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

 

[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!

[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.

[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

[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.