Tfomeran1415 5ael markusmueller zwischenbericht februar by TFOmeran_MarkusMueller1996

Zwischenbericht – Februar Maturaklasse 2014/2015 Technologischer Fachoberschule Meran

Projekt:

Quadrocopter

Projektmanager:

Markus Müller

Zwischenbericht-5-Februar

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5. Klasse Elektronik / Elektrotechnik Unterlage der TFO „Oskar von Miller“ – Meran

Inhalt 1.

Projektbeschreibung ................................................................................................................... 2

Elektronik..................................................................................................................................... 3

2.1. 3.

ToFixListe ................................................................................................................................. 3 Software ...................................................................................................................................... 4

3.1.

Teil 1: Serielle Kommunikation................................................................................................ 4

3.2.

Teil 2: Gyro und Beschleunigungssensor MPU 6050 ............................................................... 4

3.3.

Teil 3: Motorsteuerung............................................................................................................ 5

3.4.

Teil 4: PID Regler...................................................................................................................... 5

3.5.

Teil 5: optionale Software ....................................................................................................... 5

Zukünftige Schritte ...................................................................................................................... 5

Gantt Diagramm .......................................................................................................................... 6

Projektstatusberichte .................................................................................................................. 6

6.1.

Woche 22................................................................................................................................. 7

6.2.

Woche 23................................................................................................................................. 8

6.3.

Woche 24................................................................................................................................. 9

6.4.

Woche 25............................................................................................................................... 10

1. Projektbeschreibung Mein Maturaprojekt im heurigen Schuljahr für das Fach TPS ist ein selbstkreierter Quadrocopter. Ein Quadrocopter ist ein Flugobjekt ähnlich wie ein Helikopter, der Unterschied liegt dabei bei den Propellern. Ein Helikopter hat zwei, einen ober für den auftrieb und einen an der Seite, um eine Rotation um der eigenen Achse zu verhindern. Bei einem Quadrocopter gibt es diesen Propeller nicht. Dafür sind, statt den einen an der Oberseite, vier aufzufinden. Durch variieren des Drehmomentes der Propeller kann der Quadrocopter gesteuert werden. Die Steuerung erfolgt durch meiner Bodenstation, mit anderen Worten meinen Laptop. Dabei wird der Quadrocopter entweder durch der Tastatur oder einen eingesteckten Controller bedient. An der Bodenstation erkennt man auch den Akkustand des LithiumPolymer-Akkumulator angezeigt und die ungefähre restliche Flugzeit.

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2. Elektronik Wie ich es letzten Monates geplant habe, habe ich die Nebenplatine fertig gelötet und auch wieder bei jedem einzelnen Schritt ein Foto gemacht. Aber ich hatte weder Zeit, noch ein Programm, mit dem ich das Video zusammenstellen könnte. Das Bild auf der rechten Seite zeigt die fertig gelötete Nebenplatine

2.1. ToFixListe In den nächsten Wochen liegt der Termin für die Abgabe der zweiten Version der Platinen. Zu diesen Zweck habe ich eine Liste erstellt in der ich alles, was ich an der momentanen Version verbessern könnte, aufgelistet habe. Diese Liste habe ich „ToFixListe“ genannt. Sie soll mir helfen den Überblick beim Routen zu behalten und nicht zu vergessen. Sie beinhaltet nicht nur die Haupt- und Nebenplatine sondern auch Kleinplatinen. Mit Kleinplatinen meine ich die kleinen Platinen auf den nur die Sensoren sich befinden. Die letzte Version der Liste sieht so aus:

Hauptplatine □ Außenmaße der Patine am Gerüst anpassen □ 220µF Kondensatoren vergrößern □ Spannungsteiler für Feedbackpin des Spannungsreglers verschieben □ Batteriespannung Spannungsteiler verändern, um löten zu vereinfachen □ alles von PortA (Buttens & LEDs) verwerfen □ THT Testpunkte verkleinern □ Testpunkte beim Balancer entfernen □ SCL & SDA Testpunkte durch Header ersetzen □ mache 0R Widerstände entfernen (xBee, Sensoren) □ Abblockkondensator bei Motoren hinzufügen □ Buzzerschaltung entfernen □ Gimbal Servos Headers hinzufügen □ Texte verschieben □ LED zu Versachlichung der Funktion hinzufügen □ vorhandene Spannung von VLiPo, 5V, 3v3 □ xBee Data in/Out (wenn möglich) □ Diode beim Drosselwandler kleinen zeichnen □ Programmierstecker Richtung Zentrum verschieben □ Kanten abrunden ©96MueMar 2014

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Nebenplatine □ Micro USB Buchse statt Typ B Buchse □ SMD LM1117□ 3V3 anstatt THT □ Diode entfernen □ Messpunkte entfernen □ 0R Widerstände entfernen □ Ferrit durch 0805 Ferrit ersetzen □ RX & TX Labels bei den SMD LEDs hinzufügen □ Kanten abrunden

Kleinplatinen Eigene Platine für die Sensoren: □ MPU6050 oder MPU6000 □ BMP180 oder BMP280 □ HMC5883L

3. Software Endlich habe ich ¾ der Software fertiggestellt. Nun fehlt nur noch der schwerste Teil, den PD-Regler. In den nächsten Unterkapitel habe ich noch ein paar Informationen zu jeden einzelnen Teil der Software zusammengefasst.

3.1.Teil 1: Serielle Kommunikation Bei der Software zur Seriellen Kommunikation habe ich nur eine Zeile verändern müssen (Erklärung kommt später), der Rest ist gleich geblieben. Als ich die Nebenplatine fertig gelötet hatte, konnte ich nun auch die Kommunikation über das Funkmodul testen. Davor musste ich noch die beiden xBee Module konfigurieren. Einer musste als „ZigBee Coordinator AT“ und der andere als „ZigBee Router AT“ konfiguriert werden. (Für mehr Detail, hier ist der link zum Guide wie man die Module konfigurier: http://examples.digi.com/get-started/basic-xbee-zb-zigbee-chat/ ) Für den ersten Moment hat es nicht Funktioniert und ich habe 2 Tage gebrauch um den Fehler zu finden. Nämlich sind die Module nur fähig mit 9600 Baut zu senden und nicht di 19200 Baut die ich bei beiden Teilen der Software hatte. Die Baut von 19200 auf 9600 umzustellen ist auch die einzigste Zeile an Code die ich geändert habe.

3.2.Teil 2: Gyro und Beschleunigungssensor MPU 6050 Ich konnte endlich die IIC Include für den Gyro-Beschleunigungssensor MPU6050 fertigstellen. Während der Entwicklung der Software habe ich zwar viele Fehler gemacht aber auch gleich wieder behebt, da ich langsam, langsam immer besser den IIC Bereich des µC verstanden habe. Ich musste ein paar Tricks anwenden um es zum Laufen zu bringen. Es gab aber immer einen Fehler auf dem ich erst ganz zum Schluss draufgekommen bin. Er hat sich hartnäckig die ganze Entwicklungsphase hin ©96MueMar 2014

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weck in meinen Code versteck, nämlich habe ich die Adresse des Sensor Falsch geschrieben. Statt $68 habe ich $6B geschrieben und somit wurde der Sensor nie angesprochen und ich habe nie ein Feedback vom Sensor erhalten. Es sind immer die simplen Fehler auf die man nie drauf kommt…

3.3.Teil 3: Motorsteuerung Als ich die Software an meiner Hauptplatine getestet habe, hat alles überraschenderweise Funktioniert. Also hat sich meine Theorie von zuvor bestätig. Nämlich das bei der Platine die ich zuvor immer zum Testen genommen habe die Wiederstände eine Spannungsabfall produzieren und deswegen nicht als High-Pegel interpretiert werden. Ich habe diese Theorie aber noch nicht nachgeprüft, da ich einfach zufrieden damit war, dass alles Funktioniert hat.

3.4.Teil 4: PID Regler Lang genug habe ich mir den Kopf zerbrochen wie ich den Regler programmieren könne. Nun habe ich eine konkrete Idee wie ich es anstellen kann. Ich werde ihn nicht als Include für den µC in Assembler schreiben, wie ich es bis jetzt geplant hatte, sondern alle Sensorwerte zur Bodenstation senden und dort in C die Regelung schreiben. Das bedeutet, dass ich das Übertragungsprotokoll ändern muss, da ich nicht mehr Stellgrößen sende, sondern die Parameterwerte für die Motoren.

3.5. Teil 5: optionale Software Zur optionalen Software zähle ich den Teil, der nicht essenziel für die Funktion des Quadrocopter ist. Dazu zähle ich das Auslesen der Zellspannung des LiPo-Akku (gegenüber Masse) und das Berechnen der Spannungen der einzelnen Zellen, sprich zwei 10Bit zahlen zu subtrahieren. Früher habe ich auch die Ansteuerung des Buzzers dazugezählt, aber diese werde ich in der nächsten Version verwerfen.

4. Zukünftige Schritte     

Haupt- und Nebenplatine verbessern und nochmals routen Schaltplant für die Kleinpatinen erstellen und sie routen Das ganze Gerüst zusammenbauen und testen ob alles passt. PD Regler schreiben Übertragungsprotokoll überarbeiten

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5. Gantt Diagramm

6. Projektstatusberichte Auf den nächsten Seiten sind alle Projektstatusberichte diesen Monat zu finden.

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6.1. Woche 22

Optionen

PROJEKTSTATUSBERICHT Woche 22 Projekttitel:

Quadrocopter

ProjektmanagerIn:

Markus Müller

Aktuelles Datum:

08.02.2015

Berichtszeitraum:

von 02.02 bis 08.02

Status:

kritisch

Kurzbeschreibung Status:

Mit der Include für die IIC Schnittstelle, die den Gyrosensor MPU 6050 auslesen soll komm ich einfach nicht voran. Ich habe noch keinen großen Fortschritt gemacht und muss es so schnell wie möglich abschließen

Letzter Wochenplan erfüllt?

 

07.02-Sa 08.02-So

große Fortschritte mit MPU Include machen Nebenplatine löten und wieder Stopp-Motion Film machen

Wochenplan:

 

11.02-Mi 14.02-Sa



15.02-So

Mit Lehrer die I2C Schnittstelle verbessern Nebenplatine löten und wieder Stopp-Motion Film machen I2C Include komplett abschließen

Geleistete Stunden und evt. Ausgaben

 

15:00 h, davon 5:50 h in der Schule Keine Ausgaben

Zukünftige Schritte:

  

Motoren zum Laufen bringen, sobald wie möglich PDI Regler Include schreiben Stopp Motion Filme zusammenschneiden

Probleme, Kompromisse und Entscheidungen:



IIC Include funktioniert und funktioniert nicht. Meine Ideen bleiben aus was fehlen könnte. Konnte die Nebenplatine nicht zuhause löten, da mein Lötzinn ausgegangen ist. Musste es also auf diesen Wochenede verschieben



Markus Müller, 08.02.2015

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6.2. Woche 23

Optionen

PROJEKTSTATUSBERICHT Woche 23 Projekttitel:

Quadrocopter

ProjektmanagerIn:

Markus Müller

Aktuelles Datum:

15.02.2015

Berichtszeitraum:

von 09.02 bis 15.02

Status: teilweise kritisch

Kurzbeschreibung Status:

Konnte endlich größere Fortschritte im Bereich der Sensor MPU6050 machen. Es ist nur noch eine Frage der Zeit bis ich es abgeschlossen habe. Bin aber jetzt hinter dem Zeitplan.  

11.02-Mi 14.02-Sa



15.02-So

 

17.02-Di 22.02-Fr



Wenn Zeit:

Geleistete Stunden und evt. Ausgaben

 

21:50 h, davon 2:05 h in der Schule Keine Ausgaben

Zukünftige Schritte:

  

Motorregelung unbedingt abschließen PID Regler programmieren Jeden Softwareteil zusammen fassen und erneut prüfen

Probleme, Kompromisse und Entscheidungen:



Ich habe diese Woche aus Zeitmangel nicht geschafft die IIC Include abzuschließen, werde es aber so bald wie möglich tun. Ich werde mir keine große Ferien gönnen und versuchen jeden Tag mehrere Stunden zu arbeiten um mit den Projekt voran zu kommen.

Letzter Wochenplan erfüllt?

Wochenplan:



Mit Lehrer die I2C Schnittstelle verbessern Nebenplatine löten und wieder Stopp-Motion Film machen +1 I2C Include komplett abschließen I2C Include komplett abschließen Serielle Kommunikation zwischen Nebenplatine und Hauptplatine (ohne xBee) erfolgreich testen Problem bei der Motorsteuerung suchen

Markus Müller, 15.02.2015

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6.3. Woche 24

Optionen

PROJEKTSTATUSBERICHT Woche 24 Projekttitel:

Quadrocopter

ProjektmanagerIn:

Markus Müller

Aktuelles Datum:

22.02.2015

Berichtszeitraum:

von 16.02 bis 22.02

Status: teilweise kritisch

Kurzbeschreibung Status:

Habe in den Ferien nicht so viel getan wie erhofft, habe aber zumindest ein großen Teil abgeschlossen, die MPU6050 Include  

17.02-Di 22.02-Fr



Wenn Zeit:

 

22.02-Mo 25.02-Mi



29.002-So

Geleistete Stunden und evt. Ausgaben

 

9:05 h, davon 0:00 h in der Schule Keine Ausgaben

Zukünftige Schritte:



Motorregelung so schnell wie möglich abschließen, damit ich zum programmieren des PDI Reglers komme. Jeden Softwareteil zusammen fassen und erneut prüfen

Letzter Wochenplan erfüllt?

Wochenplan:

 Probleme, Kompromisse und Entscheidungen:



I2C Include komplett abschließen +1 Serielle Kommunikation zwischen Nebenplatine und Hauptplatine (ohne xBee) erfolgreich testen Problem bei der Motorsteuerung suchen In Obkircher Lukas schreiben Kabel an der Hauptplatine löten um die Signale der Motorsteuerung prüfen zu können Problem bei der Motorsteuerung suchen und beheben

Habe trotzdem meine Ferien mehr genossen als ich geplant habe, habe nur ungefähr jeden zweiten Tag was für das Projekt gemacht. Markus Müller, 22.02.2015

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6.4. Woche 25

Optionen

PROJEKTSTATUSBERICHT Woche 25 Projekttitel:

Quadrocopter

ProjektmanagerIn:

Markus Müller

Aktuelles Datum:

01.03.2015

Berichtszeitraum:

von 23.02 bis 01.03

Status:

planmäßig Kurzbeschreibung Status: Letzter Wochenplan erfüllt?

Habe diese Woche bei weiten mehr erreicht als ich mir vorgenommen habe, kann nur hoffen das es so weiter geht    

22.02-Mo 25.02-Mi

In Obkircher Lukas schreiben Kabel an der Hauptplatine löten um die Signale der Motorsteuerung prüfen zu können 29.002-So Problem bei der Motorsteuerung suchen und beheben -4Tage Nachträglich hinzugefügte Ziele: xBee konfiguriert, getestet und zum Laufen gebracht LiPo Zellspannung Include geschrieben & erfolgreich getestet Liste aller nötigen Verbesserungen der Platinen geschrieben

Wochenplan:

   

02.03-Mo 03.03-Mi 06.03-Fr Wenn Zeit

Geleistete Stunden und evt. Ausgaben

 

22:45 h, davon 4:10 h in der Schule Keine Ausgaben

Zukünftige Schritte:

 

PD Regler ausprogrammieren Quadrocopter zusammenstellen

Probleme, Kompromisse und Entscheidungen:

 

PD-Regler werde ich großteils mit einer LUT programmieren Damit ich das xBee Modul besser testen konnte, habe ich die zweite Nebenplatine gelötet und mit beide Platinen getestet

Sensorplatinen zeichnen Nebenplatine updaten, Buzzer Software erstellen Hauptplatine updaten PD-Regler anfangen

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