RC-Einstell-Tool Projekt zur Ansteuerung eines Modellflug-Servos und zum Vermessen von Ruderausschlägen mittels eines Winkelsensors
Das RC Einstell Tool kann eine Servo mittels PWM Pulserzeugung steuern
und die Ansteuerdaten anzeigen. Zusatzlich kann mittels eines
Winkelsensors der Ruderausschlag sehr genau vermessen werden (besser als
0.5mm). Die Benutzeroberfläches ist als Web-Oberfläche ausgelegt, was
eine Bedienung auch mit dem Smartphone zulässt. Eine einfach kleine
Power-Bank dient als Stromversorgung und man kann extrem einfach und
schnell auf der Werkbank beim Bau oder bei Endeinstellarbeiten alle
wichtigen Daten schnell, genau und vollkommen reproduzierbar ablesen.
Hiermit lassen sich Einstellarbeiten auf der Werkbank oder am
aufgebauten Modell sehr professionell, schnell, genau und reproduzierbar
durchführen. Dieses Projekt ist die Zusammenführung von
https://github.com/Pulsar07/RuderwegMessSensor und
https://github.com/Pulsar07/ServoController
Als Mikrokontroller wird der Wemos D1/ESP8266 benutzt, der ausreichende Rechenpower und Speicherresourcen bietet und eine WLAN Schnittstelle hat. Es stehen ausgereifte Bibliotheken zur Nutzung der WiFi Schnittstelle, zur Bereitstellung eines Web-Servers (GUI) und auch zur Ansteuerung von Servos zur Verfügung.
Hier ein paar Links:
Als Messsensor wird der GY-521/MPU-6050 benutzt. Die Genauigkeit liegt nach Kalibrierung bei Winkeln bis +/- 45° kleiner als 0.5°. Der Baustein MPU-6050 wird von einer wirklich sehr gut gemachten Libs von J.Rowberg unterstützt (siehe Link) Der Aufbau sollte auch ohne den Winkelsensor funktionieren, um nur die Funktion des Servo-Controllers zu erhalten.
Hier ein paar Links:
- https://www.invensense.com/wp-content/uploads/2015/02/MPU-6000-Datasheet1.pdf
- https://www.az-delivery.de/products/gy-521-6-achsen-gyroskop-und-beschleunigungssensor
- https://github.com/jrowberg/i2cdevlib/tree/master/Arduino/MPU6050
Für den Servo-Controller ist außer dem Signal-Kabel vom D7-Pin des Microcontrollers keinerlei Hardware notwendig. Will man nur einen Winkelmesser bauen, kann dieses Kabel einfach weggelassen werden.
Der Schaltplan ist denkbar einfach. Es werden nur 4 Verbindungen
zwischen Sensorplatine und Mikrokontroller benötigt. Das Layout und die
Software sind so ausgelegt, dass mit einer Stiftleiste 4x1 das
Sensorboard mit dem Gesicht in Richtung Mikrokontroller direkt verlötet
werden kann.
Der Servo wird lediglich mittels eines Signal-Kabels auf den D7 Pin des
Microcontrollers verbunden. Die Plus- und Ground-Verbindung wird mittels
eines auftrennten und wieder zusammengefügten USB-MicroUSB Kabels
hergestellt. Die Servo Stromversorgung wird einfach mittels eines
Servo-Buchsenkabels erstellt und sollte nicht über den Microkontroller
erfolgen, da die Stromstärke zu hoch für diesen ist.
Hier kann der geneigte Modellbauer die Kombination aus Microprozessor
und Sensor in eine geeignete Klemmvorrichtung [ein-]bauen, die ein
rutschfestes Klemmen am Ruder gewährleistet. So sieht der Prototyp des
Authors aus:
- Stromversorgung
- Der Sensor / das Mikroprozessorboard ist mit einem Micro-USB-Anschluss ausgestattet, hier kann man jedes handelsübliche USB-Netzteil anschließen oder besser jede normale Powerbank. Damit ist man in der Werkstatt oder auf dem Flugfeld mobil ausgestattet.
- WiFi
- Der Sensor muss zuerst mit Smartphone oder PC verbunden werden. Dazu stellt der Sensor per WiFi einen Accesspoint mit der SSID "UHU" und Kennwort "12345678" zur Verfügung. Ist das Gerät mit diesem WLAN verbunden, kann im Web-Browser über die Adresse http://192.168.4.1 die Benutzeroberfläche benutzt und der Sensor konfiguriert werden. Sowohl obige SSID als auch das Kennwort können danach geändert werden.
- Auf der Einstellseite kann eine SSID und ein Kennwort für ein WLAN (WLAN-Client) konfiguriert werden, mit dem sich der Sensor verbinden. Dabei wird dem Sensor eine IP-Adresse zugewiesen, die am WLAN-Router abgefragt werden muss. Änderungen der WLAN Einstellungen müssen gespeichert werden und werden erst nach Neustart aktiv.
- Ist die Verbindung zu einem WLAN konfiguriert (WLAN-Client), kann auf der Einstellungsseite, der Accesspoint deaktiviert werden (nach Speichern und Neustart). Kann beim Neustart keine Verbindung zum konfigurierten WLAN aufgebaut werden, wird der Accesspoint-Mode aber trotzdem aktiviert, damit ein Zugang zum Gerät möglich ist.
- Nutzung des Sensorboard GY-521 mit MPU-6050
- Genauigkeit: Der MEMS Chip des MPU-6050 sollte Winkelauflösungen besser als 0.5° bei 45° Ausschlag messen können, was bei einer 60mm Rudertiefe von 60mm einen Fehler von kleiner als 0.5mm ergibt. Zudem sind diverse Anzeigegenauigkeiten für die Winkel und die Ruderwegs-Messung auswählbar. Die Anzeige hat zwar immer 2 Dezimalstellen, intern wird aber gerundet.
- Experten-Einstellungen:
- Kalibrierung: Damit der MPU-6050 allerdings diese Genauigkeit erreicht, muss er nachträglich kalibriert werden. Die Software unterstützt diese Funktion und kann die Werte intern speichern. Zur Kalibrierung muss die GY-521-Sensorplatine mit der flachen Rückseite möglichst exakt horizontal aufgelegt werden. Dann den Kalibrier-Button drücken und ca. 5s warten bis die Kalibrierung beendet ist. Dabei sollte die Auflagefläche (Tisch) nicht bewegt werden und frei von Vibrationen sein.
- Einbaulage: Die Sensorplatine sollte auch genau so, wie bei der Kalibrierung, betrieben werden. Also die flache Seite nach unten und die Seite mit den Elektronikbausteinen nach oben. Nur so wird die oben genannte Genauigkeit erreicht.
- Achsen und Anzeige-Genauigkeit: Auf der Konfigurationsseite, kann die Bezugs-Achse der Winkelmessung, je nach Einbaulage in der Klemmeinrichtung ausgewählt werden.
- Kalibrierungsoffset: Hier können Kalibrierungs-Messwerte für +/- 45° Referenzmessungen eingebeben werden und aktiviert/deaktiviert werden, um die höchst mögliche Genauigkeit zu erreichen. Damit werden dann die Messwerte auf die Offsetwerte interpoliert. Der Grund hierfür ist, wie die Erfahrung zeigt, dass die verfügbaren günstggen China-Importe, nicht die höchste Qualität aufweisen. Z.T. lassen sich diese Sensoren einfach nicht kalibrieren. Ein manuelles Kalibrieren mit diesem Kalibrierungsoffset, bringt jedoch meist den gewünschten Erfolg (siehe Experten-Einstellungen) und gewährleistet genaues Arbeiten.
- Der mit dem Mikrokontroller verbundene Messensor sollte mit einer Klemmvorrichtung fest verbunden sein, und kann dann einfach an eine beliebige Stelle des Ruders aufgeklemmt werden. Die Ruderdrehachse, sollte möglichst parallel zur ausgewählten Dreh-Achse (X- oder Y-Achse) sein. Wie schon beschrieben, muss der Sensor mit dem Gesicht nach oben auf dem Ruder befestigt sein.
- Einschränkungen: Der Sensor kann nur Winkel in Bezug auf die Schwerkraft messen. Somit sind Ruderwegsmessungen für das Seitenruder nur möglich wenn der Rumpf um 90° gedreht liegt.
- Der Ruderweg ist abhänig von der Rudertiefe. Diese ist an der Stelle zu Messen, an der man den Ruderweg messen will. In der Web-Oberfläche des Sensor kann diese Rudertiefe eingegeben werden.
- Ist der Sensor so auf dem Ruder angebracht, und die Rudertiefe eingestellt, ist die Ruderstellung in die Null-Lage zu bringen. Jetzt können Winkel und Ruderweg per "Tara"-Button auf 0 gesetzt werden.
- Bewegt man das Ruder nun nach oben oder unten werden die Ausschläge in Grad und Millimeter angezeigt. Sollte das Vorzeichen nicht den Erwartungen entsprechen, kann dies bei den Einstellungen angepasst werden.
- Zur Flugphasenmessung kann die Min-/Max-Rudermessung benutzt werden.
Hier sollte man das Ruder in die Neutralstellung der Flugphase
bringen. Nun den Schalter für die Min-/Max-Ruderweg-Messung
aktivieren. Damit wird der aktuelle Ruderausschlag als Neutralwert
übernommen. Jetzt können die beiden Min-/Max-Werte angefahren
werden. Alle drei Werte werden bis zur Deaktiverung der Messung
angezeigt.
Die Bedienung am Web-GUI ist denkbar einfach. Die Servo-Position kann
über zwei Eingabefelder prozentual oder als Impulsbreite gesteuert
werden. Zusätzlich kann die Servoposition über ein Slider-Widget
gesteuert werden. Zudem erlaubt eine aktivierbare Maus-Wheel Funktion,
mit Beschleunigungsfaktor, das Steuern des Servowegs mittels der Maus.
Es sind für diverse Aufgaben noch 5 vordefinierte und einstellbare
(Save) Positions-Buttons verfügbar. Die Limit-Buttons, können zum
Begrenzen des Servo-Wegs benutzt werden, um ein versehntliches
Überfahren eines mechanischen Limits zu verhindern. Auf der
Einstellseite, können die Limits und 100%-Settings für verschiedene
Hersteller von RC-Systemen voreingestellt werden, damit die Anzeige
exakt mit den Werte des genutzten RC-System übereinstimmt.
In dieser Ansicht kann sowohl der Servo gesteurt als auch der
Winkel-Sensor abgelesen werden. Dies ist vor allem bei Servo- und
Gestänge-Einbauten ein große Hilfe.
Zusätzlich können den in den Preset-Buttons gespeicherten Servo-Werte
(und die gemessenen Winkel- und Ruderauschlagswerte) und eine
Nutzer-Beschreibung des Datensatzes festgehalten und mittels der
Funktion "Zeige Protokoll" in Tabellenform ausgegeben werden.
Weitere Details gibt es unter Albatross, Seite für Modellflug und Technik
ist im bin-Verzeichnis verfügbar. Download NodeMCU-Flasher (z. Bspl. Von
hier:
https://github.com/marcelstoer/nodemcu-pyflasher/releases/tag/v4.0 )
Flasher-Programm starten und Port wählen, Bin-Datei öffnen und 115200
Baud einstellen.
Flash-Button drücken.
Das war es ;-)
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1.8.15