Registrador de datos de vuelo RC / Caja negra: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

En este instructable, voy a construir una grabadora de datos de lucha basada en arduino para vehículos RC, específicamente aviones RC. Voy a utilizar un módulo GPS UBlox Neo 6m conectado a un arduino pro mini y un protector de tarjeta SD para registrar los datos. Este proyecto va a registrar la latitud, longitud, velocidad, altitud y voltaje de la batería, entre otras cosas. Estos datos se enriquecerán para una mejor experiencia de visualización con Google Earth Pro.

Paso 1: herramientas y piezas

Partes

• Módulo GPS Ublox NEO 6m: ebay / amazon
• Módulo de tarjeta micro SD: ebay / amazon
• Tarjeta micro SD (no es necesaria alta velocidad o capacidad): amazon
• Arduino pro mini: ebay / amazon
• Programador FTDI y cable correspondiente: ebay / amazon
• Perfboard: ebay / amazon
• Cable de conexión: ebay / amazon
• Pines de encabezado: ebay / amazon
• Diodo rectificador: ebay / amazon
• 2x resistencia de 1K ohmios: ebay / amazon
• Cartón de 1500 micrones

Instrumentos

• Soldador y soldadura
• Pistola de silicona
• Computadora portátil o computadora
• Multímetro (no estrictamente necesario pero increíblemente útil)
• Ayudar a las manos (de nuevo no es necesario pero útil)
• Cutter

Opcional

• Los elementos utilizados para la creación de prototipos no son necesarios pero son muy útiles
• Tablero de circuitos
• Arduino Uno
• Cables de puente

Paso 2: teoría y esquema

El cerebro del dispositivo es el Arduino pro mini, se alimenta del puerto de equilibrio de la batería Li-Po de los vehículos RC (en mi caso, un avión). Tengo esta configuración para una batería de 2 segundos, pero se puede cambiar fácilmente para adaptarse a otros tamaños de batería.

Esta pieza no está completa. Actualizaré este instructivo cuando se complete la lectura de la superficie de control

Servo1 será el motor elevon de mi avión, mientras que el servo 2 será la salida del servo de mi controlador de vuelo

El módulo GPS recibe datos de los satélites GPS en forma de cadenas NMEA. Estas cadenas contienen información de ubicación, pero también la hora exacta, la velocidad, el rumbo, la altitud y muchos otros datos útiles. Una vez que se ha recibido una cadena, la información que es útil para este proyecto se extrae utilizando la biblioteca de códigos TinyGPS.

Estos datos, junto con el voltaje de la batería y la posición del elevon, se escribirán en la tarjeta SD a una velocidad de 1Hz. Estos datos están escritos en formato CSV (valores separados por comas) y se interpretarán utilizando mapas de Google para trazar una ruta de vuelo.

Paso 3: creación de prototipos

NOTA: Las conexiones del módulo GPS no se muestran arriba. El GPS está cableado de la siguiente manera:

GND a tierra Arduino

VCC a Arduino 5V

RX al pin digital 3 de Arduino

TX al pin digital 2 de Arduino

Para probar que todos los componentes funcionan correctamente, es mejor comenzar colocando todo en una placa de pruebas, ya que no querrá saber solo después de que todo esté ensamblado que tiene una pieza defectuosa. La biblioteca de código adicional que se necesitará es la biblioteca TinyGPS, el enlace se puede encontrar a continuación.

pequeño gps

El código del probador de voltaje a continuación solo prueba el circuito de medición de voltaje. El valor de ajuste debe cambiarse para que el arduino lea el voltaje correcto.

El código de Archivos se usa para probar el módulo de la tarjeta SD y la tarjeta micro SD para asegurarse de que ambos estén leyendo y escribiendo correctamente.

El código gpsTest se utiliza para asegurarse de que el gps esté recibiendo datos correctos y esté configurado correctamente. Este código generará su latitud, longitud y otros datos en vivo.

Si todas estas partes funcionan juntas correctamente, puede pasar al siguiente paso.

Paso 4: soldadura y cableado

Antes de realizar cualquier soldadura o cableado, coloque todos sus componentes en un trozo de cartón y córtelo a las dimensiones exteriores de los componentes. Esta será su placa de montaje para todas sus piezas.

Haga la placa de circuito cortando la placa perfilada al tamaño más pequeño posible, ya que el peso y el tamaño son prioridades. Suelde los pines del cabezal en su lugar a lo largo del borde de la placa perfilada cortada, aquí es donde se conectará el puerto de equilibrio de la batería y, en el futuro, el servo de superficie de control y el controlador de vuelo. Suelde las resistencias de 2 1k Ohm y el diodo rectificador en su lugar de acuerdo con el diagrama del circuito.

Suelde el módulo de la tarjeta micro SD a los pines del arduino de acuerdo con el diagrama del circuito y haga las conexiones utilizando el cable AWG 24.

Haga las conexiones entre la placa perfilada y el arduino nuevamente de acuerdo con el diagrama del circuito y usando más del mismo tipo de cable.

NOTA: El GPS es un dispositivo sensible a la electrostática, tenga cuidado al soldar y nunca deje correr corriente a través de ninguno de los cables mientras realiza las conexiones

Suelde los pines del módulo GPS a los pines correspondientes en el arduino usando longitudes de aproximadamente 3-4 cm (1-1,5 pulgadas) de cable, esto le da al módulo GPS suficiente holgura para doblarse hacia el otro lado de la tarjeta de respaldo.

Verifique y vuelva a verificar la continuidad de todas las conexiones para asegurarse de que todo esté cableado correctamente.

Con pegamento caliente, monte el módulo de la tarjeta SD, el Arduino Pro Mini y su placa de perfil personalizada en un lado del cartón y el módulo GPS y la antena en el otro.

Una vez que tenga toda la pieza correctamente cableada y montada en el cartón, es hora de pasar al código.

Paso 5: el código

Este es el código que se ejecuta en el dispositivo final. Mientras se ejecuta este código, el LED del módulo GPS comenzará a parpadear tan pronto como el gps tenga una solución con más de 3 satélites. El LED de la placa arduino parpadeará una vez tan pronto como se inicie el arduino para mostrar que el archivo CSV se ha creado correctamente y luego parpadeará a tiempo con el LED GPS cuando se escriba en la tarjeta micro SD con éxito. Si el LED restante de la tarjeta micro SD no se puede inicializar y es muy probable que haya un problema con el cableado o la tarjeta micro SD.

Este código creará un nuevo archivo CSV cada vez que se ejecute el programa y se etiquetarán como "flightxx", donde xx es un número entre 00 y 99 que aumenta cada vez que se ejecuta el programa.

Para que el campo de hora actual en la hoja de cálculo sea correcto, debe convertir la UTC (Hora universal coordinada) a la zona horaria correcta para usted. Para mí, el valor es UTC +2.0 ya que esa es la zona horaria en la que estoy ubicado, pero esto se puede cambiar en el código modificando el flotador de "zona horaria".

Paso 6: prueba, prueba, prueba

A estas alturas ya debería tener un sistema en funcionamiento, es hora de probarlo, asegúrese de que todo esté funcionando como se espera.

Una vez que todo está funcionando y está obteniendo un resultado en la hoja de cálculo que parece correcto, es el momento de realizar los ajustes necesarios. Por ejemplo, originalmente tenía el dispositivo montado en la parte inferior de mi avión con bridas para cables, pero después de investigar un poco, descubrí que eso era reducir la cantidad de satélites GPS que podían ver en cualquier momento en aproximadamente un 40%.

Pruebe su sistema, asegúrese de que todo funcione y refínelo cuando sea necesario.

Paso 7: enriquecimiento de sus datos

Ahora que tiene un sistema confiable, es hora de descubrir cómo mostrar esos datos de una manera más legible. La hoja de cálculo está bien si desea la velocidad exacta en cualquier momento o si desea verificar exactamente cómo se comportaba su vehículo cuando realizó una determinada acción, pero ¿qué sucede si desea trazar un vuelo completo en un mapa o ver cada punto de datos? de una manera más legible aquí es donde el enriquecimiento de datos es útil

Para ver nuestros datos de una manera más legible, usaremos Google Earth Pro, puede hacer clic aquí para descargarlo.

Ahora tienes que convertir el archivo CSV en un archivo GPX que Google Earth pueda leer más fácilmente usando el visualizador GPS. Seleccione GPX de salida, cargue su archivo CSV y descargue el archivo convertido. Luego, abra el archivo GPX en Google Earth y debería importar y trazar automáticamente todos los datos en una buena ruta de vuelo. Esto también contiene información adicional como el título en cualquier momento.

NOTA: He eliminado los datos lat, long de las fotos porque no quiero revelar mi ubicación exacta

Paso 8: Conclusión y posibles mejoras

Así que, sobre todo, estoy muy contento con el resultado de este proyecto. Disfruto de tener datos de todos mis vuelos. sin embargo, hay algunas cosas en las que quiero trabajar.

Lo más obvio es que quiero poder leer la posición exacta de las superficies de control. Tengo la mayor parte del hardware en su lugar para esto, pero necesito habilitar su uso en el código. Aún quedan algunos desafíos técnicos por superar.

También me gustaría agregar un barómetro para obtener datos de altitud más precisos, ya que actualmente los datos de altitud del GPS no parecen mucho más que una suposición informada.

Creo que agregar un acelerómetro de tres ejes sería genial para poder ver exactamente cuánta fuerza G soporta el avión en cualquier momento.

Tal vez cree un recinto de algún tipo. Actualmente con los componentes expuestos y el cableado no es muy elegante ni robusto.

Por favor, avíseme si tiene alguna mejora o modificación en el diseño, me encantaría verla.