Disseny i construcci d'un drone

Joan Granell Martorell

ESTUDI I CONSTRUCCI DUN DRONE

INSTITUT TARRAGONAGener 2016

objectius del treball Ampliaci de coneixements envers el mn dels dronesClassificar-los, estudiar-los, investigar sobre quines funcions tenen i quines podrien fer. Implicar-me manualment en la tasca de muntar i programar-ne un.introduir-me en el mn de la programaci en Arduino i la comprensi del funcionament dels sensors.

ndexEstudi i construcci dun quadcopterVersi 1: Configuraci amb elements estandardMotors amb i sense escombretesEls variadors de velocitat (ESC)La unitat de controlEl receptor i el transmissorLes bateries i el procs de crregaMuntatge del frameProves destabilitatVersi 2: Configuraci amb circuits controlats per Arduino UnoLa placa Arduino Uno (o Nano)Els sensorsConnexions i construcci de circuit imprsLa crrega del programaLa configuraci del receptor Bluetooth amb MultiwiiControl a travs duna app de smartphoneConclusions

Els motors (i). Motors amb escombretesEls motors elctrics es basen en el principi de lelectromagnetisme.

Es composen dimants esttics o estators i dimants electromagntics que varien de signe en variar la polaritat.

Els motors amb escombretes sn bifsics mentre que els motors brushless sn sempre trifsics

En no disposar descombretes, els motors brushless necessiten dun circuit controlador electrnic de velocitat (ESC)

Els motors (II). Motors sense escombretesAvantatges:Major eficincia: menys prdua i millor dissipaci del calor.Major durabilitat de les bateries per la mateixa potncia.Major potncia amb un pes i mida menors.Menor manteniment en no disposar descombretes.Rang de velocitat ms elevat perqu no t limitaci mecnica.La relaci entre velocitat i par motor s quasi una constant.Menor "soroll" electrnic que interfereixi a altres circuits.

Desavantatges:Major cost de construcci.Es controla amb un circuit car i complex (ESCs).Sempre fa falta un control electrnic per tal que funcioni.

Els motors tenen un Kv (Rpm/V) de 1000, per tant donen 11.100 rpm

Els variadors de velocitat

Encarregats de transmetre i administrar la potncia necessria per al vol equivalentment.

Els ESC triats incorporen el regulador BEC que funciona a 4,8V i es connecta a la unitat central KK2.1.5

El senyal del BEC regula lalimentaci que arriba de les bateries a 11,1V

La unitat de controlLa unitat de control incorpora un accelermetre, un giroscopi i un sensor de pressi.

Cal configurar-la pel quadcopter escollit i cal calibrar la sensibilitat dels comandaments del transmissor.

TRANSMISSOR I receptor

El procs de Binding o emparellament es el procs pel qual el transmissor i el receptor es configuren per operar en la mateixa freqncia.

El receptor s alimentat a 5V a travs de la unitat central KK2.1.5.

Es comuniquen en el rang de 2,4GHz, fora de qualsevol soroll daltres components electrnics.

Les bateriesLes bateries triades sn de polmer de liti (LiPo) perqu tenen un factor de descrrega constant.

Les utilitzades en aeromodelisme sn d11,1V.

Cada cella s sempre de 4,7V, de manera que tenen 3 celles.

He descartat la de 5mAh pel seu pes i he muntat una de 2,2mAh

El procs de crrega de ha de ser balancejat: que es carreguin totes tres celles digual manera.

muntatge de lestructura

Utilitzaci dun kit per muntar un drone de 450mm.

Soldadures: Procs de connexi dels elements amb connectors banana.

Connexions: He aprofitar el circuit imprs per tal de connectar-hi la bateria i els variadors.

Muntatge del Frame: Planificaci de la direccionalitat de rotaci dels motors.

Proves destabilitat

La unitat de controlHe optat per la placa Arduino Uno tot i que, segons les necessitats despai del quadcopter, tamb seria adient una Arduino Nano.

La placa Arduino rep les senyals dels sensors i del receptor Bluetooth i les envia als ESC.

Aquesta unitat substitueix a la KK2.1.5 utilitzada en la primera versi del projecte.a) Arduino UNO R3 ATmega328P. b) Arduino Nano Atmega328P 5V 16M c) Connector USB CP2102 6pin.

Els sensors i el receptor

a) Giroscopi i accelermetre de 3 eixos GY-521 MPU-6050. b) Brixola magnetmetre de 3 eixos HMC5883L 3-5V. c) Sensor de pressi Bosch Gy-68 BMP180. d) Mdul Bluetooth MWC MultiWii.Els sensors sn elements que en lanterior versi del projecte estaven inclosos dins de la unitat de control KK2.1.5

El mdul Bluetooth es configura amb Multiwii (un software de control de multirotors que va ser desenvolupat pels giroscopis I accelermetres de la consola Nintendo Wii)

Les connexions

Les connexions de lArduino Nano amb els sensors es fa a travs dun circuit imprs per evitar massa cablejat.

El procs de fabricaci del circuit imprs lhe fet pel procediment de planxat per transferir el tner.

La crrega del programaArduino 1.6.7 s un software de codi obert que permet editar codi, verificar-lo i carregar-lo a la placa Arduino.

El software porta els drivers inclosos i noms cal especificar quin port COM li ha estat assignat a la connexi USB.

Lobjectiu del projecte no s desenvolupar codi, sin aprofitar el codi que ja est fet.

Control des del mbilHe installat des de Google Play laplicaci EZ GUI Ground Station al meu smartphone Android.

Es comunica amb el receptor Bluetooth i es controla el quadcpter des del mbil

conclusionsHe intentat aprendre del errors i adaptar-me en tot moment a les circumstncies per a facilitar el treball i solucionar els problemes que mhan anat sortint:Configuraci del procs de reconeixement de la unitat de control KK2.1.5 amb els ESCConfiguraci del transmissor per tal de permetre el procs daparellament (binding) amb el receptor

En relaci als objectius inicials proposats, tots shan aconseguit; tant la construcci de laparell, com la comprensi dels fonaments terics i principis aerodinmics, en la introducci en la programaci Arduino, com en la redacci del treball i al control en el vol de laparell.

La recerca dinformaci ha estat un punt complicat en el treball, ja que en alguns temes no hi ha gaire informaci sobre aquest tema. He aprs a fer una extensa recerca dinformaci per internet i la redacci dun projecte. Mai abans havia treballat en un projecte tan extens i laboris com s aquest.

Tota aquesta recerca dinformaci i redacci del treball ha afavorit un aprenentatge autnom al que no estava acostumat.