MIO400 s integrovaným variem.Hardware a integrace

Létat s jediným přístrojem, nahrazujícím GPS, VARIO, MAPU, KOMPAS?

S touto myšlenkou jsem jednoho večera asi 3 týdny zpátky začal procházet internetová fóra a blogy. Řešení existují na profesionální úrovni. Náklady na pořízení jsou ovšem v řádech desetitisíců. Amatérským řešením se zabývá velmi málo lidí a jejich počet bychom nejspíš spočítali na prstech našich rukou a nohou. Jak tedy probíhá výroba použitelného varia? Co se děje uvnitř varimetru? Jak se získá hodnota stoupání či klesání? Na tyto a další otázky se pokusím odpovědět v této sérii článků.




Zajímavá řešení jsem nalezl na blogu GO FLY, jehož autor zveřejnil popis svojí tvorby. Návod, který uvádí, je řešen pomocí základní desky Arduino PRO. Tato verze desky je ovšem poměrně veliká a tak autor své první řešení provedl do samostatné jednotky s vlastním zdrojem. Ve svém článku ovšem později zmiňuje, že se mu podařilo integrovat vario přímo do přístroje MIO400.  Tato možnost mi přišla velmi elegantní.

Přístroj MIO400 mi ležel doma na stole a přímo prosil o to, pokusit se z něj udělat dokonalou lítací hračku. Byl rozhodnuto. Autor blogu Gofly, pan Jaroš, byl velmi ochotný v komunikaci a i přesto, že návod na integraci přímo neuvádí, po nocích odpovídal na moje mailové dotazy a poskytnul cenné rady. Jeho cesta k integrovanému variu nebyla jednoduchá, podařilo se mu totiž několik navigací naprosto zničit. Mě se naštěstí, i díky jeho konzultaci a zkušenostem s elektronikou mého táty, podařilo vše napoprvé.

První kus byl minulý týden úspěšně otestován za letu a funguje, až na drobnosti, dle mých představ. Myslím, že moje "komerční" vario DIGILFY brzy uvidíte na některém z inzertních serverů.

Funkce, které jsem vyžadoval:

  • variometr s dostatečnou citlivostí obdobnou s komerčně prodávanými přístroji
  • zvuková signalizace variometru se zvukem podobným Digifly, na který jsem zvyklý
  • posílání dat přímo do LK (vario hodnota, výška, teplota) - díky tomu funguje systém LK naprosto přesně, hlavně co se týče kontroly prostorů a výšky
  • vypínací zvuk tlačítkem na boku přístroje (dvojklikem na tlačítko)
  • přepínání profilů citlivosti (podržením tlačítka na déle než 2s)
  • funkce "buzzer", motivováno Flymaster B1 - pro upozornění na velmi slabé stoupání v rozmezí -0,4 do +0,1 m/s. Funkci lze tlačítkem vypnout či zapnout.
  • integrování do navigace, napájení společným jedním zdrojem

Bonus pro řidiče!

Protože s MIO jezdím také v autě, mám navíc instalováno kromě LK8000 také naprosto fantastickou autonavigaci IGO primo. Přistane-li někdo, sundám přístroj z pultíku a podle autonavigace můžu jet na svoz.

Hardware - vybavte se lupou a chirurgicky klidným stiskem ruky!

Vše začíná výběrem součástek. Po přečtení snad většiny dohledatelných článků na internetu v několika jazycích jsem se rozhodl pro:
  • Arduino PRO mini (extrémně malá deska s chipem ATmega328)
  • Barometrický senzor BMP085. Senzor má rozlišení zhruba 20 cm a je schopen poslat až 25 měření za vteřinu. Podle letových testů je při správně naprogramovaném software dostačující. (je potřeba si uvědomit že i analogové variometry křídélkové konstrukce měli zpoždění 1-3 s a lítalo se s nimi bez problémů jde jen o zvyk. U nás v PG je situace ještě jednodušší, protože za vteřinu či dvě uletíme o dost menší vzdálenost než větroň) Přesto nyní ze zvědavosti testuji citlivější čidlo, jehož parametry jsou přesnost na 10 cm, 50 vzorků za vteřinu (MS5611). O výsledky upgradu se s Vámi podělím v pokračování.
Hlavní výhodou tohoto řešení je extrémně snadná stavba samotného varia. Ještě jednodušší je nahrání software. Programování samotného varia je díky možnosti psát kód v C++ lahůdkou pro každého programátora.  Nevýhodou je snad jen vyšší cena, oproti použití a implementaci čistě na bázi volného chipu.

Barometrická čidla o kterých se dá v konstrukci uvažovat



Za vhodné čidla můžeme považovat BMP085, MS5611 (rychlé dobré rozlišení). Zajímavé by bylo i MPL3115A2, bohužel je velmi špatně k sehnání. (při dobré ceně by bylo vhodným kompromisem mezi MS a Bosh čidlem)

Stavba

Sestavení fungujícího variometru nebyl velký problém. Díky využití programu, který poskytl p. Jaroš vario prakticky za hodinu pípalo na externím zdroji. Problém ale nastává při samotné integraci. Největším problémem je jednoznačně napojení na port USB MINI. Největším pomocníkem byla velká lupa a chirugicky klidná ruka mého táty.

Piny USB mini portu, pohledem přes fotoaparát v režimu makro a lupu.
Cívka, kterou vidíte, má velikost cca jedné koruny.

Jednotlivé porty jsou velmi malé, rozteč je menší než 0,5 mm a je potřeba být při jakékoliv manipulaci velmi opatrný. V tomto bodě mohlo velmi snadno dojít k naprostému zničení přístroje. Kvůli velikosti pinů je nutné použít tenkého cívkového drátu, pomocí kterého jsme napojili vývody. Nakonec se po několikahodinové práci pod lupou ve dvou lidech podařilo vývody napojit. To byla první výhra!

Zbývalo pouze uložit všechny díly varia tak, aby se vešly dovnitř MIA. Délku drátů jsem přizpůsoboval i umístění, tak aby nebyly dlouhé a nedošlo k jejich poškození při zavírání. Prostor v MIO400 vychází naprosto ideálně. Oproti řešení p. Jaroše jsem  otočil piny USB konektoru Arduina. Do krabice MIA jsem vyfrézoval otvor pro přímý přístup připojení do PC. Software varia lze snadno a rychle upgradovat, bez nutnosti rozebrání celého obalu přístroje. Také je nutné vyfrézkovat otvory pro tlačítko a přepínač a tyto komponenty pečlivě zalepit. Tím jakákoliv nutnost "destrukčních" úprav prakticky končí. Jednotlivé desky jsem přilepil oboustrannou pěnovou lepicí páskou.

O konstrukci ve fotografiích:

Potřebné součástky
Otevřené MIO před úpravami
Uspořádání všech částí v MIO400

Zapuštění tlačítka do vyfrézovaného otvoru
Otvor pro přímé napojení do PC pro upgrade software

V další části článku uvedu detaily ohledně nového software, který jsem pro vario přepracoval. Psát budu také o praktických zkouškách a použití varia v praxi....



Zdroje:


8 comments:

Anonymní řekl(a)...

Super! Kdy bude pokračování?

PP řekl(a)...

Brzy brzy, ted jsem neměl moc času psát...

Kolouch řekl(a)...

Pěkné. Funguje Ti to? Jak jsi vyřešil přepnutí mini usb na host? Na obrázcích to není vidět. Proč je připojen příjem zpět do arduina? Stačí vysílat věty, příjem není nutný, nebo ano? Stavím stejné zařízení, ale pro Evolve Multitraxx s použitím Tiny2313.
Hodně zdaru ...

Petr Polách řekl(a)...

Funguje to parádně! Jediný problém byl zatím že mi odešel reproduktor ze starého mobilu který jsem použil. Jinak problém nebyl.

USB host/serial mode řeší jedna část z dvojitého přepínače. První spíná napětí do Arduina. Druhá část spojuje pin 4 a pin 5 na USB (takto se hardware přepne do seriového režimu). Samotné drivery windows jsou potom zablokovány, aby se přístroj nepřepínal do nabíjecí obrazovky při připojení varia. To řeší modifikovaný shell.

Jak píšeš příjem není nutný. Já bych chtěl v budoucnu vytvořit program pro Windows CE který by uměl s variem komunikovat a nastavovat jeho parametry přímo - například prahy zvukové signalizace atd. Teď je nutné změnit tyto hardcoded parametry v programu a Arduino pomocí počítače přeprogramovat.

Pokud máš jakékoliv dotazy tak mi napiš na mail, rád ti pomůžu pokud budu znát odpověď.

Evolve je moc pěkný přístroj takže držím palce! Petr.

kiwik řekl(a)...

Ahoj Petře, pátrám po nějakém 5" PNA k uzpůsobení pro LK. Zatím se mi nejvíc zamlouvá FREEWAY MX2HD od Modecomu, ale nemám kde posoudit čitelnost na slunci. Zeptat se ale chci na jinou věc. Po přidání baročidla do tvého Mia je i výšková hodnota v tracklogu uvedena podle barometrické výšky? A jak to děláš s kalibrací - každý den nastavuješ podle aktuálního tlaku?

Díky Ivo Svěrčina
ivo@kiwiweb.cz

Petr Polách řekl(a)...

Ahoj, s přístrojem o kterém píšeš nemám bohužel žádnou zkušenost.

Co se baročidla týče- IGC soubor tvořený softwarem LK8000 obsahuje oba výškové záznamy - tedy jak GPS, tak případně baro pokud je dostupný.

V praxi to vypadá nějak takto:
http://www.pg-leonardo.cz/leonardo/flight/2556

Pod mapou letu je výškový záznam s oběma křivkami. Takto se let zobrazí v leonardu. Jak se zobrazuje v Xcontest bohužel nevím, podrobně jsem to nestudoval.

Co se kalibrace týče - LK8000 si nastaví QNH automaticky po zapnutí. Stačí chvilku stát, mít GPS signál a také . Hodnotu je možné případně upravit manuálním zásahem v setupu. Pokud bys chtěl vědět jak, ozvi se na mail.

V praxi autokalibrace funguje velmi dobře - viz odkazovaný let z cukráku který se nakalibroval na 370m, což odpovídá výšce startoviště.

Jaros® řekl(a)...

Very nice blog Petr,
I was looking for some stuff about lk8000 and findout your great blog.
Please check out my new clip with GoFly Project V2
http://www.youtube.com/watch?v=Ii9XSe017CM

Regards
Jarek
goflyinstruments.com

Petr Polách řekl(a)...

Hello Jarek,
thank you for your kind comment!

I have already seen your great project and told about it to my friends. They were very excited about new vario you have made. I am looking forward to test it when I have some spare money for it.

Wish you best luck with your project and once more, thank you for the great help you have given me with mine!