ΣΔΙ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΗΜΑ ΜΗΥΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΣΙΣΛΟ ΠΣΤΥΙΑΚΗ ΔΡΓΑΙΑ: - ΤΗΛΕΧΕΘΡΘΖΟΜΕΝΟ ΑΕΡΟΠΛΑΝΟ ΣΩΝ ΦΟΙΣΗΣΩΝ ΚΔΙΓΗ ΥΡΙΣΟΦΟΡΟΤ 2848 ΣΙΝΙΣΙΓΗ ΙΟΡΓΑΝΗ 2883 ΜΔ ΔΠΙΒΛΔΠΟΝΣΑ ΚΑΘΗΓΗΣΗ Γρ. ΠΟΓΑΡΙΓΗ ΓΗΜΗΣΡΙΟ ΚΑΒΑΛΑ ΜΑΙΟ 2015
ΔΤΥΑΡΗΣΗΔ Ζ παξνύζα πηπρηαθή εξγαζία µε ζέκα «ΣΖΛΔΥΔΗΡΗΕΟΜΔΝΟ ΑΔΡΟΠΛΑΝΟ», πξαγκαηνπνηήζεθε, ζην πιαίζην ηεο πηπρηαθήο εξγαζίαο ηνπ ηκήκαηνο Μεραληθώλ Πιεξνθνξηθήο ηεο ρνιήο Σερλνινγηθνύ Δθπαηδεπηηθνύ Ηδξύκαηνο Αλαηνιηθήο Μαθεδνλίαο θαη Θξάθεο. ην ζεκείν απηό πξέπεη λα εθθξαζηνύλ εηιηθξηλείο θαη ζεξκέο επραξηζηίεο ζε όζνπο ζπλέβαιαλ ζηελ νινθιήξσζε απηήο ηεο πξνζπάζεηαο : Καη πξώηα απ όια, ζηνλ επηβιέπσλ θαζεγεηή Πνγαξίδε Γεκήηξην γηα ηε ζπλερή θαζνδήγεζε, ηελ ακέξηζηε ππνζηήξημε, ηηο νπζηώδεηο ζπκβνπιέο, θαζώο θαη ηελ αδηάθνπε ζπκπαξάζηαζε θαη ελζάξξπλζε πνπ παξείρε ζε όιν απηό ην δηάζηεκα. Σέινο ζα πξέπεη λα δνζεί επραξηζηία ζε απηνύο, πνπ µε ηελ θαζεκεξηλή ηνπο ζπκπαξάζηαζε, ηελ ππνκνλή ηνπο θαη ηελ ζεηηθή ηνπο ζθέςε, ηδηαίηεξα ηηο επνρέο ησλ κεγάισλ δηιεµµάησλ, ζπλέβαιαλ ζηελ εθπιήξσζε ηνπ ζηόρνπ απηνύ. 2
Περιεχόμενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι.... 5 1.1 ΕΙΑΓΩΓΗ... 5 1.2 ΑΕΡΟΠΛΑΝΟ... 6 1.3 ΓΑΝΣΙ... 6 1.4 ΚΩΔΙΚΑ... 6 1.5 ΑΕΡΟΔΤΝΑΜΙΚΗ... 6 1.6 ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΑ... 7 1.7 MΙΚΡΟΕΛΕΓΚΣΗ... 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ. Θεωρητική Ειςαγωγή... 8 2.1 ΚΟΠΟ... 8 2.2 ΤΠΟΤΣΗΜΑΣΑ... 8 2.3 ΑΠΑΙΣΗΕΙ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΩΝ... 9 2.4 ΧΕΔΙΟ ΑΕΡΟΚΑΦΟΤ... 10 2.5 ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΗ ΧΕΔΙΑΗ... 11 2.6 ΧΡΟΝΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ... 12 3.1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΗΛΕΚΣΟΝΙΚΩΝ... 13 3.2 ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟ ΧΕΔΙΟ... 15 3.2.1 χζδιο Αεροςκάφουσ... 15 3.2.2 χζδιο Γαντιοφ... 16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV. Λογιςμική χεδίαςη του υςτήματοσ... 17 4.1 ΑΝΑΠΣΤΞΗ ΛΟΓΙΜΙΚΟΤ... 17 4.2 ΠΡΟΕΣΟΙΜΑΙΑ ΑΕΡΟΚΑΦΟΤ... 17 4.3 ΧΕΔΙΑΗ ΛΟΓΙΜΙΚΟΤ... 18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ V. Ενιαιοποίηςη και ζλεγχοσ του ςυςτήματοσ... 22 5.1 ΟΛΟΚΛΗΡΩΗ ΤΠΟΤΣΗΜΑΣΩΝ (Hardware)... 22 5.2 ΕΝΙΑΙΟΠΟΙΗΗ ΚΩΔΙΚΑ... 22 5.2.1 Ενιαιοποιήςη κώδικα και Hardware Αεροςκάφουσ... 22 5.2.2 Ενιαιοποιήςη κώδικα και Hardware Γαντιοφ... 23 5.3 Ζλεγχοσ Κώδικα και Τποςυςτημάτων... 25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ VI. Αποτελζςματα-Προτάςεισ για περεταίρω εργαςίεσ ςτο ςφςτημα.... 32 6.1 ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ... 32 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Ι. ΛΟΓΙΜΙΚΟ... 33 Δίπλωμα θζςησ Receive... 33 Δίπλωμα θζςησ Tranceive... 39 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ ΙΙ.... 48 3
Βιβλιογραφία:... 52 4
ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι. 1.1 ΕΙΑΓΩΓΗ Ξεθηλώληαο πξώηα από όια ζα πξέπεη λα γίλεη κηα εηζήγεζε ζρεηηθά κε ην ηη είλαη έλα RC(radio-controlled) aircraft θαη κε ην ηη ζα αζρνιεζεί ε παξαθάησ έξεπλα. Σν RC aircraft ινηπόλ είλαη έλα κηθξό ηειεθαηεπζπλόκελν αεξνζθάθνο ην νπνίν ρεηξίδεηαη έλαο ρξήζηεο απνκαθξπζκέλα θξαηώληαο έλαλ κεραληζκό ρεηξηζκνύ ζπλήζσο θάπνην ηειερεηξηζηήξην. Απηό ην ηειερεηξηζηήξην επηθνηλσλεί κε ην αεξνζθάθνο αζύξκαηα θαη ζηέιλεη θάπνηα ζήκαηα ζε ελζσκαησκέλνπο θηλεηήξεο Servo νη νπνίνη ειέγρνπλ ηελ θίλεζε ηνπ αεξνζθάθνπο ζηνπο αμίσλεο x,y,z. Σα RC aircrafts αξρηθά θαηαζθεπάζηεθαλ σο ρόκπη θαη πζηέξα ρξεζηκνπνηήζεθαλ από θπβεξλήζεηο γηα ζηξαηησηηθέο ππεξεζίεο γηα λα καδεύνπλ πιεξνθνξίεο γηα ηνλ θαηξνύ, γηα λα κειεηεζεί αξρηθά ε αεξνδπλακηθή θαη ν ζρεδηαζκόο πξαγκαηηθώλ αεξνζθαθώλ. Πνιύ αξγόηεξα αξρίζαλ λα ρξεζηκνπνηνύληαη θαη σο θαηαζθνπηθά αεξνζθάθε. ηελ έξεπλα απηήλ ζα παξνπζηαζηή κηα λέα κέζνδνο ηειερεηξηζκνύ πέξα ηνπ θιαζηθνύ ηειερεηξηζηήξηνπ θαη ζα γίλεη θαη κηα λέα κέζνδνο αζύξκαηεο επηθνηλσλίαο θαη ειέγρνπ θίλεζήο ελόο αεξνζθάθνπο. Αξρηθά ζε απηήλ ηελ πηπρηαθή εξγαζία ζα εμεγεζεί ν ηξόπνο θαη ε κέζνδνο κε ηελ νπνία έγηλε δπλαηόλ λα επηθνηλσλνύλ δύν ελζσκαησκέλα ζπζηήκαηα. Θα γίλεη αλαθνξά γηα ην πώο μεθίλεζε ν ζθνπόο απηήο ηεο εξγαζίαο ζε ζεσξεηηθά πιαίζηα θαη ην πώο έγηλε ε αλάιπζε θαη ε επεμεξγαζία ησλ πιεξνθνξηώλ ώζηε λα πξνθύςεη θαη λα πινπνηεζεί απηή ε εξεπλά πηπρηαθή εξγαζία. Ζ έξεπλα απηή έρεη σο απνηέιεζκα λα παξνπζηάζεη ηελ δπλαηόηεηα ελόο λένπ ηξόπνπ ηειερεηξηζκνύ ζε έλα κνληέιν αεξνπιάλνπ απνκαθξπζκέλα. Υξεζηκνπνηήζεθαλ δπν κηθξνειεγθηέο Arduino θαη θάπνηα πεξηθεξεηαθά θπθιώκαηα θαη ππνζπζηήκαηα ώζηε λα πινπνηεζεί ε αζύξκαηε επηθνηλσλία θαη ν έιεγρνο ιεηηνπξγίαο όισλ ησλ ππνζπζηεκάησλ. Γηα λα κπνξέζνπλ λα ιεηηνπξγήζνπλ ηα ππνζπζηήκαηα κε νκαιόηεηα, αζθάιεηα, αθξίβεηα, θαη ηαπηόρξνλα ζε πξαγκαηηθό ρξόλν ρξεηάζηεθε λα πινπνηεζεί ν θαηάιιεινο θώδηθαο. Οη ζρεδίαζε θαη πινπνίεζε ηνπ θώδηθα έγηλε ζε παξάιιεια ζηάδηα δειαδή θαζώο γηλόηαλ ν έιεγρνο ηνπ θώδηθα γηλόηαλ θαη ε ζύλδεζε απηνύ ζην αληίζηνηρν θνκκάηη ππνζπζηήκαηνο μερσξηζηά. ηαδηαθά θαη εθόζνλ νη θώδηθεο γηα ην θάζε ππνζύζηεκα ιεηηνπξγνύζαλ βάζε ησλ απαηηήζεσλ πνπ ηέζεθαλ έγηλε ε εληαηνπνίεζε απηώλ ζε έλα νινθιεξσκέλν θώδηθα πνπ πιεξνύζε όιεο ηηο απαηηήζεηο. Δθόζνλ νινθιεξώζεθε ε εληαηπνηήζεη ηνπ θώδηθα άξρηζε ν έιεγρνο απηνύ, θαζώο δελ έιεηςαλ θαη ε δηνξζώζεηο ζε απηόλ όπσο θαη ζηα ππνζπζηήκαηα. Σέινο, κε ηελ νινθιήξσζε ηεο εξεπλάο θαη πινπνηήζεηο ηνλ ππνζπζηεκάησλ θαη ηνπ θώδηθα, έγηλαλ θαη θάπνηεο παξαηεξήζεηο γηα βειηίσζε ηνπ ζπζηήκαηνο πξνγξακκαηίζηεθα, θαηαζθεπάζηεθα, κεραλνινγηθά θαη εκθαληζηαθά. 5
1.2 ΑΕΡΟΠΛΑΝΟ Πξηλ αξρίζεη ε πινπνίεζε απηήο ηεο εξεπλάο έγηλαλ κειέηεο γηα ηελ κεραλνινγηθή θαηαζθεπή ηνπ αεξνπιάλνπ θαη ην πνζό ιεηηνπξγηθή θαη απνδνηηθή είλαη. Αξρηθά έγηλαλ αξθεηέο θαηαζθεπέο κέρξη λα νξηζηηθνπνηεζεί ε θαηάιιειε. Υξεηάζηεθαλ λα γίλνπλ κειέηεο ζε ηνκέα κεραλνινγίαο γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ αεξνπιάλνπ θαη ζε ηνκέα θπζηθήο γηα ηελ ζσζηή ζρεδίαζε ηνπ αεξνπιάλνπ αεξνδπλακηθά ώζηε λα γίλεηαη ζσζηή θαη νκαιή ε θίλεζε ηνπ αεξνπιάλνπ. Γηα λα μεθηλήζεη ε αλαπηύμεη ηνπ θώδηθα έπξεπε λα νινθιεξσζεί ην ειεθηξνληθό θνκκάηη θαη έπξεπε λα γίλνπλ όια ηα θπθιώκαηα ηα νπνία ζα ήηαλ αλαγθαία ζηελ θαηάιιειε ιεηηνπξγία. Έκθαζή δόζεθε αξρηθά ζηελ επηινγή κηθξνειεγθηή, ζηνλ ηξόπν επηθνηλσλίαο, ζηνλ θηλεηήξα, αιιά θαη ζηνλ ηξόπν ηξνθνδνζίαο ηνπ ππνζπζηήκαηνο. 1.3 ΓΑΝΣΙ Σν γάληη νπζηαζηηθά ήηαλ ην όξγαλν κε ηνλ νπνίν ζα ρεηξηδόκαζηε όιν ην αεξνπιάλν. ε απηό έγηλε ελζσκάησζε ελόο ππνζπζηήκαηνο επηθνηλσλίαο κε ην αεξνπιάλν θαη ελόο ππνζπζηήκαηνο δηαρείξηζεο ηνπ αεξνπιάλνπ. Ζ θαηαζθεπή απηή έγηλε κε ζθνπό λα αλαδεηρζεί κηα λέα κέζνδνο αζπξκάηνπ ηειερεηξηζκνύ. 1.4 ΚΩΔΙΚΑ Ξεθηλώληαο ηελ αλάπηπμε ηνπ θώδηθα έγηλαλ πάξα πνιιέο αλαθνξέο ζε βηβιία θαη ηζηνζειίδεο κε πεγέο νη νπνίεο ήηαλ πνιύ ρξήζηκεο γηα ηελ παξακεηξνπνίεζε ησλ ππνζπζηεκάησλ ηνπ αεξνπιάλνπ ώζηε λα ιεηηνπξγνύλ νξζά θαη κε αθξίβεηα. Ζ δηαδηθαζία ειέγρνπ ηνπ θώδηθα έγηλε κε βάζε ηηο απαηηήζεηο ν νπνίνο ζα έπξεπε λα ηηο πιήξε όιεο ώζηε ε έξεπλα λα ζεσξεζεί επηηπρείο. 1.5 ΑΕΡΟΔΤΝΑΜΙΚΗ Ο επηζηεκνληθόο θιάδνο απηόο έρεη σο αληηθείκελν έξεπλαο θαη κειέηεο ηνπο λόκνπο πνπ δηέπνπλ ηε ξνή ηνπ αέξα γύξσ από δηάθνξα ζώκαηα πνπ έρνπλ εηδηθή κνξθή κε πεξηνξηζκέλε ηε κία από ηηο ηξεηο δηαζηάζεηο ηνπο θαηά θαηεύζπλζε θίλεζεο, θαζώο θαη ηε θίλεζε απηώλ κέζα ζηνλ αέξα. 6
1.6 ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΑ Δμίζνπ ζεκαληηθόο είλαη θαη ν κεραλνινγηθόο ζρεδηαζκόο ησλ θηεξώλ ηνπ αεξνπιάλνπ ώζηε λα γίλεηε ε ζσζηή θίλεζε ζηελ αλύςσζε θαη ζηελ κείσζε ηνπ ύςνπο ηνπ αεξνπιάλνπ. Ο έιεγρνο θίλεζεο ζα γίλεη από ηα πίζσ θηεξά ηνπ αεξνπιάλνπ ζηνπο άμνλεο x θαη y. 1.7 MΙΚΡΟΕΛΕΓΚΣΗ ε απηήλ ηελ έξεπλα ρξεζηκνπνηήζεθε ν κηθξνειεγθηήο Arduino. Σν Arduino είλαη έλαο single-board κηθξνειεθηήο, δειαδή κηα απιή κεηξηθή πιαθέηα αλνηθηνύ θώδηθα, κε ελζσκαησκέλν κηθξνειεγθηή θαη εηζόδνπο/εμόδνπο, θαη ε νπνία κπνξεί λα πξνγξακκαηηζηεί κε ηε γιώζζα Wiring (νπζηαζηηθά πξόθεηηαη γηα ηε γιώζζα πξνγξακκαηηζκνύ C++ θαη έλα ζύλνιν από βηβιηνζήθεο, πινπνηεκέλεο επίζεο ζηελ C++ ). Σν Arduino κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηελ αλάπηπμε αλεμάξηεησλ δηα δξαζηηθώλ αληηθεηκέλσλ αιιά θαη λα ζπλδεζεί κε ππνινγηζηή κέζσ πξνγξακκάησλ ζε Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider. 7
ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ. Θεωρητική Ειςαγωγή 2.1 ΚΟΠΟ θνπόο ηεο πηπρηαθήο απηήο είλαη λα παξνπζηαζηεί κηα λέα κέζνδνο ηειερεηξηζκνύ ελόο αεξνζθάθνπο. ην ζπγθεθξηκέλν Project (έξγν) πξνο πινπνίεζε είλαη ε δεκηνπξγία ελόο ελζσκαησκέλνπ ζπζηήκαηνο ηειερεηξηδόκελνπ αεξνπιάλνπ κέζσ ελόο γαληηνύ. Βαζηθνί ζηόρνη ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη ε αθξίβεηα θαη ν έιεγρνο θίλεζεο ηνπ αεξνπιάλνπ. ην έξγν απηό ζα παξνπζηάδεηαη ην πσο είλαη δπλαηόλ λα επηθνηλσλνύλ δπν ελζσκαησκέλα ζπζηήκαηα κεηαμύ ηνπο δειαδή ε επηθνηλσλία ηνπ γαληηνύ κε ην αεξνπιάλν. Βαζηθέο ιεηηνπξγίεο ηεο ζα είλαη ε πξνζνκνίσζε θηλήζεσλ (δεμηά, αξηζηεξά, πάλσ, θάησ) ελόο αεξνπιάλνπ νη νπνίεο ζα γίλνληαη ππό ηηο νδεγίεο ηνπ ρξήζηε πνπ θνξάεη ην γάληη. Ζ επηθνηλσλία γαληηνύ θαη αεξνπιάλνπ ζα γίλεηαη αζύξκαηα ζε πξαγκαηηθό ρξόλν. 2.2 ΤΠΟΤΣΗΜΑΣΑ Γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ αεξνπιάλνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ζθιεξό καθεηόραξην ώζηε λα απεηθνληζηεί έλα κνληέιν αεξνπιάλνπ. Υξεζηκνπνηήζεθε έλα Brushless Motor ην νπνίν ήηαλ ε βαζηθή πεγή ηεο ώζεζεο ηνπ αεξνπιάλνπ, θαη δπν Servo Motors ηα νπνία βάζε ηεο επηθνηλσλίαο ζα ειέγρνπλ ηεο θίλεζεο ησλ πίζσ θηεξώλ ηνπ αεξνπιάλνπ Σν κνληέιν απηό πξέπεη λα πιεξνί όιεο ηεο πξνϋπνζέζεηο αεξνδπλακηθήο. Σα πξώηα ζηάδηα ήηαλ ε ηνπνζέηεζε ηνπ θηλεηήξα ώζηε λα είλαη αζθαιείο ε ρξήζε ηνπ αεξνπιάλνπ. ην επόκελν ζηάδην ηνπνζεηήζεθαλ νη Servo θηλεηήξεο ζε ζεκεία πνπ ζα κπνξνύλ κε επθνιία λα κπνξνύλ λα κεηαθηλνύλ ηα πίζσ θηεξά ώζηε λα ειέγρεηε ε θίλεζε ηνπ αεξνπιάλνπ.. 8
Γηα λα επηηεπρζεί ε αζύξκαηε επηθνηλσλία θαη ν έιεγρνο ηνπ αεξνπιάλνπ ρξεζηκνπνηήζεθε αξρηθά έλαο αηζζεηήξαο XBEE γηα επηθνηλσλία θαη έλαο αηζζεηήξαο GYRO γηα ηνλ έιεγρν θίλεζήο ηνπ αεξνπιάλνπ. εκαληηθό είλαη όηη θαη ηα δπν ζπζηήκαηα είλαη εμ νινθιήξνπ απηνζρέδηεο θαηαζθεπέο ζπγθεθξηκέλα γηα ηελ έξεπλα θαη ηελ παξνπζίαζε απηήο ηεο πηπρηαθήο. 2.3 ΑΠΑΙΣΗΕΙ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΩΝ Οη βαζηθέο ιεηηνπξγίεο ηνπ κνληέινπ απηνύ είλαη λα θάλεη κε κεγάιε αθξίβεηα θαη νκαιόηεηα θάζε θίλεζε πνπ κπνξεί λα θάλεη έλα αεξνπιάλν επηπιέσλ θαη ηνλ έιεγρν ηαρύηεηαο απηνύ δειαδή αλαιπηηθά: i. Με αλύςσζε ηνπ ρεξηνύ ην αεξνπιάλν ζα αλεβάδεη πςόκεηξν. ii. Με θαηέβαζκα ηνπ ρεξηνύ ην αεξνπιάλν ζα θαηεβάδεη πςόκεηξν. iii. Μεηαθηλώληαο ην ρέξη αξηζηεξά ην αεξνπιάλν ζα ζηξίβεη αξηζηεξά. iv. Αληίζηνηρα κεηαθηλώληαο ην ρέξη δεμηά ην αεξνπιάλν πεγαίλεη δεμηά. v. Με ηα δάρηπια ζα ειέγρνπκε ηελ ηαρύηεηα ηνπ αεξνπιάλνπ. Οη παξαπάλσ απαηηήζεηο είλαη δπλαηόλ λα πινπνηεζνύλ αιιά ππάξρνπλ θαη θάπνηεο κε ιεηηνπξγηθέο απαηηήζεηο νη νπνίεο ζα πξέπεη όζν είλαη δπλαηόλ λα πινπνηεζνύλ σο έλα βαζκό γηα θαιύηεξε απνδώζεη ηεο εξεπλάο απηήο: i. Σν ζύζηεκα πξέπεη λα είλαη 100% αμηόπηζην ζηελ ιεηηνπξγία ηνπ. ii. Ζ επηθνηλσλία λα είλαη κεγάιεο απόζηαζεο. iii. Οη θηλήζεηο λα είλαη κεγάιεο αθξίβεηαο. ε νπνηαδήπνηε πεξίπησζε βιάβεο ηνπ αεξνπιάλνπ θαη ηνπ γαληηνύ λα είλαη επδηάθξηηεο, ζαθείο, άκεζεο θαη εκθαλώο δηαρσξηζκέλεο ώζηε λα κπνξεί ν ειεγθηήο ηνπ ζπζηήκαηνο λα επέκβεη άκεζα ζηελ δηόξζσζε νπνηνπδήπνηε ηερληθνύ ή θάπνηαο άιιεο βιάβεο. 9
Ζ όιε θαηαζθεπή πξέπεη λα γίλεη κε αμηόπηζηα θαη κεγάιεο αληνρήο πιηθά ώζηε λα κπνξέζνπλ λα αληαπεμέιζνπλ ζηηο αλάγθεο ηνπ ζπζηήκαηνο ρσξίο λα δηαβξσζνύλ θαη λα ιακβάλνπλ ζπλερή ζπληήξεζε. ηελ ζπγθεθξηκέλε πεξίπησζε ηπραίλεη λα κελ είλαη όια ηα πιηθά κεγάιεο αληνρήο δηόηη δελ ζα ππήξρε θαη ε δπλαηόηεηα επίδεημεο δπλαηόηεησλ απηήο ηεο έξεπλαο. 2.4 ΧΕΔΙΟ ΑΕΡΟΚΑΦΟΤ Σν αξρηηεθηνληθό ζρέδην ηνπ αεξνζθάθνπο έγηλε βάζε θάπνηνλ πεγώλ αεξνδπλακηθήο ώζηε λα είλαη ζσζηή ε θίλεζε θαη ε ιεηηνπξγία ειέγρνπ ησλ θηεξώλ. Αξρηθά ζρεδηαζηηθέ ην ζρήκα ηνπ αεξνζθάθνπο γηα λα είλαη αεξνδπλακηθό θαη ύζηεξα ζρεδηαζηήθαλ ηα θηεξά ώζηε λα έρνπλ ηνλ θαηαιιειόηεξν έιεγρν ηνπ αεξνζθάθνπο. Γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ αεξνζθάθνπο ρξεζηκνπνηήζεθε καθεηόραξην ην νπνίν ζαλ πιηθό ήηαλ ειαθξύ θαη αξθεηά νηθνλνκηθό. 10
2.5 ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΗ ΧΕΔΙΑΗ ην ζεκείν απηό έγηλε ε πξόζζεζε ησλ θηλεηήξσλ Servo θαη ηνπ Brushless θηλεηήξα. Οη Servo θηλεηήξεο ηνπνζεηήζεθαλ ζε ζεκεία ζηα νπνία είλαη δπλαηόλ λα κπνξνύλ λα κεηαθηλνύλ ηα θηεξά ζηελ νπξά ηνπ αεξνζθάθνπο ώζηε λα αιιάδεη ε θίλεζε ηνπ. Ο Brushless θηλεηήξαο ηνπνζεηήζεθε ζηελ κπξνζηηλή πιεπξά ηνπ αεξνζθάθνπο γηα κεγαιύηεξε επρξεζηία δηόηη απηόο νπζηαζηηθά ζα θηλεί ην αεξνζθάθνο βάζε ζρεδίσλ αιιά όπσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ απηό είλαη κνληέιν αεξνζθάθνπο. 11
2.6 ΧΡΟΝΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ Βάζε ηεο κειέηεο πνπ έγηλε ζρεηηθά κε ην ζέκα ηεο ζπγθεθξηκέλεο πηπρηαθήο είλαη ην όηη έγηλαλ πνιιέο αλαθνξέο ζε ζέκαηα ηα νπνία δελ είραλ λα θάλνπλ κε γλώζεηο πιεξνθνξηθήο κόλν αιιά θαη θπζηθήο θαη ζρεδίνπ, νπόηε απηό είλαη ινγηθό όηη θαζπζηέξεζε ηελ νινθιήξσζε απηήο ηεο έξεπλαο. Αξρηθά θαιύθζεθε πνιύο ρξόλνο ζηηο ζεσξίεο αεξνδπλακηθήο γηα λα ζρεδηαζηεί θαηαιιειά ην αεξνζθάθνο θαη λα γίλεη ζσζηή θαηαλνκή βάξνπο. Σν κνληέιν πνπ ηειηθά ζρεδηαζηηθέ σο ην αληηθείκελν απηνύ ηνπ project ζρεδηαζηηθέ επίζεο ζε νξηζκέλν ρξνληθό δηάζηεκα κε απηόλ ηνλ ηξόπν έηζη ώζηε λα γίλνπλ θαηάιιειεο εξγαζίεο δειαδή λα γίλεη ζσζηή ηνπνζέηεζε ησλ θηλεηήξσλ θαη ηνλ θπθισκάησλ ζε ζεκεία πνπ λα κελ δηαβξσζνύλ. Σέινο ν ππόινηπνο ρξόλνο δηακνηξάζηεθε κε ηξόπν ηνλ νπνίν λα γίλεη ζσζηά ε αλαπηύμεη θώδηθα θαη ελληαηνπνίεζε απηνύ ώζηε λα γίλνπλ ε ηειηθέο ξύζκηζεο θαη ηειηθά λα νινθιεξσζεί ε έξεπλα απηή. ε απηό ην πιαίζην ζα γίλεη ε αξρηθή εθηίκεζε ρξόλνπ πνπ πξέπεη λα δηαρεηξηζηή ώζηε ην project ή εξεπλά λα έρεη νινθιεξσζεί. Σν ρξνλνδηάγξακκα πνπ ζα αθνινπζεζεί είλαη ην εμήο: Γηάγξακκα Gantt: Μαρ 2014 Απρ 2014 Μαϊ 2014 Ιουν 2014 Ιουλ 2014 Αυγ 2014 Σεπ 2014 Οκτ 2014 Νοε 2014 ID Τηλεχειριζόμενο αεροπλάνο Start Finish Duration 16/3 23/3 30/3 6/4 13/4 20/4 27/4 4/5 11/5 18/5 25/5 1/6 8/6 15/6 22/6 29/6 6/7 13/7 20/7 27/7 3/8 10/8 17/8 24/8 31/8 7/9 14/9 21/9 28/9 5/10 12/10 19/10 26/10 2/11 9/11 16/11 23/11 1 Προ Φάςη - Φάςη 0 18/3/2014 23/5/ 2014 9,8w 2 Φάςη 0 - Απαιτήςεισ 26/5/2014 30/6/ 2014 5,2w 3 Φάςη 2 - Προδιαγραφζσ χεδίαςη 1/7/2014 1/8/2014 4,8w 4 Φάςη 3 - Τλοποίηςη 5/8/2014 30/10/ 2014 12,6w 5 Φάςη 4 Ζλεγχοσ 28/11/ 31/10/2014 Επικφρωςη 2014 4,2w 6 Παράδοςη 28/11/2014 28/11/ 2014,2w Γηάγξακκα Pert: ε απηά ηα πιαίζηα βάζε ζρεδίσλ πνπ ηέζεθε ζεσξείηαη όηη ε έξεπλα απηή ελδέρεηαη λα νινθιεξσζεί. Όια ηα ζηάδηα επεμεξγαζίαο πιεξνθνξηώλ αλάπηπμεο, πινπνίεζεο, ελληαηνπνίεζεο, θαη ν έιεγρνο ηνπ έξγνπ ζα πξέπεη λα νινθιεξσζνύλ βάζε απηώλ ηνλ δηαγξακκάησλ. Ζ ζσζηή δηαρείξηζε ηνπ ρξόλνπ ζα είλαη θαη ν ζσζηόο νδεγόο θαιπηέξνπ απνηειέζκαηνο ηεο εξεπλάο απηήο. 12
ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ. Ηλεκτρονική χεδίαςη του υςτήματοσ 3.1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΗΛΕΚΣΟΝΙΚΩΝ ε απηό ην πιαίζην ζα γίλεη πεξηγξαθή ησλ ραξαθηεξηζηηθώλ ησλ ειεθηξνληθώλ θαη πεξηθεξηθώλ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ώζηε λα πινπνηεζεί θαη λα νινθιεξσζεί ην project. i) Υξεζηκνπνηήζεθαλ αξρηθά δπν κηθξνειεγθηέο Arduino νη νπνίνη ηνπνζεηήζεθαλ έλαο ζην γάληη θαη έλαο ζην αεξνζθάθνο. Όπσο αλαθέξζεθε ζηελ εηζαγσγή ν Arduino είλαη έλαο single-board κηθξνειεθηήο, δειαδή κηα απιή κεηξηθή πιαθέηα αλνηθηνύ θώδηθα, κε ελζσκαησκέλν κηθξνειεγθηή θαη εηζόδνπο/εμόδνπο, θαη ε νπνία κπνξεί λα πξνγξακκαηηζηεί. Παξαθάησ ζα παξνπζηαζηνύλ ηα ραξαθηεξηζηηθά ελόο Arduino. Μηθξνειεγθηήο Atmega328 Σάζε ιεηηνπξγίαο 5V Σάζε εηζόδνπ(ζπληζηάηαη) 7-12V Σάζε εηζόδνπ(νξηαθά) 6-20V Φεθηαθέο Δίζνδνη/Έμνδνη Pins 14 Αλαινγηθέο Δίζνδνη Pins 6 DC Ρεύκα αλά Δίζνδν/Έμνδν Pin 40mA DC Ρεύκα γηα 3.3V Pin 50mA Clock Speed 16MHz ii) Ζ επηθνηλσλία ησλ δπν ππνζπζηεκάησλ έγηλε κε ην ζύζηεκα επηθνηλσλίαο XBee. Σα XBee έρνπλ εκβέιεηα σο θαη 300 κεηξά ζε θιεηζηνύο ρώξνπο ιόγν παξεκβνιώλ θαη σο 2 ρηιηόκεηξα ζε εμσηεξηθνύο αλνηθηνύο ρώξνπο. iii) Ζ ηαρύηεηα ηνπ αεξνπιάλνπ ζα ειέγρεηε από έλαλ Flex αηζζεηήξα νπνίνο όζν πην πνιύ ιπγίδεη ηόζν ζα κεγαιώλεη θαη ε ηαρύηεηα ηνπ θηλεηήξα ζα απμάλεη. 13
iv) Οη Servo θηλεηήξεο ρξεζηκνπνηνύληαη ζε ηειεθαηεπζπλόκελα κνληέια αιιά θαη ζε πνιιέο ξνκπνηηθέο εθαξκνγέο. ηελ πεξίπησζε απηήο ηεο έξεπλαο ρξεηάζηεθαλ δπν Servo θηλεηήξεο ζπλερνύο ξεύκαηνο ώζηε λα ππάξρεη ε δπλαηόηεηα ειέγρνπ ηνλ πίζσ θηεξώλ σο πξνο ηνλ άμνλα x θαη y. v) Υξεζηκνπνηήζεθε επίζεο έλαο Gyro LD3 νπνίνο θάλεη ηη ιεηηνπξγεία ηνπ γπξνζθνπίνπ δειαδή ιεηηνπξγεί ζε ηξεηο δηαζηάζεηο x, y, z. Δδώ ρξεζηκνπνηήζακε κόλν δπν από ηεο ηξεηο δηάζηαζεο θαη ε εξγαζία ηνπ ήηαλ λα ειέγρεη ηηο θίλεζεο ηνπ αεξνπιάλνπ ζηα πίζσ θηεξά ζηνπο άμνλεο x, y. vi) Δπίζεο γηα λα θαιπθζεί ε ηξνθνδνζία ηνπ αεξνζθάθνπο θαη ηνπ γαληηνύ ρξεηάζηεθε λα ηνπνζεηεζνύλ ηξηώλ εηδώλ κπαηαξίεο. Αξρηθά γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ θηλεηήξα ρξεηάζηεθε κπαηαξηά 2000mah θαη κηα ησλ 1000mah ζε πεξίπησζε ρακειήο κπαηαξίαο, θαη δπν κπαηαξίεο ησλ 9V γηα ηελ ηξνθνδνζία ησλ Arduino ελόο ζην γάληη θαη ελόο ζην αεξνζθάθνο. 14
3.2 ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟ ΧΕΔΙΟ 3.2.1 χζδιο Αεροςκάφουσ Παξαθάησ ζα παξνπζηαζηή ην ειεθηξνληθό ζρέδην θαη ηα θπθιώκαηα ησλ ππνζπζηεκάησλ ώζηε λα επηηεπρζεί ην απνηέιεζκα ηεο εξεπλάο αξρηθά ζρεδηάζηεθε ην θύθισκα ηνπ αεξνπιάλνπ ζην νπνίν ηνπνζεηήζεθαλ ην Arduino, δπν Servo θηλεηήξεο, ν brushless θηλεηήξαο, ε επηθνηλσλία XBee, κηα LIPO κπαηαξηά,θαη ηέινο κηα κπαηαξία ησλ 9V γηα ηελ ηξνθνδνζία ηνπ Arduino. Αθνινπζεί ην ειεθηξνληθό ζρέδην ηνπ ππνζπζηήκαηνο ηνπ αεξνζθάθνπο Receive : 15
3.2.2 χζδιο Γαντιοφ Δδώ ζα γίλεη ην ζρέδην ηνπ γαληηνύ ζην νπνίν ζα παξνπζηαζηνύλ όια ηα θπθιώκαηα ηνπ ππνζπζηήκαηνο. Δδώ ρξεζηκνπνηήζεθαλ αξρηθά έλαο κηθξνειεγθηήο Arduino, ε αζύξκαηε επηθνηλσλία XBee, έλαο αηζζεηήξαο γπξνζθνπίνπ Gyro LD3, θαη ηέινο έλαο αηζζεηήξαο Flex γηα ηνλ έιεγρν ηεο ηαρύηεηαο. Παξαθάησ αθνινπζεί ην ειεθηξνληθό ζρέδην ηνπ γαληηνύ Tranceive : 16
ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV. Λογιςμική χεδίαςη του υςτήματοσ 4.1 ΑΝΑΠΣΤΞΗ ΛΟΓΙΜΙΚΟΤ Ζ γιώζζα πξνγξακκαηηζκνύ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ήηαλ C++ ιόγν ηνπ όηη ππνζηεξίδεηε από ηνλ κηθξνειεγθηή Arduino. Ο θώδηθαο πνπ πινπνηήζεθε έγηλε βάζε ηνλ απαηηήζεσλ πνπ δόζεθαλ. Πξηλ μεθηλήζεη ε αλάπηπμε ηνπ θώδηθα έγηλε πξνζεθηηθά αλαιπηηθή κειέηε ηνπ hardware. Ζ ζρεδίαζε ηνπ θώδηθα έγηλε ζε πιαίζηα ζηα νπνία κπνξνύζε ην hardware λα ππνζηήξημε γηα λα θάλεη όιεο ηεο ιεηηνπξγίεο πνπ δεηήζεθαλ. Αξρηθά ν θώδηθαο μεθηλώληαο πξνεηνηκάδεη ηνλ θηλεηήξα ώζηε λα ζπλερίζεη ε δηαδηθαζία πξνεηνηκαζίαο. Τζηέξα πξνεηνηκάδεηε ην πίζσ θνκκάηη ηνλ Servo θηλεηήξσλ ηα νπνία έξρνληαη ζηελ αξρηθή ζέζε ιεηηνπξγίαο πνπ ζα ειέγρνπλ ην πςόκεηξν θαη ηηο ζηξνθέο ηνπ αεξνζθάθνπο. ηελ ζπλέρεηα ελεξγνπνηείηε ε αζύξκαηε επηθνηλσλία έηζη ώζηε λα μεθηλήζεη ε δηαδηθαζία ηειερεηξηζκνύ ηνπ αεξνζθάθνπο. Μεηά ηελ δηαδηθαζία πξνεηνηκαζίαο έξρεηαη ν θύξηνο θνξκόο ηνπ θώδηθα ν νπνίνο νπζηαζηηθά είλαη ν ηειερεηξηζκόο ηνπ αεξνζθάθνπο. Ο έιεγρνο απηόο γίλεηαη από ην γάληη ην νπνίν νπζηαζηηθά δίλεη όιεο ηηο εληνιέο γηα ηνλ έιεγρν ζέζεηο ηνπ αεξνζθάθνπο ηνλ έιεγρν ηαρύηεηαο ηνπ θαη ζηνπο Servo θηλεηήξεο νη νπνίνη θηλνύλ ηα πίζσ θηεξά ηνπ αεξνζθάθνπο. ε απηό ην θνκκάηη ν έιεγρνο γίλεηαη πνιιαπιά δειαδή ην γάληη ζα ειέγρεη πξώηα από όια ηελ επηθνηλσλία, ην πςόκεηξν, ηηο ζηξνθέο ηνπ αεξνζθάθνπο θαη παξάιιεια ηελ ηαρύηεηα ηνπ. 4.2 ΠΡΟΕΣΟΙΜΑΙΑ ΑΕΡΟΚΑΦΟΤ Γηα λα μεθηλήζεη ε νξζή ιεηηνπξγεία ηνπ αεξνζθάθνπο ζα πξέπεη πξώηα λα πξνεηνηκάζεη ηελ θαηάζηαζε ηνπ ζηελ αξρηθή ζέζε. Ζ αξρηθή ζέζε ηνπ αεξνζθάθνπο ζα γίλεηαη κόιηο ελεξγνπνηεζεί ην ζύζηεκα. Ζ δηαδηθαζία πνπ ζα αθνινπζήζεη είλαη: 1) Να πξνεηνηκάζεη ηνλ θηλεηήξην θηλεηήξα ώζηε λα είλαη έηνηκνο λα μεθηλήζεη. 2) Να πξνεηνηκάζεη ηνπο Servo θηλεηήξεο πνπ βξίζθνληαη ζην πίζσ κέξνο ηνπ αεξνζθάθνπο θαη λα ηνπο θέξεη ζηελ αξρηθή θαηάζηαζε ζηελ νπνία νξίζηεθε. Σέινο εθόζνλ νινθιεξσζεί ε δηαδηθαζία λα πεξηκέλεη από ηνλ ρξήζηε λα ελεξγνπνηεζεί ε επηθνηλσλία κεηαμύ γαληηνύ θαη αεξνζθάθνπο. Ζ πξνεηνηκαζία ζα γίλεηαη έσο εμήο: 17
4.3 ΧΕΔΙΑΗ ΛΟΓΙΜΙΚΟΤ ην γάληη όπσο θαη ην αεξνζθάθνο εηπώζεθε παξαπάλσ ζα ηξέρνπλ πνιιά θνκκάηηα θώδηθα, παξαθάησ ζα γίλεη ε αλάιπζε θαη ε ζρεδίαζε ηνπ θώδηθα αλά θάζε ιεηηνπξγία πνπ ζα εθηεινύλ. i) Αξρηθή ιεηηνπξγεία ηνπ γαληηνύ είλαη λα μεθηλήζεη ηελ επηθνηλσλία ηνπ κε ην αεξνζθάθνο από ηελ αζύξκαηε επηθνηλσλία ην νπνίν ιεηηνπξγεί όπσο ην παξαθάησ δηάγξακκα ξνήο: ii) Μεηά από ηελ αλίρλεπζε γίλεηαη αξρηθνπνίεζε ηνλ θηλεηήξσλ ηνπ αεξνζθάθνπο. Αθνινπζνύλ νη δηαδηθαζίεο ειέγρνπ ζηνλ άμνλα x γηα ηηο ζηξνθέο ηνπ αεξνζθάθνπο νη νπνίεο κπνξεί λα είλαη αξηζηεξά, κέζε θαη δεμηά : 18
iii) Παξάιιεια ιεηηνπξγνύλ θαη νη έιεγρνη ηνπ Servo θηλεηήξα πνπ ειέγρεη ηνλ άμνλα y δειαδή ην πςόκεηξν ηνπ αεξνπιάλνπ. Οη ειέγρεη πνπ γίλνληαη είλαη πάλσ, κέζε θαη θάησ : iv) ηελ ζπλέρεηα έξρεηαη ν έιεγρνο ηεο ηαρύηεηαο θηλεηήξα ηνπ αεξνζθάθνπο ν νπνίνο είλαη ξπζκηζκέλνο ώζηε λα δέρεηαη δπν ζηάδηα ηαρύηεηαο θαη όρη κόλν. Γηα ζπλζήθε 1 ν θηλεηήξαο ζα μεθηλάεη θαη γηα 0 ζα ζηακαηάεη. Σν δηάγξακκά ξνήο ηεο ηαρύηεηαο είλαη : 19
v) Αθνινπζεί ν έιεγρνο ζέζεο γπξνζθνπίνπ ν νπνίνο νπζηαζηηθά ειέγρεη ηελ ζέζε ηνπ γαληηνύ ζηνπο x, y άμνλεο. Ο παξαθάησ έιεγρνο γίλεηαη γηα λα θαηαιαβαίλεη ην γπξνζθόπην ζε πνηα ζέζε βξίζθεηαη ην ρέξη ηνπ ρξήζηε θαη βάζε απηνύ λα δίλεη ηελ εληνιή ζην αεξνπιάλν γηα λα θάλεη ηελ αληίζηνηρε θίλεζε. Ο έιεγρνο πνπ γίλεηε θαίλεηαη από ην παξαθάησ δηάγξακκα : 20
21
ΚΕΦΑΛΑΙΟ V. Ενιαιοποίηςη και ζλεγχοσ του ςυςτήματοσ 5.1 ΟΛΟΚΛΗΡΩΗ ΤΠΟΤΣΗΜΑΣΩΝ (Hardware) ε απηό ην πιαίζην ζα γίλεη ε ζπλαξκνιόγεζε ή αιιηώο ηαθηνπνίεζε ησλ ππνζπζηεκάησλ πνπ ζα ηνπνζεηεζνύλ όια ηα θπθιώκαηα θαη ηα θαιώδηα ζε πιαίζηα ηα νπνία ζα ηα πξνζηαηέςνπλ από ηελ δηάβξσζε ηνπο. Πξέπεη λα ηνληζηεί όηη ηα θπθιώκαηα ηα νπνία ππήξραλ ζην γάληη ηνπνζεηήζεθαλ ζε έλα πάλει γηα πξνζηαζία απηώλ. Σα θπθιώκαηα ηα νπνία έγηλαλ γηα ην αεξνπιάλν ηνπνζεηήζεθαλ εληόο ηνπ αεξνπιάλνπ. Ο θπξίσο θηλεηήξαο ζηεξενπνηήζεθε ζην κπξνζηηλό κέξνο ηνπ αεξνζθάθνπο, νη Servo θηλεηήξεο γηα ιόγνπο θπξίσο εύθνιεο δηαρείξηζεο ηνπο ηνπνζεηήζεθαλ ζηα πιεπξά ηνπ αεξνζθάθνπο θαη ζπλδέζεθαλ ζηα πίζσ θηεξά κε ύξκα γηα λα είλαη αθξηβείο ν ρεηξηζκόο ησλ θηεξώλ. Ο αηζζεηήξαο επηθνηλσλίαο XBee ηνπνζεηήζεθε ζην πίζσ κέξνο ηνπ αεξνζθάθνπο θαη ζην γάληη ηνπνζεηήζεθε κέζα ζην πάλει. Ο Gyro αηζζεηήξαο ελζσκαηώζεθε πάλσ ζην γάληη ώζηε λα ειέγρεη ηελ αθξηβείο ζέζε ηνπ ρεξηνύ θαη αληίζηνηρα κέζσ ησλ XBee λα δίλεη θίλεζε ζηα θηεξά ηνπ αεξνζθάθνπο. Ο Flex αηζζεηήξαο ελζσκαηώζεθε θαη απηόο ζην γάληη θαη ζπγθεθξηκέλα ζην δείθηε ηνπ ρεξηνύ ώζηε αλάινγνο ην πνζό θάκπηεηε ην δάθηπιν ηόζν πεξηζζόηεξνη ηαρύηεηα λα δίλεη ζηνλ θηλεηήξα. 5.2 ΕΝΙΑΙΟΠΟΙΗΗ ΚΩΔΙΚΑ 5.2.1 Ενιαιοποιήςη κώδικα και Hardware Αεροςκάφουσ Από ηελ ζηηγκή πνπ νινθιεξσζήθαλ όια ηα θνκκάηηα ηνπ θώδηθα μεθίλεζε ε ζπλέλσζε απηόλ ζε έλα εληαίν θώδηθα. Οπζηαζηηθά ηα δηαγξάκκαηα ξνήο ελώζεθαλ θαη έηζη μεθίλεζαλ νη έιεγρνη ησλ ππνζπζηεκάησλ. Αξρηθά ζα δνζνύλ ηα 2 δηαγξάκκαηα ξνήο ηνλ ππνζπζηεκάησλ. Arduino Γίπισκα ζέζεο Receive: 22
Σν παξαπάλσ δηάγξακκα ξνήο ζπλελώζεθε κε ην θύθισκα δηπιώκαηνο Receive δειαδή ην ζπγθεθξηκέλν πξόγξακκα θνξηώζεθε ζηνλ Arduino ν νπνίνο βξίζθεηαη ζην αεξνπιάλν. Οπζηαζηηθά ν ζπγθεθξηκέλνο αιγόξηζκνο ζε ζρέζε κε ην θύθισκα Receive ην νπνίν ζρεδηάζηεθε ζην θεθάιαην 3.2.1 ζα θάλνπλ όιεο ηηο ιεηηνπξγείεο θηλεηήξσλ θίλεζεο ησλ θηεξώλ θαη ηνπ θηλεηήξα εθθίλεζεο θαζώο επίζεο θαη ηελ ιεηηνπξγία επηθνηλσλίαο κε ην γάληη. 5.2.2 Ενιαιοποιήςη κώδικα και Hardware Γαντιοφ ε απηό ην θνκκάηη ζα γίλεη ζπλέλσζε ησλ δηαγξακκάησλ ξνήο γηα ην δίπισκα ζέζεηο Tranceive ή αιιηώο γηα ην γάληη: 23
Σν παξαπάλσ δηάγξακκα ξνήο θαίλεηαη ν ηξόπνο κε ηνλ νπνίν ειέγρεηαη ην αεξνζθάθνο από ην γάληη. Ζ δηαδηθαζία πνπ αθνινπζείηε είλαη αξρηθά γίλεηαη έιεγρνο από ηνλ αηζζεηήξα γπξνζθνπίνπ ην νπνίν ειέγρεη ηελ ζέζε ηνπ γαληηνύ ζηνπο άμνλεο x, y. Απηό κε ηελ ζεηξά ηνπ δίλεη κέζσ ηεο επηθνηλσλίαο XBee εληνιέο ζηνπο θηλεηήξεο Servo ώζηε λα ειέγρεηε κε ην γάληη ην αεξνζθάθνο. Με ηνλ ίδην ηξόπν-δηαδηθαζία γίλεηαη θαη ν έιεγρνο ηεο ηαρύηεηαο ηνπ αεξνζθάθνπο άιια κε ην 24
Flex sensor ην νπνίν έρεη ξπζκηζηή λα δίλεη ηαρύηεηα δπν επηπέδσλ ζηνλ brushless θηλεηήξα. Σν παξαπάλσ δηάγξακκα ξνήο ζπλελώζεθε κε ην θύθισκα ηνπ ππνζπζηήκαηνο ηνπ γαληηνύ ην νπνίν αλαπαξηζηάηε ζηελ παξάγξαθν 3.2.2. 5.3 Ζλεγχοσ Κώδικα και Τποςυςτημάτων Ο έιεγρνο θώδηθα θαη ππνζπζηεκάησλ έγηλε εθόζνλ νινθιεξώζεθαλ νη κεηαμύ ηνπο ζπλέλσζεο. i) Πξώηα έγηλαλ νη έιεγρνη ηνπ θώδηθα θαη ηνλ ππνζπζηεκάησλ ηνπ γαληηνύ. Ζ δηαδηθαζία κε ηελ νπνία έγηλαλ ήηαλ πξώηα αλ ιεηηνπξγεί ε επηθνηλσλία απηό έγηλε κε ηελ θνλζόια ηεο αλάπηπμεο θώδηθα ζηνλ Arduino νπνύ αξρηθνπνηήζεθε κηα ηηκή θαη κε ηελ ελεξγνπνίεζε θαη ησλ δπν XBee ώζηε λα πάξνπκε ηηκέο ζηελ νζόλε νη νπνίεο ζα επηβεβαίσλαλ ηελ νξζή ιεηηνπξγία ηνπο. Ζ επηθνηλσλία έγηλε κε ην παξαθάησ θνκκάηη θώδηθα : void writeregister(int deviceaddress, byte address, byte val) { Wire.beginTransmission(deviceAddress); // start transmission to device Wire.write(address); // send register address Wire.write(val); // send value to write Wire.endTransmission(); // end transmission int readregister(int deviceaddress, byte address){ int v; Wire.beginTransmission(deviceAddress); Wire.write(address); // register to read Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(deviceAddress, 1); // read a byte while(!wire.available()) { v = Wire.read(); return v; ii) Δθόζνλ νινθιεξώζεθε θαη επηβεβαηώζεθε ε ιεηηνπξγία ηεο επηθνηλσλίαο κε ηνλ ίδην αθξηβώο ηξόπν εθιέρζεθε θαη ν θώδηθαο ηνπ αηζζεηήξα Gyro : 25
void getgyrovalues(){ byte xmsb = readregister(l3g4200d_address, 0x29); byte xlsb = readregister(l3g4200d_address, 0x28); x = ((xmsb << 8) xlsb); byte ymsb = readregister(l3g4200d_address, 0x2B); byte ylsb = readregister(l3g4200d_address, 0x2A); y = ((ymsb << 8) ylsb); byte zmsb = readregister(l3g4200d_address, 0x2D); byte zlsb = readregister(l3g4200d_address, 0x2C); z = ((zmsb << 8) zlsb); int setupl3g4200d(int scale){ //From Jim Lindblom of Sparkfun's code // Enable x, y, z and turn off power down: writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG1, 0b00001111); // If you'd like to adjust/use the HPF, you can edit the line below to configure CTRL_REG2: writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG2, 0b00000000); // Configure CTRL_REG3 to generate data ready interrupt on INT2 // No interrupts used on INT1, if you'd like to configure INT1 // or INT2 otherwise, consult the datasheet: writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG3, 0b00001000); // CTRL_REG4 controls the full-scale range, among other things: if(scale == 250){ writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG4, 0b00000000); else if(scale == 500){ writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG4, 0b00010000); else{ writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG4, 0b00110000); // CTRL_REG5 controls high-pass filtering of outputs, use it 26
// if you'd like: writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG5, 0b00000000); iii) Ο έιεγρνο ηνπ αηζζεηεξα flex εγηλε δηλσληα κηα αξρηθε ηηκε γηα παξαδεηγκα 1 γηα ζε πεξίπησζεη ελεξγνπνηεζεο ηνπ θαη 0 γηα αδξαληα απηό ν θσδηθαο κε ηνλ νπνίν εγηλε ην ηεζη είλαη : void getmotorspeed(){ Serial.print(" speed: "); // Serial.println(analogRead(speedsens)); int x=map(analogread(speedsens),230,120,45,175); constrain(x,45,175); Serial.println(x); iv) Μεηά από απηά έγηλε ν έιεγρνο ζέζεηο ηνπ γαληηνύ ζέηνληαο σο ηνλ άμνλα x γηα παξάδεηγκα L γηα αξηζηεξά, R γηα δεμηά θαη M κέζε ν θώδηθα κε ηνλ νπνίν δνθηκάζηεθε απηό είλαη ν εμήο: if(x<-senslr){//an paei aristera switch(statelr){ case M: statelr=l; case R: statelr=m; case L: statelr=l; else if(x>senslr){//an [aei deksia switch(statelr){ case M: 27
statelr=r; case L: statelr=m; case R: statelr=r; //else if(x>senslr){ v) Αληίζηνηρα γηα ηελ ζέζε ζηνλ άμνλα y έγηλε κε ηελ εμήο ζεηξά U γηα πάλσ D γηα θάησ θαη Mid γηα κέζε δειαδή: if(y<-sensud){//an paei panw switch(stateud){ case Mid: stateud=u; case U: stateud=u; case D: stateud=mid; // if(y<-sensud){ else if(y > sensud){//an aei katw switch(stateud){ case U: stateud=mid; 28
case Mid: stateud=d; case D: stateud=d; vi) Ο θώδηθαο ν νπνίνο ελζσκαηώζεθε ζην Arduino ηνπ αεξνζθάθνπο αξρηθά ειέγρζεθε ε επηθνηλσλία ηνπ κε ην γάληη δίλνληαο θάπνηεο θίλεζεο ζην γάληη θαη πεξηκέλνληαο γηα θάπνηα αληίδξαζε ηνπ αεξνπιάλνπ κε ηνλ εμήο θώδηθα : void loop(){ XbeeRecieve(); delay(1); //loop void XbeeRecieve(){ if(xbee.available()>1){ inbyte=xbee.read(); delay(1); switch(inbyte){ case '2'://an einai gia LR lr=xbee.read(); switch(lr){ case 'R': LRright(); case 'M': LRmiddle(); case 'L': 29
LRleft(); default: //telos gia inbyte LR=2 case '3'://an inbyte UD=3 ud=xbee.read(); switch(ud){ case 'u': UDup(); case 'm': UDmiddle(); case 'd': UDdown(); default: //telos gia inbyte UD=3 case '4'://an sync byte gia motor motor=xbee.read(); Serial.println(motor); constrain(motor,40,180); esc.write((int)motor); //telos motor default: 30
Δμίζνπ θαη έιεγρνη ησλ θηλεηήξσλ νη νπνίνη γίλνληαλ από ηνλ παξαπάλσ θώδηθα δειαδή ζε πεξίπησζε πνπ είραλ θάπνηα θίλεζε ή δερόηαλ θάπνην εξέζηζκα νπνηνζδήπνηε θηλεηήξαο σο απνηέιεζκα είρε ηελ νξζή ιεηηνπξγία ηνπ. Οη θηλεηήξεο δέρνληαλ όιεο ηηο εληνιέο από ηνλ ρεηξηζκό ηνπ γαληηνύ νπόηε δνθηκάζηεθε παξάιιεια θαη ε ν ηξόπνο ιεηηνπξγίαο ηνπο κε απηόλ ηνλ ηξόπν. 31
ΚΕΦΑΛΑΙΟ VI. Αποτελζςματα-Προτάςεισ για περεταίρω εργαςίεσ ςτο ςφςτημα. 6.1 ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ Σα απνηειέζκαηα ηεο έξεπλαο πνπ πινπνηήζεθε είλαη ζεηηθά από άπνςε ιεηηνπξγίαο ησλ δπν ππνζπζηεκάησλ ζε ζπλεξγαζία κε ηνλ θώδηθα πνπ αλαπηύρζεθε. Μεηά ηνπο ειέγρνπο πνπ δηεμάρζεθαλ επηβεβαησζήθαλ όιεο νη ιεηηνπξγίεο νξζά. Οη απαηηήζεηο νη νπνίεο είραλ νξηζηεί παξνπζηάζηεθαλ νξζά από ηα ππνζπζηήκαηα. Αλαιπηηθόηεξα ε ιεηηνπξγίεο ηνπ αεξνζθάθνπο ήηαλ νη εμήο : i) Έιεγρνο αεξνζθάθνπο, δειαδή κε βάζε ηελ αζύξκαηε επηθνηλσλία έηζη ώζηε λα γίλεηαη έιεγρνο αεξνζθάθνπο κε ην γάληη ζηηο θηλήζεηο ησλ θηεξώλ ηνπ. Οινθιεξώζεθε θαη ιεηηνύξγεζε ε θίλεζε ζηνλ άμνλα x θαη ζηνλ άμνλα y ζηα αληίζηνηρα Servo motors ζπλνπηηθόηεξα έγηλαλ νξζά νη θηλήζεηο δεμηά, αξηζηεξά, πάλσ θαη θάησ. Οη ιεηηνπξγίεο απηέο πέξαζαλ όινπο ηνπο ειέγρνπο επηηπρώο κε ζσζηή αληαπόθξηζε αεξνζθάθνπο ζηηο εληνιέο ηνπ γαληηνύ. ii) Έγηλε επηηπρείο νινθιήξσζε ιεηηνπξγίαο ηνπ brushless θηλεηήξα ζε δπν επίπεδα ηαρπηήησλ. Οπζηαζηηθά βάζε ησλ εξεζηζκάησλ πνπ δερόηαλ ν flex sensor από ηνλ δείθηε ηνπ γαληηνύ ζε δπν επίπεδα αληαπνθξηλόηαλ αληίζηνηρα θαη ν θηλεηήξαο ζε δπν επίπεδα ηαρύηεηαο. iii) Ζ επηθνηλσλία αεξνζθάθνπο γαληηνύ δνθηκάζηεθε επηηπρώο από κεγάιε απόζηαζε θαη νη θηλήζεηο νη νπνίεο δερόηαλ απηό ήηαλ κεγάιεο αθξίβεηαο. 6.2 ΠΡΟΣΑΔΗ ΓΗΑ ΠΔΡΑΗΣΈΡΧ ΒΔΛΣΗΧΔΗ ΚΑΗ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΔ Αξρηθά ζα έπξεπε λα ηνληζηεί ζεσξεζεί όηη ην απνηέιεζκα απηήο ηεο έξεπλαο όηη ήηαλ επηηύρεηο. Οη πεξηζζόηεξεο πξνηάζεηο γηα βειηηώζεηο ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη αξθεηέο θαη δηαθνξεηηθήο πξνζεγγίζεηο: αλ πξώηε πξόηαζε ιεηηνπξγία ζα ήηαλ λα γίλεη απηό ην κνληέιν ππνζύζηεκα λα κπνξέζεη λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα πηήζε. Αξρηθά απηό ε εξεπλά είρε απιά ζθνπό λα κειεηεζεί κηα λέα κέζνδνο ηειερεηξηζκνύ ηνπ αεξνζθάθνπο. Δθόζνλ ζεσξήζεθε επηηπρείο κπνξνύλ λα γίλνπλ θαηάιιειεο ηξνπνπνίεζεο γηα ην ελδερόκελν πηήζεο ηνπ αεξνζθάθνπο αλαιπηηθόηεξα: i) Χο πξώηε ελδερνκέλε ξύζκηζε ζα πξνηεηλόηαλ λα γίλεη ε ρξήζε ελόο πνην αμηόπηζηνπ αθξηβνύ brushless θηλεηήξα απηό ζα βνεζνύζε ζηελ ηζρύ ώζηε κε κηα κηθξή ώζεζε λα γίλεη πηήζε ηνπ αεξνζθάθνπο. ii) Γηα κεγαιύηεξε αζθάιεηα θαη αλζεθηηθόηεηα ζα κπνξνύζε λα γίλεη αληηθαηάζηαζε ηεο θαηαζθεπήο ηνπ κνληέινπ ηνπ αεξνζθάθνπο από καθεηόραξην ζε πιεμηγθιάο. iii) Θα κπνξνύζε λα γίλεη επέθηαζε επίπεδσλ ηαρύηεηαο από δπν ζε πεξηζζόηεξεο. Με απηόλ ηνλ ηξόπν ζα κπνξνύζε λα γίλεη πην ειέγμηκε ε ηαρύηεηα αεξνζθάθνπο. 32
ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Ι. ΛΟΓΙΜΙΚΟ Δίπλωμα θζςησ Receive #include <Servo.h> #include <SoftwareSerial.h> SoftwareSerial xbee(8,9); Servo esc; Servo LR,UD; byte lr,ud,motor,inbyte; void setup(){ Serial.begin(9600); xbee.begin(9600); esc.attach(3); arm(); delay(1000); LR.attach(5); UD.attach(6); LR.write(80); delay(10); UD.write(80); delay(2000); void loop(){ XbeeRecieve(); delay(1); //loop void XbeeRecieve(){ if(xbee.available()>1){ inbyte=xbee.read(); delay(1); 33
switch(inbyte){ case '2'://an einai gia LR lr=xbee.read(); switch(lr){ case 'R': LRright(); case 'M': LRmiddle(); case 'L': LRleft(); default: //telos gia inbyte LR=2 case '3'://an inbyte UD=3 ud=xbee.read(); switch(ud){ case 'u': UDup(); case 'm': UDmiddle(); case 'd': UDdown(); default: 34
//telos gia inbyte UD=3 case '4'://an sync byte gia motor motor=xbee.read(); Serial.println(motor); constrain(motor,40,180); esc.write((int)motor); //telos motor default: // checklr(); // checkud(); // checkmotor(); /* byte c=xbee.read(); switch(c){ case 'R'://an einai R pane deksia LRright(); case 'M'://an m pane sthn messh LRmiddle(); case 'L'://an l pane aristera LRleft(); case 'u'://an u pane panw UDup(); case 'm'://an m meinei sthn emsh UDmiddle(); 35
case 'd'://an d pane katw UDdown(); case '1': motorstart(); case '0': motorstop(); default: //switch */ //if //xbeerecieve /* void checklr(){ char a=xbee.read(); switch(a){ case 'L': LRleft(); case 'M': LRmiddle(); case 'R': LRright(); 36
default: void checkud(){ char b=xbee.read(); switch(b){ case 'u': UDup(); case 'm': UDmiddle(); case 'd': UDdown(); default: void checkmotor(){ char c=xbee.read(); switch(c){ case '1': motorstart(); case '0': motorstop(); 37
default: */ void LRright(){ Serial.println("LR RIGHT"); LR.write(0); delay(25); void LRmiddle(){ LR.write(80); delay(25); Serial.println("LR MIDDLE"); void LRleft(){ LR.write(160); delay(25); Serial.println("LR LEFT"); void UDup(){ UD.write(160); delay(30); Serial.println("UD UP"); void UDmiddle(){ UD.write(80); delay(30); Serial.println("UD MIDDLE"); 38
void UDdown(){ UD.write(0); delay(30); Serial.println("UD DOWN"); void arm(){ for(int i=180;i>=45; i-=1){ esc.write(i); Serial.println(i); delay(15); delay(1500); for(int i=45;i<60;i++){ esc.write(i); Serial.println(i); delay(15); delay(1500); esc.write(60); delay(1000); esc.write(80); delay(2000); esc.write(50); Δίπλωμα θζςησ Tranceive /* R right LR M middle LR 39
L left LR u up ud m middle ud d down ud 1 motor start 0 motor stop */ #include <SoftwareSerial.h> SoftwareSerial xbee(8,9); //Arduino 1.0+ only #include <Wire.h> #define CTRL_REG1 0x20 #define CTRL_REG2 0x21 #define CTRL_REG3 0x22 #define CTRL_REG4 0x23 #define CTRL_REG5 0x24 enum Gyro{R,M,L; Gyro statelr=m; enum Gyro2{U,Mid,D; Gyro2 stateud=mid; int L3G4200D_Address = 105; //I2C address of the L3G4200D int x; int y; int z; int senslr=2500,sensud=2600; int speedsens=0;//taxitita 40
void setup(){ Wire.begin(); xbee.begin(9600); Serial.begin(9600); Serial.println("starting up the Gyroscope L3G4200D"); setupl3g4200d(2000); // Configure L3G4200-250, 500 or 2000 deg/sec pinmode(13,output); digitalwrite(13,low); delay(2000); //wait for the sensor to be ready void loop(){ checkgyro(); getmotorspeed(); delay(90); void getmotorspeed(){ Serial.print(" speed: "); // Serial.println(analogRead(speedsens)); int x=map(analogread(speedsens),230,120,45,175); constrain(x,45,175); Serial.println(x); xbee.write("4");//sync byte motor xbee.write(x); void checkgyro(){ getgyrovalues(); // Serial.println(x); // This will update x, y, and z with new values 41
if(x<-senslr){//an paei aristera switch(statelr){ case M: statelr=l; case R: statelr=m; case L: statelr=l; //switch //if(x<-senslr){ else if(x>senslr){//an [aei deksia switch(statelr){ case M: statelr=r; case L: statelr=m; case R: statelr=r; //else if(x>senslr){ if(y<-sensud){//an paei panw switch(stateud){ case Mid: stateud=u; case U: 42
stateud=u; case D: stateud=mid; // if(y<-sensud){ else if(y > sensud){//an aei katw switch(stateud){ case U: stateud=mid; case Mid: stateud=d; case D: stateud=d; //else if(y > sensud){ switch(statelr){ case M: Serial.print(" MIDDLE "); xbee.write("2");//sync byte gia LR xbee.write("m"); case R: Serial.print(" RIGHT "); xbee.write("2");//sync byte gia LR xbee.write("r"); 43
case L: Serial.print(" LEFT "); xbee.write("2");//sync byte gia LR xbee.write("l"); switch(stateud){ case U: Serial.println(" UPP"); xbee.write("3");//sync byte giaa UD xbee.write("u"); case Mid: Serial.println(" MIDDLE"); xbee.write("3");//sync byte giaa UD xbee.write("m"); case D: Serial.println(" DOWN"); xbee.write("3");//sync byte giaa UD xbee.write("d"); /* Serial.print("X:"); Serial.println(x); Serial.print(" Y:"); Serial.print(y); Serial.print(" Z:"); 44
Serial.println(z); */ void getgyrovalues(){ byte xmsb = readregister(l3g4200d_address, 0x29); byte xlsb = readregister(l3g4200d_address, 0x28); x = ((xmsb << 8) xlsb); byte ymsb = readregister(l3g4200d_address, 0x2B); byte ylsb = readregister(l3g4200d_address, 0x2A); y = ((ymsb << 8) ylsb); byte zmsb = readregister(l3g4200d_address, 0x2D); byte zlsb = readregister(l3g4200d_address, 0x2C); z = ((zmsb << 8) zlsb); int setupl3g4200d(int scale){ //From Jim Lindblom of Sparkfun's code // Enable x, y, z and turn off power down: writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG1, 0b00001111); // If you'd like to adjust/use the HPF, you can edit the line below to configure CTRL_REG2: writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG2, 0b00000000); // Configure CTRL_REG3 to generate data ready interrupt on INT2 // No interrupts used on INT1, if you'd like to configure INT1 // or INT2 otherwise, consult the datasheet: writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG3, 0b00001000); 45
// CTRL_REG4 controls the full-scale range, among other things: if(scale == 250){ writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG4, 0b00000000); else if(scale == 500){ writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG4, 0b00010000); else{ writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG4, 0b00110000); // CTRL_REG5 controls high-pass filtering of outputs, use it // if you'd like: writeregister(l3g4200d_address, CTRL_REG5, 0b00000000); void writeregister(int deviceaddress, byte address, byte val) { Wire.beginTransmission(deviceAddress); // start transmission to device Wire.write(address); // send register address Wire.write(val); // send value to write Wire.endTransmission(); // end transmission int readregister(int deviceaddress, byte address){ int v; Wire.beginTransmission(deviceAddress); Wire.write(address); // register to read Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(deviceAddress, 1); // read a byte while(!wire.available()) { 46
// waiting v = Wire.read(); return v; 47
ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ ΙΙ. Παξαθάησ ζα παξαδνζνύλ κεξηθέο θσηνγξαθίεο από ηα απνηειέζκαηα απηήο ηεο πηπρηαθήο εξγαζίαο. ΓΑΝΣΗ 48
ΓΑΝΣΗ ΠΑΝΔΛ ΓΑΝΣΗ ΓΤΡΟΚΟΠΗΟ 49
ΑΔΡΟΚΑΦΟ ΜΠΡΟΣΗΝΟ ΣΜΖΜΑ 50
ΑΔΡΟΚΑΦΟ ΠΗΧ ΣΜΖΜΑ 51
Βιβλιογραφία: Υξεζηκνπνηεζήθαλ νη εμήο πήγεο ζπγγξακκάησλ άληιεζεο πιεξνθνξηώλ θαη ελεκέξσζεο ζρεηηθά κε ηελ πινπνίεζε ηεο έξεπλαο ησλ ππνζπζηεκάησλ: Τίηλορ: Ψηθιακή ζσεδίαζη Σςγγπαθείρ: Πογαπίδηρ Γημήηπηρ Θεμαηικέρ Δνόηηηερ: Ηλεκηπονικοί τηθιακοί ςπολογιζηέρ Σσεδίαζη και καηαζκεςή, VHDL (Γλώζζα ππογπαμμαηιζμού ηλεκηπονικού ςπολογιζηή). Τίηλορ: Σσεδίαζη ζςζηημάηυν μικποεπεξεπγαζηών Σςγγπαθείρ: Πογαπίδηρ Γημήηπηρ Δνόηηηερ: Απσιηεκηονική, ππογπαμμαηιζμόρ, εθαπμογέρ. Τίηλορ: Ανάπηςξη εθαπμογών με ηο Arduino Θεμαηικέρ Δνόηηηερ: Παναγιώηηρ Παπάζογλος, Σπύπορ-Πολςσπόνηρ Λιυνήρ Πεπιεσόμενο: Δθαπμογέρ για απσάπιοςρ, Βαζικέρ εθαπμογέρ, Δθαπμογέρ με αιζθηηήπερ, Απεικόνιζη δεδομένυν, Διζαγυγή ζηην ππακηική πομποηική, Πποσυπημένα θέμαηα, Το Arduino πάει ζσολείο. Θεμαηικέρ Πέξα από ηελ βηβιηνγξαθία πνιιέο εμίζνπ ζεκαληηθέο πιεξνθνξίεο ρξεζηκνπνηήζεθαλ από ην δηαδίθηπν από ηνπο παξαθάησ ζπλδέζκνπο: https://el.wikipedia.org http://www.arduino.cc 52