Die Flugkontrolleinheit von Demon

Juni 30, 2012 in Allgemein

Schon seit zwei Wochen Funkstille? Keine Nachricht von Demon? Nur bedingt, denn wir haben uns sowohl am vorletzten Freitag, als auch am letzten Freitag getroffen und am Projekt weitergearbeitet, wobei leider nicht genügend Material aufkam. Dies hat zum Einen damit zutun, dass wir beim vorletzten Demon-Treffen unseren Quadrocopter, unsere Pläne, Ergebnisse und Ziele unserem Sponsor und weiteren Personen präsentiert haben, sodass leider nicht genügend Zeit blieb, um selber am Quadrocopter weiterzuarbeiten.

Die Drotek 10DOF-IMU im Vergleich zu einer 5-Cent-Münze

Doch gestern ging es dann, wie gewohnt, weiter. Zunächst können wir mit Freude mitteilen, dass unsere IMU (Inertial Measurement Unit) von Drotek, die Drotek 10DOF, angekommen ist. Dieses Sensorboard ist ausgestattet mit einem Gyroskop, welcher auch als Lagesensor bezeichnet werden kann und teilt entsprechend seinem Namen die aktuelle Lagen in allen drei Achsen dem Mikrocontroller mit (Verbaut als Gyroskop ist der ITG3200). Ebenfalls besitzt das 10DOF-Board noch einen Beschleunigungssensor (BMA180), einen Magnetfeldsensor (HMC5883L) und einen Luftdrucksensor (BMP085), mit dem die Höhe reguliert werden kann. Da unser Mikrocontrollerboard mit 5V arbeitet, die Sensoren jedoch mit 3.3V, ist auf der IMU noch ein LLC (Logic Level Converter) angebracht, welcher die digitalen Signale auf die entsprechenden Spannung anpasst, sodass der Mikrocontroller ohne Probleme mit dem Sensorboard arbeiten kann.

Diese IMU werden wir zusammen mit einem Arduino Mini Pro einsetzen, welcher ebenfalls, wie bisher von uns eingesetzt, einen Atmega328P enthält und bereits einen 16Mhz Quarz zusammen mit Pin-Ausführungen am Rand des Boards auf kleiner Größe besitzt, sodass wir nicht nur Platz, sondern auch Gewicht einsparen.

Das Arduino Uno-Board wird durch ein Arduino Mini Pro ersetzt werden.

Zusammen ergeben unser 433Mhz Funk-Empfänger, das Arduino Mini Pro-Board und die Drotek 10DOF IMU die Flugkontrolleinheit, welche für einen stabilen Flug und die gesamte Steuerung der Motoren verantwortlich sind. Um das Rad nicht neu erfinden zu müssen und die verschiedenen Filter nicht neu implementieren zu müssen, werden wir als Softwarebasis auf MultiWii zurückgreifen, wobei wie diese Software zum Teil stark modifizieren müssen, um unseren Gegebenheiten gerecht zu werden. Ebenfalls können wir uns durch MultiWii verstärkt auf die Programmierung des autonomen Fluges konzentrieren, welches unser Hauptziel darstellt.

Doch genug von der Theorie, denn wir haben gestern noch, neben der Anpassung von MultiWii, unserem Quadrocopter Füße verpasst, welche aus Kunststoffrohrscheiben mit einem Durchmesser von 7cm bestehen und für den Stand stabil sind, jedoch auch sehr gut federn, falls der Quadrocopter aus geringen Höhen herunterfällt.

Füße ans Gestell: Abgehakt!

Am kommenden Sonntag werden wir uns noch weiter um die Anpassung von MultiWii kümmern und hoffen, dass unser Quadrocopter dann vielleicht schon stabiler in der Flug fliegen kann.

Alle Bilder findet ihr hier: Gestellbau #3

Bis dahin,
das Demon-Team!

~ Christian

Demon in luftiger Höhe und doch nicht frei

Juni 17, 2012 in Allgemein

Der Aufbau der Regler beginnt...

Heute war, wie angekündigt, unser außerplanmäßiges Demon-Treffen und es lässt sich sagen: Es war schön. Unser Quadrocopter hat zum ersten Mal den Boden verlassen und ist in einer beinahe flugfähigen Form, doch nun alles der Reihe nach.

Unser heutiges Treffen fand nicht, wie üblich, im Projektraum statt, sondern bei einem Teammitglied und da waren zunächst die Schwierigkeiten mit der Anfahrt zu beseitigen. Doch nachdem sich alle Demon-Beteiligten schließlich eingefunden hatten, wurde sofort damit begonnen die verbleibenden Regler korrekt an die Motoren anzulöten (die Phasenkabel müssen richtig angeschlossen werden, damit die jeweils gegenüberliegenden Motoren in die gleiche Richtung laufen). Nachdem dies glücklicherweise auf Anhieb alles geklappt hat, haben wir jeden Motor noch einmal gründlich einzeln getestet, um zu sehen, ob die Motoren nicht schon bei der Auslieferung fehlerhaft waren.

Demon nimmt Form an

Doch was nützt nun ein Gestell ohne angeschlossenem Mikrocontrollerboard und fehlender Stromversorgung? Nicht viel und daher haben wir uns direkt daran gemacht, die Stromversorgungskabel der Regler zusammen zu verbinden und an an jeweils einem Kabel nach unten durch die Löcher der CDs aus dem Quadrocopter führen zu lassen. Jedoch ist diese Variante zunächst provisorisch, da wir uns bereits sehr günstig eine Platine bestellt haben, welche Stromanschlüsse eleganter zusammenführt und auch die Kurzschlussgefahr gegenüber zusammengelöteter Kabelstränge verringert. Leider müssen wir noch circa zwei Wochen auf diese Platine warten, doch unser Provisorium scheint dennoch zu funktionieren.

Als nächsten Schritt, mussten wir alle PPM-Signal-Kabel (welche die Frequenz an die Regler schicken, damit diese in der Geschwindigkeit den Drehstrom erzeugen können) an das Arduino-Board führen und dort mit den nötigen Pins verbinden. Da unsere Software zuvor nur für einen Motor ausgelegt war, mussten wir diese selbstverständlich noch aktualisieren und auf den ATMega328P (unser eingesetzter Mikrocontroller) schreiben. Schon waren wir soweit, dass wir testen konnten, ob alle Motoren auch gleichzeitig vom Programm aus angesteuert werden. Und tatsächlich liefen alle Motoren.

Frischhaltefolie, damit die Elektronik nicht verdirbt

Doch bevor wir schließlich unseren ersten Testflug starten konnten, mussten wir noch unsere Funksteuerung zum Laufen bekommen, bei der wir uns einen 2.4Ghz Sender und Empfänger (rohe Hardware) bestellt hatten. Für diese haben wir entsprechend die Software erweitert, sodass ein Mikrocontroller den Sender und unser Arduino mit dem ATMega328P den Empfänger ansteuern und die Daten empfangen konnte. Dadurch haben wir selbst eine kleine Fernbedienung bauen können, welche mit zwei Tastern die Geschwindigkeit jeweils hoch und runter schalten kann.

Der derzeitige Quadrocopter

Da wir derzeit noch alles provisorisch zusammengebaut hatten, lagen eine Menge Kabel und Platinen auf dem Quadrocopter, welche wir schlicht und einfach mit Frischhaltefolie überdeckt und komprimiert haben, damit kein Kabel unseren Rotorblättern zu Nahe kommen kann. Dann konnte der Testflug beginnen. Hierbei müssen wir sagen, dass uns bewusst war, dass der Quadrocopter sehr instabil fliegen wird und auch nicht durch die Decke fliegen soll. Daher haben wir ihn heute mit untergehaltener Hand geführt und mit Bindfäden am Boden befestigt. Trotzdem konnte man gut erkennen, dass der Quadrcopter definitiv flugfähig ist, da er sich selber in der Luft mit gespannten Fäden halten konnte.

Ein Video davon:

Für den weiteren Verlauf ist vorgesehen, dass wir uns als IMU (Inertial Measurement Unit) ein Drotek 10DOF-Board kaufen werden und dieses an ein Arduino Pro Mini anschließen werden. Daran angeschlossen wird der Empfänger und dann dient dieses Konstrukt als erweiterbares Hauptsystem des Quadrocopters.

Wie immer gibt es alle Bilder hier: Erstflug

Soweit vom außerplanmäßigen Tag,
Das Demon-Team!

~ Christian

Der Countdown läuft

Juni 15, 2012 in Allgemein

Unsere neuen Motoren am neuen Gestell!

Wir würden gerne schreiben, dass wir unseren ersten “Meilenstein” erreicht haben, also dass unser Quadrocopter bereits die Welt von oben betrachten durfte, doch leider sieht derzeit alles danach aus, dass es Sonntag erst soweit sein wird. Heute haben wir jedoch alle Grundsteine dafür gelegt:

Unser Demon-Tag heute startete anders als all die anderen Demon-Treffen: Wir unternahmen einen Ausflug zum Baumarkt! Dort angekommen (und das war bei diesem Wetter nicht leicht), haben wir uns ein neues Aluvierkantprofil mit den Maßen 10mm x 10mm x 1m (Höhe x Breite x Länge) gekauft. Da wir bereits da waren, haben wir auch gleich ein kurzes Abflussrohr mitgenommen, welches in je vier dünne Scheiben geschnitten, als Füße für unseren Quadrocopter dienen soll (an dieser Stelle vielen Dank für die Anregungen von euch!). Dann ging es schnell ab zu Kasse und wieder auf dem Weg zum Projektraum. Doch bevor wir gänzlich zurück gefahren sind, gab es natürlich noch ein wohlverdientes Mittagessen bei einem Sandwich-Restaurant (mit dem sprechenden Baguette).

Endlich zurück haben wir uns direkt an die Aufgaben für den Tag gesetzt. Während Lennart das neue Gestell zurechtgesägt hat, kümmerten Simon und meine Wenigkeit sich um die gerade eingetroffenen neuen Motoren.

Fehlt nur noch die untere CD...

Das neue Gestell wird, wie bereits erwähnt, aus einem 10mm x 10mm Aluvierkantprofil mit einer Auslegerlänge (die Gestellstäbe, die von der Mitte nach außen zu den Motoren führen) von 17cm. Unserer Idee mit der CD blieben wir im übrigen treu, jedoch befinden sich nun jeweils auf beiden Seiten zwei CDs (erst zwei CDs auf einer Seite bieten die nötige Stabilität, jedoch auch Flexibilität). Auch anders als zuvor, haben wir dieses mal die Ausleger nicht an die CDs verschraubt, sondern mit Starkkleber verklebt, da Schrauben die CDs splittern lassen und instabil machen.

Verschrauben der Motoren

Die Motoren wurden ebenfalls heute an die Ausleger befestigt. Dafür haben wir jeweils auf der Unterseite der Ausleger zwei große Löcher gebohrt, wo die Schrauben komplett durchpassen und auf der Oberseite zwei Löcher an denen die Motoren mit Schrauben an den Auslegern festgeschraubt wurden (mit 3mm Schrauben). Diese Schrauben haben wir relativ festgezogen bekommen, um sie einerseits so zu lassen, jedoch auch um zu sehen, ob die Motoren in irgendeiner Weise wackeln. Das Ergebnis: Sie sitzen bombenfest und sicher auf den Auslegern!

Wie schon erwähnt, haben Simon und ich uns um die Mikrocontroller->Regler->Motor-Geschichte gekümmert, wobei wir ein PPM Signal vom Mikrocontroller an die Regler schicken, die dann aus diesem Signal Drehstrom erzeugen und die Motoren betreiben. Bevor wir jedoch jegliches an den Motoren gebastelt haben, nahmen wir uns unsere Regler zur Hand und haben erst einmal einen netten Startsound programmiert.

Die GF2210 Motoren

Er heißt: End of the World! und bedeutet: Sobald unser Demon sich über die Welt erheben wird, ist es aus. Doch zurück zu den Motoren: Schnell das Programm auf den Mikrocontroller geschrieben, alle Kabel angeschlossen und einen ersten Test gestartet (wir waren gewagt und haben direkt die 8×4,5 Zoll Propeller aufgesetzt gehabt). Unser erster Test war erstaunlich und zugleich hat er uns eines klar gemacht: Die Propellerhalter muss man sehr fest an der Motorenwelle anziehen. Wieso? Beim unserem ersten Test haben wir erst 4,5% der maximalen Signalfrequenz ausgegeben und bereits dort ist der eigentlich schon festsitzende Propellerhalter mitsamt dem Propeller allein, ohne die Motoren, fortgeflogen.

Anlegen und Maße nehmen

Nach diesem erschütternden Ergebnis haben wir beim zweiten Test darauf geachtet, dass wir die Propellerhalter mit aller Kraft an der Welle festgezogen haben und einen erneuten Test gestartet. Ergebnis dieses mal: Die Motoren haben Auftrieb, soviel Auftrieb, dass es für Simon schwer war, die Motoren mit der Zange festzuhalten (wobei man bemerken muss, dass es mit einer Zange auch wesentlich schwerer geht!). Doch auch das Indiz, dass und die Hälfte der Materialien vom Tisch gefegt sind, lassen hoffen, dass wir mit diesen Motoren unser Quadrocopter abheben lassen können, da sie bereits jetzt einige Auftriebskraft erzeugen und wir nicht einmal ein Zehntel der maximalen Leistung getestet haben (wir schätzen, dass unser Rohgestell mit den nötigsten Materialien, wie Controller, Regler und Akku bereits bei 30% der maximalen Leistung abheben wird).

Ebenfalls ein Video vom sauberen Testlauf:

Nachdem wir zufrieden waren mit unseren neuen Motoren, haben wir noch unseren Akku und die untere CD mit Klettband versehen (auch hier vielen Dank für die Anregung), sodass wir den Akku während des Fluges gut am Gestell befestigt haben, jedoch auch nach dem Flug wieder leicht abnehmen und aufladen können.

Als letztes Ziel haben wir das Gestell vervollständigt, indem wir die CDs mit den Auslegern verklebt haben. Dazu haben wir zu Millimeterpapier gegriffen und die Ausleger (welche genau 10mm breit sind) genau auf dem Millimeterpapier in genauen 90° Winkeln ausgerichtet, mit Kleber beschmutzt und die CD auf den Auslegern mit viel Druck aufgepresst und somit ein vollständiges Gestell erhalten.

Das fertige Gestell!

Wie man bereits sieht, sind die einfachen Vorraussetzungen zum Flug geschaffen, sodass wir am Sonntag (unserem ersten außerplanmäßigen Treffen, da wir es nicht erwarten können!) nur noch die Stromleitungen von den Reglern verbinden müssen, diese an den Mikrocontroller anschließen müssen und abheben können, wobei dies zu Anfang wohl ein sehr wackeliges und absturzbehaftetes Fliegen sein wird, da wir noch keine Beschleinungsensoren und auch kein Gyroskop einsetzen (wobei diese demnächst in Bestellung sind).

Ebenfalls möchten wir uns an dieser Stelle noch einmal für die großzügige Spende von unserem Sponsor den Freunden und Förderern des Gymnasium an der Willmsstraße und unserem netten Spender BulletByte (Eric R.) bedanken! Ein großes Dankeschön!

Wir melden uns am Sonntag zurück und werden hoffentlich an jedem Tag gute Nachrichten verkünden können!

Wie immer könnt ihr alle Bilder vom heutigen Tag hier anschauen: Gestellbau und Motortest

Soviel vom Tage,
Das Demon-Team!

~ Christian

Demon wird erleuchtet!

Juni 8, 2012 in Allgemein

Da mittlerweile der Freitag ein neues Synonym hat, also Demon-Tag, müssen wir nicht weiter erwähnen, dass heute wieder ein Treffen stattfand. Doch dieses mal gab es wahrlich eine Erleuchtung!

Während wir unser Mittagessen eingenommen haben, diskutierten wir, wie wir weiter verfahren werden, nun, da wir nur noch drei funktionierende Motoren besitzen und wir kaum Motorenersatz finden, der auch zu unseren Regler passt (die Motoren sollten weniger Ampere benötigten, als die Regler zur Verfügung stellen können, da ansonsten die Lebensdauer des Reglers sehr kurz sein wird). Dabei sind wir uns einig geworden, dass wir auf jeden Fall, neben neuen Motoren, auch neue Regler gebrauchen werden. Daher haben wir uns umgeschaut und uns für e-max GF2210 Motoren entschieden, welche mit 1200KV und einem Schub zwischen 600-800g daherkommen. Die e-max GF2210 Motoren sind kein unbeschriebenes Blatt, denn die Vorgänger dieser Motoren, die CF2822 sind sehr weit verbreitet und durchaus bekannt. Auch über den Preis lässt sich wenig diskutieren, da wir vier Motoren bereits für 47,60€ bekommen, was durchaus ein guter Preis ist (im Verhältnis zur angebotenen und benötigten Leistung).

Da die e-max GF2210 jedoch einen Dauerstrom von mindestens 10A benötigen und einen Spitzenstrom von 15A besitzen, lassen diese Motoren die Last für unsere Turnigy Plush 12A Regler übersteigen. Deshalb haben wir uns nach neuen Reglern umgeschaut und sind auf die Hobbywind Skywalker 20A gestoßen, welche mit 500Hz schnell genug sind, einen guten Strompuffer zu unseren Motoren haben (von 20A – 15A = 5 Ampere) und sich von der Einstellung her genau wie unsere Turnigy Plush Regler verhalten (sie sind genau gleich programmierbar). Auch hier haben wir nach dem Preis geschaut und würden vier Regler für 43,10€ bekommen.

Bei den Rotorblättern werden wir vorerst unseren 8×4,5 (erste Zahl ist die Gesamtlänge in Zoll, die zweite Zahl ist die Steigung in Zoll) Rotorblättern treu bleiben und schauen, ob sie mit den Motoren genügend Schub erreichen können, wobei wir in dieser Sache recht optimistisch sind, da bereits zwei andere Quadrocopter-Bauten mit der gleichen Konstellation erfolgreich abgehoben und geflogen sind.

Damit unser Gestell den neuen Anforderungen gerecht wird, haben wir es weiter optimiert und sind derzeit noch in den Umbauarbeiten, wobei diese lediglich aus einer Materialschmälung und Längenvergrößerung bestehen. Dabei haben wir den vier Stangen mittig eine Kurvenform verpasst, entfernen die Schrauben, in dem wir die Stangen mit starken Kleber an die CD befestigen und setzen am Ende jeder Stange noch eine 3cm x 3cm Carbonplatte auf, für die Befestigung der Motoren. Den Konstruktionsplan unseres Gestells findet ihr hier: Gestell-Zeichnung

Der Akku ist voll aufgeladen!

Doch neben Diskussionen wurde heute auch fleißig gewerkelt. Neben dem Beginn der Umbauarbeiten am Gestell, haben wir auch die LED-Beleuchtung nun fertiggestellt und das dazugehörige Programm erstellt (wobei das Programm weit aus schneller gemacht war, als die LEDs ohne dritte Hand zu verlöten).

Da mittlerweile auch unser 1200mAh Akku aus gewöhnlichen Lithium-Polymer-Zellen (mit drei Zellen) angekommen ist, inklusive Aufladegerät und Ladestandwarner, konnten wir auch diesen bereits an die Schaltung anbringen und diese vom Akku aus betreiben.

Als nächstes Ziel steht, neben dem Gestell, die Beschaffung der neuen Motoren und Regler an, wobei wir uns bei neuen Erkenntnissen in dem Bereich sofort melden werden.

Alle Bilder vom Tag, findet ihr hier: Beleuchtung 1

Bis dahin,
Das Demon-Team!

Von einer großen Freude und kleinen Bitte

Juni 7, 2012 in Allgemein

Quadrocopter

Projekt Demon schreitet voran!

Es gibt etwas großartiges zu verkünden! Das Projekt-Demon hat einen netten und lokalen Sponsor gefunden, welcher das Projekt unterstützen möchte: Den Verein von Förderer und Freunde des Gymnasium an der Willmsstraße! Dafür danken wir an dieser Stelle dem Verein, dessen Logo daher demnächst auch den rechten Bildschirmrand zieren wird.

Doch da ein solcher Förderverein nicht vollkommen ausgelastet werden sollte, haben wir eine winzige Bitte an euch: Wenn euch dieses Projekt gefällt und ihr bereit währt, eine Kleinigkeit zu Spenden, könnt ihr dies ab jetzt über den Spendebutton rechts am Rand oder auf der Hauptseite erledigen.

Morgen werden wir im übrigen uns weiter mit dem Gestell und der Beleuchtung beschäftigen, doch wir sind uns sicher, dass dank netten Unterstützung vom Förderverein und euch, die neuen Motoren nicht mehr in all zu weiter Ferne liegen.

Einen netten Gruß,
Das Demon-Team!

~ Christian

Demon meldet sich zurück!

Juni 1, 2012 in Allgemein

Schneller LED-Test Aufbau für die Signalbeleuchtung

Wie ihr sicherlich bereits bemerkt habt, haben wir seit drei Wochen keinen Eintrag mehr verfasst. Die ersten zwei Wochen waren der angekündigten Christi Himmelfahrt-Pause zu verschulden, während die letzte Woche einem ganz anderen Vorfall angehört: Die Zerstörung einer unserer Motoren.

Aus diesem Vorfall, welcher sich beim Experimentieren ereignet hat, haben nun nicht mehr genügend Motoren für unseren Quadrocopter (wir hatten nur vier, da der Händler nur eine solche Stückzahl auf Lager hatte) und suchen daher derzeit nach neuen Motoren, welche jedoch wieder eine neue Investition bedeuten. Da wir jedoch langsam an finanzielle Grenzen stoßen, suchen wir nach Sponsoren für unser Projekt, mit denen wir unser Projekt direkt fortführen können. Sollten wir jedoch keine Sponsoren finden, müssen wir leider noch etwas mehr Zeit in Anspruch nehmen, bis wir die passenden Motoren bestellen können.

Währenddessen ruhen wir natürlich nicht und kümmern uns derweil schon um spätere Spitzfindigkeiten, damit wir die Zeit bis zu den neuen Motoren nicht verschwenden. So haben wir uns letzte Woche und auch heute wieder besonders über eine weitere Optimierung des Gestells und der Anbringung der Signal-LEDs diskutiert, geplant und auch schon daran gebastelt. Ebenfalls haben wir uns derweil der mit der Programmierung der Funkempfänger und Funksender beschäftigt, welche während des Fluges Daten vom Quadrocopter zum Boden senden (Telemetriedaten, wie z.B. Temperaturen der Motoren, vom Mikrocontroller eingestellte Rotorgeschwindigkeit und weiteres).

Wir hoffen, dass wir sehr bald neue Motoren finden, selbstverständlich melden wir uns nächste Woche Freitag mit neuen Ergebnissen wieder.

Bis dahin,
Das Demon-Team!

~ Christian