Výškoměr pro RC modely letadel

Rok / Year: 2010

Svazek / Volume: 12

Číslo / Number: 3

Výškoměr pro RC modely letadel Altimeter for RC models Jan Beneš [email protected] Ústav radioelektroniky VUT v Brně

Abstrakt: Dnešní běžnědostupné modelářské výškoměry pouze zaznamenávají data v průběhu letu a lze je získat až zpětněpo přistání. Vzhledem k nemožnosti zjistit aktuální výšku modelu za letu vznikl tento výškoměr, který naměřená data přenáší k modeláři v reálném čase bezdrátovou technologií ZigBee.

Abstract: Altimeter measures atmospheric air pressure and counts actual airplane model altitude from it. Then sends data using ZigBee technology to ground module, which shows them on display and stores in memory. Ground module contains USB interface in order to connect to PC and upload flight data. PC software offers opportunity to show data in graphical representation, or export to file where data are separated by semicolon.

2010/35 – 5. 6. 2010

VOL.12, NO.3, JUNE 2010

Výškoměr pro RC modely letadel Jan Beneš Ústav radioelektroniky Purkyňova 118, Brno Email: [email protected]

Abstrakt – Dnešní běžně dostupné modelářské výškoměry pouze zaznamenávají data v průběhu letu a lze je získat až zpětně po přistání. Vzhledem k nemožnosti zjistit aktuální výšku modelu za letu vznikl tento výškoměr, který naměřená data přenáší k modeláři v reálném čase bezdrátovou technologií ZigBee.

1 Základní vlastnosti Výškoměr pro RC modely letadel slouží modeláři k určení aktuální výšky modelu a zjištění zda model klesá nebo stoupá. Celé zařízení je rozděleno do dvou částí, z nichž jedna je umístěna v modelu letadla a druhou má modelář na zemi. V letadle je měřena hodnota atmosférického tlaku a pomocí technologie ZigBee[1] se bezdrátově posílá do pozemního modulu. Ten určí rozdíl tlaku oproti vzletové hladině, vypočítá odpovídající výšku a hodnotu zobrazí na displeji. Právě bezdrátový přenos dat k modeláři v reálném čase je obrovskou výhodou oproti modelářským výškoměrům na trhu, které pouze zaznamenávají výšku v průběhu letu do paměti a lze ji zobrazit až zpětně po přistání a přenesení dat do PC. Toto samozřejmě podporuje i zde popisované zařízení, ale není to jeho hlaví účel. 1.1 Požadované vlastnosti U budovaného zařízení byly požadavky především na malé rozměry a malou spotřebu zařízení, aby byla zajištěna velká výdrž. Dále užití technologie ZigBee pro bezdrátové přenosy a USB pro přenos dat do PC. Vhodná velikost paměti pro záznam dat v průběhu letu a adekvátní zobrazovací zařízení. 1.2 Porovnání s jinými přístroji Na trhu samozřejmě existuje několik zařízení podobné funkce. Asi nejznámější a nejdostupnější je zařízení LoLo5[2], které by mělo zajišťovat stejné funkce jako zde popisované zařízení, nicméně jeho nedostatkem je vysoká cena. Navíc v základní konfiguraci není schopno za letu modeláři zobrazit měřená data. To je možné pouze za pomoci přídavného modulu s displejem od firmy Jeti model[3], což samozřejmě dále zvyšuje konečnou cenu. Naopak výhodou zmíněného komerčního řešení je vetší rozlišení výšky (10 cm), větší paměť pro data (30 hodin) a záznam palubního napětí v RC letadle. Nicméně i přesto bylo přistoupeno k vývoji mého zařízení, jehož výsledná cena je méně než poloviční.

1.3 Modul umístěný v letadle Tento modul musel být navržen jako co nejlehčí a co nejmenší. Zařízení se tedy skládá pouze z tlakového čidla, externího A/D převodníku a bezdrátového modulu ZigBee s označením MNZB-24-A2 od firmy Meshnetics[4], který již v sobě má obsažen uživatelský procesor, do kterého lze umístit ovládací program a ten pak umožňuje číst data z A/D převodníku. Blokové schéma modulu je na obrázku 1.

Obrázek 1: Blokové schéma – měřící modul Pro napájení tohoto modulu se využije vestavěný akumulátor, který v RC letadle pohání serva a případně motor. Tím je ušetřen prostor pro samostatné napájecí články. Potřebné napětí se získává pomocí dvou monolitických stabilizátorů zapojených v sérii. Jeden stabilizátor nestačí, protože některé části měřícího modulu (konkrétně tlakové čidlo a ZigBee modul) pracují při různých napětích. Zatímco čidlo vyžaduje přesných 5 V, ZigBee modul pracuje při napětí pouze 1.8 – 3.6 V. Pro snížení spotřeby je navíc využito režimu spánku mezi jednotlivými měřeními. Proto je celková spotřeba modulu ve špičce (měření a vysílání) 25 mA a ve zbytku doby pouze 15 mA. 1.4 Pozemní modul U pozemního modulu odpadá nutnost použít miniaturní součástky, protože nejsme striktně vázáni na co nejmenší rozměry. Nicméně, vzhledem k tomu, že se jedná o příruční zařízení, byly přesto kladeny určité rozměrové požadavky. Největší roli hraje výsledná spotřeba, protože je nutné použít bateriové napájení. Tento modul slouží pro dvě primární funkce. Zaprvé musí v terénu přijímat data z letadla, ukládat je do paměti a zobrazovat je modeláři, zadruhé po propojení datovým kabelem USB k počítači dovolí přenést uložená letová data. Jak ukazuje obrázek 2, zařízení se skládá z bezdrátového ZigBee modulu, řídícího procesoru Atmel Atmega168, displeje, paměti a USB rozhraní, který je podrobně popsán dále. Druhý procesor je použit z toho důvodu, že samotný ZigBee modul není schopen zajistit veškeré potřebné operace (např. komunikace s displejem). Proto transmitter pouze přijímá data z modulu v letadle a posílá je hlavnímu procesoru

35 – 1

2010/35 – 5. 6. 2010

VOL.12, NO.3, JUNE 2010

přes rozhraní UART. Ten pak dále vykonává veškeré další operace.

Obrázek 2: Blokové schéma – pozemní modul U pozemního zařízení je nutné integrovat vlastní akumulátor. Nejideálnější je využít dnes moderního li-ion článku. Spotřeba pozemního modulu je po většinu času velmi malá (10 mA). Stoupne pouze v krátkém časovém intervalu, kdy se aktivuje ZigBee přijímač aby mohla být přijata nová naměřená hodnota z letadla. Proto stačí akumulátor s nízkou kapacitou. Všechny součástky kromě displeje dostačuje napájet pomocí 3V, displej vyžaduje 5 V. Nižšího napětí je dosaženo snížením napětí li-ion článku pomocí integrovaného low-drop stabilizátoru, podobně jako v měřícím modulu. Ale protože jmenovité napětí li-ion článku je pouze 3.6 V, je pro získání napájecího napětí pro displej použita nábojová pumpa firmy Analog Devices typ ADM660.

2 Bezdrátový přenos technologií ZigBee Pro přenos dat by se dala teoreticky použít jakákoli dostupná technologie, ale ZigBee bylo použito záměrně, především za účelem otestování jeho funkčnosti. ZigBee pracuje ve volném frekvenčním pásmu 2,4 GHz, stejně tak jako modelářské vysílače, které se dnes zavádějí na trh. U obou technologií je mnohonásobný přístup k mediu založen na rozprostření spektra, ale řešení se liší. RC vysílače pracují na principu FH (frequency hopping) a ZigBee za pomocí CDMA (Code Division Multiple Access). Teoreticky by tedy nemělo dojít ke vzájemným interakcím. S přihlédnutím k nepříliš nadšenému přijetí RC vysílačů na frekvenci 2,4 GHz mezi modeláři, především kvůli omezenému vysílacímu výkonu a problematickou implementací do celouhlíkových modelů z důvodů neprostupnosti signálu je velice pravděpodobné, že v dohledné době se jejich počet (a tím pravděpodobnost rušení) zvyšovat nebude. Narozdíl od výškoměru, kdy výpadek signálu i na několik sekund nevadí, u RC vysílače může případně způsobit i havárii modelu, což je nežádoucí. Tento výškoměr může být také samozřejmě ovlivněn uhlíkovou konstrukcí modelu, nicméně jeho primární určení bylo pro kluzáky, u kterých je spodní část trupu velkou část letu natočena směrem na zem. Tudíž lze zavést taková opatření, aby byl zajištěn bezproblémový přenos tímto směrem. Například vyříznutím malého okénka do trupu a zaslepení nestínící hmotou, kde pak bude výškoměr umístěn, nebo například použití vysílacího modulu s připojitelnou externí anténou.

2.1 Dosah přenosu Firma Meshnetics u použitých modulů, které obsahují integrovanou anténu, garantuje dosah několika stovek metrů. Praktické testy v RC letadle bohužel při vývoji provedeny nebyly, ale při pokusech na zemi bylo možné data přenést na vzdálenost nejméně 100 m. Výstupní výkon modulů se dá softwarově regulovat až do 3 dBm a pro účely výškoměru je vysílač na této hodnotě nastaven po celou dobu funkce. Další možností zvýšení dosahu je použití modulů s konektorem pro připojení externí antény. Nově je možnost použít i moduly vysílající na frekvenci 900 MHz, které mají větší dosah a navíc odpadá možnost vzájemného ovlivnění. Rozměry všech zmíněných modulů i rozložení I/O pinů je stejné, proto lze jednoduše při osazování zvolit nejvhodnější variantu.

3 Princip měření výšky K určování výšky byla zvolena metoda měření atmosférického tlaku, která má nejmenší požadavky na úpravy stávajících RC modelů. Kamkoli do letadla stačí umístit malý modul, který zajišťuje měření tlaku a odeslání hodnot do pozemního modulu. Při použití například laserové technologie měření výšky, by bylo nutné mířit svazkem stále na zem a při větších letových výškách použít vyšší výkony laseru, což je nevýhodné. Pro měření atmosférického tlaku bylo zvoleno čidlo MPXHZ6115 od firmy Freescale[5]. Obsahuje vnitřní obvody, které kompenzují vliv změn teploty a zaručují v celém rozsahu výstupní hodnotu 45,9 mV/kPa. Jeho parametry jsou popsány v tabulce 1. Tabulka 1 – Vlastnosti použitého čidla Maximální měřený tlak

115 kPa

Napájecí napětí

5.5.2010

Napájecí proud

7 mA

Změna napětí s tlakem

45,9 mV/kPa

Rychlost adaptace na změnu tlaku

1 ms

Čidlo lze u nás bez problémů koupit, ale jeho cena se bohužel pohybuje okolo 1100 korun. Je to však běžná cena tohoto druhu čidel a není tedy jiná možnost. Spotřeba 7 mA vyhovuje požadavkům na použití nizkopříkonových součástek. 3.1 Výpočet výšky První možností bylo použít k výpočtu výšky z naměřeného tlaku tzv. zjednodušeného Laplaceova vzorce(1), nicméně tento vzorec obsahuje logaritmus a ten je u 8-bitového procesoru velmi těžké softwarově implementovat. Proto musel být nalezen vztah, obsahující pouze jednodušší matematické operace.

∆h = 18411(1 +

35 – 2

p  1 ⋅ t ) ⋅ log 0  ⋅ g 273,15  p 

(1)

2010/35 – 5. 6. 2010

VOL.12, NO.3, JUNE 2010

Menší obměnou Laplaceova vzorce je Babinettův vzorec (2), jehož výhodou je absence logaritmu. Menším omezením je možnost použití pouze pro malé změny tlaků odpovídající relativnímu rozdílu výšek zhruba do 1000 m, což je ale pro účely tohoto výškoměru dostatečné.

∆h = 16000 ⋅ (1 + 0,004 ⋅ T ) ⋅

p0 − p1 ; p0 + p1

p0 ≥ p1

(2)

Je třeba si uvědomit, že i přestože procesor umí pracovat (dělit a násobit) s čísly s pohyblivou desetinnou čárkou, je to pouze s formátem Float. Ten jakožto 32-bitová proměnná dokáže pojmout pouze číslo o délce maximálně sedmi číslic, přičemž je jedno, na kterém místě se nachází desetinná čárka. Takovým číslem je například 2,000007. Pokud ale provádíme dílčí výpočty s takovýmito čísly, je po několika operacích výsledek ovlivněn značnou chybou. Lze ale říci, že ve vzorcích je v průběhu celého letu vlastně vše krom měřeného tlaku konstantou. A právě s těmito konstantami by se při každém výpočtu vzorce musely znovu a znovu provádět stejné operace. Proto můžeme neměnnou část rovnice vyjádřit jedinou konstantou (jediným číslem), které se spočítá s vysokou přesností například na PC. Tato konstanta je pak s maximálním rozsahem datového typu Float napevno vložena do softwaru v procesoru. Pak se pouze násobí změřenou výstupní hodnotou z A/D převodníku. Tím je třeba pouze jedné operace násobení a vzniklá chyba finálního výsledku je daleko menší. Po všech úvahách byla pro výpočet výšky použita zjednodušená barometrická rovnice (3). V ní se neuvažuje rozdíl teplot v různých výškách, pouze teplota v místě vzletu a ta byla zvolena 20 stupňů celsia. Její změna má na výsledek jen nepatrný vliv a při požadované přesnosti nemá smysl jí uvažovat.

PH = P0 ⋅ exp(−

mgh ) kT

(3)

Na stránkách HyperPhysics[6] je vytvořen skript, který dokáže po zadání několika vstupních parametrů vypočítat rozdíl tlaků mezi body v různých výškách. Uvážil jsem, že průměrná výška letu, tedy rozdíl výšek, může být přibližně 500 metrů. Vzletová hladina bude průměr pro naše končiny – 200 m. Po výpočtu byl určen rozdíl tlaků 11,3266 Pa/m. Na výstupu čidla odpovídá změna napětí o 45,9 mV změně tlaku o 1 kPa. Jednoduchým výpočtem (4) určíme, že změna napětí při změně výšky o jeden metr je 0,519891 mV.

11,3266

Pa mV mV ⋅ 45,9 = 0,519891 m kPa m

3.2 Dosažené rozlišení a požadavky na A/D převodník Změna o 0,5 mV/m je již docela malá hodnota. Ale dále si je třeba uvědomit, že pouhé rozlišení na 1 metr je málo. Pro uživatele je sice výška určená s přesností na celé metry relativně dostačující, ale vnitřní zpracování musí pracovat s menší jednotkou. Je třeba odstranit překmitávání LSB bitu na výstupu převodníku dodatečným průměrováním. Pokud je tedy cílem zobrazovat na displeji výslednou výšku v celých metrech, musíme jí vnitřně být schopni měřit a zpracovat s přesností na 0,5 m nebo méně. Konečným výsledkem je tedy nutnost měřit na výstupu čidla změnu napětí o pouhých 0,25 mV nebo ještě menší, což bude odpovídat požadovanému rozlišení 50 cm. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 2. S těmito hodnotami se dostáváme k finálnímu určení počtu bitů převodníku. Tabulka 2 – Požadavky na A/D převodník Uvažovaný parametr

Hodnota

Změna tlaku na 1 metr výšky

11,3266 Pa

Změna výst. napětí čidla na 1kPa

45,9 mV

Změna výst. napětí čidla na 1m

0,519891 mV

Potřebné rozlišení A/D převodníku

<0,25 mV / LSB

Referenční napětí pro převod je 5V. Maximální měřitelná změna napětí je 0,25 mV. To je celkem 20000 hladin. Odpovídající číslo po převodu do binární podoby zde není nutné uvádět vzhledem k tomu, že je to irelevantní. Podstatná informace je pouze počet míst (počet bitů), který je 15. Ten je zároveň nutným minimálním rozlišením převodníku. Bylo tedy určeno, že je třeba použít nejméně patnáctibitový převodník. Tato hodnota je dosti neobvyklá, a proto použijeme nejbližší vyšší a to je 16. Takové převodníky jsou běžně dostupné a díky bitu navíc bude dosaženo rozlišení napětí 76,294 uV na bit. Vypočtené výsledky shrnuje tabulka 3. 5V = 20000hladin 0,25mV

20000 binární →15míst xFFFF 16bit 0  → 65535hladin

.

5V = 76,294µV / LSB 65535 Tabulka 3 – Rozlišení A/D převodníku a přesnost měření

(4)

Výsledky výškoměru budou dostatečně přesné, pokud rozdíl aktuální a vzletové výšky není více než 500 metrů. Při větším rozdílu se již značně projevuje nelineární průběh změny tlaku s výškou a bylo by třeba použít jinou hodnotu vytknuté konstanty.

35 – 3

Veličina

Výsledek

Referenční napětí

5V

Maximální rozlišitelná změna napětí

0,25 mV

Odpovídající počet hladin

20000

Odpovídající počet bitů

15

Napěťové rozlišení pro 16bit převodník

76,294 uV

2010/35 – 5. 6. 2010

VOL.12, NO.3, JUNE 2010

Ze změny napětí odpovídající změně výšky o jeden metr a nejmenší možné měřitelné změny napětí na vstupu A/D převodníku, dokážeme vypočítat přesné rozlišení – tedy nejmenší změnu výšky odpovídající změně o LSB na A/D převodníku. Výsledek výpočtu je 0,146579 m, tedy 14,6579 cm. Je vidět, že výškoměr bude velice citlivý a že i nepatrná změna tlaku bude mít velký vliv na výstupní hodnotu a její kmitání ve značném rozsahu. Proto je nutné měření průběžně průměrovat a provádět korekce, tak aby na displeji byla co nejvíce stabilní a užitečná hodnota výšky modelu. −1

−1

 0,519891mV   ∆U / 1m  ∆h =   = 0,146579m  =   ∆U / LSB   76,294µV  Vzhledem k tomu, že převodník bude umístěn na měřícím modulu, hraje důležitou roli i jeho velikost. Nejmenší běžně dostupné provedení převodníků je v pouzdře s osmi piny a podporou přenosu výstupní hodnoty po sériovém rozhraní SPI nebo I2C. Případné využití AD převodníku, kterým disponuje samotný ZigBee modul, nepřichází v úvahu, protože má rozlišení pouhých 10 bitů a to je málo. Jako nejvhodnější co se týče ceny i rozlišení jsem zvolil převodník delta-sigma od firmy Microchip s označením MCP3550. Podporuje komunikaci po sběrnici SPI a má rozlišení dokonce 22 bitů. Takové rozlišení není potřeba, ale vzhledem k tomu, že jeho cena je menší než u 16ti bitového ADC, zvolil jsem tento. Pro výpočty se používá pouze horních 16 bitů výsledku. Spodních 6 se vypustí a budou moci sloužit pro případné zpřesnění výpočtů v dalších fázích vývoje.

4 Rozšiřující funkce 4.1 Komunikace přes USB Pro komunikaci s PC, kvůli přenosu letových dat, slouží rozhraní USB, které je dnes nejrozšířenější. V prvních fázích vývoje bylo plánováno využití služeb obvodu FTDI[7], ale toto řešení se ukázalo jako příliš drahé. Slibnou variantou byly programové knihovny AVRusb[8] vyvinuté přímo pro procesory Atmel, přístupné zdarma pro nekomerční účely, díky kterým jsou po USB schopny komunikovat i modely, které nemají vestavěnou hardwarovou podporu. Je pouze nutné, aby procesor běžel na hodinovém taktu 12, 16, nebo 20 MHz. ZigBee čip sice obsahuje upravený procesor Atmel Atmega1281, ale bohužel hodinový takt je podle specifikací pouze 8 MHz, a to nedostačuje. Díky tomu, že je ZigBee modul využit pouze k příjmu dat a zbylé operace vykonává primární procesor Atmel Atmega168, byla jeho pracovní frekvence zvolena 12 MHz, tak aby mohly být obslužné procedury pro komunikaci přes USB umístěny přímo do hlavního programu. Plně se tím softwarově nahradí funkce FTDI čipu Cena tohoto řešení je velmi nízká, protože zahrnuje pouze cenu samotného ATmega168, a to je 90 korun. Oproti ceně FTDI čipu – 500 korun - jde o velkou úsporu

4.2 Paměť pro letová data K ukládání letových dat je použita externí EEPROM paměť připojená na sběrnici I2C. Výsledná velikost paměti pro ukládání je 64 kB a při četnosti ukládání jednou za sekundu pojme 9 hodin záznamu (jedna hodnota 16 bitů). Problémem bylo, v jakém formátu data ukládat. Při použití statického rozdělení například na 9 částí, by mohlo velmi snadno dojít k velkému plýtvání kapacity. Dále je možné zvýšit efektivitu zkrácením úseků například na 20 minut a při překročení by se využil i následující volný úsek. Zde jsem použil kombinaci dynamického přidělování paměti se statickou organizační tabulkou. Obsluha takovéto ne zcela dynamické struktury je dobrým kompromisem mezi programovou složitostí a požadovanou flexibilitou. Každý let může být libovolně dlouhý (až do kapacity paměti), ale jejich maximální počet je 64. Hodnota je zvolena s ohledem na přiměřenou velikost organizační tabulky. Předpokladem je, že pravděpodobně nenastane situace, kdy uživatel data takovou dobu nestáhne do PC a neuvolní paměť pro nové záznamy. Organizační tabulka má následující strukturu: v první paměťové buňce je uloženo osmibitové celé číslo značící počet již uložených záznamů. Dále následuje 64 dvoubajtových ukazatelů na počátky jednotlivých záznamů. Celková velikost tabulky je tedy 1B + 64*2B = 129 B. Zbytek paměti je určen pro záznamy.

5 Řídící software Pro splnění všech požadavků bylo nutné vytvořit celkem pět různých programů. Dva řídí ZigBee vysílač a přijímač, dále hlavní program v primárním procesoru pozemního modulu. Software na PC, který zobrazuje grafy letů, bylo nutné rozdělit na dvě samostatné části. První je program s okny a tlačítky přímo schopný data vykreslovat a druhý, pracující pouze v příkazové řádce, který dokáže komunikovat po USB s připojeným modulem. 5.1 Software pro modul v letadle Na obrázku 3 je vývojový diagram, podle kterého se program chová. Nejprve po zapnutí provede inicializaci proměnných, konfiguraci A/D převodníku a kalibraci tlakového čidla tak, aby aktuální výška odpovídala vzletové (tedy nula metrů) – od ní se pak během letu vypočítává relativní výška. Dále program přejde do jednoduché hlavní smyčky. V ní čeká vždy jednu sekundu, poté změří aktuální napětí na tlakovém čidle, jehož hodnotu pomocí ZigBee odešle na pozemní stanici. Dále pokračuje od začátku smyčky.

35 – 4

2010/35 – 5. 6. 2010

VOL.12, NO.3, JUNE 2010

Obrázek 4: Vývojový diagram řídícího programu v pozemním modulu Obrázek 3: Vývojový diagram řídícího programu v měřícím modulu 5.2 Software pro pozemní modul Po zapnutí (připojení napájení) se provede inicializace volné paměti a informace o zbývajícím prostoru je sdělena na displeji po dobu dvou sekund. Bezprostředně poté se přejde do hlavní programové smyčky. Zde se neustále kontroluje, zda nebyl připojen počítač, a pokud ne, zda již nepřišla hodnota napětí pro výpočet výšky z modulu v letadle. Po výpočtu výšky je daná hodnota zobrazena na displeji a uloží se do paměti, pokud je v ní ještě místo. Výpadek spojení není žádným způsobem ošetřen. V ukládání do paměti se pokračuje ihned po jeho zpětném navázání. U krátkodobých výpadků (několik sekund) je velmi pravděpodobné, že je modelář ani nezaregistruje, protože výškoměr v průběhu letu zajisté nesleduje stále. Při dlouhodobých výpadcích se bude s největší pravděpodobností jednat o velkou vzdálenost vysílače a přijímače, a proto bude muset modelář uvážit zvýšení dosahu například externí anténou. Nicméně v těchto případech už se bude jednat řádově o vzdálenosti stovky metrů. Pokud byl připojen počítač, zobrazí se informace na displeji a vyčkává se na příkazy softwaru z PC. Jsou implementovány pouze dva příkazy, a to buď požadavek letová data odesílat přes USB do PC, nebo příkaz k vymazání paměti. Pro přechod zpět do hlavní smyčky musí PC poslat příkaz pro ukončení přenosu, nebo musí uživatel odpojit datový kabel, což se ale z důvodu možné ztráty dat příliš nedoporučuje.

5.3 Software v PC Jak již bylo napsáno výše, bylo nutné vytvořit dva samostatné programy, které spolu ve výsledku spolupracují. Důvodem byla nemožnost zakomponovat podporu přenosu dat po USB do programu vytvářeného pomocí prostředí Borland C++ Builder. Proto přenosy dat zajišťuje jednoúčelový program pracující v příkazové řádce. Data nijak neupravuje, pouze je předá dál nadřízenému softwaru. Program očekává při spuštění jeden parametr. Ten rozliší, zda je požadavek stahovat data, a nebo je mazat. Předání dat do nadřízeného softwaru se provádí vytvořením dočasného souboru, ve kterém jsou data uložena. Ten je vytvořen přímo v adresáři s programem a po načtení dat je smazán nadřízeným programem. Druhou částí je program umožňující zpracování stažených dat a jejich zobrazení v grafické podobě (Obr. 5).

35 – 5

2010/35 – 5. 6. 2010

VOL.12, NO.3, JUNE 2010

nebo dokonce za modul pracující na frekvenci 900 MHz, čímž se zároveň eliminuje jakékoli riziko vzájemného ovlivnění. Problémy s propustností signálu v celouhlíkových modelech je možné vyřešit vhodným umístěním zařízení v RC modelu, nebo použitím externí antény. Výstupní hodnoty jsou odvozeny pouze od vzletové hladiny letadla a ve výpočtu není uvažována absolutní nadmořská výška. Tím odpadá složitá předletová kalibrace a zároveň se zjednodušuje konstrukce. Dosažené rozlišení je teoreticky přibližně 14 cm, ale výstupní hodnota na displeji je kvůli zaokrouhlování a průměrování zobrazována v celých metrech. Testy měření výšky byly provedeny jen v laboratorních podmínkách. Výsledky z měření v terénu zatím nejsou dostupné.

Literatura

Obrázek 5: Hlavní okno softwaru zobrazujícího grafy průběhu letové výšky Jedná se o velice jednoduchý program. Obsahuje tabulku se souhrnem všech záznamů v paměti (pokud je načtena) a šest funkčních tlačítek. Dále se nad tabulkou nacházejí dvě textová pole, ve kterých je po načtení dat vidět souhrn o počtu záznamů a o zbývající volné paměti v sekundách. Nejdůležitější funkcí je grafický výstup hodnot (na obrázku 6), který se provede vybráním příslušného záznamu a stiskem tlačítka Zobrazit graf. Měřítko je vždy přizpůsobeno tak, aby byly plně využity obě osy, tudíž záznam je vždy přes celou šířku grafu a největší dosažená výška je v maximální hodnotě osy. Pokud bude potřeba, může uživatel vybraný let exportovat a dále zpracovávat například v MS Excel.

6 Závěr Primárním úkolem tohoto výškoměru je zobrazovat aktuální výšku modelu v průběhu letu a dále také data ukládat do paměti, aby je po přistání bylo možné přenést pomocí USB do počítače a graficky zobrazit pomocí vytvořeného software. Zařízení bylo zkonstruováno především kvůli nižší ceně oproti komerčním řešením a pro nemožnost získat z nich data za letu. Nedosahuje tak dobrých vlastností jako profesionální výrobky, nicméně jeho vlastnosti byly voleny tak, aby vyhovovaly praktickým potřebám. Při vývoji byly kladeny velké nároky na co nejmenší rozměry a malý odběr proudu který se u měřícího modulu pohybuje v rozmezí 15-25 mA. K bezdrátovému přenosu dat slouží technologie ZigBee pracující na frekvenci 2.4 GHz, která byla implementována i z důvodu testování této nové slibné technologie v praxi. Přístup k médiu je řešen pomocí CDMA technologie, proto by nemělo docházet ke vzájemné interakci s dnes zaváděnými RC vysílači pracujícími ve stejném pásmu. Praktické testy dosahu za letu nebyly doposud provedeny, ale při pozemních testech bylo možné signál přenést na více než 100 m. Pro zvýšení dosahu lze zaměnit použitý vysílací modul s integrovanou anténou za modul s externí anténou,

[1] Zigbee alliance (USA). Bezdrátový standard ZigBee [Online] Dostupný z WWW: (prosinec 2008) [2] LoLo5. Komerční výškoměr pro RC modely letadel, [Online] Dostupný z WWW: (březen 2010) [3] JETI model. Výrobce zobrazovací jednoty JETIBox, [Online] Dostupný z WWW: (březen 2010) [4] Meshnetics. Výrobce zigbee transcieverů, [Online] Dostupný z WWW: (leden 2009) [5] Freescale semiconductor (USA). Výrobce elektronických součástek, [Online] Dostupný z WWW: (leden 2009) [6] Barometric formula. Formulář pro výpočet změny tlaku s výškou. [Online] Dostupný z WWW: (únor 2009) [7] Future technology devices international. FTDI čipy pro rozhraní USB, [Online] Dostupný z WWW: (leden 2009) [8] AvrUsb library. Knihovny umožňující MPU Atmel komunikovat po USB [Online] Dostupný z WWW: (leden 2009) [9] BENEŠ, J. Výškoměr pro RC modely letadel. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2009. 48s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jan Prokopec, Ph.D. [10] BENEŠ, J. Výškoměr pro RC modely letadel. Proceedings of the 15th Conference Student EEICT 2009, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2009. ISBN: 978-80-214-3870-5. s. 55-57.

35 – 6