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| Der Telemetriesender - wird in das Modell eingebaut ( Masse 80mm x 36,5mm ) - Das neue Layout ist mit Drahtantenne ! |
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| Der fertige Telemetriesender - Eingeschrumpft zum Einbau ins Modell. Die Version mit Drahtantenne ! |
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| Der Telemetrieempfänger - wird an einen Computer ( Laptop ) angeschlossen ( Masse 86,5mm x 49mm ) - USB Version |
Alle Rechte für die hier beschriebene Schaltung inklusive Software
liegen bei den Entwicklern des Systems, Jochen Ebert und Wilhelm Krug.
Ich
gestatte die Verwendung der Schaltung, des Layouts sowie der Software
ausschließlich für private Zwecke.
Eine kommerzielle Nutzung der
Schaltung, des Layouts sowie der Software untersage ich hiermit
ausdrücklich.
Jeder Privatanwender darf die Schaltung, das Layout sowie
die Software seinen eigenen Bedürfnissen anpassen. Dabei muß der
verwendete Quellcode und die Layouts immer frei bleiben.
Eventuelle
Softwareänderungen -erweiterungen -verbesserungen können Sie mir,
oder Jochen Ebert, zur Bereitstellung auf dieser Page gerne per
E-Mail zusenden.
Die Verfasser schließen alle Haftungsansprüche, die durch den
Aufbau, die Benutzung und die Entsorgung,der hier vorgestellten Schaltung
verursacht werden aus.
Die Haftung für eventuell auftretende Sach-
Personen- und Umweltschäden liegt beim Erbauer, bzw. dem Betreiber der
Schaltung.
Das System wurde für die Live Datenübermittlung aus einem
fliegenden Modell entwickelt.
Als Empfänger sind von uns aus 2
Varianten vorgesehen.
1. Der Stand Allone Telemetrieempfänger, zum
Anschluß an die USB Schnittstelle oder mit anderem Layout an der RS232
Schnittstelle
2. Das LiPo
Voltmeter in dem auch ein Telemetrieempfänger eingebaut ist.
Das
LiPo Voltmeter kann die
Daten des Telemetriesystems direkt auf dem Display ausgeben, oder die Daten
über die eingebaute USB Schnittstelle zum PC / Laptop
übertragen.
Da es sich bei der Übertragung um ein FSK ( Frequency
Shift Keying = Frequenzumtastung ) Protokoll mit den Eckdaten 2400Bit/s, 8
Datenbits, 1 Stoppbit handelt, können Sie auch andere Empfänger
verwenden.
Als Übertragungsprotokoll wurde das Open Format von LogView
verwendet. Da dieses aber auch ähnlich wie das .CSV Format von EXCEL
aufgebaut ist, lassen sich geloggte Dateien auch ohne große Probleme mit
EXCEL auswerten.
Ein Übertragungsframe sieht folgendermaßen
aus:
$3;1;99;6000;5880;770;0;0;0;0;25;33;1520;2F<CR><LF>
$=Startzeichen
für einen Datensatz
3=Aktueller Kanal ( 1+2 wird für das LiPo
Voltmeter verwendet )
1=Modus
99=Zeitstempel von 0 aus
aufsteigend
6000=Spannung 1 = 6V
5880=Minimalspannung 1 = 5,88V
770=
Spannung 2 = 0,77V
0;0;0;0;0; = Dummies ( Füllstellen ) um kompatibel
mit dem LiPo Voltmeter zu sein
25=Temperatur 1 = 25°C ( maximal
300°C möglich )
33=Temperatur 2 = 33°C ( maximal 300°C
möglich )
1520=Drehzahl 1520 U/min, kann per DIP Fix von 1...4 Impuls
pro Umdrehung eingestellt werden.
2F=Checksumme als EXOR über alle
bisherigen Daten.
<CR><LF>=Carriage Return - Line Feed als
Endekenner eines Datensatzes.
Der Telemeriesender generiert jede Sekunde
einen solchen Datensatz. Der Zeitintervall ist nicht einstellbar !
Der
Telemetrieempfänger empfängt die Daten des Senders, prüft die
EXOR Checksumme und gibt nur bei gültigen Datensätzen die Daten
über die USB Schnittstelle ( 38400,8,N,1) an den PC weiter.
Fehlerhaft
erkannte Datensätze werden im Telemetrieempfänger verworfen und nicht
zum PC weiter gegeben.
Ein Entwicklungsziel war es mit preisgünstigen
Komponenten auszukommen, ohne dabei auf Funktionalität verzichten zu
müssen.
Aus diesem Grund wurden auch die relativ preisgünstigen
Sende / Empfangsmodule von Pollin verwendet, die dort unter der Bezeichnung
RFM01 bzw. RFM02 für 4..5€ pro Stück verkauft werden. Pollin
bietet seit neuem auch Module für das 868MHz Band an.
Will man diese
868MHz Module verwenden, müssen die Initialisierungsroutinen in der
Software angepasst werden.
Ursprünglich war eine sog. Splatch Antenne
des Herstellers "Antenna Factor" geplant ( Siehe erstes Bild oben
).
Allerdings zeigte sich im Praxiseinsatz, das ca.17cm versilberter
Kupferdraht mehr Reichweite brachte.
Beim Sender, sowie beim Empfänger
kommt ein normales Stück versilberter Kupferdraht mit ca. 17cm Länge
zum Einsatz.
Beim LiPo Voltmeter wurde eine Gainflex-Antenne von Kathrein (
K7153216 )verwendet. Diese Antenne soll lt. Hersteller 3...4dB Gewinn bringen.
In der Praxiserprobung waren das dann real ca. 50m Reichweitengewinn.
Die
Antenne ist mit 26,-€ + Steuer ziemlich teuer, wer aber die Reichweite
benötigt, sollte sich das Teil gönnen.
Unsere "Splatch"-
Senderplatinen wurden hinter der Massefläche abgeschnitten und der
Silberdraht direkt auf die, vom Lötstoplack befreite, Leiterbahn die zur
Splatch- Antenne führte aufgelötet.
Um die Abmessungen möglichst klein zu halten, wurden beim
Telemetrie Sender überwiegend SMD Bauteile verwendet.
Als
Herzstück der beiden Platinen fungiert ein Microcontroller der ATMEL AVR
Reihe. Es wurde der ATMEGA 8 L8, einmal in der SMD Variante ( Telemetriesender
) und einmal in der DIL 28 Variante ( Empfänger ), verwendet.
Dieser
Controller benötigt natürlich Software, die auf irgend eine Weise in
den Controller eingespielt werden muß.
Aus diesem Grund befindet sich
bei beiden Platinen ein sog. ISP ( In System Programmable ) Anschluß.
Über diesen Anschluß kann, mit einem entsprechenden Programmer, die
Software in den Controller geladen werden.
Der Telemetriesender
benötigt ein Programm für den Flash ( .hex File ), sowie eine Datei
mit den Kalibrierungswerten für die A/D Wandler, welche im EEPROM des
Controllers abgespeichert werden ( .eep Datei ).
Der
Telemetrieempfänger wurde wegen der einfacheren Verarbeitung mit
bedrahteten Bauteilen aufgebaut.
Der Telemetrieempfänger kommt mit
einer Programmdatei, also dem .hex File aus. Das EEPROM dieses Controllers ist
ungenutzt.
Zur Programmierung der Controller werden die Anschlüsse
+5V, MISO, MOSI, SCK, RESET und GND benötigt.
Ein paar Links zu den
benötigten Tools sind auch auf unserer Seite zum
PWM Schalt / Blink
Modul zu finden.
Zur Zeit sind 3 Prototypen im Einsatz.
Die Übertragung als
solches läuft relativ zuverlässig, das Erstellen einer
Bedienungsanleitung ist der nächste größere
Programmpunkt.
Jochen Ebert ist zur Zeit am Testen und Einstellen, wird aber
leider durch das unbeständige Wetter und Zeitmangel aufgehalten.
Ich
selber hab den Sender Anfang Mai 2009 auch getestet. Der optische
Drehzahlsensor funktionierte nicht zufriedenstellend, die Beschaltung wurde
etwas verändert - nun sollte es laufen ( So noch nicht getestet ).
Die
Drehzahl zeigte auch Schwankungen an, obwohl keine vorhanden waren, daraufhin
wurde dir Drehzahlerfassungsroutine noch einmal etwas umgestaltet.
Wenn dann
alles läuft hat mir Jochen versprochen, sich über die
Bedienungsanleitung herzumachen.
Ich selber hänge voll in anderen
Projekten drin, deshalb komm ich auch nicht dazu.
Wir haben einige Versuche
mit verschiedenen Antennen unternommen und dabei festgestellt, das eine 17cm
lange Drahtantenne im Sender eine Reichweitensteigerung von ca 50%
bringt.
Die Version mit der Splatch Antenne wurde daraufhin
verworfen.
Für das Kalibrierungstool wurde eine neue Version
eingestellt.
Die technischen Daten sind:
Betriebsspannung 3,6...16V (1LiPo bis 12
NiMH)
Stromverbrauch der Schaltung ca. 15mA Sender, ca.10mA
Empfänger
Reichweite des Systems: 300m über dem Boden ca.380m in
der Luft mit der Drahtantenne am Sender und der "Kathrein" Antenne im
Empfänger.
Gewicht Sender 23g ohne Verkabelung und
Schrumpfschlauch
Gewicht Empfänger 26g ohne Gehäuse
Die Hardware besteht im Wesentlichen aus dem Microcontroller ATMEGA 8L 8
der Firma Atmel, dem Funk- Sendemodul RFM 02 und dem OP Amp TLC 272.
Im
Prinzip werden für die Spannungs- und Temperaturmessung die internen A/D
Wandler des ATMEGA 8 mit 10bit Auflösung verwendet.
Der Schaltungsteil
rund um den OP-AMP IC1B stellt eine Spannungseinbruch - Erkennung dar. Der
OP-Amp folgt der Spannung des Spannungseinganges VOLT1 und steigt bei einem
minimalwert nur langsam wieder auf die normale Spannung von VOLT1 hoch. Das
soll den Sinn haben kurzzeitige Spannungseinbrüche an einer
Spannungsquelle sicher erkennen zu können ( z.B. Überlast an einer
BEC ).
Die Beschaltung rund um den OP-AMP IC1A ist die Impulsaufbereitung
für ein Drehzahlmesser Signal. Der Operationsverstärker arbeitet
hierbei als Komperator. Über den Widerstand R6 wird dabei eine Hysterese
bewirkt um saubere Signalflanken zu erhalten.
Für den Drehzahlsensor
sind 2 verschiedene Typen möglich:
1. Ein Magnetfeldsensor vom TYP
TLE4905L, der an die Anschlüsse SV3 Pin 1,3 und 5 angeschaltet wird und
einen kleinen Magneten abfragt.
2. Ein Fototransistor vom Typ BPY62/III der
an die Pins 3 ( C ), 4 ( B ) und 5 ( E ) angeschaltet wird.
Als
Temperatursensoren haben wir die KTY84-130 verwendet. Andere Temperatursensoren
mit ähnlichen Eigenschaften sollten aber auch funktionieren.
Will man
wirklich Temperaturen über 150°C messen sollte man die Anschlüsse
nicht mehr löten, sondern mit Quetschverbindern ausstatten.
Auf die
Temperaturbeständigkeit des Sensor- Anschlußkabels, sowie des
Isoliermaterials für die Pins muß man dann auch
achten.
Geeignetes Material haben wir bei Buerklin gefunden.
Der
Fototransistor sollte auf jeden Fall mit geschirmtem Kabel mit der Schaltung
verbunden werden, da es sonst zu Einstreuungen über die Basis des
Transistors kommen kann.
Eine besondere Beachtung sollte die Kalibrierung
des Senders finden. Diese findet in 2 Schritten statt.
Als erstes wird die
Sender_kalibrierung.eep Datei in den Controller eingespielt.
Nun werden an
die 2 Spannungseingänge eine bekannte Spannung von etwa 12V eingespeist.
Die dabei heraus gekommenen Werte werden in das EXCEL Tool eingegeben.
Bei
EXCEL muss die Software für die Befehle DEZINHEX und HEXINDEZ
nachinstalliert werden, sonst funktioniert das SCRIPT nicht !
Nun werden die
beiden Temperatursensoren einer Temperatur von 0°C ausgesetzt. Auch diese
beiden Werte werden in die EXCEL Tabelle eingetragen.
Anschließend
setzt man die Temperatursensoren einer bekannten Temperatur >90°C aus (
z.B. kochendes Wasser ) und gibt auch diese Werte in die EXCEL Tabelle
ein.
In der unteren Zeile der EXCEL Tabelle erscheinen nun die Werte die in
ein neu zu erstellendes .eep File einzutragen sind.
Diese .eep Datei kann
man mit AVR Studio 4 ( nicht ganz einfach ), oder einem anderen Editor der
INTEL .hex Files generieren kann erzeugen.
Der einfachere Weg führt
aber über die Kalibrierungsdatei von Jochen Ebert. Diese erzeugt dann
direkt ein .eep File, das in den Controller eingespielt werden kann. Die
Abgleichprozedur als solches verläuft aber hier genauso wie bei der
Kalibrierung mit dem EXCEL Tool.
Die erzeugte .eep Datei wird dann per
ISP in den Controller des Senders eingespielt und braucht dann bis zum
Austausch von eventuell defekten, oder zusätzlichen Sensoren nicht mehr
verändert zu werden.
Die Hardware besteht auch hier aus dem Microcontroller ATMEGA 8L 8 und
einem USB Bridge Baustein der Firma FTDI, dem FT 232RL, sowie dem Funk
Empfangsmodul RFM 01
Die Daten die das Funkmodul RFM 01 empfängt werden
im ATMEGA 8 gesammelt. Nachdem ein kompletter Datensatz empfangen wurde, wird
die Checksumme geprüft und bei fehlerfrei erkanntem Frame, dieses zum
FT232RL gesendet.
Hierbei kommt eine ganz normale serielle
Datenübertragung zum Einsatz, mit den Eckwerten 38400 Bit / sek, 8
Datenbits, keine Parität, 1 Stoppbit.
Die komplette Anpassung an den
USB Bus übernimmt der FT232RL, der hier mit den Treibern für einen
Virtuellen COM Port arbeitet ( VCP Treiber ). Diesen Treiber kann man kostenlos
von der Homepage von FTDI herunterladen.
Man kann auch unser LiPo Voltmeter
verwenden, auch das hat einen Empfänger erhalten und kann die Daten des
Telemetriesenders zusätzlich direkt auf einem 4X20 Zeichen Display
ausgeben. Auch diese Schaltung wird eine USB Schnittstelle mit FT232RL zur
Datenübertragung enthalten.
Vom Telemetrie Empfänger gibt es auch
eine Variante mit einer normalen RS232 Schnittstelle. Diese Variante
benötigt aber eine zusätzliche Stromversorgung. Die
Controllersoftware für die USB und die RS232 Variante ist die
gleiche.
Teileliste für Sender und Empfänger -nicht ganz aktuell !
Schaltplan des Senders im EAGLE .sch
Format
Layout des Senders im EAGLE .brd
Format
C-Quellcode ( CodeVision AVR )
für den Sender
Project file
für CodeVision AVR
.hex File zum
Programmieren des Controllers ( Sender )
.eep Datei für die erste Kalibrierung des
Senders
EXCEL Hilfstool
für die Ermittlung der Kalibrierungswerte
Kalibrierungstool von Jochen Ebert als
ausführbare .exe Datei
Schaltplan des Empfängers USB im EAGLE
.sch Format
Layout des Empfängers USB
im EAGLE .brd Format
Schaltplan des
Empfängers RS232 im EAGLE .sch Format
Layout des Empfängers RS232 im EAGLE .brd
Format
C-Quellcode ( CodeVision AVR )
für den Empfänger
Project
file für CodeVision AVR
.hex
File zum Programmieren des Controllers ( Empfängers )
Logview.ini muss in den Ordner: C:\Dokumente und
Einstellungen\|user|\Anwendungsdaten\LogView\Geraete\OpenFormat
Reichelt Elektronik
FTDI USB Treiber - es werden die VCP Treiber
benötigt
Nessel
Elektronik
Conrad Elektronik
Farnell in One
LogView - show your serial data
ATMEL: Software "AVR Studio 4", sowie die
Datenblätter des Microcontrollers
hp info tech: Software "Code Vision AVR"
als kostenlose Test und kostenpflichtige Vollversion
http://www.lancos.com/: Software "Ponyprog"
sowie diverse Programmieradapter
Seite von S-
Huehn: Sehr einfacher Programmieradapter für AVR.
EAGLE 4.xx: Leiterplatten Layoutprogramm in
der Light Version kostenlos!
Die Firma Bruckner hat sich bereit erklärt die Beschaffung von
Platinen zu übernehmen. Allerdings müssen schon ein paar Platinen
zusammen kommen damit eine Nachbestellung lohnt. Deshalb kann eine
Platinenbestellung auch etwas dauern.
Die Adresse lautet:
Klebetechnik
Bruckner
Angelbergerstr. 2A
92345 Dietfurt/ Töging
Tel. 0 84 64/
60 57 46
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Wenn noch jemand eigene Ideen oder
Verbesserungsvorschläge hat, kann uns gerne eine
E-Mail schicken. Wir werden dann
diese Vorschläge gerne mit einfließen lassen. Jochen Ebert hat zu diesem Thema auch ein Forum eingerichtet das unter http://www.modellheliflieger.de erreichbar ist. Über das Forum anzufragen ist sinnvoller, da dabei alle anderen Forumsteilnehmer mitlesen können ! |
updated 08,May 2009