Haga y vuele un avión controlado por teléfono inteligente barato: 8 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

¿Alguna vez ha soñado con construir un avión volante de parque con control remoto de $ 15 que controle su teléfono móvil (aplicación de Android a través de WiFi) y le brinde una dosis diaria de adrenalina de 15 minutos (tiempo de vuelo de alrededor de 15 minutos)? que este instructivo es para ustedes. Este avión es muy estable y vuela lento, por lo que es muy fácil incluso para los niños volarlo.

Hablando del alcance del avión … Tengo un alcance LOS de alrededor de 70 metros usando mi móvil Moto G5S que actúa como punto de acceso WiFi y control remoto. Más RSSI en tiempo real se muestra en la aplicación de Android y si el avión está a punto de salir del rango (el RSSI cae por debajo de -85 dBm), el teléfono móvil comienza a vibrar. Si el avión sale del alcance del punto de acceso Wi-Fi, el motor se detiene para proporcionar un aterrizaje a prueba de fallas. Además, el voltaje de la batería se muestra en la aplicación de Android y si el voltaje de la batería cae por debajo de 3,7 V, el teléfono móvil comienza a vibrar para proporcionar información al piloto para que aterrice el avión antes de que la batería se agote por completo. El avión está totalmente controlado por gestos, lo que significa que si inclina el teléfono móvil a la izquierda en lugar del avión, gire a la izquierda y en sentido opuesto para girar a la derecha. Así que aquí, estoy compartiendo las instrucciones de construcción paso a paso de mi pequeño avión controlado por WiFi basado en ESP8266. El tiempo de construcción requerido para este avión es de alrededor de 5-6 horas y requiere habilidades básicas de soldadura, un poco de conocimiento de programación de ESP8266 usando Arduino IDE y tener una taza de café caliente o cerveza fría será genial:).

Paso 1: Paso 1: Lista de componentes y herramientas

Piezas de electrónica: si es un aficionado a la electrónica, encontrará muchas de las piezas que se enumeran a continuación en su inventario

• 2 núms. Motor de CC sin núcleo con hélice de cw y ccw 5 $
• 1 nos. Módulo ESP-12 o ESP-07 2 $
• 1 nos. Batería LiPo de 3.7V 180mAH 20C -> 5 $
• 2 núms. SI2302DS A2SHB SOT23 MOSFET 0.05 $
• 5 núms. 3.3kOhms 1/10 vatios smd o 1/4 vatios resistencias de orificio pasante 0.05 $ (3.3K a 10K cualquier resistencia funcionará)
• 1 nos. 1N4007 smd o diodo de orificio pasante 0.02 $
• 1 nos. Módulo cargador Lipo TP4056 1S 1A 0.06 $
• Mini conector JST 2 macho y 1 hembra 0,05 $

Costo total ------ 13 $ Aprox

Otras partes:

• 2-3 núms. Palo de barbacoa
• 1 nos. Lámina de 50 cm x 50 cm 3 mm o cualquier lámina rígida de espuma de 3 mm
• Cable de puente aislado de un solo núcleo
• Nodemcu o cp2102 convertidor USB a UART como programador para cargar firmware a esp8266
• Cinta adhesiva
• Super pegamento

Herramientas necesarias:

• Herramientas de soldadura de grado hobby
• Cuchilla quirúrgica con portacuchillas
• Pistola de silicona
• Escala
• Computadora que tiene Arduino IDE con ESP8266 Arduino Core
• Teléfono móvil Android

Eso es todo lo que necesitamos … Ahora estamos listos para construir nuestro loco avión controlado por WiFi

Paso 2: Paso 2: Comprensión del mecanismo de control

Este avión utiliza empuje diferencial para el control de guiñada (dirección) y empuje colectivo para el cabeceo (ascenso / descenso) y control de la velocidad del aire, por lo que no se necesita servomotor y solo dos motores principales de CC sin núcleo proporcionan empuje y control.

La forma poliédrica del ala proporciona estabilidad de balanceo frente a fuerzas externas (ráfagas de viento). Evitar intencionalmente el servomotor en las superficies de control (elevador, alerón y timón) hace que el diseño del avión sea muy fácil de construir sin ningún mecanismo de control complejo y también reduce el costo de construcción. Para controlar el avión Todo lo que necesitamos es controlar el empuje de ambos motores de CC sin núcleo de forma remota a través de WiFi utilizando la aplicación de Android que se ejecuta en el teléfono móvil. Por si acaso, alguien quiere observar el diseño de este avión en 3D, he adjuntado la captura de pantalla de Fusion 360 y el archivo stl aquí … puede usar el visor stl en línea para ver el diseño desde cualquier ángulo de vista … una vez más, es solo un diseño CAD de plano para documentación, no necesita impresora 3D o cortadora láser … así que no se preocupe:)

Paso 3: Paso 3: Esquema del controlador basado en ESP8266

Comencemos por comprender la función de cada componente en el esquema,

• ESP12e: Este SoC WiFi ESP8266 recibe paquetes de control UDP de la aplicación Android y controla las RPM del motor izquierdo y derecho. Mide el voltaje de la batería y el RSSI de la señal WiFi y lo envía a la aplicación Android.
• D1: El módulo ESP8266 opera de manera segura entre 1.8V ~ 3.6V según su hoja de datos, por lo tanto, la batería LiPo de celda única no se puede usar directamente para la fuente de alimentación ESP8266, por lo que se requiere un convertidor reductor. Reducir el peso y la complejidad del circuito. He usado el diodo 1N4007 para reducir el voltaje de la batería (4.2V ~ 3.7V) en 0.7V (corte de voltaje de 1N4007) para obtener un voltaje en el rango de 3.5V ~ 3.0V que se usa como voltaje de suministro de ESP8266. Sé que es fea la manera de hacerlo, pero está funcionando bien para este avión.
• R1, R2 y R3: estas tres resistencias son necesarias como mínimo para la configuración mínima de ESP8266. R1 pull-up CH_PD (EN) pin de ESP8266 para habilitarlo. El pin RST de ESP8266 está activo bajo, por lo que R2 levanta el pin RST de ESP8266 y lo saca del modo de reinicio. Según la hoja de datos al encender, el pin GPIO15 de ESP8266 debe estar bajo, por lo que R3 se usa para desplegar GPIO15 de ESP8266.
• R4 y R5: R4 y R5 se utilizan para desplegar la puerta de T1 y T2 para evitar cualquier disparo falso de mosfets (funcionamiento del motor) cuando se enciende el ESP8266. (Nota: los valores de R1 a R5 utilizados en este proyecto son 3.3Kohms, sin embargo, cualquier resistencia entre 1K y 10K funcionará sin problemas)
• T1 y T2: Estos son dos mosfets de potencia de canal N Si2302DS (clasificación de 2.5 amperios) que controlan las RPM del motor izquierdo y derecho por PWM provenientes de GPIO4 y GPIO5 de ESP8266.
• L_MOTOR y R_MOTOR: Estos son motores de CC sin núcleo de 7 mm x 20 mm 35000 RPM que proporcionan un empuje diferencial para el vuelo y el avión de control. Cada motor proporciona 30 gramos de empuje a 3,7 V y consume 700 mA de corriente a velocidad.
• J1 y J2: estos son conectores mini JST utilizados para el módulo ESP12e y la conexión de la batería. Puede usar cualquier conector que pueda manejar al menos 2 amperios de corriente.

(Nota: Entiendo completamente la importancia de desacoplar el condensador en el diseño de circuito de señal mixta, pero he evitado desacoplar condensadores en este proyecto para evitar la complejidad del circuito y el recuento de partes, ya que solo la parte WiFi de ESP8266 es RF / Analógica y el módulo ESP12e tiene los condensadores de desacoplamiento necesarios. a bordo. BTW sin ningún circuito de condensador de desacoplamiento externo funciona bien).

Con este paso se adjunta el esquema del receptor basado en ESP12e con conexión de programación en formato pdf.

Paso 4: Paso 4: Ensamblaje del controlador

El video de arriba con el título muestra el registro de compilación paso a paso del controlador con receptor basado en ESP12e diseñado para este proyecto. He intentado colocar componentes según mis habilidades. puede colocar componentes según su habilidad considerando el esquema dado en el paso anterior.

Solo los mosfets SMD (Si2302DS) son demasiado pequeños y deben cuidarse al soldar. Tengo estos mosfets en mi inventario, así que los he usado. Puede usar cualquier mosfet de potencia de paquete TO92 más grande con Rdson <0.2ohms y Vgson 1.5Amps. (Sugiéreme si encuentra tal mosfet fácilmente disponible en el mercado..) Una vez que este hardware esté listo, estamos listos para cargar el firmware de WiFi Plane para nodemcu este proceso discutido en el siguiente paso.

Paso 5: Paso 5: Configuración y carga del firmware ESP8266

El firmware ESP8266 para este proyecto se desarrolla utilizando Arduino IDE.

Se puede usar Nodemcu o USBtoUART Converter para cargar firmware en ESP12e. En este proyecto, estoy usando Nodemcu como programador para cargar firmware en ESP12e.

El video anterior muestra el proceso paso a paso del mismo.

Hay dos métodos para cargar este firmware en ESP12e,

1. Uso de nodemcu flasher: si solo desea usar el archivo binario wifiplane_esp8266_esp12e.bin adjunto con este paso sin ninguna modificación en el firmware, este es el mejor método a seguir.

   • Descargue wifiplane_esp8266_esp12e.bin del archivo adjunto de este paso.
   • Descargue el repositorio nodemcu flasher de su repositorio oficial de github y descomprímalo.
   • En la carpeta descomprimida, navegue a nodemcu-flasher-master / Win64 / Release y ejecute ESP8266Flasher.exe
   • Abra la pestaña de configuración de ESP8266Flasher y cambie la ruta del archivo binario de INTERNAL: // NODEMCU a la ruta de wifiplane_esp8266_esp12e.bin
   • Luego siga los pasos según el video anterior….

2. Uso de Arduino IDE: si desea editar el firmware (es decir, SSID y contraseña de la red WiFi - Hotspot de Android en este caso), este es el mejor método a seguir.

   • Configure Arduino IDE para ESP8266 siguiendo este excelente Instructable.
   • Descargue wifiplane_esp8266.ino del archivo adjunto de este paso.
   • Abra Arduino IDE y copie el código de wifiplane_esp8266.ino y péguelo en Arduino IDE.
   • Edite el SSID y la contraseña de su red en el código editando las siguientes dos líneas. y siga los pasos según el video anterior.
   • char ssid = "wifiplane"; // su red SSID (nombre) char pass = "wifiplane1234"; // su contraseña de red (úsela para WPA o úsela como clave para WEP)

Paso 6: Paso 6: Montaje de la estructura del avión

El registro de construcción de la estructura del avión se muestra paso a paso en el video de arriba.

He usado una pieza de espuma de 18cmx40cm para la estructura del avión. Palo de barbacoa utilizado para proporcionar fuerza adicional al fuselaje y al ala. En la imagen de arriba se proporciona el plano de la estructura del avión, sin embargo, puede modificar el plan según sus necesidades simplemente teniendo en cuenta la aerodinámica básica y el peso del avión. Al considerar la configuración electrónica de este avión, es capaz de volar un avión con un peso máximo de alrededor de 50 gramos. Por cierto, con este fuselaje y toda la electrónica, incluida la batería, el peso de vuelo de este avión es de 36 gramos.

Ubicación del CG: he usado la regla general del CG para un deslizamiento suave … su 20% -25% de la longitud de la cuerda lejos del borde de ataque del ala … Con esta configuración CG con un elevador ligeramente hacia arriba, se desliza con aceleración cero, vuelo nivelado con un 20-25% de aceleración y con aceleración adicional, comienza a subir debido a que sube ligeramente el elevador …

Aquí está el video de youtube del diseño de mi avión de ala voladora con la misma electrónica para inspirarlo a experimentar con varios diseños y también para demostrar que para esta configuración se puede usar con muchos tipos de diseño de fuselaje.

Paso 7: Paso 7: Configuración y prueba de la aplicación de Android

Instalación de la aplicación de Android:

Solo necesita descargar el archivo wifiplane.apk adjunto con este paso en su teléfono inteligente y debe seguir las instrucciones del video anterior.

Acerca de la aplicación, esta aplicación de Android se desarrolla utilizando Processing para Android.

La aplicación no es un paquete firmado, por lo que debe habilitar la opción de fuente desconocida en la configuración de su teléfono. La aplicación solo necesita el derecho para acceder al vibrador y la red WiFi.

Prueba previa al vuelo del avión con la aplicación de Android: una vez que la aplicación de Android esté en funcionamiento en su teléfono inteligente, consulte el video anterior para saber cómo funciona la aplicación y varias características interesantes de la aplicación. Si su avión responde a la aplicación de la misma manera que el video anterior, que es GRANDE … LO HAS HECHO …

Paso 8: Paso 8: Es hora de volar

¿Listo para volar?…

• ENTRAR AL CAMPO
• HACER ALGUNAS PRUEBAS DE GLIDE
• CAMBIAR EL ÁNGULO DEL ELEVADOR o AGREGAR / QUITAR PESO EN LA NARIZ DEL AVIÓN HASTA QUE SE DESLICE SUAVEMENTE …
• UNA VEZ QUE SE DESLIZA SUAVEMENTE, ENCIENDA EL AVIÓN y ABRA LA APLICACIÓN DE ANDROID
• AVIÓN DE LANZAMIENTO MANUAL FIRMEMENTE CON 60% DE ACELERACIÓN contra el viento
• UNA VEZ QUE ESTÁ EN EL AIRE, DEBE VOLAR FÁCILMENTE A NIVEL CON ALREDEDOR DEL 20% AL 25% DEL ACELERADOR