Подскажите с датчиками вот для такой штуки..., отслеживание углов поворота + компас Опции

[Tigrik]

Всем доброго времени суток.

Подскажите, какой набор датчиков использовать, чтобы реализовать отслеживание такого вот кубика (см. приложение) в пространстве по 3-м осям.

Если совсем на пальцах, то есть модель планера. Минимум нужно отслеживать углы поворота по осям X и Y. Еще нужно отслеживать отклонение по оси Z (на сколько я понимаю здесь будет что-то типа электронного компаса).

Читал на форуме про датчик Pewatron для компаса, но не уверен что он подойдет - планер может двигаться в 3х осях и обеспечить строго горизонтальное положение датчика проблематично будет.

Расчетные максимальные ускорения: +6G (вверх по Z) -3G(вниз по Z)

Спасибо!

Эскизы прикрепленных изображений

 

[s_yakov]

Всем доброго времени суток.

Подскажите, какой набор датчиков использовать, чтобы реализовать отслеживание такого вот кубика (см. приложение) в пространстве по 3-м осям.

Если совсем на пальцах, то есть модель планера. Минимум нужно отслеживать углы поворота по осям X и Y. Еще нужно отслеживать отклонение по оси Z (на сколько я понимаю здесь будет что-то типа электронного компаса).

Читал на форуме про датчик Pewatron для компаса, но не уверен что он подойдет - планер может двигаться в 3х осях и обеспечить строго горизонтальное положение датчика проблематично будет.

Расчетные максимальные ускорения: +6G (вверх по Z) -3G(вниз по Z)

Спасибо!

То, что вам нужно, называется инклинометр. Если не найдете по поисковикам, тогда я попробую напрячься и поискать в своих закладках ссылку на производителя. В принципе, такие датчики авиа и судо моделисты сами делают.

[ra4fox]

Делают в основном гироскопы, а вот про компас не слышал и не видел.
Интересно посмотреть. Может и себе поставить, чтобы знать куда улетел
Tigrik На чем летаем и где ?

[s_yakov]

Делают в основном гироскопы, а вот про компас не слышал и не видел.
Интересно посмотреть.   Может и себе поставить, чтобы знать куда улетел
Tigrik На чем летаем и где ?

Посмотрите здесь http://www.euronet.nl/users/ragman/robot1.html - это самоделка,
можно также смотреть ADIS16201 на www.analog.com,
а также http://www.directindustry.com/ по поиску Inclinometer или Tilt sensor

[Tigrik]

Делают в основном гироскопы, а вот про компас не слышал и не видел.
Интересно посмотреть.   Может и себе поставить, чтобы знать куда улетел
Tigrik На чем летаем и где ?

В Питере на F3J

[Tigrik]

Делают в основном гироскопы, а вот про компас не слышал и не видел.
Интересно посмотреть.   Может и себе поставить, чтобы знать куда улетел
Tigrik На чем летаем и где ?

Посмотрите здесь http://www.euronet.nl/users/ragman/robot1.html - это самоделка,
можно также смотреть ADIS16201 на www.analog.com,
а также http://www.directindustry.com/ по поиску Inclinometer или Tilt sensor

Я порыл по статьям. В принципе можно собрать все на 4-х микрухах:
- Датчик магниторезистивный (X,Y) для простейшего компаса;
- Еще один магниторезист на ось Z - получаем навороченный компас ;
- Акселерометр на X,Y - для отслеживания углов наклона по X/Y + для расчета коррекции для компаса...;
- Микроконтроллер для "абсчета".

Итого: получаем 3D компас с коррекцией наклонов + измеритель углов по крену и тангажу.

Единственное что смущает... точность и диапазон измерения углов по X/Y... не маловата ли будет.

P.S. Видел даже в продаже наборчик уже из 3х микрух... Кажется от Honywell... Референс -дизайн у них на сайте валяется.

[Stanislav]

Всем доброго времени суток.

Подскажите, какой набор датчиков использовать, чтобы реализовать отслеживание такого вот кубика (см. приложение) в пространстве по 3-м осям.

Если совсем на пальцах, то есть модель планера. Минимум нужно отслеживать углы поворота по осям X и Y. Еще нужно отслеживать отклонение по оси Z (на сколько я понимаю здесь будет что-то типа электронного компаса).

Читал на форуме про датчик Pewatron для компаса, но не уверен что он подойдет - планер может двигаться в 3х осях и обеспечить строго горизонтальное положение датчика проблематично будет.

Расчетные максимальные ускорения: +6G (вверх по Z) -3G(вниз по Z)

Спасибо!

Вообще-то для решения такой задачи нужно создавать полноценную инерциальную навигационную систему (ИНС). Такие системы весьма дорого стоят, но если есть возможность коррекции (напр. по "навороченному" компасу, вертиканту или GPS), можно обойтись более дешевыми решениями - в качестве акселерометров можно применить ADXLxxx от AD или LIS2L02AS4 от STm, а в качестве гироскопов - ADXRSxxx от тех же AD. Если такое решение приемлемо, пишите, расскажу методику построения и коррекции системы.

[Tigrik]

Всем доброго времени суток.

Подскажите, какой набор датчиков использовать, чтобы реализовать отслеживание такого вот кубика (см. приложение) в пространстве по 3-м осям.

Если совсем на пальцах, то есть модель планера. Минимум нужно отслеживать углы поворота по осям X и Y. Еще нужно отслеживать отклонение по оси Z (на сколько я понимаю здесь будет что-то типа электронного компаса).

Читал на форуме про датчик Pewatron для компаса, но не уверен что он подойдет - планер может двигаться в 3х осях и обеспечить строго горизонтальное положение датчика проблематично будет.

Расчетные максимальные ускорения: +6G (вверх по Z) -3G(вниз по Z)

Спасибо!

Вообще-то для решения такой задачи нужно создавать полноценную инерциальную навигационную систему (ИНС). Такие системы весьма дорого стоят, но если есть возможность коррекции (напр. по "навороченному" компасу, вертиканту или GPS), можно обойтись более дешевыми решениями - в качестве акселерометров можно применить ADXLxxx от AD или LIS2L02AS4 от STm, а в качестве гироскопов - ADXRSxxx от тех же AD. Если такое решение приемлемо, пишите, расскажу методику построения и коррекции системы.

Конечно! Весьма интересует!

[GeorgyBey]

Оно конечно ПАРДОН, не в тему, но клевый у вас "планер" - 6G!
Это даже не биплан(нер), а МИГ какой-то!

[Stanislav]

Оно конечно ПАРДОН, не в тему, но клевый у вас "планер"  - 6G!
Это даже не биплан(нер), а МИГ какой-то!

Здесь Вы не совсем правы. чем меньше летающая конструкция, тем на большие нагрузки она должна быть рассчитана (вибрация, турбулентность атмосферы и т.д). Если интересно, проконсультируйтесь на любом форуме авиационщиков.

[Stanislav]

Конечно! Весьма интересует!

Прежде, чем создавать ИНС для стабилизации параметров полета или навигации, нужно четко представить себе, какой сложности задачу предстоит решить. Основные положения таковы:
1. Чисто аналоговыми методами хороший результат достигнуть сложно из-за большого объема аппаратуры и нестабильности ее характеристик. Поэтому нужно сразу подумать о бортовой цифровой системе получения/обработки данных и выдачи управляющих воздействий.
2. Энергетические возможности миниатюрных ЛА предполагают применение аппаратуры с низким энергопотреблением.
3. Уход показаний даже тщательно откалиброванной на земле ИНС в полете может составить существенную величину из-за невозможности ее термостабилизации (опять-таки вследствие низкой энергетики ЛА) и из-за возможного роста нелинейности датчиков вследствие вибрации. В случае планера вибрацией можно пренебречь. Опять-таки, если стоит задача только стабилизации полета (а не навигации), требования к системе могут быть существенно снижены. Но без коррекции все равно не обойтись. Для этого придется или делать обратную связь путем передачи на землю изображения от миниатюрной видеокамеры и делать ручную коррекцию через аппаратуру управления, или применять приемник GPS (стандартный метод коррекции американских крылатых ракет), или использовать электронный компас на магниторезисторах, как было упомянуто ранее.
4. Обработка данных от датчиков идеологически не представляет из себя ничего сложного, однако, ее реализация на микроконтроллере потребует достаточно длительной и кропотливой работы. Кроме того, при применении GPS потребуется реализовать протокол NMEA или TSIP.
5. Себестоимость аппаратуры даже при условии применения современных микромашинных датчиков может составить значительную величину. Так, например, микросхемы для ИНС без системы коррекции будут стоить порядка 200 бакинских. Если прибавить себестоимость всего остального, может стать довольно скучно.

Если Вас не пугают эти сложности, рекомендую сначала изучить документацию по датчикам ускорения ST Microelectronics, как я упоминал ранее (проверены на практике в подобной же системе, нужно 2 двухосевых, или 1 двухосевой + 1 одноосевой), АЦП AD7715 или из этой же серии (проверены, нужно 6), гироскопы ADXRS150 (не проверены, но должны подойти, нужно 3). Интегральные гироскопы можно поискать также у Мураты и в других местах. В качестве процессора обработки данных можно использовать AVRку типа ATmega48/88. Для возможной температурной коррекции показаний ИНС можно использовать термометр 18B20. Такой "чипсет" будет кушать примерно 30-35мА при питании в 5В.

Ф-фу, если еще остался интерес, продолжу тему в следующем посте.

[gab]

Не знаю, поможет или не очень...
Просто тоже озадачен подобной фигнёй и в инете нашёл интересный файлик.
В файле рассмотрен момент термостабилизации акселерометров от AD.

Прикрепленные файлы

 Exjobb_positionering.pdf ( 761.59 килобайт ) Кол-во скачиваний: 234

 

[Tigrik]

Конечно! Весьма интересует!

Прежде, чем создавать ИНС для стабилизации параметров полета или навигации, нужно четко представить себе, какой сложности задачу предстоит решить. Основные положения таковы:
1. Чисто аналоговыми методами хороший результат достигнуть сложно из-за большого объема аппаратуры и нестабильности ее характеристик. Поэтому нужно сразу подумать о бортовой цифровой системе получения/обработки данных и выдачи управляющих воздействий.
2. Энергетические возможности миниатюрных ЛА предполагают применение аппаратуры с низким энергопотреблением.
3. Уход показаний даже тщательно откалиброванной на земле ИНС в полете может составить существенную величину из-за невозможности ее термостабилизации (опять-таки вследствие низкой энергетики ЛА) и из-за возможного роста нелинейности датчиков вследствие вибрации. В случае планера вибрацией можно пренебречь. Опять-таки, если стоит задача только стабилизации полета (а не навигации), требования к системе могут быть существенно снижены. Но без коррекции все равно не обойтись. Для этого придется или делать обратную связь путем передачи на землю изображения от миниатюрной видеокамеры и делать ручную коррекцию через аппаратуру управления, или применять приемник GPS (стандартный метод коррекции американских крылатых ракет), или использовать электронный компас на магниторезисторах, как было упомянуто ранее.
4. Обработка данных от датчиков идеологически не представляет из себя ничего сложного, однако, ее реализация на микроконтроллере потребует достаточно длительной и кропотливой работы. Кроме того, при применении GPS потребуется реализовать протокол NMEA или TSIP.
5. Себестоимость аппаратуры даже при условии применения современных микромашинных датчиков может составить значительную величину. Так, например, микросхемы для ИНС без системы коррекции будут стоить порядка 200 бакинских. Если прибавить себестоимость всего остального, может стать довольно скучно.

Если Вас не пугают эти сложности, рекомендую сначала изучить документацию по датчикам ускорения ST Microelectronics, как я упоминал ранее (проверены на практике в подобной же системе, нужно 2 двухосевых, или 1 двухосевой + 1 одноосевой), АЦП AD7715 или из этой же серии (проверены, нужно 6), гироскопы ADXRS150 (не проверены, но должны подойти, нужно 3). Интегральные гироскопы можно поискать также у Мураты и в других местах. В качестве процессора обработки данных можно использовать AVRку типа ATmega48/88. Для возможной температурной коррекции показаний ИНС можно использовать термометр 18B20. Такой "чипсет" будет кушать примерно 30-35мА при питании в 5В.

Ф-фу, если еще остался интерес, продолжу тему в следующем посте.

Конечно интересно! А можно взглянуть на функциональную схемку всего этого набора? Интересует поподробнее как это все должно работать

[Old Nick]

В догонку добавлю, что самодельные аналоги микромашинных датчиков вполне реально собрать на "рассыпухе". Если время бесплатное, себестоимость в несколько (до10) раз уменьшится. Платой будут временнЫе зарактеристики из-за бОльших размеров механич. деталей.

[Stanislav]

В догонку добавлю, что самодельные аналоги микромашинных датчиков вполне реально собрать на "рассыпухе". Если время бесплатное, себестоимость в несколько (до10) раз уменьшится. Платой будут временнЫе зарактеристики из-за бОльших размеров механич. деталей.

Простите, категорически не согласен с Вами. Пример - акселерометр от ST.
Во-первых, имеет цену ~10$/канал. На россыпи такую себестоимость получить вряд ли удасться.
Во-вторых, имеет встроенную термокомпенсацию, а уровень его шумов и линейность, а также отсутствие "памяти" позволяют использовать его в решении навигационных задач. О том, чтобы повторить его характеристики вручную - забудьте.
В-третьих, получить энергопотребление 2мВт/канал на россыпи также нереально.

[Stanislav]

Конечно интересно! А можно взглянуть на функциональную схемку всего этого набора? Интересует поподробнее как это все должно работать

Извините, что долго не отвечал - не было времени.
О функциональной схеме. В выходные подумал над Вашей задачей. Прежде всего, хотелось бы все-таки знать, что Вы хотите создать - систему угловой ориентации в пространстве или все-таки "настоящую" ИНС? Исходя из Вашей постановки, предполагаю первое, второе же гораздо сложнее, и реализовать его можно путем апгрейда первого. При решении задачи я постарался применить минимум гироскопов, т.к. они достаточно дороги.
Итак, основа системы - трехосный акселерометр и трехосный магниторезистивный датчик (компас). Компас всегда будет давать правильный азимут, и по нему почти всегда можно вычислить углы тангажа и крена, кроме некоторых случаев ориентации относительно магнитного меридиана (предоставляю Вам самому найти и рассмотреть эти случаи). Для доопределения системы в этих случаях нужно ввести дополнительно еще один гироскоп, ось чувствительности которого направлена вдоль "главной" оси нечувствительности компаса (прямая, относительно которой все три оси чувствительности направлены под одинаковыми углами). Этого должно быть достаточно для построения системы ориентации или автопилота. Но с установкой гироскопа можно и немного обождать, сделав все остальное без него.
Для первых опытов можно взять микроконтроллер, имеющий не менее 8 каналов встроенного АЦП, разрядностью не менее 10 (чем больше, тем лучше).
Для начала нужно отнормировать сигналы всех датчиков, отфильтровать их с помощью простого ФНЧ и подать на АЦП. Далее написать отладочную прогу для МК, которая бы позволяла передавать данные с АЦП в PC. Связь между ними лучше всего поддерживать по RS-232, благо он есть почти во всех МК.
Акселерометры и магниторезисторы нужно сориентировать по трем взаимно-перпендикулярным осям (добиваться максимальной точности не обязательно, достаточно +-5градусов), а гироскоп - как было сказано выше. Далее их нужно повертеть и убедиться в их работоспособности, контролируя данные на экране PC, что вызовет у Вас массу положительных эмоций.
О методике калибровки расскажу позже, если интерес еще остался. Еще хотелось бы подробнее узнать о характеристиках Вашего аппарата.

[rat]

Батенька, если нужно компактное решение, то по горизонтали лучше использовать микросхемы компаса(вроде Хоневелл) на эффекте Холла, а по вертикали акселерометры аналогдевайсовские в режиме инклинометра.

[Stanislav]

Батенька, если нужно компактное решение, то по горизонтали лучше использовать микросхемы компаса(вроде Хоневелл) на эффекте Холла, а по вертикали акселерометры аналогдевайсовские в режиме инклинометра.

А как вычислить угол крена, если планер находится в вираже? И вообще, когда он движется с ускорением? Инклинометр будет давать неправильные углы.

[Tigrik]

Батенька, если нужно компактное решение, то по горизонтали лучше использовать микросхемы компаса(вроде Хоневелл) на эффекте Холла, а по вертикали акселерометры аналогдевайсовские в режиме инклинометра.

А как вычислить угол крена, если планер находится в вираже? И вообще, когда он движется с ускорением? Инклинометр будет давать неправильные углы.

Это верно... Вопрос теперь как это дело правильно реализовать, чтоб и углы правильно мерялись и направление правильно показывалось

[Old Nick]

В догонку добавлю, что самодельные аналоги микромашинных датчиков вполне реально собрать на "рассыпухе". Если время бесплатное, себестоимость в несколько (до10) раз уменьшится. Платой будут временнЫе зарактеристики из-за бОльших размеров механич. деталей.

Простите, категорически не согласен с Вами. Пример - акселерометр от ST.
Во-первых, имеет цену ~10$/канал. На россыпи такую себестоимость получить вряд ли удасться.
Во-вторых, имеет встроенную термокомпенсацию, а уровень его шумов и линейность, а также отсутствие "памяти" позволяют использовать его в решении навигационных задач. О том, чтобы повторить его характеристики вручную - забудьте.
В-третьих, получить энергопотребление 2мВт/канал на россыпи также нереально.

Прошу прощения, долго не заглядывал.

Зачем так категорично высказываться?

Могу сказать (оскорбленно поджав губы), что менее 3-4 долл реально если есть вагон бесплатного времени. Пять лет назад уложился бы в еще меньшую сумму
Шумы и линейность можно еше и _улучшить_ (но, подороже), термокомпенсацию, временнЫе х-ки и потребление - увы.

[Kurt]

Есть open-source проект http://autopilot.sourceforge.net/?q=ahrs. Я думаю, вы там найдете для себя много интересного.

[alexr22b]

Есть open-source проект http://autopilot.sourceforge.net/?q=ahrs. Я думаю, вы там найдете для себя много интересного.

Там (http://autopilot.sourceforge.net/?q=ahrs) в матрицах есть ошибки. Так что аккуратнее.
Делал похожую штуку - основные проблемми ето характеризации сенсоров и хорошая numerically stable реализация филтра Калмана. Ну и специалная обработка в режиме виража.
Вот еше один линк: http://www.cloudcaptech.com/

[rat]

Батенька, если нужно компактное решение, то по горизонтали лучше использовать микросхемы компаса(вроде Хоневелл) на эффекте Холла, а по вертикали акселерометры аналогдевайсовские в режиме инклинометра.

А как вычислить угол крена, если планер находится в вираже? И вообще, когда он движется с ускорением? Инклинометр будет давать неправильные углы.

Батенька, поставьте 2. Под разными углами. Разницу вычесть.

[dch]

Есть обратная задача, как мне с земли определить положение ЛА, без сброса информации с ЛА.

[alexr22b]

Батенька, если нужно компактное решение, то по горизонтали лучше использовать микросхемы компаса(вроде Хоневелл) на эффекте Холла, а по вертикали акселерометры аналогдевайсовские в режиме инклинометра.

А как вычислить угол крена, если планер находится в вираже? И вообще, когда он движется с ускорением? Инклинометр будет давать неправильные углы.

Батенька, поставьте 2. Под разными углами. Разницу вычесть.

2 датчика не помогут. Например если совершается координированный поворот. Оба будут показивать что
вектор гравитации прямо внизу (Немножко болший чем G если поборот без набора/потери высоти). Самый лучший помошник в етом случае - GPS.

[Stanislav]

Прошу прощения, долго не заглядывал.

Зачем так категорично высказываться?

Могу сказать (оскорбленно поджав губы), что менее 3-4 долл реально если есть вагон бесплатного времени. Пять лет назад уложился бы в еще меньшую сумму
Шумы и линейность можно еше и _улучшить_ (но, подороже), термокомпенсацию, временнЫе х-ки и потребление - увы.

Также прошу прощения за излишнюю категоричность, однако должен сказать, что она в какой-то степени оправдана достаточно большим опытом работы с подобными устройствами. Я по-прежнему не изменил мнения относительно возможности создания подобных акселерометров "вручную". Еще приведу два примера - в этом году проводил оценку параметров двух отечественных акселерометров (из Пензы и Арзамаса). Первый из них - песня (по цене 2500$/канал). Второй стоит 300$/канал неофициально (официально 450), но по характеристикам сравним с STM-овским. Вопрос, что ставить в действующую конструкцию (ИНС для дорожной лаборатории), таким образом, отпал сам по себе.

[Stanislav]

Батенька, если нужно компактное решение, то по горизонтали лучше использовать микросхемы компаса(вроде Хоневелл) на эффекте Холла, а по вертикали акселерометры аналогдевайсовские в режиме инклинометра.

А как вычислить угол крена, если планер находится в вираже? И вообще, когда он движется с ускорением? Инклинометр будет давать неправильные углы.

Батенька, поставьте 2. Под разными углами. Разницу вычесть.

А Вы сами пробовали это делать? Уверен, что не совсем понимаете суть задачи.