nanoCopter Projekt

[tucow]

Hallo zusammen,

ich möchte Euch mein neues Projekt nicht noch länger vorenthalten, nachdem es um meinen Humanoiden etwas ruhiger geworden ist habe ich mich an die Planung eines nano Quadrocopter gemacht. Der aktuelle WIP Name ist "nanoCopter" oder kurz "nC".

Bei der Recherche bin ich natürlich auch auf das Fluggerät "Shrediquette NanoQuad" von Bammel und deHarry gestoßen, dadurch bin ich auf die Idee gekommen meine Motoren ebenfalls im PCB einzuklemmen und Coreless Motoren zu benutzen. Auch habe ich einige Bauteile aus Euren Eagle-Files geklaut Jung, danke dafür das Ihr sie veröffentlicht habt :cool:


So, weiter im Text. Nach der sehr langen und ausgiebigen Forschung habe ich begonnen die Schaltpläne zu erstellen und mit dem Layout angefangen, der Prototyp wird alles auf einem 2-Layer PCB unterbringen, die weiteren Revisionen werden dann 4-Layer spendiert bekommen. Alle Revisionen werde ich in der Uni fertigen, wir haben vor Kurzem eine ProtoMat S63 von LPKF samt Multilayer-Presse angeschafft. Ich schweife zu sehr ab..

Um die Bauteile im Großen und Ganzen zu umreißen:

MPU-6050/9150 von InvenSense
ADUM1250
MAX1811
FT230XS
nRF24L01+
ATMEGA328P


Der nC wird mit einem 1s LiPo betrieben und will natürlich auch geladen werden, aus dem Grund habe ich mich entschieden einen USB Anschluss direkt in das PCB zu integrieren, das bringt mir eine sehr gute Win-Win Situation: der nC kann per USB programmiert, geladen und konfiguriert werden und dabei habe ich noch eine Reduzierung des Gewichtes erreicht da ich keine USB Buchse verbauen muss. Dafür ist der FT230XS in Verbindung mit dem MAX1811 zuständig.
Die Fernsteuerung wird mit dem nRF24L01+ bewerkstelligt, er hängt per SPI am 328er und bieten diverse Vorteile im Gegensatz zu einem herkömmlichen Rx aus dem RC Modellbau, allerdings hat er auch den Nachteil das man die Fernsteuerung selber bauen muss.

So, kommen wir zu ersten Bildern!

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Auf der TOP Seite sieht man ganz deutlich das hier noch einiges am falschen Platz ist und vor allem der nRF24L01+ noch kein Hühnerfutter und keine Antenne hat. Wichtig ist mir die strikte Trennung von der Spannungsversorgung.

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Die BOT Seite ist schon weitaus besser dran, bis vorhin war sie eigentlich fertig aber dann fiel mir auf das ich noch etwas für den MAX1811 und den FT230XS vergessen habe :( aber das passiert halt in der Planung. Aber jetzt ist alles ordentlich verschaltet und muss nur noch an den richtigen Platz. Mit den Verbesserungen von heute kann der FT230XS den MAX1811 so einstellen das er den LiPo entweder mit 100mA lädt oder mit 500mA, je nachdem ob der nC an einem eigenständigen USB Ladegerät hängt oder ob er am USB Port hängt und auch hier unterscheidet er zwischen angemeldet (500mA Ladestrom) und noch nicht angemeldet (100mA Ladestrom).

Ich werde mich nun erstmal der TOP Seite widmen und die BOT Seite dann nochmals nach der TOP Seite und den nötigen Vias ausrichten.


Mehr gibt es glaube ich gerade nicht zum Projekt zu sagen, außer das ich besonders den Firmen danken möchte die mir für dieses Projekt freundlicherweise die Bauteile in ausreichender Menge zur Verfügung gestellt haben:
Analog Devices für die ADUM1250, Future Technology Devices International Limited (FTDI) für die FT230XS, InvenSense für die MPU-6050 und 9150, Maxim Integrated für die MAX1811 und natürlich Nordic Semiconductor für die nRF24L01+.


Aktuell gibt es täglich Fortschritte die ich hier festhalten werde ;)

[tucow]

Für gestern gibt es nur einen, dafür aber signifikanten, Fortschritt zu vermelden: das Problem mit der Fernsteuerung ist gelöst!

Ich baue ein kleines USB Dongle das man mit einem PS3 oder Xbox 360 Controller verwenden kann. Das ganze wird auf einem ATMEGA328P, nRF24L01+ und einem MAX3421E basieren. Den großen 328er nehme ich um genügend Platz für den Code zu haben. Der MAX3421E dient als USB Host Controller und wird, wie der nRF24L01+, per SPI angebunden.

Das Layout hierzu werde ich wahrscheinlich heute im Laufe des Tages machen und dann posten.


Nachtrag:
Ich habe gerade festgestellt, beim Lesen des Datenblatt (MAX3421E), das ich von meinem Dongle aus das USB Device versorgen muss damit es ordentlich als Host Controller arbeitet.. das wirft meine bisherige Überlegung über den Haufen und ich werde morgen im Labor die Stromaufnahme der PS3 und Xbox 360 Controller messen müssen wenn sie am USB Port hängen um dann den Akku passend dimensionieren zu können der dann das Dongle und den Controller versorgen muss..

Ich hoffe die Aufnahme ist nicht zu groß (die Controller haben ja immerhin einen internen Akku) damit ich wie beim nC einen 1s LiPo Akku einplanen kann.

[tucow]

Da ich das Tx Dongle heute ja nicht entwerfen konnte, habe ich die Ladeschaltung aus dem nC genommen und auf ein kleines dediziertes USB Dongle gepackt.. das Ergebnis sehr Ihr hier:

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Die Bemaßungen sind in mm angegeben, Ihr seht es ist ziemlich klein geworden ;) Das Hühnerfutter ist teilweise 1206 und 0805, aus dem einzigen Grund das es im hiesigen C die Bauteile die mir fehlen nicht in 1206 gibt und ich die vorhandenen Bauteile erst aufbrauchen will bevor ich neue kaufe.. für einen Prototypen finde ich das legitim 8)
Morgen wird der ganze Spaß geätzt und bestückt, ich bin gespannt wie gut es klappt!

[HeXPloreR]

Hallo, ich hoffe die Einbindung der XBOX Controllers wird unproblematisch. Ich freue mich über weitere Details und Fortschritte.

[Jimmybot]

Moin, schönes Projekt. In welcher Sprache wirst du nach den Controller programmieren?

Bei meinem Copter schlage ich mich gerade mit den Timer rum.

Gruß Jimmy

[tucow]

Hallo, ich hoffe die Einbindung der XBOX Controllers wird unproblematisch. Ich freue mich über weitere Details und Fortschritte.

Ich denke das wird kein großes Problem, ich habe da schon Codeschnipsel für die PS3 und Xbox 360 Controller da, muss nur noch schauen wie ich den von der Xbox am Besten anschließe da der wireless Controller ja diese proprietäre Buchse hat die dann USB rausführt und vom Benutzer zu verlangen ein originales Kabel zu haben und dann auch noch mit einem gefühlten 3m Kabel rumzulaufen ist nicht das Gelbe vom Ei. Aber das sind Probleme die ich nicht zu den wichtigsten zähle ;)



Moin, schönes Projekt. In welcher Sprache wirst du nach den Controller programmieren?

Bei meinem Copter schlage ich mich gerade mit den Timer rum.

Gruß Jimmy

Ich benutze C/C++, Jimmy.



Soviel zu Euren Fragen, jetzt mein aktueller Fortschritt :p
Heute habe ich endlich ätzen können, nachdem unsere Klimatechniker die Lüftung endlich wieder eingeschaltet haben.. hier das Ergebnis:

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Hier zuerst der fertig bestückte Stick, ich finde er kann sich sehen lassen 8)

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Und hier während er eine 1s 3.7V LiPo Zelle (die den nC betreiben wird) lädt.


Mission geglückt, meine Ladeschaltung funktioniert ;)
Morgen schaue ich mir den Stick im Betrieb mal mit der Wärmebildkamera an, denn ich finde er wird etwas zu warm.. entweder ist es normal und liegt am MAX1811 oder ich habe die 5V Leiterbahn zu dünn ausgelegt. Aber es gibt auch so keine Probleme.

[tucow]

So, ich habe heute die Bilder mit der Wärmebildkamera gemacht und einige Erkenntnisse gesammelt, hier nun erstmal die Bilder:




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Nach dem einschalten erwärmt sich der FT230X rasant.
Die durchschnittliche Temperatur während des Ladevorgangs des MAX1811.
Die Rückseite während des Ladevorgangs.
Die Temperatur des LiPo Akkus beim Laden mit 500mA.




Es ist gut zu sehen das der Übeltäter hier nicht die spannungsführende Leiterbahn auf der Rückseite ist, auf dem dritten Bild sieht man das sie vernachlässigbar wärmer wird (L-förmig, gelb/grün). Wie ich mir schon gestern gedacht habe ist die Quelle der Hitze der MAX1811, ich muss mir hier also keine Sorgen um die Leiterbahnen machen.

Recht interessant finde ich die Tatsache das sich die Wärme auf der Rückseite T-förmig ausbreitet, hat jemand eine Idee woran das liegt?

[021aet04]

Das sieht sehr gut aus. Ich benötige auch eine Ladeschaltung für 1s Lipo an 5V. Ich werde aber den MCP73831T (http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21984e.pdf) im SOT23-5 Gehäuse verwenden. Ich werde aber entweder mit dem USB Port oder einer Solarzelle laden. Vorrangig sollte die Schaltung von einer Solarzelle geladen werden. Der MCP73831 (bzw 73832) benötigt quasi keine externen Bauteile. Es sind nur Kondensatoren am Ein und Ausgang nötig (laut DB jeweils 4,7µF) und ein Widerstand zum Einstellen des Stromes. Optional ist noch ein Statusausgang vorhanden (MCP73831 mit Tristate Ausgang und MCP73832 mit Open Drain Ausgang)


Was mir bei den IR Bildern auffällt ist das diese relativ unscharf sind. Liegt das an der Kamera oder der Einstellung? Bei meiner Kamera kann man so scharf fokusieren das man die Pins der ICs erkennt.

MfG Hannes

[tucow]

Hey Hannes,

der MCP73831 liest sich nicht schlecht, wäre nur leider für mein Vorhaben nicht praktikabel. Mit Ihm hätte ich die Ladestromwahl nicht so einfach über den Transistor und den Pulldown lösen können 8) über das Laden per Solarstrom habe ich auch schon nachgedacht, aber ich denke dafür ist mein nC einfach zu klein (wenn man die Oberfläche mit Solarzellen pflastern würde ;)).

Die Bilder von der Wärmebildkamera sind so weil es nur ne günstige ist die wir im Labor rumfliegen haben.
Reicht bei uns für die meisten Fälle, die Physiker haben eine bessere aber da hätte ich durch die halbe Uni rennen müssen ;)

[021aet04]

Der MAX1811 ist einfach zu handhaben. Mir ist aber wichtig das der Strom "stufenlos" einstellbar ist. Ich werde einen Transistor bzw Fet in Serie zum "Prog" Widerstand schließen und diesen mit dem µC ansteuern. Sollte eigentlich funktionieren Besser geeignet sollte ein Fet sein (niedriger ON Widerstand).

Ich besitze zum Glück eine Fluke TIS Wärmebildkamera (http://www.fluke.com/fluke/dede/Warmebildkamera/fluke-tis.htm?PID=70127), dadurch muss ich mir nirgends eine ausleihen (ich wüsste auch keine in der Umgebung).

Als Solarzelle habe ich diese (http://www.conrad.at/ce/de/product/190469/Sol-Expert-Kristalline-Solarzelle-SM2380-Schraubanschluss-Nennspannung-2-V-Nennstrom-380-mA) verwendet, habe sie aber nicht beim C gekauft sondern woanders (weiß nicht mehr wo). Als Spannungswandler auf die 5V habe ich den SBC300 von ELV (http://www.elv.at/solar-boost-spannungswandler-sbc300-komplettbausatz.html). Unbelastet hällt dieser die Spannung auf 5V konstant, muss es nur noch mit Belastung testen.

MfG Hannes

[tucow]

Sry für die späte Antwort, ich war die letzten Tage recht beschäftigt.
Stufenlos ist bei mir recht unwichtig und der MAX1811 ist erprobt. Ausleihen muss ich mir die Kamera nicht, ich nehme sie mir einfach ;) daher sehe ich keinen Grund eine eigene zu besitzen.

An Solarzellen auf dem nC habe ich auch nachgedacht, wäre aber ehr ineffizient.


Update zum nC:
Habe weiter am Konzept des Tx Moduls gearbeitet und bin nun soweit auch den Wii Classic (Pro) Controller und den PS2 Controller mit ins Boot zu nehmen. Aktuell überlege ich noch am original Xbox Controller aber ich denke es ist langsam genug..

[tucow]

So, das nächste große Update steht an!
Ich bin soweit durch mit dem Layout des Prototypen.. ich bin nicht zufrieden und es gibt noch eine ganze Menge die man verbessern kann aber viel besser wird es erst mit den geplanten 4 Layern.

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Wie man sieht, der ATmega ist auf BOT gerutscht und die Spannungswandler auf TOP. Die Ladeschaltung ist nach wie vor unten am USB Port aber verbessert, so wie auf dem USB Ladestick. Der nRF24L01+ ist nun auch von seinem Hühnerfutter umgeben und hat eine Mäanderförmige Antenne bekommen. Extrem stören mich die Spannungsführenden Leiterbahnen.

Ich denke das ich das Board so wie es ist mal Ätzen werde um zu schauen ob alles passt und mal halbwegs bestücken.

[021aet04]

Das Layout sieht doch nicht schlecht aus. Wie steuerst du die Motoren?

MfG Hannes

[tucow]

Danke, Hannes.

Die Motoren steuere ich per PWM über jeweils einen Mosfet mit Pulldown-Widerstand an und ich baue zur Sicherheit noch jeweils einen 100nF Kondensator ein um Störungen zu filtern.

[021aet04]

Sind das die Bahnen die auf dem Toplayer Richtung Motoren gehen?

MfG Hannes

[tucow]

Genau, die dann per Via runter zum µC gehen.