vleˇcné lanko, háˇcek jde dozadu, pˇredn´ı sp´ınaˇc se rozepne a lanko z h´ aˇcku vypadne. Vyp´ınac´ı s´ıla háˇcku se nastavuje okolo 90 N. Na tˇele háˇcku je nˇekolik nastavovac´ıch ˇsroub˚ u, které umoˇzn ˇuj´ı nastavit v´ ychylky smˇerovky pro vˇsechny f´ aze letu, viz obr. A.4.

Obr´ azek A.3: 3D model h´ aˇcku Makarov upraveného pro um´ıstˇen´ı mikrosp´ınaˇc˚ u.


Obr´ azek A.4: Nastavovac´ı ˇsrouby a poloha háˇcku v jednotliv´ ych fáz´ı letu.

73


74

Technika nakl´ apˇ en´ı kˇr´ıdla Technika nakl´ apˇen´ı kˇr´ıdla umoˇzn ˇuje nastavit r˚ uzné u ´hly nábˇehu vnitˇrn´ıho kˇr´ıdla (pozitivy) pro jednotlivé f´ aze letu. Mal´ yu ´hel pro pˇr´ım´ı vlek, velk´ yu ´hel pro kruh na lanku, aby se model ´ dal otáˇcet i v silném vˇetru. Uhel pˇri v´ ystˇrelu b´ yvá o nˇeco vˇetˇs´ı neˇz u ´hel pro kluz. To pom˚ uˇze udrˇzet model ve stoup´ an´ı a zabr´ anit tak sestupné zatáˇcce pˇri v´ ystˇrelu. Samozˇrejmˇe lze také podle potˇreby nastavit u ´hel n´ abˇehu pro kluz. 3F wing wiggler Tento mechanismus, zn´ am´ y jako 3F wing wiggler (obr. A.5), vyvinul a poprvé odzkouˇsel Sergey Makarov. Ve spojeni s elektronick´ ym ˇcasovaˇcem tento systém funguje následovnˇe. Zadn´ı páˇcka na mechanismu (back lever) je spojena táhlem s vleˇcn´ ym háˇckem. Pˇri pohybu vleˇcného h´ aˇcku se tedy pohybuje i kˇr´ıdlo. Pˇredn´ı páˇcka na mechanismu (front lever) je spojena s lomenou p´ aˇckou u serva (to je vidˇet na obr. 1.2). Bˇehem letu systém funguje v tˇechto reˇzimech. Vlek Bˇehem celého vleku je pˇredn´ı páˇcka nataˇzena na servo. Je-li vleˇcn´ y háˇcek vpˇredu, je nastaven mal´ yu ´hel n´ abˇehu. Pro tuto v´ ychylku nen´ı nastavovac´ı ˇsroub, je dána polohou háˇcku a nastaven´ım u ´heln´ıku (accelerate angle). Je-li h´ aˇcek vzadu je nastaven velk´ yu ´hel nábˇehu (ˇsroub circle trim). V´ ystˇ rel Bˇehem v´ ystˇrelu jde vleˇcn´ y háˇcek dozadu a zvˇetˇs´ı se u ´hel nábˇehu. Ten je d´ an v´ ychylkou vleˇcného h´ aˇcku pro kluz a nastaven´ım u ´heln´ıku (accelerate angle). Kluz Pˇri potlaˇcen´ı serva je pˇredn´ı páˇcka uvolnˇena a je nastaven pozitiv pro kluz (ˇsroub glide trim).

G lid e trim C irc le trim

H o le fo r rig h t w in g

B a c k le v e r

F ro n t le v e r A c c e le ra te a n g le

Obr´ azek A.5: 3F wing wiggler - mechanismus pro naklápˇen´ı kˇr´ıdla.

Jak je z pˇredchoz´ıho popisu patrné, mnoho v´ ychylek je na sobˇe závisl´ ych a jsou závislé také na v´ ychylk´ ach vleˇcného h´ aˇcku. Kv˚ uli tomu je nastaven´ı vˇsech poˇzadovan´ ych v´ ychylek velmi obt´ıˇzné. Pˇresto se tento systém ve svˇetˇe pomˇernˇe rozˇs´ıˇril.

Dodatek B Elektronick´ yˇ casovaˇ c

75

´ CASOVA ˇ ˇ DODATEK B. ELEKTRONICKY C

Obr´ azek B.1: Vrstva spoj˚ u TOP a osazovac´ı v´ ykres.

Obr´ azek B.2: Vrstva spoj˚ u BOTTOM a osazovac´ı v´ ykres.

Obr´ azek B.3: Rozmˇery DPS.

76

5

4

3

2

1

R11

Input for electronic tow hook

VBAT J1

VBAT D

J9

VSTAB

2

IRF7304 Q5A

C11 R1

C12

100k

2.2nF

3 4

VSTAB MCLR

1 2

100nF

Q7 BSS138

PW R S1-3

7 8

PGC PGD Q3

VBAT M ICSP

D

PW R HOOK

VSTAB

3

U1 PW M S1

19 20 21 22 23 24 25 26 27 15 14 11 10

RB0/AN0/CN2 RB1/AN1/CN3 RB2/AN2/CN4 RB3/AN3/CN5 RB4/AN4/CN6 RB5/AN5/CN7 RB6/AN6/PGC RB7/AN7/PGD RB8/AN8 RB9/AN9 RB10/AN10 RB11/AN11 RB12/AN12

R10 47k

8MHz C9 22pF

UART1 RX

3 2 1

C10 22pF

Q6

MCLR

18

MCLR

16

AVSS

6 29 39

VSS VSS VSS

12 13 33 34

NC12 NC13 NC33 NC34

D2

R3

BC847C UART1 TX

VSTAB

Q4 BSS138

C

4k7

BAT54

VBAT VSTAB R16 4k7

J10

R15 47k

4 3 2 1

RD0/OC1 RD1/OC2 RD2/OC3 RD3/OC4 RD8/IC1/INT1 RD9/IC2/INT2

9 8 41 38 42 37

RF0/C1RX RF1/C1TX RF2/U1RX RF3/U1TX RF4/U2RX RF5/U2TX RF6

5 4 1 44 3 2 43

11 +

PW M S2 PW M S1 PW M S3 PW M S4

TLC3704

PW M S2

PW M S3

U3B

5 +

3 2 1

TLC3704

C

R13 R6 100k

VBAT 47k

4 R9 100k

Q8 BSS138

PW R S4

VBAT D

IRF7304 Q5B

3

UART2 RX

LED blinker

7 +

Battery voltage divider

J6

Q9 BSS138 LED

VBAT M

1 2

R7

C C

7k5 Q1

R2

BC817-40

3k

B8 B4 B2 B1

B

VBAT AD U4 R8

5

VOUT

3k VBAT

GND

VSTAB R5 4k7

3

R4 4k7

CAP+ CAP-

2 4

LV OSC

6 7

BOOST

1

V+

8

C6 10uF/16V D3 BAT54S/SOT

J11

2 1

SW 1

Q10

+ VBAT

VBAT D

R14 BUZZER

VBAT

Voltage regulator - 3.3V

BUZZER

ICL7660S C7

2 1

SERVO 4

Voltage doubler for Buzzer

J12

J13

TLC3704

BCD8 BCD4 BCD2 BCD1

6 3 4 1

SW DIP-BCD LED

1

3 2 1

SW 2

2 5

VBAT

B

Input for 2 micro switches or for Hall switch

1

6 -

BCD rotary switch

J2

U3A

12

UART2 TX

10uF/16V 4k7

J14

BC817-40 J8

SW 1

U2 D1

BATTERY

2 1

1

2

VIN

4

BYP

3

ON/OFF

BAT54 C1

+

C2

Q2 100nF BSS138

SW EN

10uF/16V

VOUT

C4 10nF

5

VSTAB

C5

C3

10uF/10V

100nF

A

77

1

GND

SW 2

2 1

2

SW ITCH 2

SERVO 3

VSTAB

dsPIC30F4013

BC847C

A

SERVO 2

J3

2

4 -

PW M S4

SW ITCH 1

3 2 1

TLC3704

VBAT D

SERVO 1

J4

U3C

14

8 -

BUZZER

UART1 RX UART1 TX UART2 RX UART2 TX PW R HOOK

3 2 1

VBAT D

9 +

Q11

HALL VDD

13

10 C8 100nF

+

UART 2

7 28 40

3

R12 4k7 J7

17

VDD VDD VDD

3

VHOOK AD VBAT AD BCD4 BCD1 BCD2 BCD8 PGC PGD SW EN PW R S1-3 PW R S4 LED

AVDD

12

SW 2 OSC2 OSC1

RC13/CN1 RC14/CN0 RC15/OSC2 OSC1

3

RA11/INT0

32 35 31 30

Y1 VSTAB

UART 1

36

12

UART interface - open collector

SW 1

J5

U3D

5 6

BSS138

12

D


3 2 1

TOW HOOK

47k

1

ICSP (In Circuit Serial Programming) VHOOK AD

LP2985AIM5-3.3 Title

eTimer 2 Size A3 Date: 5

4

3

2

Document Number Thursday, April 17, 2008

Rev 1 Sheet 1

0

of

1


78

Reference

Hodnota

Pouzdro

U1

dsPIC30F4013-30I/PT

TQFP44

U2

LP2985AIM5-3.3

SOT23-5

U3

TLC3704ID

SO14

U4

ICL7660S

SO8

Y1

8MHz

HC49US

Q1,Q10

BC817-40

SOT23

Q2,Q3,Q4,Q7,Q8,Q9

BSS138

SOT23

Q5

IRF7304

SO8

Q6,Q11

BC847C

SOT23

D1,D2

BAT54

SOT23

D3

BAT54S

SOT23

R1

220k ±1%

0805

4k7 ±1%

0805

7k5 ±1%

0805

R2,R8

3k ±1%

0805

100k ±1%

0805

47k ±1%

0805

100nF X7R

0805

C2,C6,C7

10uF/16V

A/3216

C4

10nF X7R

0805

C5

10uF/10V X5R

1206

C9,C10

22pF NPO

0805

C12

2.2nF X7R

0805

R3,R4,R5,R12,R14,R16 R6,R9 R7 R10,R11,R13,R15 C1,C3,C8,C11

Tabulka B.1: Seznam souˇcástek pro elektronick´ y ˇcasovaˇc.


79

Zapojen´ı konektor˚ u 12 3 MCU

78

90 1

DT Switch

4 56

12 3 GND TX1 RX1 Setuper

23

E-HOOK SERVO4 SERVO3 SERVO2 SERVO1 LEDLED+ PWR-SW BAT+ BAT-

ICSP PGD

MCLR

1

1 PGC

GND TX2 RX2 RCDT+ BUZZERBUZZER+ HALL+ FRONT-SW SW-GND SW-GND BACK-SW

VDD

Obr´ azek B.4: Zapojen´ı konektor˚ u ˇcasovaˇce. Konektor

Pin

Battery

BATBAT+ PWR-SW LED+ LEDSERVO1 SERVO2 SERVO3 SERVO4 1 2 3 GND TX2 RX2 RCDT+ BUZZERBUZZER+ HALL+ FRONT-SW BACK-SW SW-GND GND TX1 RX1 VDD MCLR PGD PGC

Power Switch LED Blinker Serva 1. Servo 2. Servo + 3. PWM Signal E-HOOK

RCDT

Buzzer Switches

Setuper

ICSP (In Circuit Serial Programming)

Popis

Vstup pro vyp´ınaˇc napájen´ı

Stabilizer servo Rudder servo Wing servo Tow hook servo GND pin pro háˇcek Kladné napájen´ı Analogov´ y vstup GND pin UART2 Tx UART2 Rx Kladné napájen´ı

Napájen´ı pro Hall˚ uv sp´ınaˇc Vstup pro pˇredn´ı sp´ınaˇc Vstup pro zadn´ı sp´ınaˇc GND pro sp´ınaˇce GND pin UART1 Tx UART1 Rx Kladné napájen´ı pro MCU Master Clear Reset input ICSP programming data pin ICSP programming clock pin

Dodatek C Programovac´ı jednotka Setuper

80

DODATEK C. PROGRAMOVACÍ JEDNOTKA SETUPER

Z´ akladn´ı deska

Obr´ azek C.1: Vrstva spoj˚ u TOP a osazovac´ı v´ ykres.

81


Obr´ azek C.2: Vrstva spoj˚ u BOTTOM a osazovac´ı v´ ykres.

82

DODATEK C. PROGRAMOVACÍ JEDNOTKA SETUPER 83


Kl´ avesnice

Obr´ azek C.3: Vrstva spoj˚ u BOTTOM a osazovac´ı v´ ykres.

84


85

Seznam souˇ c´ astek

Reference

Hodnota

Pouzdro

U1

PIC18LF4620

TQFP44

U2

LP2981AIM5-5.0

SOT23-5

XT1

8MHz

HC49US

Q1,Q2,Q7,Q8

BC847C

SOT23

Q3,Q5

BC817-40

SOT23

Q4,Q6

BSS83P

SOT23

D1,D2

BAT54

SOT23

D3

BAS32

SOD80

D4

BAS21

SOT23

D5

BZX84 4V7

SOT23

RN1,RN2

6x10k

SIP7

R1,R9,R12

4k7 ±1%

0805

15k ±1%

0805

R2

10k ±1%

0805

4k7

C4315

R5,R8,R15,R16, R18,R19,R20,R21

47k /1%

0805

R6

68R/1W

0312

R7,R10

2k ±1%

0805

470R ±1%

0805

R3 R4

R11

1k ±1%

0805

2.2nF X7R

0805

C3,C4

22pF NPO

0805

C5,C6

100nF X7R

0805

C8,C9

22uF/16V

B/3528

B1

KPE242

LCD1

DEM 16216 SYH-LY

SW1-SW7

P-B1720

R13,R14,R17 C1,C2,C7

Tabulka C.1: Seznam souˇcástek pro Setuper.


Rozmˇ ery desek

Obr´ azek C.4: Rozmˇery desky Setuper.

Obr´ azek C.5: Rozmˇery desky Keyboard.

86


7 0 .5 0

73

2 7 .5 0

1 3 .2 5

9

87

15

5 .5 0

8xD 9

1 8 .5 0

20

1 1 .5 0

10

10

20

117

Obr´ azek C.6: Rozmˇery krabiˇcky U-KM33B.

SETUPER 2 T h e

P r o g r a m m in g

C o n s o l E

LCD

D a ta Set +

En^ SET

ON O FF D a ta Set -

D is ^

Obr´ azek C.7: Potisk pro Setuper.

M ade by M ich al D vo řák

Dodatek D R´ adiov´ y modul

88

´ ´ MODUL DODATEK D. RADIOV Y

Obr´ azek D.1: Vrstva spoj˚ u TOP a osazovac´ı v´ ykres.

Obr´ azek D.2: Vrstva spoj˚ u BOTTOM a osazovac´ı v´ ykres.

Obr´ azek D.3: Rozmˇery DPS.

89

5

4

3

2

1

VDD D

D

R2 10k U1 MOSI

5

SI

SCK

6

SCLK

J3

HOLD WP CS

8

VCC

VDD

C1 10nF 25AA320_SN

P0.3/INT0_N

4

VDD

26

25 VDD

28

29

27

AIN3

AIN2

AIN1

AIN0

31

30 AREF

22

ANT2

21

ANT1

20

VDD_PA

19

VSS

18

VDD

17

2 1

39nH

Optional

ANTENNA

6.8pF

C7 L2 12nH

C

L3

C10

39nH 180pF

VDD

VSS

C9 18pF

R3 10k

J2

J1

C6

16

XC2 15

EECSN/P1.3

XC1 14

9

SCK/T2/P1.0

P0.6/T1

13

8

R8 47k UART RX

VSS nRF9E5

12

P0.5/T0

C4 Optional L1

23

IREF

MISO/P1.2

P0.4/INT1_N

7

C5 18pF

24

U2

VSS

6

33pF

VDD R7 4k7

R1 22k

VSS

11

VBAT

DVDD_1V2

32 C8

P0.0/GTIMER

3

5

Interface: UART + Power supply

P0.2/TXD

MOSI/P1.1

VDD

C

2

P0.1/RXD

P0.7/PWM

UART TX

1

10

UART RX

INTERFACE

C3 4.7nF

4

\CS MOSI MISO \W P SCK

6 5 4 3 2 1

EEPROM

7 3 1

MISO

2

C2 33pF

GND

\W P \CS

SO


SPI EEPROM Memory

C11 3.3nF

MOSI R4 10k

4 3 2 1

MISO R6 10k Q2

SCK R5 10k \CS

BC847C UART TX

R9

Q1 BSS138

B

3

1M

1

B

C17

C16

22pF

22pF Y1

2

4

16MHz

Voltage regulator 3.3V U3 D1

VIN

4

BYP

3

ON/OFF

BAT54 +

C15 10uF/16V C14 10nF

A

VOUT

5

VDD

GND

1

2

VBAT

C13

C12

10uF/10V

100nF

LP2985AIM5-3.3

A

90

Title

RF Module - Nordic nRF9E5 Size A3 Date: 5

4

3

2

Document Number Thursday, April 17, 2008

Rev 1 Sheet 1

1

of

1


91

Reference

Hodnota

Pouzdro

U1

25AA320/SN

SO8

U2

nRF9E5

QFN32

U3

LP2985AIM5-3.3

SOT23-5

Y1

FA-23H 16MHz

FA-23H

Q1

BSS138

SOT23

Q2

BC847C

SOT23

D1

BAT54

SOT23

L1,L3

39nH ±5%

0805

22k ±1%

0603

4k7 ±1%

0603

1M ±1%

0603

L2

12nH ±5%

0805

10k ±1%

0603

47k ±1%

0603

10nF X7R

0603

C2,C8

33pF NPO

0603

C3

4.7nF X7R

0603

C4,C7

Optional

0603

C5,C9

18pF NPO

0603

C6

6.8pF NPO

0603

C10

180pF NPO

0603

C11

3.3nF X7R

0603

C12

100nF X7R

0603

C13

10uF/10V X5R

1206

C15

10uF/16V

A/3216

C16,C17

22pF X7R

0603

R1 R2,R3,R4,R5,R6 R7 R8 R9 C1,C14

Tabulka D.1: Seznam souˇcástek pro rádiov´ y modul.

Dodatek E RCDT ovladaˇ c

92

ˇ DODATEK E. RCDT OVLADAC

Obr´ azek E.1: Vrstva spoj˚ u TOP a osazovac´ı v´ ykres.

Obr´ azek E.2: Vrstva spoj˚ u BOTTOM a osazovac´ı v´ ykres.

93

ˇ DODATEK E. RCDT OVLADAC 94


95

Reference

Hodnota

Pouzdro

U1

LP2985AIM5-3.3

SOT23-5

U2

nRF9E5

QFN32

U3

25AA320/SN

SO8

XT1

FA-23H 16MHz

FA-23H

Q1,Q2,Q3,Q4

BC847C

SOT23

D1

BAT54

SOT23

D2

BAT54

SOT23

D3

BAT54

SOT23

L1,L3

39nH ±5%

0805

10k ±1%

0603

2k ±1%

0805

47k ±1%

0805

10k ±1%

0805

L2

12nH ±5%

0805

4k7 ±1%

0805

1M ±1%

0603

22k ±1%

0603

1k ±1%

0603

10nF X7R

0603

C2

22uF/16V

B/3528

C3,C5

10uF/10V X5R

0805

C4

Optional

0805

C6,C7

22pF X7R

0603

C8

3.3nF X7R

0603

C9,C14

18pF NPO

0603

C10,C17

33pF NPO

0603

C11

180pF NPO

0603

C12

Optional

0603

C13

6.8pF NPO

0603

C15

Optional

0603

C18

4.7nF X7R

0603

C19,C20,C21,C22,C24

1nF X7R

0603

C23

100nF X7R

0603

B1

KPE242

KPE242

SW1

P-KNX125

P-KNX125

SW2,SW3,SW4,SW5

P-B1720A

P-B1720A

R1,R8,R10,R11,R19 R2,R3,R4,R5,R16 R6,R7 R9 R14 R15 R17 R18 C1,C16,C25

Tabulka E.1: Seznam souˇcástek pro rádiov´ y ovladaˇc.


96

Obr´ azek E.3: Rozmˇery DPS.

8 .5 0

8 25

12

10

33

2xD 3

83

100

2xD 9

50 65

Obr´ azek E.4: Rozmˇery krabiˇcky.


97

O FF

ON

R C D T CONTROLLER Rx EFT

Tx DT

U H F T r a n s c e iv e r B a n d : 4 3 0 -4 4 0 M H z P o w e r: 1 0 d B m N o te : F o r D T , p re s s D T b u tto n , th e n E F T b u tto n !

M a d e b y M ic h a l D vo řá k

Obr´ azek E.5: Potisk krabiˇcky RCDT ovladaˇce.

Dodatek F Elektronick´ y vleˇ cn´ y h´ aˇ cek

98

´ VLECN ˇ Y ´ HA ´ CEK ˇ DODATEK F. ELEKTRONICKY

Obr´ azek F.1: Vrstva spoj˚ u TOP a osazovac´ı v´ ykres.

Obr´ azek F.2: Vrstva spoj˚ u BOTTOM a osazovac´ı v´ ykres.

Obr´ azek F.3: Rozmˇery DPS.

99

´ VLECN ˇ Y ´ HA ´ CEK ˇ DODATEK F. ELEKTRONICKY 100

´ VLECN ˇ Y ´ HA ´ CEK ˇ DODATEK F. ELEKTRONICKY

101

Reference

Hodnota

Pouzdro

U1

INA118

SO8

R1

RG

0603

R2,R5

20R ±1%

0603

4k7 ±1%

0603

100nF X7R

0603

R3,R4 R6 R7 C1

330R ±1%

0603

2k2 ±1%

0603

Tabulka F.1: Seznam souˇcástek pro mˇeˇr´ıc´ı obvod háˇcku.

Dodatek G Seznam pouˇ zit´ eho software MPLAB IDE 8.00 Integrované v´ yvojové prostˇred´ı pro mikroprocesory firmy Microchip. MPLAB C18 3.15 Pˇrekladaˇc jazyka C pro mikroprocesory ˇrady PIC18. MPLAB C30 3.02 Pˇrekladaˇc jazyka C pro mikroprocesory ˇrady dsPIC. http://www.microchip.com/ Keil µVision 3.33 Integrované v´ yvojové prostˇred´ı pro mikroprocesory s jádrem 8051. http://www.keil.com/ OrCAD 10.5 Software pro n´ avrh ploˇsn´ ych spoj˚ u. http://www.cadence.com/ EAGLE 4.16r2 Software pro n´ avrh ploˇsn´ ych spoj˚ u. http://www.cadsoft.de/ CATIA V5 Software pro 3D poˇc´ıtaˇcové konstruován´ı. http://www.3ds.com/ MiKTeX 2.7 Distribuce programu pro sazbu textu LATEX. http://www.miktex.org/ IPE 6.0 Vektorov´ y grafick´ y editor pracuj´ıc´ı s programem LATEX. http://tclab.kaist.ac.kr/ipe/

102

Dodatek H Seznam pouˇ zit´ ych pˇr´ıstroj˚ u SmartProg2 Univerz´ aln´ı programátor obvod˚ u. ELNEC: http://www.elnec.sk/ ETC M621 150 MHz digit´ aln´ı pamˇet’ov´ y osciloskop ovladateln´ y z osobn´ıho poˇc´ıtaˇce. ETC: http://www.etcsk.com/ FC-2500A Frekvenˇcn´ı ˇc´ıtaˇc do 2.5 GHz. Lutron Electronic: http://www.lutron.com.tw/

103

Dodatek I Obsah pˇriloˇ zen´ eho CD \DATASHEET

Datové listy k pouˇzit´ ym souˇcástkám.

\FOTO

Fotografick´ a dokumentace celého projektu.

\PROJEKTY

V´ yrobn´ı dokumentace a firmware k jednotliv´ ym zaˇr´ızen´ım.

\eTimer \RCDT \RFmodule \Setuper \Towhook \SOFTWARE

Volnˇe dostupn´ y software ve verz´ıch pouˇzit´ ych v tomto projektu.

\C18

Kompil´ ator jazyka C pro mikroprocesory ˇrady PIC18.

\C30

Kompil´ ator jazyka C pro mikroprocesory ˇrady dsPIC.

\MPLAB

V´ yvojové prostˇred´ı MPLAB IDE od firmy Microchip.

\Thesis.pdf

Text této diplomové práce ve formátu pdf.

104

Fakulta elektrotechnická Katedra řídicí techniky. Návrh a realizace řídící elektroniky pro model letadla

Recommend Documents