Bluetooth Datenübertragung

Dient dazu, Parameter der OpenMV Kamera während dem Betrieb lesen und ändern zu können oder Aktionen auf der OpenMV Kamera zu starten.

Hardware

Es wird der UART1 der OpenMV Kamera verwendet. Der Anschluss erfolgt über P0 (RXD und P1 (TXD). Zusätzlich wird der Pin P2 verwendet. Dieser kann den Mode-Eingang des Bluetooth-Moduls umschalten. Im Normalbetrieb ist dieser Pin Low.

Datenverbindung

UART1, 115200 Baud, 8 Datenbits, no parity, 1 Stop, kein Handshake

Checksumme

Die Datenübertragung zwischen Handy und OpenMV Kamera erfolgt über Frames (s.u.). Um diese Übertragung sicher zu machen, wird eine Checksumme verwendet. Dieselbe Checksummen-Berechnung wird auch für die Kommunikation zwischen OpenMV und Flightcontroller benutzt.

Frame Protokoll

  • StartByte (0xAA)
  • PacketType (1 Byte unsigned)
  • Index (4 Byte int)
  • Data (4 Byte float)
  • CRC16 (2 Byte, Startwert = 0)
  • StopByte (0x55)

Set Data in OpenMV: PacketType = 1

Datenübertragung vom Handy zur OpenMV Kamera.

Schreibt Daten in Variablen der OpenMV Kamera. Mit jedem Frame wird eine float Variable, die durch Index festgelegt wird, an die OpenMV Kamera gesendet.

Die Kamera antwortet mit PacketType = 3 mit der Einstellung, die geändert wurde.

Die Einstellungen sind:

"Throttle P",   "Throttle I",   "Throttle D",   "Throttle Offset",  "Throttle Status",  "Throttle setPoint",
"Yaw P",        "Yaw I",        "Yaw D",        "Yaw Offset",       "Yaw Status",       "Yaw setPoint",
"Pitch P",      "Pitch I",      "Pitch D",      "Pitch Offset",     "Pitch Status",     "Pitch setPoint",
"Roll P",       "Roll I",       "Roll D",       "Roll Offset",      "Roll Status",      "Roll setPoint",
"CameraPitch P","CameraPitch I","CameraPitch D","CameraPitch Offset","CameraPitch Status","CameraPitch setPoint",
"toleranceFactor", "sendDebugData"

Query Data from OpenMV: PacketType = 2

Datenübertragung vom Handy zur OpenMV Kamera.

Fragt nach einer Variablen der OpenMV Kamera am angegebenen Index. Die OpenMV Kamera antwortet mit „Response Data“ (PacketType = 3) des angefragten Index.

Query all Data from OpenMV: PacketType = 3

Datenübertragung vom Handy zur OpenMV Kamera.

Fragt nach allen Variablen der OpenMV Kamera. Die OpenMV Kamera antwortet mit mehreren „Response Data“ (PacketType = 3) Paketen (für jede Variable ein Paket).

Response Data from OpenMV: PacketType = 4

Datenübertragung von der OpenMV Kamera zum Handy.
Schickt  Variablen der OpenMV Kamera zurück zum Handy. Dies ist eine Antwort auf die „Query Data“ Frage des Handys (PacketType = 2). Mit jedem DatenFrame wird eine float Variable, die durch Index festgelegt wird, von der OpenMV Kamera zurück ans Handy gesendet.

Save Settings to Flash: PacketType = 5

Wenn dieser Befehl an die Kamera and die Kamera geschickt wird, speicht sie alle Einstellungen auf dem Flash Filesystem der OpenMV Kamera.

Index und Data sind Null / dont care.

Debug Data from OpenMV: PacketType = 6

Datenübertragung von der OpenMV Kamera zum Handy.
Schickt  Variablen der OpenMV Kamera zurück zum Handy.Wenn die Variable „SendDebugData“ > 0.5 ist, dann werden die DebugDaten in jedem Kameraframe gesendet.

DEBUG DATA FRAME PROTOKOLL
  1. StartByte (0xAA)
  2. PacketType (1 Byte unsigned) = 4
  3. Led0-X-Pos (-1.0 – 1.0, float)
  4. Led0-Y-Pos (-1.0 – 1.0, float)
  5. Led1-X-Pos (-1.0 – 1.0, float)
  6. Led1-Y-Pos (-1.0 – 1.0, float)
  7. Led2-X-Pos (-1.0 – 1.0, float)
  8. Led3-Y-Pos (-1.0 – 1.0, float)
  9. Entfernung (in m, float)
  10. FPS, float
  11. throttle Short
  12. yaw Short
  13. pitch Short
  14. roll Short
  15. CRC16 (16 Bit, Startwert = 0, alle Daten inkl. PacketType)
  16. StopByte (0x55)

Set Waypoint in OpenMV: PacketType = 7

Wenn dieser Befehl an die Kamera geschickt wird, gibt sie einen Befehl an den FC weiter zum Waypoint-Erstellen.

Im Moment nicht implementiert.

Settings saved to FlashAcknowledge: PacketType = 8

Dieses Package schickt die OpenMV Kamera zurück, sobald alle Settings im Flash gespeichert wurden.

Index und Data sind Null / dont care.

Weitere Stab und Quadrocopter Einzelteile

Anzahl Name Link Preis
6 High-Power LED Nichia NCSR219B-V1 SMD-LED 1,64 €
6 Kühlkörper Kühlkörper 23x23mm 1,49 €
2 Konstantstromquelle Meanwell LDD-350LW (350 mA) 6,49 €
6 LED-Linsen Carclo Linse 10mm 19.5° 1,36 €
1 USB-Micro Verlängerung 2x Micro USB Verlängerung 0,2m 5,99 €
1 Flachbandkabel Farbiges Flachbandkabel 6,49 €
1 XT60 Stecker Nylon Hochstrom XT60 Stecker 6,25 €
1 Bluetooth Modul HC-05 Bluetooth Modul 7,49 €

Bestellte Teile 2

Wir haben uns entschlossen die Teile für zwei weitere, kleinere Quadrocopter zu bestellen.

Frame 250mm Carbon Fiber Frame 18,12 €
Motoren Racerstar BR2205S 2300KV 27,62 €
ESCs Racerstar RS20Ax4 21,58 €
Batteries ZOP Power 11.1V 1800mAh 65C 23,30 €
Flightcontroller F3 Flight Controller Acro 6 Deluxe 28,40 €
BEC Matek PDB-XPW 5V 12V BEC 6,90 €
GPS NZ Mini GPS For NAZE32 9,49 €
Rotorblätter 2*10 Paare Kingkong 5×4.5×3 11,26 €
Receiver EACHINE XSR-E D16 2.4G 16CH 12,94 €
Servo Emax ES9051 Digital Mini Servo 4,30 €
Servo JX Servo PS-1171MG 5,86 €

Datenformat Schnittstelle Smartphone <-> Flight Controller

Schnittstelle

Die Daten zwischen Smartphone und Flightcontroller werden über eine serielle Schnittstelle übertragen. An den USB-OTG-Port des Handys wird dafür ein Kabel mit integriertem FTDI- oder CP2102 Chip angesteckt. Diese Chips wandeln das USB-Signal in ein serielles UART Signal um. Zu beachten ist, dass der Flightcontroller 3,3V Pegel benötigt. Dies muss bei der Wahl des Kabels beachtet werden.

UART mit 115200 Baud

1 Startbit, 8 Datenbits, 1 Stopbit

3,3V TTL-Pegel

Kein Handshake

Datenprotokoll

Aufbau des Datenframes

Startbyte Channel_0 Channel_1 …. Channel_n CRC_16Bit Stopbyte

n ist auf 15 eingestellt.

Ein Frame besteht also aus 52 Bytes (Start-, Stopbyte, 2 Byte CRC und 16 16Bit-Channels). Da ein Byte aus 10 Bits besteht (Startbit, 8 Datenbits, Stopbit), benötigt ein Frame

(52 Byte * 10 Bits/Byte) /  115200 Baud = 4,514ms

Damit können maximal ca. 200 Frames/s vom Handy an den Flightcontroller geschickt werden.

Startbyte

Als Startbyte wird 0xAA hex (170 dezimal) übertragen.

Channel_0 … Channel_n

Alle Channels werden als 16 Bit signed integer binär codiert übertragen (Low-Byte first, High-Byte second). Insgesamt werden 16 Channels übertragen (n = 15).

CRC_16Bit

Die Checksumme wird berechnet: todo

und als 16 Bit Wert übertragen (Low-Byte first, High-Byte second).

Stopbyte

Als Stopbyte wird 0x55 hex (85 dezimal) übertragen.

 

Positionserkennnung

Dem Copter wird über einen Zeigestab seine relative Position übermittelt. Am Zeigestab sind 3 Leds (RGB = rot, grün, blau) angebracht. Die Leds bilden ein gleichseitiges Dreieck [Bild].

Anordnung: Rot = vorne links, blau = vorne rechts, grün = hinten Mitte.

Der Copter wertet über eine Kamera die Position der 3 Leds aus und berechnet aus diesen Werten seine Steuerbefehle:

  • Roll: Drehung um die Längsachse
  • Pitch: Drehung um die Querachse
  • Yaw: Drehung um die Hochachse
  • Throttle: „Gas“, Copter steigt oder sinkt

 

Bild aus: https://technikblog.ch/2013/03/projekt-multicopter-wie-funktioniert-ein-multicopter

 

Idealposition

Der Copter versucht, durch Steuerbefehle sich so zu positionieren, dass der

  • Mittelpunkt der Punkte (R,G, B) sich in der Mitte des Kamerabildes befindet,
  • die Punkte R und B den Abstand n haben und
  • der Punkt G sich in der Mitte der Gerade RB befindet:

Copterdrehung

Eine Drehung des Bildes resultiert aus der Schräglage entweder des Copters oder des Zeigestabs. Diese Drehung muss nicht ausgeglichen werden, da sie eine Folge der Copter-Positionsregelung (Roll) ist:

Versatz in Y-Richtung

Hier befindet sich der Copter zwar in der Idealposition. Allerdings ist die Kamera nicht optimal auf den Copter ausgerichtet. Optional kann daher die Kamera über ein Servo in ihrer Längsachse gedreht werden, um diesen Versatz zu korrigieren.

 

Versatz in X-Richtung

Dieser Versatz bedeutet, dass der Copter in seiner Hochachse nicht optimal in Richtung des Zeigestabs positioniert ist. Es muss eine Korrektur des Yaw Wertes erfolgen.

 

Abstand  RB entspricht nicht dem Idealabstand n

Dies bedeutet, dass der Copter zu nah (Abstand RB > n) oder zu weit entfernt (Abstand RB < n) vom Zeigestab positioniert ist.  Dies muss über den Pitch-Wert korrigiert werden.

Punkt G befindet sich nicht auf der Gerade RB

Ist G nicht auf der Gerade RB positioniert, dann ist der Copter zu hoch (G oberhalb von Gerade RB) oder zu tief (G unterhalb Gerade RB) positioniert. Dies muss über eine Änserung des Throttle korrigiert werden.

Punkt G befindet sich nicht in der Mitte der Strecke RB

Befindet sich G auf der Gerade RB näher an B, dann muss die Copterposition nach links korrigiert werden. Ist G näher an R, wird nach rechts korrigiert. Dies erfolgt durch eine Modifikation des Roll Wertes.

Gemischte Korrekturen

In der Praxis werden alle oben genannten Korrekturen gleichzeitig auftreten:

Berechnungspraxis

jkkjgkj

 

Erneuter Tausch der Fernbedienung

Am Anfang des Projektes sind wir von der Graupner-jr mx12(35MHZ) auf die FlySky FS-i6(2.4GHZ) umgestiegen, wie schon in einem vergangen Beitrag beschrieben. Nun haben wir erneute die Fernbedienung gewechselt. Entschieden wurde sich für die FrSky Taranis Q X7(2.4GHZ). Dies lag an folgenden Dingen:

  • Unsere letzte Fernbedienung bzw. Empfänger hatten nicht genug Kanäle, sechs um genau zu sein. Die ersten vier Kanäle wurden schon für den ganz normalen Flug gebraucht(Throttle, Pitch usw.). Ein weiterer für das Armen. So blieb uns nur ein Kanal übrig für GPS-Tests, das Ändern von Flugmodi oder andere Tests.
  • Die neue Fernbedienung & Empfänger bieten auch Funktionen, wie das Zurückschicken von der Akkuspannung. Das ermöglicht uns abzulesen, ob der Akku bald seine untere Zellspannung erreicht und gewechselt werden muss.
  • All dies und noch deutlich mehr ist mit dieser Fernbedienung möglich und sie war deshalb eine sehr gute Ergänzung zu unserem Projekt.

Projekt Fortschritt(Stand 1.09.2017)

Was schon fertig ist :

  • Ein QuadCopter, der gesteuert von einer Fernbedienung sehr stabil und sicher fliegt
  • Eine grobe App, welche Farbpunkte(LEDs) auf einem Stab erkennen kann
  • Eine serielle Verbindung zwischen dem Handy(der App) und dem Quadcopter

Was noch gemacht werden muss :

  • Kontrolle des Quadcopters über das Handy(die App), um den Quadcopter an die richtige Stelle zu fliegen

3D-Druck und 3D-Design

Da die Technik des 3D-Drucks immer weiter voranschreitet und auch zugänglicher wird, wird sie immer attraktiver. Man kann mit den 3D-Druck nicht nur sehr einfach Prototypen erstellen, sondern auch ein durchaus funktional Produkt herstellen. Natürlich funktioniert nichts ohne ein einfache Idee, doch sobald man anfängt ein 3D-Modell zu erstellen, fällt einem immer mehr ein. Um gut in ein solches CAD-Programm einzusteigen, ist es gut eine Idee so umzusetzen, wobei man alles beachtet und nicht durch Schwierigkeiten oder fehlendes Wissen des Programmes diese Idee vereinfacht. Wenn man nämlich genau das umsetzt was man sich vorstellt, lehrt man schneller als gedacht das Programm und seine Grundfunktionen. Hierbei zählt wie bei vielem „Übung macht den Meister“. Das tolle daran ist,dass man nicht jedes Teil z.B. aus Holz schneiden muss, sondern, dass man sehr einfach Dinge ändern kann, bevor man sie druckt.
Ich selbst bin totaler Anfänger, aber habe mich schon immer für das Thema interessiert und mit diesem Jufo Projekt trifft sich das sehr gut. Ich empfehle jedem, der sich dafür interessiert, das Programm Autodesk 123d Design. Dieses Programm lässt sich schnell runterladen und man kann damit sofort anfangen. Es bietet eine Fülle an Funktionen, welche logisch sortiert sind, was das designen einfacher macht. Ich habe selber damit angefangen, doch bin später auch Autodesk Fusion 360 umgestiegen. Fusion 360 bietet meiner Meinung nach mehr Funktionen zum Veranschaulichen des Projektes und zur Strukturierung.

Was für einen sicheren Drohnen-Flug beachtet werden muss

Für einen sicheren Flug mit einer Drohne sollte folgendes beachtet werden:

  1. Die Drohne sollte mit einem Schalter an der Fernbedienung armed bzw gedisarmed werden können, damit die Motoren abgeschaltet werden können, wenn es eine Gefahr gibt
  2. Die Akkus der Fernbedienung sollten voll geladen sein.
  3. Die Propeller der Drohne sollten nicht beschädigt sein, das heißt nach einem Crash sollten immer neue Propeller verwendet werden, damit sie nicht während dem Flug zerbrechen.