Quadrocopter (Dimensionierung)

[crabtack]

Morgen!

Mittlerweile habe ich endlich wieder Zeit um mich mit einem größeren Projekt zu beschäftigen.
Es soll ein Quadrocopter werden.
Ich könnte dabei noch ein wenig Hilfe bei der Auswahl der richtigen Bauteile gebrauchen.

Also, wichtig ist mir, dass er relativ ruhig fliegt, aber auch schnell fliegen kann.
Also ein Kompromiss zwischen langsamen Kameraträger und schnellem Stunt Copter.
Er soll eine Funkkamera tragen, die durchgehend sendet, aber natürlich auch abschaltbar sein soll, da habe ich leider Garnichts brauchbares gefunden, ich bräuchte was mit geringem Gewicht, geringer Stromaufnahme und recht hoher Reichweite.
Die Bildqualität ist mir weniger wichtig.
Kann mir jemand was empfehlen?
Ich finde in die Richtung überhaupt nichts brauchbares.

Als Funkmodul dachte ich an ein RFM12BP, professionelle Fernbedienungen sind einfach viel zu teuer
Die Controller für die Brushlessmotoren wollte ich aus jeweils einem Atmega8, Mosfets und nem bisschen Kleinscheiß aufbauen.
Dann kann jeder Controller vom Haupt µC per SPI angesteuert werden.

Jetzt stellt sich natürlich die Frage, was ich als Hauptcontroller verwenden soll.
Gerne würde ich bei den Atmegas bleiben, da ich damit viel Erfahrung habe.
Allerdings weiß ich nicht, ob die Rechenleistung ausreicht, um die komplexen Reglungsaufgaben zu erfüllen.
Ich würde schon gerne eine schöne PID Reglung implementieren.
Ich könnte mir gut vorstellen, dass dazu ein ATxmega besser geeignet wäre.
Die vielen Schnittstellen wären ein weiterer vorteil, so könnte ich z.B. die Motor Controller jeweils über einen eigenen UART ansteuern.
Wären die Vorteile die Einarbeitung in die Xmegas wert?

Kommen wir jetzt zum heikelsten Punkt, die Kombination aus Akku, Motoren und Propellern.
Als Akku denke ich an den hier: http://www.pollin.de/shop/dt/MzI3ODI..._3500_mAh.html
Hat nur 300g und die 3500mAH sollten erstmal reichen
Ich möchte definitiv einen 4S Akku verwenden, da ich mir durch die größere Spannung eine höhere Effizienz erhoffe.

Als Motor denke ich über den Roxxy2827-35 nach.
Er macht 760 Umin/V, ich denke, damit bekomme ich eine gute Flugstabilität hin, wenn ich große Propeller verwende.
Außerdem hat er einen Wirkungsgrad von bis zu 76% und 820g Schubkraft.
Lässt also noch Spielraum nach oben, falls ich mal einen größeren Akku oder zusätzlichen Kram anbauen möchte.

Als Propeller werde ich recht große 10x4,5" verwenden, ich dachte da an die hier:
http://www.premium-modellbau.de/10x4...FQH3wgoddTMAWg

Wenn ich mal ganz simpel, unter Annahme von einem Gesamtgewicht von 1kg rechne, komme ich auf 37 Minuten Flugzeit.
In der Realität werden es wohl eher 20, aber damit bin ich dann auch zufrieden.

Als Beschleunigungssensor möchte ich den BMA020 verwenden, da ich damit schon Erfahrung habe und das Teil für ganz brauchbar halte.
Wenn es was deutlich besseres gibt wäre ich natürlich auch dafür offen.

Fehlt noch ein Gyroskop.
Kann mir da jemand was Empfehlen?
Habe echt keine Ahnung, was in dem Fall gut ist.
Wichtig wäre nur, dass es mit 3,3V arbeitet.

Das war jetzt ganz schön viel, hoffe ich erschlage euch nicht.
Ich wäre dankbar für jede Antwort!

Mit freundlichen Grüßen

Olaf

[Che Guevara]

Hi,

also du solltest dich schon entscheiden, ob du eher einen schnellen, wendigen Kopter oder einen Kamera-Schwebe-Kopter willst. Je kleiner / leichter er wird, desto wendiger ist er, je schwerer / größer, desto ruhiger liegt er in der Luft. Für eine Kamera würde ich mind. einen Hexacopter bauen, dieser fällt nicht sofort wie ein Stein vom Himmel, wenn mal ein Motor ausfällt.
Ich weiß ja nicht, wieviel Erfahrung du in dem Gebiet hast, aber Hauptcontroller, BL-Controller & RC-Sender/Empfänger gleichzeitig aufbauen zu wollen ist eine gewaltige Herausforderung auf einmal!
An deiner Stelle würde ich erstmal mit dem Hauptcontroller anfangen, wenn dieser funktioniert, sich an die Bl-Controller waagen.
Eine günstige Rc-Funke bekommst du für unter 100€.
Jeden Bl-Controller mit eigenem Bus anzusteuern, halte ich für übertrieben. Wieso willst du das machen?
Ich selbst verwende auch einen ATXMega, hat schon viele Vorteile, die Einarbeitung hält sich in Grenzen.
Der BMA funktioniert zwar grundsätzlich, hat aber einige Resonanzprobleme in Verbindung mit Bl-Motoren.
Ich würde dir einen MPU6000 / MPU6500 empfehlen, ist eine 6DOF Imu, funktioniert hervorragend und ist bezahlbar.

Gruß
Chris

[crabtack]

Danke für die Schnelle Antwort!

Also der MPU6000 gefällt mir sehr gut, danke für die Empfehlung!
Mit Atmega Mikrocontrollern, C und Assembler habe ich viel Erfahrung und ich kann auf der Arbeit an dem Projekt arbeiten, habe also viel Zeit.
Daher Denke ich, es sollte machbar sein, alles selbst zu machen.
Der Vorteil, jeden mit einem eigenem Bus anzusteuern wäre die Etwas schnellere Übrertragungsrate.
So kann ich einfach das was übertragen werden soll ins UART FIFO schreiben und der Sendet es dann während das Hauptprogramm schon weiter läuft.
Aber vielleicht wäre es sinnvoller, ein paar Busse für andere Sachen offen zu halten.
Die Zeitersparnis ist ja eher minimal

Habe mir die Xmegas mal genauer angeschaut.
Ist ja garnichtmal so schlimm und meinen Programmer kann ich dafür auch noch verwenden, dann werde ich mich mal einarbeiten.

Also der Flug muss nicht so stabil sein, wie bei den Normalen Kamerakoptern, es soll in etwa so sein, wie in diesem Video:
http://www.youtube.com/watch?v=kOzA9...ion_3683162411

mfg
Olaf

[Che Guevara]

Ich meinte auch nicht, dass es nicht zu schaffen ist, sondern dass ich alles nacheinander machen würde, so findet man auch Fehler um einiges schneller.
Die XMega haben auch 4 DMA Kanäle, damit brauchst du nur einen Bus. Oder du steuerst die Regler per PWM an, genügend Kanäle sind in HW vorhanden.
Also willst du eine FPV-Ausrüstung? Das kriegst du auf jeden Kopter, egal wie klein / groß , leicht / schwer , zittrig / stabil.

Gruß
Chris

[crabtack]

Oh, das hatte ich vergessen zu erwähnen, ja ich möchte ne FPV

Die xmegas sind ja richtig toll, DMA sollte eine Brauchbare Lösung sein.

Naürlich baue ich alles nacheinander auf, sonst kommt am Ende erstmal nichts funktionierendes bei raus
Aber ich plane erstmal grob das ganze Teil, damit alle Module am Ende zusammenpassen.
Ich denke, ich werde erstmal mit den Motorcontrollern anfangen, da ich dafür alle Bauteile haben.
Aber erstmal kümmer ich mich um die ganze Planung.
Ich kann erst nächste Woche zur Arbeit, aber die Planung dauert ja erstmal lang genug.

Am wichtigsten ist jetzt erstmal, ob die Motoren geeignet sind.

mfg
Olaf

Edit: Verzeiht mir die übermäßige Nutzung von "erstmal"

[crabtack]

So, ich habe erstmal mit der Planung der Platine zur Ansteuerung der Brushlessmotoren begonnen.

Darauf soll ein Atmega88 werkeln.
Als Mosfets kommen die bewährten IRLR7843 zum Einsatz und jeweils eine Halbbrücke wird von einem IR2104S getrieben, das wird mir vermutlich viele tote Mosfets ersparen
Die SPI Verbindung möchte ich über den ISP Stecker realisieren, der auch zum Programmieren benutzt wird, zusammen mit einem Pad für die Chip Select Leitung.
Das geht dann alles an einen SPI vom XMega
Sollte so funktionieren oder?

Im wesentlichen ist meine Schaltung der von Microcontroller.net sehr ähnlich.
Der Unterschied ist, dass ich nur SPI zur Kommunikation verwende, eine LED zur Fehleranzeige vorgesehen habe und ich habe die Bootstrapping Kondensatoren auf 1µF erhöht, um etwas mehr Spielraum zu haben.

Damit das ganze klein bleibt (61x33mm) lasse ich die Platine von Iteadstudio fertigen.
Kann sich bitte jemand meinen Schaltplan und Layout grob angucken?
Wäre Blöd, wenn sich ein mehr oder weniger großer Fehler eingeschlichen hat und meine Platinen verhunzt.

Ich habe jetzt nur die Leiterbahnen besonders breit ausgeführt, die die Motoren versorgen.
Ich denke an anderer stelle wird nicht viel Strom fließen und 8mil sollten ausreichen.

Edit: Mir fällt gerade auf, dass ich noch einen Großen Kondensator in die Versorgung hängen sollte, wird noch noch gemacht.

mfg
Olaf Kozießa

[Che Guevara]

Hi,

also die Bauteilauswahl ist gut, ich verwende fast die selbe Konstellation.
Leider kann ich auf beiden Bildern nicht allzuviel erkennen, der Schaltplan ist zu klein, das Layout durch die Doppelseitigkeit zu unübersichtlich (für mich). Vielleicht könntest du ja zusätzlich noch beide Layer getrennt einstellen.
Die Ausmaße von 61x33mm kommen mir sehr viel vor, da liese sich noch einiges einsparen.
Die drei roten Leitungen, die u.a. im linken-unteren Eck zu sehen sind, sind auf jeden Fall sehr suboptimal. Bei so einem Layout heißt die Devise: so kurz wie möglich, so lange wie nötig!
Ich habe mittlerweile 3 Layouts gebraucht, um meine Regler in allen Funktionen verwenden zu können. Außerdem sehe ich weder eine Spannungs- noch eine Strommessung in dem Schaltplan. Bei der Strommessung würde ich nicht sparen, da reicht ein einfacher Shunt. Damit kannst du Fehlkommutierungen erkennen und sparst so evtl. ein paar verbrannte Motoren.

Gruß
Chris

[crabtack]

Hey,
Danke für die Hinweise!

Die Abmessungen konnte ich auf 45x33mm reduzieren, jetzt Zahle ich auch 5$ weniger für die Platinen
Das Problem habe ich öfters, dass ich die Platinen größer als nötig mache.

Habe die Bauteile auch neu angeordnet, so dass die Leiterbahnen, bei denen die Länge wichtig ist möglichst kurz sind.

Strommessung ist eine gute Idee, ist jetzt auch drin.
Wäre ja schade, wenn die armen Motoren sterben.

Wozu benötige ich eine Spannungsmessung?
Die Akku Spannung soll vom Hauptcontroller überwacht werden.
Die Spannungen, die der Motor induziert wird über ADC0 bis ADC2 gemessen.

Ich habe Schaltplan, Layout Bottom und Top in den Anhgang gepackt (Ohne Polygon, damit es übersichtlicher ist. Natürlich bekommt die Platine noch ein Polygon)
Der Schaltplan ist für den Anhang etwas zu groß, daher habe ich ihn hier hochgeladen:
Bild hier  

mfg
Olaf

[Che Guevara]

Hi,

also so wie dein Layout momentan aussieht, wirds nicht sicher funktionieren.
Ich habe selbst erst ein Layout entwickelt, das deinem sehr ähnlich war, dadurch dass die Fets direkt unter / über allem anderen (auch dem Analogteil) sitzen, werden sich da massive Störungen einkoppeln, sodass u.a. der Kommutierungszeitpunkt nicht mehr richtig bestimmt werden kann.
Evtl. solltest du versuchen, alles nebeneinander, nicht übereinander zu setzen.

Gruß
Chris

[crabtack]

Hey,

also das mit den Störungen könnte ein Problem werden.
Aber wenn ich alles nebeneinander aufbaue wird es dazu führen, dass die Platine deutlich größer wird.
Eigentlich sind alle Platinen, die ich bisher gefunden haben (z.B. die Mikrocopter Platine) so aufgebaut, dass die ICs direkt über den Mosfets liegen.
Ich wüsste nicht, wie ich es anstellen soll, eine kleine Größe zu erreichen und dabei auch noch eine geringe Störung der Bauteile untereinander.
Hast du dein letztes Layout gerade griffbereit?
Ich würde gerne sehen, wie du es gelöst hast, wenn ich darf

mfg
Olaf