超音波送受信機 増幅なし テスト2

超音波送受信回路 増幅なし　テストのコンパレータの接続を変更したら感度が向上しました。


コンパレータの入力は＋側に接続していました。
しかし、PIC内臓のコンパレータを使う場合、入力はー側の方が都合がよかったので、接続を変えてテストしてみました。
すると、感度が向上したのです。約２ｍぐらいまで計測できるようになったようです。
最初の画像はテーブルの上にセンサーを置き、天井までの距離（約１．５ｍ）を測定しています。

送信側 MAX232でドライブ

超音波送受信機　増幅なし回路の送信側にRS232C用ICでドライブしてみました。
距離が2倍ぐらい測定できるようになりました。


Heightは最大１５(約３０ｃｍ）まで測定できています。

しかし、送信側だけの増幅では測定可能距離が短いようです。今回は体育館飛行の高度測定に使いたいので、最低２ｍ以上は測定できる必要があります。

超音波送受信機 増幅なし テスト

超音波送受信回路がうまく動作しないので、増幅しない（トランジスターなし）でテストしてみました。


結果は１０ｃｍぐらいは測定できることが分かりました。
最初の画像は超音波センサから１０ｃｍぐらいに手をかざしているところです。Hight：５ぐらいになっているのがわかります。この値は、送信完了から受信開始時のTimer0カウンター値です。内部クロック４Mでプリスケーラを１２８にしているので、4/4M*128*5*340m/s=0.22m --> 距離約１０ｃｍ
この実験で超音波センサとコンパレータの動作は確認できたことになります。
トランジスターを買いなおして再度同じ回路でトライすることもできますが、送信回路は今回の回路そのままで使えるので、受信をOPアンプ2段増幅回路でトライするつもりです。
送信側はPIC出力をそのまま使い、受信側はコンパレータのみとしました。

送信側のセンサ部分の波形です。
0V～+５Vの矩形波ですが超音波は送信されているようです。

受信側のセンサ部分の波形です。
わずかに波形が見えるのみです。

受信側のPIC部分の波形です。
0V～+５Vの矩形波ですが受信してない状態は+５Vになります。

トランジスタ メルト解決 but 未動作

回路図はたのしくできるPIC電子工作を参考にして作成しました。
トランジスタのメルト原因はテストボードの使い方を間違えていたものでした。
正しく接続し再試験して、メルトは解決しました。しかし、動作しません。


PICの送信部分(GP0)では正しくシグナルが出力されているようです。
24us周期でON,OFFして、それを400us送信しています。
TeraTermはモニター出力で、シグナル受信タイムアウトで250を出力しています。

送信側の超音波センサのシグナルは40KHzで出力しています。
しかし、超音波センサの電圧が+-1Vぐらいで、これが正しいのか良くわかりません。

送信側の超音波センサを外して、そこのシグナルを見ると、マイナス電圧になるのですが、これが正しいのか良くわかりません。

受信側の超音波センサは電圧が+1Vぐらいで一定になってます、これが正しいのか良くわかりません。（超音波未受信の状態はこの状態なのか？）

受信側のPIC入力部分は電圧が+５Vで一定になってます。これは未受信状態と思われます。

超音波送受信機 テスト失敗

実験中にPingが故障していました。そこで、超音波送受信機回路を自作する為、テストしたのですが、うまく動作しません。
スイッチを入れると、受信側のトランジスタが壊れてしまいます。接続ミスは何度もチェックしたので、可能性は低いと考えています。

フライングロボット 修正

前回の飛行会での問題点を修正しました。
全備重量：120.9g


ブラシレスアンプの問題
フライングロボット制御基盤から、アンプにシグナルを出力すると「YGE 4-BL」では動作したのに、「PHOENIX 10」では、始動しない問題について。
シグナル出力周期を40msから25msに変更したら、動作しました。
しかし、シグナル周期を短くすると別の問題が発生します。
今回は、スタンドアロンタイプで作成しているので、「RCシグナルの入力」、「サーボ、アンプシグナルの出力」、「標識信号の受信」、自律飛行判断、を１つのPICで行うことになります。しかも、今回は行なっていなかった「高度情報の取得」が加わります。さらに、標識が複数になったら標識信号の受信に多くの処理時間が取られることになります。将来的には、「姿勢情報の取得」も加わる可能性があります。
現在、これらを順々に処理しています。この方式だと、ある処理をこなしている間に、別のシグナルが入ってきた時は無視するので、情報が途切れてしまいます。
これを、解消する為に、割り込み処理と、同時に処理が発生した場合の優先順位を決めて、処理していく必要があります。
まず、「標識信号の受信」はRAピンを使って、メインループ内で行います。
「RCシグナルの入力」をRB割込み処理とし、他の処理中には割込み禁止として、シグナル入力処理を行なわないこととしました。
「サーボ、アンプシグナルの出力」はTime2割込みを使って行うことにしました。この処理はRCシグナル取得完了時にスタートすることで、「RCシグナルの入力」処理とのバッティングを避けることにします。
スロットルをあげてモーターの回転が大きく(電流量が大きく)なると、サーボが動かなくなる問題点について、
前回テストでマザーシップに搭載されていたブラシレスモータは「Brushless092030S352441」でした。このモータは鳥居さんのキットを使って、0.35mmコイル24回スター巻きで、Φ4×1磁石を搭載したものです。最大で、４A弱電流が流れています。
この磁石を5x5x1に変更することにしました。（「Brushless092030S3524551」）
この変更で、電流量が最大で3A弱になり、ベンチテスト上は問題なくなりました。
マザーシップの問題点
前回のテストで重心位置を前方に移動させる為に、ノーズウェイトが必要でした。それを、改善する為に、主翼を後方に移動させることにしました。
自律飛行時の操舵量の変更
自律飛行での旋回はラダーとエレベータを一定量操舵する方式を考えています。
この一定量をテストで決めていかなければなりません。現在は、PICにハードコードしているます。この操舵量を変更する際、PICプログラムを変更する必要があるわけです。これではテスト飛行が煩雑になるので、エレベータ操舵量をAUX1に、ラダー操舵量をAUX2で変更できるようにしました。さらに、現在使っていない、エルロンスティック操作で、自律飛行時の旋回を行なえるようにしました。
これで、次回のテスト飛行では、まずRCで自律飛行時と同じ旋回方式のテストができることになります。

第60回 横田スローフライヤークラブ飛行会

第60回　横田スローフライヤークラブ飛行会に加しました。
1. マザーシップのテスト飛行
2. 赤外線標識を使った位置認識テスト
を行いました。


1. マザーシップのテスト飛行
フライングロボットの制御テストに使う目的なので、安定の良いセッティングにする必要があります。
##### 現在考えているフライングロボットの制御 #####
基本的には飛行機の安定に頼った飛行を行なう。つまり、姿勢をセンシングして制御しない。
飛行方向を変える時は、設定した旋回半径になるようにラダーとエレベータを操舵する。
旋回の終了時には、舵をニュートラルに戻し、飛行機の安定で直進飛行に復帰する。
######################
当初、重心位置33%で飛行させました。RC飛行する分にはこれでもOKと思われます。しかし、姿勢が乱れた場合の復帰が遅く、RCで操舵しないと体育館での飛行は厳しいと感じました。
そこで、重心位置を25%にして飛行させたら、ある程度改善しました。
今回は、重心位置を前にするのに、ノーズウェイトを搭載しなければなりませんでした。
ウェイトを搭載しなくても、重心位置がもっと前に移動できるように改善する必要があります。
2. 赤外線標識を使った位置認識テスト
制御基盤を使ったRC操縦
自律制御飛行の前に、RCシグナルを取得し、スロットル、ラダー、エレベータを制御基盤から出力させるテストをおこないました。これは、いわゆるPICを使ったRC受信機と同じ機能をする部分になります。
まず、ESCにYGE 4-BLを使ってみました。結果は、出力が時々乱れる事がわかりました。
BECの電流量の問題のように思われます。
次に、ESCをPHOENIX 10に交換してみました。今度は、スイッチを入れてもESCが正しく始動しないのです。
このESCは高度制御のテスト飛行で使用して実績があります。ただし、今回はシグナル出力周期を40msにしています。以前はJR送信機からのシグナル周期(23ms)をそのまま使っていたので、この問題と思われます。
今回は、高度制御(スロットル制御)は行なわないので、受信機にそのまま接続してテストを続行することにしました。
次に、スロットルをあげてモーターの回転が大きく(電流量が大きく)なると、サーボが動かなくなることがわかりました。これもBECの電流量の問題のように思われます。
最後に、標識方向センサーの体育館でのテストを行なったのですが、うまく標識シグナルが受信できていないことがわかりました。
これは後でわかったことですが、標識から赤外線が十分に出力されていなことがわかりました。
標識β版は赤外線発信装置を改造したもので、使っていないコネクターがあったのですが、そのコネクタに間違ってさしていたようです。その為、標識に使われている２０個のLEDのうち実際に赤外線が発信していたのは、５個だったことがわかりました。

自律飛行コントローラ搭載

自律飛行コントローラをマザーシップに搭載しました。
全備重量：118.9g

マザーシップ作成(MotherShip03-01)

フライングロボット用のマザーシップを新たに作成しました。
全備重量：99.0g


今までフライングロボット実験用に使っていたマザーシップはLivingRoomFly03をベースにしたもので、剛性の問題がありました。そこで、主翼の１ｍｍカーボンロッドをサイズアップ（１．５ｍｍ）し、スパンを１５０ｍｍ延長することにしたのです。その為、胴体、脚などは再設計が必要になります。
��４クリアケース収納及び、組立て分解の利便性はそのままで、剛性のある構造としました。
その結果
スパン：450mm　->　600mm
翼面積：8.1dm2　->　11.1dm2
全備重量：81.2g　->　99.0g
翼面荷重：10.0g/dm2　->　8.9g/dm2
となりました。
これで、剛性的にもパワー的にも余裕がでて、実験用機材も余裕をもって搭載できるようななったと考えています。

ちなみに、初代マザーシップ(Platz12.1)と比べると、一回り小さくなっています。当時は、今搭載しているような軽量ハイパワーのモーターがなかったので、実験機材などあまり重たいものが搭載できないものでした。
仮に、初代マザーシップのモーターを現在のブラシレスモーターに交換したら、今回作成したマザーシップより、ペイロード性能は勝っていると思われます。しかし、プロペラがむき出しで飛行することになります。しかも、大きな箱に収納して持ち運ばなければなりません。つまり、安全性、収納性、組立て分解の利便性の面で劣っていることになります。

自律飛行コントローラβ版完成

フライングロボット用の自律飛行制御装置のβ版が完成しました。


当初は、以前完成していた標識方向センサー β版とバス接続(I2C)でつながった飛行制御装置を考えていたのですが、I2Cがうまく動作しませんでした。
原因がわからない状態なので、標識方向センサー、RCシグナル認識、自律飛行制御などの全ての機能をPICに入れたスタンドアロンタイプの自律飛行制御装置を作成することにしました。
後、実験中にPingが故障したので、次回の飛行会は、高度制御部分はなしで実験することになります。
PIC１６F８８に関して、理解状況をまとめました。
1.PIC１６F８８のI2Cはスレーブ機能のみハードウェア実装している。
マスター機能はソフトで行なう。コンパイラ（CICC)にソフトエミュレーション機能があるので、それを使うことになる。
ただし、マスター側のPINはスレーブハードウェアで指定されているPINを２つとも使うと動作しない。１つは別のPINを選択する必要がある。
2.マスター側からの送信要求、受信要求は、スレーブ側のＩ２Ｃ割込みで認識できる。
しかし、スレーブ側での受信しても、デバイスコードは受信できるが、データが受信できない。
マスター側でも、データ受信ができない。
3.当初RCシグナルをRB6に接続し、RB割込みで動作するように作成したが、うまく動作しなかった。
　現在は、RCシグナルはRB5から取り込み、サーボ出力をRB2,RB3,RB6へ行なっている。
4.ＲＢ割込みルーチン内で、Timer0をセットし、ＲＣシグナルインターバルを検出しようと、Ｔｉｍｅ０割込みを有効にしたが、うまく動作しない。
割込みは発生しているようだが、割り込みが発生した後のＲＢ割込みがうまく動作しなくなる。
最終的にはＴｉｍｅｒ１を使い、ＲＢ割込みルーチン内ではセットなどせずに値を取得(get_timer1)のみ使った処理でうまく動作した。
pingの故障について
実験中に誤って２セル(7.2V)を接続したら、動作しなくなった。１セル(3.6V)では動作しない。５Ｖ厳守のようです。
自律飛行制御ロジック
��ＩＣ内に、台本（script)構造体変数を定義しておく、その情報に従って、自律飛行を行なう。
台本には、目標高度、目標標識、終了情報などが入る。
台本変数は複数行指定でき、１行実行して、終了条件になったら、次の行を読み込む仕掛けになっている。繰り返しコマンドなども設けているので、パターン飛行を繰り返し行なうことも可能にしてある。
予め違った台本がセットされているＰＩＣを現場で取り替えれば、別の飛行パターンを飛行できることになるわけです。
今回の台本は、目標高度は制御しない（ＲＣシグナルをそのまま使う）設定で、目標標識の周りを左旋回する設定で実験する予定です。

標識方向センサー β版完成

標識方向センサー(BeaconDirectionSensor)のβ版が完成しました。


受光素子を8個搭載し、赤外線標識(IrBeacon)から発信される赤外線を受信し、標識の方向を測定するものです。
中央には、Pingを搭載し、高度も測定します。そして、バス接続(I2C)でつながった飛行機制御用のPICに飛行機の高度情報と標識の位置情報を伝達します。
まだ、I2CとPing部分のプログラムは搭載されていません。
今回のPICはPIC16F88を使うことにしたので、今まで使っていたPICライター（PICkit 1）では書き込めません。そこで、以前に使っていた秋月PICライターをバージョンアップして使うことにしました。

テスト
部屋でテストする為に、赤外線標識のLEDを５個のみ接続しました。しかも、部屋の隅に置いて奥の方向にLEDを向けています。
このことで、赤外線量が小さくなり、部屋の反対側で標識方向センサーのテストができるようになりました。

デバックモニタは、２０回受信毎に表示しています。1行目には直近に受信した標識のデバイスコードと受信した受信素子数を、２行目にはデバイスコード０～６までの方位（0～15）が、３行目はデバイスコード０～６までの受信した受信素子数を表示しています。
方向センサーを回転させて、テストしました。標識のデバイスコードは１なので、右から２番目の情報のみが出力されているのがわかります。また、方位が０～１５まで変化しているのも確認できます。
デバイスコード０は高度情報をセットする予定です。

第59回 横田スローフライヤークラブ飛行会

第59回　横田スローフライヤークラブ飛行会に加しました。
1. 高度自動制御飛行機のテスト飛行
2. 赤外線標識を使った位置認識テスト
を行いました。


1. 高度自動制御飛行機のテスト飛行
制御ロジック変更（目標高度での制御サイズを１に変更）でテストしました。
ロジック変更前では目標高度を維持できなかったが、このロジック変更で目標高度内で飛行できるようになってきたようです。
今日は、搭載している受信機の不調で、ラダーとエレベータが誤動作するトラブルが発生しました。結果、クラッシュして、テスト中止となってしまいました。
2. 赤外線標識を使った位置認識テスト
到達距離テスト
最大到達距離：約１２ｍ
F西多摩体育館のサイズは20mx30mなので、この到達距離で問題ありません。
画面が見にくいですが、受光素子が１つまたは２つ受信しているのがわかります。

��ｍ受信テスト
標識までの距離を４ｍにしてテストしました。
受光素子が３つ受信しています。
受信している受光素子の数で、ある程度距離も認識する事が可能なようです。

標識の真上での受信テスト
高度１ｍでは真上でも受信することがわかりました。

標識方向センサー(BeaconDirectionSensor)

赤外線標識(IrBeacon) テストその１で作成した標識方向センサーに受光素子を３個追加（計５つ）しました。
体育館での標識受信テストに使う予定です。

赤外線標識(IrBeacon) β版完成

実験用赤外線標識(IrBeacon) が完成しました。


ハイパワー赤外発光ダイオード(QED234）テスト
IrLED テストと同じ方法でハイパワー赤外発光ダイオードをテストしました。
結果は、到達距離5cmとまったく効果がありません。これは、私の作成した回路に問題があると思われます。

そこで、赤外線標識(IrBeacon) テストその１で使った赤外線発信装置にさらに手を加えて、赤外発光ダイオードのテストをすることにしました。改造内容は、回路と赤外発光ダイオードとをJSTコネクタで自由に抜き差しできるようにしたのです。

右の画像は手前から２列目のLED５つのみ回路と接続された状態です。テスト結果は、部屋の中では壁に反射して全方位受信可能状態でした。
この状態は、リチウムイオンバッテリ３セルを電源としてテストしたものです。
これを、９VADアダプターに変えてテストした結果も同じでした。多分、１２Vから９Vに減っているので到達距離は小さくなっているのですが、部屋の中では差がでていないと思われます。
次に、この回路にハイパワー赤外発光ダイオード(QED234）を接続し、部屋の隅に設置して９VADアダプター電源でテストしました。

結果は、部屋の中では壁に反射して全方位受信可能状態でした。
さらに、広指向赤外発光ダイオード(RLD224)もテストしました。

結果は、到達距離：4m であることがわかりました。
LEDを沢山使えば標識に使えないことはないが、LEDを沢山使うのであれば、広指向である必然がありません。広指向でなくても、もっと出力が大きいLEDを使うのがベターということになります。
実験用赤外線標識(IrBeacon) は今回の回路に９VADアダプターを電源とし、ハイパワー赤外発光ダイオード(QED234）を搭載することにしました。
赤外発光ダイオードは半球の発泡スチロールに放射状に２０個装着することにしました。