Máy ghi dữ liệu chuyến bay RC / Hộp đen: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Trong hướng dẫn này, tôi sẽ xây dựng một bộ ghi dữ liệu chiến đấu dựa trên arduino cho các phương tiện RC, đặc biệt là máy bay RC. Tôi sẽ sử dụng mô-đun GPS UBlox Neo 6m được kết nối với arduino pro mini và tấm chắn thẻ SD để ghi dữ liệu. Dự án này sẽ ghi lại Vĩ độ, Kinh độ, Tốc độ, Độ cao và điện áp pin cùng những thứ khác. Dữ liệu này sẽ được bổ sung để có trải nghiệm xem tốt hơn khi sử dụng Google Earth Pro.

Bước 1: Công cụ và bộ phận

Các bộ phận

• Mô-đun GPS của Ublox NEO 6m: ebay / amazon
• Mô-đun thẻ Micro SD: ebay / amazon
• Thẻ Micro SD (tốc độ cao hoặc dung lượng không cần thiết): amazon
• Arduino pro mini: ebay / amazon
• Lập trình viên FTDI và cáp tương ứng: ebay / amazon
• Perfboard: ebay / amazon
• Dây móc: ebay / amazon
• Chân tiêu đề: ebay / amazon
• Diode chỉnh lưu: ebay / amazon
• Điện trở 2x 1K ohm: ebay / amazon
• Bìa cứng 1500 micron

Công cụ

• Hàn sắt và thuốc hàn
• Súng bắn keo nóng
• Máy tính xách tay hoặc máy tính
• Đồng hồ vạn năng (không hoàn toàn cần thiết nhưng cực kỳ hữu ích)
• Giúp đỡ bàn tay (một lần nữa không cần thiết nhưng hữu ích)
• Con dao thủ công

Không bắt buộc

• Các mục dùng để tạo mẫu không cần thiết nhưng rất hữu ích
• Breadboard
• Arduino Uno
• Dây nhảy

Bước 2: Lý thuyết và sơ đồ

Bộ não của thiết bị là Arduino pro mini, nó được cấp nguồn từ các phương tiện RC (trong trường hợp của tôi là máy bay) cổng cân bằng pin Li-Po. Tôi đã thiết lập điều này cho pin 2 giây nhưng điều này có thể dễ dàng thay đổi để phù hợp với các kích thước pin khác.

Phần này chưa hoàn thành Tôi sẽ cập nhật phần hướng dẫn này khi quá trình đọc bề mặt điều khiển hoàn tất

Servo1 sẽ là động cơ elevon máy bay của tôi trong khi servo 2 sẽ là đầu ra servo bộ điều khiển chuyến bay của tôi

Mô-đun GPS đang nhận dữ liệu từ các vệ tinh GPS ở dạng chuỗi NMEA. Chuỗi này chứa thông tin vị trí nhưng bao gồm thời gian chính xác, tốc độ, hướng, độ cao và nhiều dữ liệu hữu ích khác. Khi một chuỗi đã được nhận, thông tin hữu ích cho dự án này sẽ được trích xuất bằng thư viện mã TinyGPS.

Dữ liệu này cùng với điện áp pin và vị trí độ cao sẽ được ghi vào thẻ SD với tốc độ 1Hz. Dữ liệu này được viết ở định dạng CSV (giá trị được phân tách bằng dấu phẩy) và sẽ được diễn giải bằng cách sử dụng bản đồ google để vẽ đường bay.

Bước 3: Tạo mẫu

LƯU Ý: Các kết nối mô-đun GPS không được hiển thị ở trên. GPS có dây như sau:

GND đến mặt đất Arduino

VCC đến Arduino 5V

RX đến chân 3 kỹ thuật số Arduino

TX đến chân số 2 của Arduino

Để kiểm tra xem tất cả các thành phần có hoạt động bình thường hay không, cách tốt nhất là bắt đầu bằng cách đặt mọi thứ trên bảng mạch vì bạn không muốn chỉ phát hiện ra sau khi mọi thứ được kết hợp với nhau rằng bạn có một bộ phận bị lỗi. Thư viện mã bổ sung sẽ cần là thư viện TinyGPS, bạn có thể tìm thấy liên kết bên dưới.

gps nhỏ

Mã máy kiểm tra điện áp dưới đây chỉ kiểm tra mạch đo điện áp. Giá trị điều chỉnh cần được thay đổi để làm cho arduino đọc đúng điện áp.

Mã Tệp được sử dụng để kiểm tra mô-đun thẻ SD và thẻ micro SD để đảm bảo cả hai đều đọc và ghi chính xác.

Mã gpsTest được sử dụng để đảm bảo rằng gps đang nhận dữ liệu chính xác và được định cấu hình chính xác. Mã này sẽ xuất ra dữ liệu vĩ độ, kinh độ và các dữ liệu trực tiếp khác của bạn.

Nếu tất cả các phần này hoạt động bình thường với nhau thì bạn có thể chuyển sang bước tiếp theo.

Bước 4: Hàn và nối dây

Trước khi thực hiện bất kỳ quá trình hàn hoặc nối dây nào, hãy đặt tất cả các thành phần của bạn lên một miếng bìa cứng và cắt nó theo kích thước bên ngoài của các thành phần. Đây sẽ là tấm gắn kết của bạn cho tất cả các mảnh của bạn.

Làm cho bảng mạch bằng cách cắt bảng mạch thành kích thước nhỏ nhất khả thi vì trọng lượng và kích thước là ưu tiên. Hàn các chân tiêu đề vào vị trí dọc theo cạnh của tấm đục lỗ đã cắt, đây là nơi cổng cân bằng pin và trong tương lai, servo bề mặt điều khiển và bộ điều khiển bay sẽ kết nối. Hàn 2 điện trở 1k Ohm và diode chỉnh lưu vào vị trí theo sơ đồ mạch điện.

Hàn mô-đun thẻ micro SD vào các chân của arduino theo sơ đồ mạch để tạo kết nối bằng dây AWG 24.

Thực hiện lại các kết nối giữa perfboard và arduino theo sơ đồ mạch và sử dụng thêm dây cùng loại.

LƯU Ý: GPS là một thiết bị nhạy cảm với tĩnh điện, hãy cẩn thận trong khi hàn và không bao giờ có bất kỳ dòng điện nào chạy qua bất kỳ dây nào trong khi kết nối

Hàn các chân của mô-đun GPS vào các chân tương ứng trên arduino bằng cách sử dụng độ dài dây khoảng 3-4cm (1-1,5in), điều này giúp mô-đun GPS đủ độ chùng để gập sang mặt khác của thẻ hỗ trợ.

Kiểm tra và kiểm tra lại tính liên tục của tất cả các kết nối để đảm bảo rằng mọi thứ đều được nối dây chính xác.

Sử dụng keo nóng gắn mô-đun thẻ SD, Arduino Pro Mini và bạn tùy chỉnh bảng điều khiển trên một mặt của bìa cứng và mô-đun GPS và ăng-ten ở mặt kia.

Khi bạn đã nối dây chính xác tất cả các phần và được gắn vào bìa cứng, đã đến lúc chuyển sang mã.

Bước 5: Mã

Đây là mã chạy trên thiết bị cuối cùng. Trong khi mã này đang chạy, đèn LED trên mô-đun GPS sẽ bắt đầu nhấp nháy ngay sau khi gps có bản sửa lỗi với hơn 3 vệ tinh. Đèn LED trên bảng arduino sẽ nhấp nháy ngay khi arduino khởi động để cho biết tệp CSV đã được tạo thành công và sau đó nó sẽ nhấp nháy cùng lúc với đèn LED GPS khi ghi thành công vào thẻ micro SD. Nếu đèn LED còn lại của thẻ micro SD không thể khởi động được và rất có thể có sự cố với hệ thống dây điện hoặc thẻ micro SD của bạn.

Mã này sẽ tạo một tệp CSV mới mỗi khi chương trình được chạy, chúng sẽ được gắn nhãn "flightxx" trong đó xx là một số từ 00 đến 99 sẽ tăng lên mỗi khi chương trình được chạy.

Để chính xác trường thời gian hiện tại trong bảng tính, bạn cần chuyển đổi UTC (Giờ phối hợp quốc tế) sang múi giờ chính xác cho bạn. Đối với tôi, giá trị là UTC +2.0 vì đó là múi giờ tôi đang ở nhưng điều này có thể được thay đổi trong mã bằng cách thay đổi phao "múi giờ".

Bước 6: Kiểm tra, Kiểm tra, Kiểm tra

Bây giờ bạn đã có một hệ thống hoạt động, đã đến lúc kiểm tra nó, đảm bảo rằng mọi thứ hoạt động như mong đợi.

Khi mọi thứ đang hoạt động và bạn nhận được kết quả đầu ra trên bảng tính có vẻ như đã chính xác thời gian để thực hiện bất kỳ điều chỉnh tốt nào. Ví dụ, ban đầu tôi đặt thiết bị được gắn vào đáy máy bay bằng dây cáp nhưng sau một số cuộc điều tra, tôi phát hiện ra rằng điều đó đã làm giảm khoảng 40% lượng vệ tinh GPS có thể nhìn thấy bất kỳ lúc nào.

Kiểm tra hệ thống của bạn để đảm bảo mọi thứ hoạt động và tinh chỉnh nó khi cần thiết.

Bước 7: Làm giàu dữ liệu của bạn

Bây giờ bạn đã có một hệ thống đáng tin cậy, đã đến lúc tìm ra cách hiển thị dữ liệu đó theo cách dễ đọc hơn. Bảng tính sẽ ổn nếu bạn muốn tốc độ chính xác tại bất kỳ thời điểm nào hoặc nếu bạn muốn kiểm tra chính xác hoạt động của phương tiện khi bạn thực hiện một hành động nào đó nhưng nếu bạn muốn vẽ toàn bộ chuyến bay trên bản đồ hoặc xem từng điểm dữ liệu thì sao theo cách dễ đọc hơn, đây là nơi mà việc làm giàu dữ liệu rất hữu ích

Để xem dữ liệu của chúng tôi theo cách dễ đọc hơn mà chúng tôi sẽ sử dụng google earth pro, bạn có thể nhấp vào đây để tải xuống.

Bây giờ bạn phải chuyển đổi tệp CSV thành tệp GPX để google earth có thể đọc dễ dàng hơn bằng cách sử dụng công cụ hiển thị GPS. Chọn GPX đầu ra, tải lên tệp CSV của bạn và tải xuống tệp đã chuyển đổi. Sau đó, mở tệp GPX trong google earth và nó sẽ tự động nhập và vẽ tất cả dữ liệu thành một đường bay đẹp. Điều này cũng chứa thông tin bổ sung như tiêu đề tại bất kỳ thời điểm nào.

LƯU Ý: Tôi đã xóa dữ liệu vĩ độ, dài khỏi ảnh vì tôi không muốn tiết lộ vị trí chính xác của mình

Bước 8: Kết luận và cải tiến tích cực

Vì vậy, trên tất cả, tôi rất hạnh phúc với cách dự án này thành công. Tôi thích có dữ liệu từ tất cả các chuyến bay của mình. tuy nhiên, có một số điều tôi muốn tiếp tục.

Rõ ràng nhất là tôi muốn có thể đọc vị trí chính xác của các bề mặt điều khiển. Tôi có hầu hết phần cứng để thực hiện việc này nhưng tôi cần cho phép sử dụng nó trong mã. Vẫn còn một số thách thức kỹ thuật cần vượt qua.

Tôi cũng muốn thêm một phong vũ biểu để có dữ liệu độ cao chính xác hơn, vì hiện tại dữ liệu độ cao gps dường như không nhiều hơn một phỏng đoán có học.

Tôi nghĩ rằng việc thêm một gia tốc kế ba trục sẽ rất tuyệt để tôi có thể thấy chính xác lực g của máy bay bất cứ lúc nào.

Có thể tạo ra một loại bao vây nào đó. Hiện tại với các thành phần lộ ra ngoài và hệ thống dây điện của nó không được thanh thoát hay chắc chắn lắm.

Vui lòng cho tôi biết nếu bạn đưa ra bất kỳ cải tiến hoặc sửa đổi nào đối với thiết kế mà tôi muốn xem chúng.