Technisches
Aus QC-Copter
Inhaltsverzeichnis |
QuadroControl-Copter (kurz: QC-Copter)
Was ist das?
Der QC-Copter ist ein Eigenbau-Quadrocopter auf Basis der QuadroControl. Ein Quadrocopter ist ein Hubschrauber mit vier Rotoren, welche paarweise gegenläufig drehen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Steuerung völlig ohne Servos und aufwendige mechanische Komponenten wie z.B. Taumelscheibe oder Paddelstange auskommt. Die einzigen mechanischen Baugruppen sind die 4 Motor-Propellereinheiten, was die Konstruktion sehr robust macht. Die Bewegungen werden nur über unterschiedliche Drehzahlen gesteuert. Eine "intelligente" Elektronik mit drei Gyroskopen (QuadroControl) sorgt dabei für die Stabilisierung der Fluglage.
Funktionsweise
Die QuadroControl Bordelektronik dient der Steuerung eines Hubschraubers mit mehr als zwei Rotoren, eines Multicopters.
Die Kontrolle der Flugrichtung und der Flughöhe erfolgt dabei lediglich über die Drehzahldifferenzen der einzelnen Rotoren. Die Drehmomente der Rotoren sind bei Multicoptern stets ausgeglichen, es gibt immer gleich viele linksdrehende wie rechtsdrehende Rotoren. Eine Ausnahme bildet der Tricopter: Er benötigt ein Schwenkservo, damit ein Rotor so gekippt wird, dass er seinem Drehmoment selbst ein Gegendrehmoment entgegensetzt.
Drehen die hinteren Rotoren schneller als die vorderen, wird sich der Multicopter nach vorne bewegen. Drehen die linken Rotoren schneller als die rechten, wird das Modell nach rechts fliegen, usw. Soll der Multicopter um die Gierachse (Hochachse) z.B. nach links gesteuert werden, werden die links drehenden Rotoren verlangsamt, und die rechts drehenden Rotoren beschleunigt.
Damit das Modell überhaupt stabil fliegen kann, ist eine permanente Regelung der Rotorgeschwindigkeiten erforderlich. Das erledigt die QuadroControl Bordelektronik. Sie misst mit Hilfe von drei Drehratensensoren (Gyros) die Bewegung des Modells um alle drei Achsen im Raum und wirkt einem Abdriften entgegen. In der QuadroControl III sorgt ein Beschleunigungssensor zusätzlich dafür, dass der Copter immer die Waagerechte wiederfindet. Weiterhin verfügt die QuadroControl über insgesamt 5 Open – Collector Ausgänge, mit denen man Zubehör wie eine z.B. Kamera oder die Beleuchtung über die Fernsteuerung steuern kann. Einer der Ausgänge steuert die LoBat - LED mit zwei Warnstufen (unterschiedliche Blinkfrequenzen) an und dient der Warnung bei zu niedriger Akkuspannung.
Benötigte Komponenten
Für den Aufbau eines QC-Copters benötigt man verschiedene Komponenten:
- Steuereinheit:
- QuadroControl II/XS oder QuadroControl III (Zum Aufbau der Platine sind neben der Platine noch die folgenden Elektronikteile erforderlich)
- 3 Gyroskope ENC-03(R) - Tipp:Am besten auf Adapterplatine bestückt kaufen!
- Elektronikteile siehe öffentliche Reichelt-Stückliste
- Nur beim Betrieb mit Bürstenmotoren (z.B. beim X-UFO) sind zwei MOSFETs IRF7313 erforderlich.
- Empfänger: Dieser muss ein Summensignal ausgeben.
- bei einem Empfänger ohne Summensignal, einem 2,4GHz oder PCM Empfänger ist eine QuadroPPM erforderlich
- Motorregler: Nur beim Betrieb mit Brushless-Motoren erforderlich.
- Motoren:
- Brushless-Motoren (empfohlen) als effiziente Antriebe mit geringen Verschleiß oder
- Bürstenmotoren, wenn beispielsweise ein X-UFO mit einer QuadroContro getunt werden soll. Eigenbauten auf Basis von Bürstenmotoren sind nicht empfehlenswert.
- Propeller mit Propellermitnehmer
- Rahmen: Ob gefräster Hightech-Rahmen oder simples Alukreuz: Hier ist fast alles möglich. Wichtig bei der Konstruktion ist, dass der Rahmen sehr steif ist, damit sich der Copter im Flug nicht verwindet und/oder Eigenschwingungen entstehen.
- Akku: Kapazität ist abhängig von der Größe des Copters. Bei Coptern mit EPP1045er Propellern und einem Abfluggewicht bis etwa 1Kg sind Dreizellige Lithium-Polymer-Akkus (LiPo) mit Kapazitäten zwischen 2000mAh und 3000mAh empfehlenswert.
Wie hoch, wie weit und wie lange fliegt der?
Das sind die häufigsten Fragen, die ein QC-Copter-Pilot am Rande des Flugfeldes zu hören bekommt.
- Wie hoch: Beim QC-Copter handelt es sich um ein ferngesteuertes Fluggerät. In der Praxis wird die Flughöhe eher durch die Sichtweite als durch die Funkreichweite begrenzt. Die Sichtweite liegt je nach Bauweise, Größe (und Erkennbarkeit) in einem Bereich bis 100m.
- Wie weit: Hier gilt auch das unter wie hoch gesagte.
- Wie lange: Je nach Gewicht /Akkukapazität /Motorisierung liegt die Flugdauer im Bereich von 10..25 Minuten.
Allgemeine Bauanleitung für den QC-Copter
Wenn du dir selber einen QC-Copter bauen möchtest, schaue bitte in die
Da der Aufbau eines Multicopters sehr viele Freiheiten erlaubt, wird dort allgemein beschrieben, wie man vorzugehen hat.
QuadroControl III
QuadroControl III MEMS
 QuadroControl III mit MEMS-Gyros | QuadroControl III mit Piezosensoren
 QuadroControl III mit Piezo-Gyros |
Aufgaben
- Verarbeiten der Fernsteuerungssignale
- Verarbeiten der Signale der Drehratensensoren (Gyroskope)
- Verarbeiten der Signale des 3D-Beschleunigungssensors
- Ansteuern der Motoren / Motorregler
- Berechnen der Motorstellwerte aufgrund der Fernsteuersignale und der Sensordaten mit 500Hz bzw. 1000 Hz (Brushless- / Bürstenmotoren)
- Ansteuern der Beleuchtung / Schaltkanäle
- Überwachen der Akkuspannung
- Stromverteilung für die Motorregler
Technische Daten / Features
- Hardware
- Mikrocontroller: ATmega328P
- Sensorik:
- Gyroskope flexibel bestückbar, 3 Gyroskope ENC-03, ENC-03 SMD oder ADXRS610 alternativ bestückbar
- Beschleunigungssensor: 1x LIS3LV02DQ (optional verwendbar, sorgt für Lagestabilität)
- Empfänger: alle, die ein Summensignal ausgeben oder an die man QuadroPPM anschließen kann
- Unterstützung von Bürsten- und BL-Motoren
- Leistungsteile für Bürstenmotoren sind bereits integriert
- Ansteuerung der BL-Regler via PPM
- Serielle Schnittstelle z.B. für Debugausgaben oder Darstellung des Konfigurationsmenüs via Terminal
- Zusätzlicher Spannungsregler für externe Beschaltung bestückbar
- Schaltkanäle: 5
- 4 frei belegbar (z.B. für Kameraauslösung, Landeleuchten, etc.)
- 1 fest vergeben für Statusausgaben, Batteriespannungswarnung, etc.
- Akkuspannungsüberwachung mit Warnung (2-stufig) über LED und Signalgeber
- Platinengröße: ca. 70 x 70 mm
- Software
- Reglertakt: 1 kHz im Bürstenmodus, 500 Hz im PPM-BL-Mode (wg. PPM-Ansteuerung - Kompatiblität zu Kaufreglern möglich.)
- Reglerart: 3x Software-PID-Regler (für Roll, Nick und Gier), Datenfusion Gyro/Beschleunigungssensor über Komplementärfilter
- Steuert Quadrocopter in X- und +-Flugformation sowie Tricopter mit Schwenkmotor/Ruder
- 8 verschiedene Settings mit Regelparametern und Knüppeleinstellungen
- Parametrierung mit PC (oder anderem Terminalgerät) möglich
- Kontrolle der Parameter und Einstellungen je nach Firmware per Terminalsoftware (z.B. Hyperterm) möglich
- Jede Standard-PPM-4-Kanal-Fernbedienung per Programmiermodus anlernbar! Zuordnung Knüppel <> Kanal ist egal! (Anlernen dauert weniger als eine halbe Minute!)
Schnittstellen/Anschlüsse der QuadroControl III
- Struktur der seriellen Datenausgabe
struct str_daten_ausgabe {
int16_t int_roll;
int16_t winkel_roll;
int16_t int_nick;
int16_t winkel_nick;
int16_t gyro_roll;
int16_t gyro_nick;
int16_t gyro_gier;
int16_t acc_roll;
int16_t acc_nick;
int16_t acc_z;
uint16_t akku_spannung;
uint8_t motor_vl_v;
uint8_t motor_vr_r;
uint8_t motor_hl_l;
uint8_t motor_hr_h;
int16_t daten0;
int16_t daten1;
int16_t daten2;
int16_t daten3;
int16_t daten4;
int16_t daten5;
};
Nachbauanleitung
Die aktuelle Nachbauanleitung findet sich hier:
Bedienungsanleitung
Info: Die QuadroControl III wird ab Firmwarestand 2.0 unterstützt.
Firmware-Download
Die aktuellen Firmware-Archive finden sich auf der Download-Seite.
Fuse-Bit Einstellungen für myAVR-Progamm: [[1]]
QuadroControl II/XS
Aufgaben
- Verarbeiten der Fernsteuerungssignale
- Verarbeiten der Signale der Drehratensensoren (Gyroskope)
- Ansteuern der Motoren / Motorregler
- Berechnen der Motorstellwerte aufgrund der Fernsteuersignale und der Sensordaten mit 500Hz bzw. 1000 Hz (Brushless- / Bürstenmotoren)
- Ansteuern der Beleuchtung / Schaltkanäle
- Überwachen der Akkuspannung
Versionen
QuadroControl II
 Ansicht der bestückten QuadroControl II - Platine | QuadroControl II XS
 Ansicht der bestückten QuadroControl II XS - Platine |
Technische Daten / Features
- Hardware
- Mikrocontroller: ATmega168 oder ATmega328P (für Neuaufbauten empfohlen)
- Sensorik: 3 Gyroskope ENC-03
- Empfänger: alle, die ein Summensignal ausgeben oder an die man QuadroPPM anschließen kann
- Unterstützung von Bürsten- und BL-Motoren
- Leistungsteil für Bürstenmotoren bereits integriert
- Ansteuerung der BL-Regler via PPM
- Serielle Schnittstelle z.B. für Debugausgaben oder Darstellung des Konfigurationsmenüs via Terminal
- Zusätzlicher Spannungsregler für externe Beschaltung bestückbar
- Schaltkanäle: 5
- 3 fest belegt für LED-Beleuchtung / Statusausgaben
- 2 frei belegbar (Kanal 5/6, z.B. für Kameraauslösung, Landeleuchten, etc.)
- Akkuspannungsüberwachung mit Warnung (2-stufig) über LED oder optionalem Signalgeber
- Software
- Reglertakt: 1 kHz im Bürstenmodus, 500 Hz im PPM-BL-Mode (wg. PPM-Ansteuerung - Kompatiblität zu Kaufreglern möglich.)
- Reglerart: 3x Software-PID-Regler (für Roll, Nick und Gier)
- Steuert Quadrocopter in X- und +-Flugformation sowie Tricopter mit Schwenkmotor/Ruder
- 8 verschiedene Settings mit Regelparametern und Knüppeleinstellungen
- Parametrierung je nach Firmware-Version mit oder ohne PC möglich
- Kontrolle der Parameter und Einstellungen je nach Firmware per LED-Muster oder per Terminalsoftware möglich
- Jede Standard-PPM-4-Kanal-Fernbedienung per Programmiermodus anlernbar! Zuordnung Knüppel <> Kanal ist egal! (Anlernen dauert weniger als eine halbe Minute!)
Schnittstellen/Anschlüsse der QuadroControl II/XS
Todo: Evtl. hier noch eingefärbte Bestückungspläne der QC II / QC II XS einbinden. Die Beschreibung am besten in die Grafik, damit die Texte gleich farbig dargestellt werden können.
| QuadroControl II
| QuadroControl II XS
|
| Akku | Hier wird der Akku angeschlossen - Korrekte Polarität beachten!!! |
| Empfänger | Hier wird der Summensignal-Empfänger angeschlossen - Polarität beachten (braun oder schwarz = "-") |
| Motorregler | Hier werden die Motorregler angeschlossen - Polarität beachten (braun oder schwarz = "-") |
| Minuspole Bürstenmotoren (-DC) | Beim Betrieb mit Bürstenmotoren werden hier die Minuspole der Motoren angeschlossen. |
| Pluspole Bürstenmotoren (+) | Beim Betrieb mit Bürstenmotoren werden hier die Pluspole der Motoren angeschlossen. Diese werden direkt an die Akkuspannung angeschlossen. Somit sind alle vier Kontakte miteinander verbunden. |
| Programmierschnittstellen |
|
| Schaltkanäle |
|
Nachbauanleitung
Die aktuelle Nachbauanleitung findet sich hier:
Bedienungsanleitung
Die Dokumentation wurde bis Firmware-Version 0.28 als PDF-Datei herausgegeben. Ab Version 1.00 wird die Dokumentation im Wiki gepflegt.
Firmware-Download
Die aktuellen Firmware-Archive finden sich auf der Download-Seite.
Fuse-Bit Einstellungen für myAVR-Progamm: [[2]]
Empfänger
Grundsätzlich wird der Empfänger über lediglich ein dreiadriges Kabel an die QuadroControl angeschlossen. Die einzelnen Adern sind Masse, +5V (Betriebsspannung) sowie das Summensignal bzw. Multisignal. Um dieses Signal zu erhalten kann man entweder einen Empfänger benutzen, der dieses Signal direkt herausgibt oder einenvorhandenen Empfänger umbauen oder einen Empfänger mit dem Summensignalerzeuger QuadroPPM verbinden.
Der Umbau ist -bis auf wenige Ausnahmen- nur mit 35/40MHz-Empfängern möglich. Der Umbau funktioniert immer auf die gleiche Methode: Das Summensignal wird dort abgegriffen, wo es in den Decoderbaustein geht. Dieser macht aus dem Summensignal einzelne Servosignale, welche bei der QuadroControl nicht benötigt werden. Das abgegriffene Signal wird entweder mit einem Kabel herausgeführt oder ein vorhandener Anschluss des Empfängers wird nachträglich mit einem Summensignal ausgestattet. Dazu bedarf es meist nur einer simplen Kabelverbindung im Empfänger. Wie der Umbau gemacht wird, wird hier erklärt.
Welche Empfänger sind direkt geeignet?
35 MHz
- FM-Modul GigaTronic mit 35 MHz V1 von Ikarus
2,4 GHz
- Jeti Duplex Rx easy Kopter Empfänger 2,4Ghz
Summensignal-Umbau bei Standard-Empfängern
Todo: Hier sollten noch viel mehr Umbauten stehen. Bitte Fotos / kurze Beschreibung einstellen!
Multiplex UNI9
 Multiplex UNI9 Summensignalumbau |
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Wie auf dem Bild zu sehen, muß nur ein Widerstand ausgelötet werden, dann verbindet man einfach den HEF4017 mit dem Lötpunkt in dem vorher der Widerstand saß. Das Summensignal liegt dann an Ausgang B an. ___________________________________________________________________________________________________
Sanwa RX-611 40 MHz
 Sanwa RX-611 40 MHz |
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Bei dem Sanwa Empfänger wird das Summensignal direkt von IC abgegriffen und auf einen separaten Stecker geleitet, so bleiben alle Steckplätze des Empfängers erhalten und man kann ihn auch noch in jedem anderen Modell verwenden.
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Jamara Compa X 4 35 MHz
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Bei dem Jamara Compa X 4 Empfänger wird das Summensignal direkt am IC abgegriffen. (Siehe Foto)
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Graupner R 16 Scan
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Beim R16 Scan ist der Widerstand für den 8/Batt. laut Foto umzulegen. Somit wird das Summensignal am 8/Batt. ausgegeben.
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Andere Umbaumaßnahmen
Flysky 2,4 GHz
Die 2,4-GHz-Empfänger vom chinesichen Hersteller Flysky werden auch unter folgenden Namen angeboten: Turborix, Hobbyking, Eurgle, Modelcraft und Imax.
Der dazugehörige Satellit kann mit einem kleinen Mikrocontroller einfach auf Summensignal umgebaut werden. Der Umbau ist notwendig, da der Empfänger nur serielle Daten sendet, die die QC nicht verarbeiten kann.
- Daten
- Mikrocontroller: ATmega8 mit 8MHz Quarz
- Erzeugt 4 bzw. 6 Kanal PPM Signal (Summensignal)
- Notlandefunktion der QC setzt bei Empfangsverlust ein
- Software mit Quellcode im Downloadbereich.
Achtung: Der Satellitenempfänger selbst sollte nur mit 3,3V betrieben werden! Des Weiteren stimmen die Aderfarben des Verbindungskabels, je nach Charge, nicht mit der Standardbelegung überein.(z.B. Rot = Minus ; bitte selbst messen!)
 Um diese Empfängerserie geht es |
 Adapter, Gewicht: 7g |
 Schaltplan |
 Erzeugtes 4 Kanal PPM-Signal |
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QuadroPPM
Siehe auch Bedienung_quadroppm
QuadroPPM - Was ist das?
Verschiedene Quadrocoptersteuerungen (z.B. die QuadroControl) verwenden als Eingangssignal von der Fernbedienungsanlage ein sogenanntes Summensignal.
Das ist ein Signal, das alle Informationen aller Fernbedienungskanäle enthält.
Das hat den Hintergrund, dass so nicht für jeden Kanal des Empfängers ein separates Kabel auf
die Hauptsteuerung geführt werden muss.
Leider unterstützen nur wenige PPM-Empfänger die Ausgabe des Summensignals.
2,4GHz- und PCM-Fernbedienungsanlagen arbeiten grundsätzlich nicht mit diesem (analogen) Summensignal, sondern mit eigenen digitalen Übertragungsverfahren.
Um solche Anlagen einfach und ohne Eingriff in die Empfangstechnik an einem Quadrocopter
anzubinden, wurde die QuadroPPM entwickelt. Alle Servosignale des Empfängers werden mit der
QuadroPPM verbunden und daraus wird dann ein Summensignal generiert.
Features
- Umwandlung von bis zu 8 Servosignalen eines Modellbauempfängers in ein Summensignal.
- Verwendung mit fast allen handelsüblichen Modellbauempfängern möglich.
- Anbindung an Failsafe-Funktion einiger hochwertiger Empfänger garantiert das Funktionierender Notlandefunktion des Copters bei Empfangsausfall, obwohl am Empfänger dann
- gültige Servosignale anliegen. Konfiguration über Lötbrücke.
- Betriebszustandsanzeige per LED.
Geeignete Empfänger
Hier findet sich eine Liste der geeigneten Empfänger für die QuadroPPM.
Diese erhebt jedoch keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Bau-/ Bedienungsanleitung
Die aktuelle Nachbauanleitung findet sich hier:
Bluetoothmodul für den QC-Copter
Warum Bluetooth?
Wer zur Einstellung der QuadroControl seinen QC-Copter nicht immer mittels Kabel an den PC anschließen möchte, kann sich optional ein einfaches und günstiges Bluetooth-Modul zusammenbauen. Auch das Einstellen der Bluetoothmodules, damit es mit der QuadroControl zusammenarbeitet, ist mit einem RS232-UART Wandler kein Problem.
Bau-/ Bedienungsanleitung
Eine Anleitung für den Zusammenbau und die Programmierung des Bluetoothmoduls incl. eines Schaltbildes für einen einfachen RS232-UART Wandler kann hier heruntergeladen werden.
Brushless-Regler
Multicopter im allgemeinen werden nur durch ständige Änderung der Rotordrehzahlen gesteuert. Damit die Lageregelung gut funktioniert ist eine hohe Wiederholrate der Eingangssignale der BL-Regler erforderlich. Die QuadroControl arbeitet mit 500Hz. Das ist 10x soviel wie im Modellbau üblich! Die BL-Ctrl. Regler von www.microcontroller.com verarbeiten diese hohe Frequenz. Andere BL-Regler müssen, damit sie im QC-Copter funktionieren, mit anderer Firmware versehen werden.
Wie die einzelnen Regler angeschlossen werden bzw. die Regler mit anderer Firmware geflasht werden können steht hier:
Brushless-Motoren
Es gibt sehr viele Brushless-Motoren am Markt, allerdings ist nur eine begrenzte Auswahl auch für QC-Copter geeignet. Welche Motoren sich eignen, findet sich auf dieser Seite:
Propeller
Mit dem Propeller (Luftschraube) wird die Kraft des Motors in Schub umgesetzt.