9 Jan

Mein neuestes Projekt: Micro-Quadcopter Eigenbau

Ich wollte schon immer mal etwas mit Microcontrollern machen, aber erst jetzt, als bei uns in der Firma unter einigen Mitarbeitern das Modellbaufieber ausgebrochen ist habe ich wirklich damit angefangen.

Ich habe mich dazu entschlossen einen Micro-Quadcopter (Quadrocopter) zu bauen, da ich sowieso schon immer alles was fliegt geliebt habe.

Mein Zielvorgaben sind:

  • Möglichst klein
  • Möglichst leicht
  • Ohne reflow Komponenten (soll einfach lötbar sein)
  • Möglichst wenig eigene Beschaltung

Nach viel lesen und suchen habe ich mich nun für die folgenden Komponenten entschieden (warum steht immer unter den Bildern):

 
 

Das Razor IMU 9 Degrees of Freedom von Sparkfun Electronics ist ein Sensorboard mit 9 Freiheitsgraden, d.h. jeweils 3 Achsen (x, y, z) Accelerometer, Gyroscope und Magnetometer. Ausserdem befindet sich ein mit 8Mhz getakteter ATMega328P auf dem Board welcher eigentlich nur zur verarbeitung der Sensorsignale gedacht ist (mit seriellem Ausgang), aber ich werde ihn als Zentralen Prozessor für alle Steuerungsaufgaben des Copters verwenden.
Dies hat für mich mehrere Vorteile, erstens brauche ich mich so nicht selbst um einen Prozessor und die nötige externe Beschaltung kümmern, und zweitens ist die verwendete Baufom des Prozessors sehr viel kleiner als ich sie selbst löten könnte.
Die Pins 9 bis 16 des Prozessors sind auf dem board entweder schon direkt mit nicht verwendeten Lötaugen verbunden oder sind zumindest garnicht verbunden, was für meine Zwecke perfekt ist da sich unter diesen pins 5 der 6 PWM Ausgänge des Prozessors befinden, welche ich für die Ansteuerung der Brushless Motortreiber benötige (hoffentlich klappt das, leider gibt es zu den Motortreibern keinerlei Doku).
Programmierbar ist das Board mit der Arduino IDE, da der ATMega bereits mit dem Arduino Bootloader geflasht ist. Einfacher könnte die Entwicklung gar nicht aussehen.

 
 

Das Sparkfun Electronics BMP085 Breakout Board ist ein Luftdrucksensor welchen ich verwenden werde um die absolute Höhe des Copters halten zu können. Der Grund das der Sensor auf einem extra Board sitzt ist auch hier wieder das die Bauform des Sensors das Backen der Platine erfordern würde, wozu ich nicht die Fähigkeiten und das Equipment besitze.

 
 

Dies ist das Bauteil mit dem größten Risiko für mich, da Turnigy (HobbyKing) für dieses Bauteil keinerlei Dokumentation bietet. Der Brushless ESC ist für den Betrieb an 1S ausgelegt und bietet maximal 3A Dauerstrom bei Kühlung. Kühlung ist kein problem, da ich das Bauteil jeweils direkt unter den Propellern anbringen werde.

 
 

Dies sind wirklich kleine Brushless motoren, kleinere habe ich schlicht und einfach nicht gefunden. Mit 2g Gewicht und einem angeblichen Schub von 36 Gramm mit der unten verwendeten Luftschraube sollten sie aber genau für meinen Copter passen.

 
 

Dies ist die dazu passende Luftschraube. die Länge beträgt 82mm.

 
 
Insgesamt wird mein Quadcopter vorraussichtlich etwa 40g (mit Lipo Akku) wiegen und etwa 87 x 87 mm groß sein ohne die Luftschrauben.

Als Steuerung werde ich warscheinlich Infrarot verwenden, dies ist zwar aufwendiger auf der Steuerungsseite (da man die komplette Steuerungslogik selbst aufbauen muss), aber dafür umso einfacher auf der Empfängerseite, dort genügen 3 Bauteile mit einem Infrarotempfänger den man direkt an den ATMega anschliessen kann.

Ein weiteres Problem könnte die Stromversorgung darstellen da ich nur eine Lipo Zelle verwenden will, aber das 9DOF ein minimum von 3.5 Volt als Eingangsspannung benötigt. Eventuell muss ich hier noch einen eigenen Spannungswandler aufbauen, der auch Step-Up beherrscht.

Als nächstes werde ich nun versuchen einen der Motortreiber per PWM anzusprechen, da der Motortreiber bis 3A ziehen kann muss ich aber erst einmal die schaltung auf einem Breadboard aufbauen und per Akku mit Strom versorgen. Die USB-to-Serial Schnittstelle könnte maximal 50mA liefern.

2 thoughts on “Mein neuestes Projekt: Micro-Quadcopter Eigenbau

  1. Der quadcopter liegt hier auf meinem tisch ^^

    um mal einen kurzen stand zu bringen:
    – ich habe aus einer lochstreifenplatine eine grundplatte erstellt (ich weiß das ist nicht sonderlich stabil, aber um mögliche verstärkungen mache ich mir gedanken wenn es soweit ist, fürs erste ist das als prototyp funktional und cool ;o))
    – die motoren sind eingebaut, als “halterung” habe ich mir abstandsringe ausgesucht, das sind einfach nur metallringe mit madenschrauben in den seiten, das hat den vorteil das ich den holm der motoren einklemmen kann (lötbar sind sie nicht) und die ringe selbst an die platine löten kann.
    – alle elektronik-komponenten sind zusammengetragen, da gehört auch ein transceiver paar dazu welches im 2.4ghz band funkt (10 – 1200 KB, einen modellbauempfänger aufzubauen habe ich mich erstmal nicht getraut), die steuerknüppel (werde die fernsteuerung selbst bauen), ein kombiniertes spannungsüberwachungs (lipo) und lade-modul für den akku und der akku selbst.
    – ich habe mir eine befestigungsmethode für die rotoren überlegt, da die leider einen größeren durchmesser haben als die motoren

    was als nächstes kommt ist das zusammenlöten von allem, ich hatte zwar schonmal einiges zusammengelötet, hatte mich dann aber entschieden mehr komponennten dazuzustecken und musste das alles wieder auseinandernehmen.

    ich werde bald mal wieder einen stand bloggen (ich muss allgemein mal mehr bloggen, ich habe hier schon wieder tausende sachen die ich bloggen kann), aber im moment arbeite ich ausschliesslich an meinem geigerzähler (über den ich blogge sobald ich zeit habe), den ich in ein gehäuse eingebaut habe und mit GPS, SD-Card und OLED display (extrem cool) ausgestattet habe um einen kompletten datenlogger draus zu machen.

    ich hoffe du kannst dich noch ein wenig gedulden ^^

    wegen der bezugsquellen: das meiste ist von sparkfun, eine wirklich coole firma aus den usa welche ausschliesslich hardware für microcontroller applikationen herstellt: http://www.sparkfun.com/ und http://www.youtube.com/user/sparkfun

    die motoren, rotoren und fahrtenregler habe ich von hobbyking, eine asiatische firma die sehr billigen modellbaukram verbtreibt und teilweise auch selbst herstellt: http://www.hobbyking.com/

    für den geigerzähler habe ich fast alles von cooking hacks gekauft, die bieten sehr gute shields für arduino: http://www.cooking-hacks.com/

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