Новая ссылка: http://robotclass.ru/articles/line-sensor-tsl1401/

Когда-то давно, аж три года тому назад, я сделал небольшое приложение на языке python, которое я назвал Serial Flow Monitor. Название произошло от имени библиотеки SerialFlow, реализующей простой протокол обмена данными по последовательному порту. Подробно про этот протокол я уже писал в одной из статей.

Собственно, всё умеет делать SFMonitor - это слушать последовательный порт, и разбирать пакеты протокола, красиво отображая данные. Полученные данные отображаются в виде цветных графиков, с возможностью постраничного вывода - очень удобно и наглядно. В свое время, SFMonitor помог мне разобраться с комплементарным фильтром для инклинометра.

И вот, пару недель тому назад, мне снова потребовался мой SFMonitor. Появилась задача визуализации данных с датчика TSL1401. Эти данные представляют собой вектор из 128 байт. То есть это совсем не график функции от времени, это нечто другое. Нужен был новый тип визуализации пакета, который бы каждый момент времени отображал все значения вектора в плоскости V(N), где V - значение байта, N - номер байта.

Как всегда бывает у закоренелых кодеров, дело не обошлось только этим изменением. Я вдруг решил, что приложение нужно кардинально обновить, и привести в порядочный вид. Попутно захотелось применить SFMonitor в занятиях со школьниками. Например, можно очень наглядно продемонстрировать как меняется значение на выходе того же акселерометра.

Также, следовало адаптировать код под свежую версию python 3.4, ведь изначально SFMonitor запускался на python 2.6. В свою очередь, обновление интерпретатора привело к необходимости замены компонента визуализации графиков. Пришлось отказаться от QWT, в пользу pyqtgraph. О чем я нисколько не пожалел. pyqtgraph такой же быстрый, как и QWT, а самое главное - проект ещё живой.

1) Добавлен новый тип визуализации Вектор. То, что раньше называлось вектором, было переименовано в Позицию. Именно режим Позиция изображен в ролике про акселерометр.

2) Добавлен вид отображения графиков - точечный (scatter).

3) Добавлены настройки:

 Данные/Параметры потоков

 

4) Добавлена локализация с возможностью расширения. Исходники переводов хранятся в файлах .po, которые затем необходимо 

скомпилировать в .mo файлы. Пока есть только Английский и Русский языки.

5) Наконец, собран msi-инсталлятор для установки приложения на windows. Сборочный скрипт добавлен в git-репозиторий проекта (setup.py)

Кстати, есть ещё одно важное изменение. Сама библиотека SerialFlow тоже немного изменилась, так что следует взять свежую версию по ссылке внизу статьи. В частности, изменилась функция setPacketFormat. Теперь у неё три таких аргумента:

В ближайших планах написать урок по использованию приложения на нашем учебном портале robotclass.ru, а также дополнить существующие уроки.

P.S. Данные с датчика TSL1401 так и не удалось посмотреть - пациент умер :( 

Дистрибутив: http://git.robotclass.ru/download/SFMonitor-1.1-win32.msi

SerialFlow библиотека: https://github.com/oevsegneev/arduino-dev/tree/master/libs/SerialFlow

Новая ссылка: http://robotclass.ru/articles/bluetooth-hc-05-06/

О причинах падения судить сложно. Очевидно, что на трагедию повлияло сразу несколько факторов. Во-первых, небольшой опыт управления квадрокоптером. Во-вторых, дисбаланс из-за примотанной сбоку GoPro камеры. В-третьих, отключенная Z-стабилизация, что в сумме с первыми двумя факторами значительно снизило управляемость машины. В-четвертых, вышка сотовой связи. Как бы я криво не управлял, то что произошло рядом с вышкой трудно объяснить моим неумением. Наконец, в-пятых, отсутствие системы возврата на базу. Возможно, при потере устойчивой связи с землей квадрокоптер смог бы вернуться на базу сам.

Собрав все части квадрокоптера мы принялись изучать повреждения.

Немного фотографий уничтоженных компонентов.

Как хорошо, что этот квадркоптер делал я сам. Зная машину до болтика, можно легко восстановить её за короткое время. Но простого восстановление мне мало, я решил переосмыслить конструкцию с целью увеличения стабильности.

Первое что хочется сделать - это сместить батарею с верхней палубы, внутрь корпуса. Для этого придется переделать алюминиевые рамные пластины. Сейчас внутри корпуса проложены шины питания, так что придется их перенести на дополнительную нижнюю палубу. Следует укрепить батарейный отсек. Возможно сделаю его не из пластика, а из алюминия. Заранее предусмотрю крепление для FPV камеры и радиопередатчика.

Остальные компоненты пока останутся прежними. Лучи оставлю, несмотря на небольшой изгиб. Запасной двигатель уже нашел. Новую батарею заказал в Китае.

В общем, как только найду финансирование, соберу Красный Октябрь 2.0 :) Очень хочется провести испытания до первого снега.

В принципе, пульт со всеми возложенными на него задачами справлялся вполне успешно. Но были и серьезные недостатки.

Чтобы устранить все эти недостатки, я решил кардинально переделать пульт. И железную часть, и софт. Вот что мне захотелось сделать:

Уж очень мне полюбилась концепция слоистых корпусов для радиоэлектроники. Такую концепцию мы использовали в хакспейсе для создания учебных наборов по робототехнике. На картинке как раз изображен стенд для базового курса.

Идея чрезвычайно проста и эффективна. Вырезаем из оргстекла или другого тонкого материала две пластины и соединяем их стойками. Все содержимое корпуса крепится либо к верхней, либо к нижней пластине.

Чтобы перемешаться по меню, и менять параметры обычно используют кнопки. Влево, вправо, вверх, вниз. Но мне захотелось использовать вместо кнопок энкодер. Эту идею я подсмотрел у контроллера 3D-принтера.

Разумеется, за счет добавления меню, код пульта распух в несколько раз. Для начала я добавил всего три пункта меню: "Telemetry", "Parameters" и "Store params". В первом окне отображается до восьми разных показателей. Пока я использую только три: заряд батареи, компас и высота. 

Во втором окне доступны шесть параметров: коэффициенты PID регулятора для осей X/Y,Z и корректировочные углы акселерометра.

Третий пункт позволяет сохранять параметры в EEPROM.

Над выбором пилотных джойстиков я долго не размышлял. Так получилось, что первый джойстик Turnigy 9XR я добыл у коллеги по квадрокоптерному делу - Александра Васильева, хозяина небезызвестного сайта alex-exe.ru. Второй такой же заказал напрямую на Hobbyking.

Первый джойстик был подпружинен в обоих координатах - для контроля рыскания и тангажа. Второй я взял такой же, чтобы затем переделать его в джойстик для управления тягой и вращением.

В старом пульте я использовал простой регулятор напряжения LM7805, который кормил связкой из 8 батареек AA. Жутко неэффективный вариант, при котором 7 вольт уходили на нагрев регулятора. 8 батареек - потому что под рукой был только такой отсек, а LM7805 - потому что в то время этот вариант мне представлялся самым простым, и главное быстрым.

Теперь же я решил поступить мудрее, и поставил достаточной эффективный регулятор на LM2596S. А вместо 8-ми AA батареек, установил отсек на два LiIon аккумулятора 18650.

А вот с закрытой крышкой.

Не хватает колпачка на одном потенциометре и колпачков на джойстиках.

Физически пульт собран. Сейчас я занимаюсь тем, что дорабатываю код пульта и квадрокоптера, чтобы вернуть им былую крепкую дружбу.

По ходу настройки пульта, были выявлены недостатки. Во-первых, нижние углы пульта упираются в руки :( Наверное я немного перепроектирую пластины, сглажу углы. Во-вторых, даже дисплея 16х4 не хватает для красивого вывода телеметрии - приходится названия параметров сокращать до двух букв. В следующей версии девайса установлю точечный дисплей, либо сразу TFT матрицу.

Также хочется добавить несколько полезных функций и доработок:

Надеюсь завершить эпопею с пультом и испытать квадрокоптер в новом кузове до наступления зимы!

Проблема 1. На фотографии видно, что крепление мотора представляет собой T-образную алюминиевую штуковину. Снизу крепления есть винт, который позволяет зажимать в нем трубку луча. Точно такое же крепление соединяет кузов квадрокоптера и все его лучи.

Проблема 2. Совершенно очевидно, что первую проблему решит фиксирующий штифт, продетый через крепление и трубку. Но тут возникает другая проблема - как добиться ортогональности? Нужно делать какой-то стенд, выравнивать это все. Потом точно сверлить отверстия. Куча дел.

Для осуществления этой замены пришлось переосмыслить продуманную ранее конструкцию квадрокоптера. Во-первых, нужно было заменить крепление лучей. Простой способ - прошить конец профиля и кузов двумя болтами, как это делают большинство конструкторов. Но поскольку мой кузов не рассчитан на такую доработку, да и точно просверлить отверстия в нем не совсем простая задача, я решил пока оставить T-образные крепления. Естественно, их пришлось сделать заново уже из пластика.

Следующая задача - крепления двигателей. Хотел было использовать готовые модели с thingiverse, но в силу их унылости начертил свои. Получившиеся крепления, соединяют вместе двигатель, луч и пружинящие шасси.

Попутно, решено было пустить проводку от ESC к моторам через лучи. Сами же ESC захотелось разместить на брюхе машины.

Поскольку пришлось перепаивать и удлинять проводку между ESC и моторами, громоздкие 3.5мм коннекторы-бананы я заменил на миниатюрные 2.5мм. Эти разъемы хорошо видны на первом фото. Совсем отказываться от таких соединений я не стал, ибо муторно распаивать и спаивать проводку при каждой модернизации.

Наконец, соединив силовую проводку и собрав кузов, получилось вот такое чудо:

Понятно, что напечатанные на 3D-принтере детали сами по себе не очень прямые. Но это пока промежуточный вариант. Сейчас я занят проектированием нового кузова и крепления для моторов, которые будут изготовлены из алюминия.

Также в планах прокачать пульт дистанционного управления. Хочется добавить новые параметры телеметрии и настройки, увеличить дисплей, а самое главное - поставить джойстики от правильных пультов.

Выкладываю все чертежи. Печатал PLA пластиком с высотой слоя 0.3мм.

Но это не мой путь:) Еще давненько я заприметил другой фильтр, который, судя по описанию, давал результаты еще более лучшие чем фильтр Калмана. Разработал этот математический аппарат хороший человек по имени Sebastian Madgwick, в рамках работы над своей докторской (Ph.D.) диссертацией.

У меня не входило в планы углубляться в принципы работы фильтра, благо все это можно найти в его статье. Я лишь взял исходники, адаптировал их под mbed и грязно использовал в своей подсистеме стабилизации. Благо, на официальном (?) сайте проекта есть исходники для разных платформ, включая: c#, c++, и даже для MathLab.

Здесь 

В общем то функции отличаются только тем, что первая умеет учитывать показания магнитометра, а вторая нет.

Как говорится, лучше один раз увидеть:

Можно легко заметить, что фильтр тов. Маджвика чертовски хорошо убирает так ненавистные мне шумы. Я подозреваю, с этим фильтром можно и с виброразвязкой особо не мучаться.

Небольшое видео испытаний нового фильтра. Признаться, не очень показательное, но коптер ведет себя куда более адекватно. Теперь его странный полет контролируется строго моими неумелыми движениями. Ну и пульт конечно надо усовершенствовать - джойстик совсем не для полетов.

Вот такое решение было использовано до модернизации: