Joan Granell Martorell Ins Tarragona Tarragona X Fòrum TRiCS

1. Joan Granell Martorell
ESTUDI I CONSTRUCCIÓ
D’UN DRONE
INSTITUT TARRAGONA
Gener 2016

2. OBJECTIUS DELTREBALL
• AMPLIACIÓ DE CONEIXEMENTS ENVERS EL MÓN DELS DRONES
• CLASSIFICAR-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 MÓN DE LA PROGRAMACIÓ EN ARDUINO I LA
COMPRENSIÓ DEL FUNCIONAMENT DELS SENSORS.

3. ÍNDEX
Estudi i construcció d’un quadcopter
• Versió 1: Configuració amb elements estandard
• Motors amb i sense escombretes
• Els variadors de velocitat (ESC)
• La unitat de control
• El receptor i el transmissor
• Les bateries i el procés de càrrega
• Muntatge del frame
• Proves d’estabilitat
• Versió 2: Configuració amb circuits controlats per
Arduino Uno
• La placa Arduino Uno (o Nano)
• Els sensors
• Connexions i construcció de circuit imprès
• La càrrega del programa
• La configuració del receptor Bluetooth amb
Multiwii
• Control a través d’una app de smartphone
• Conclusions

4. ELSMOTORS (I). MOTORSAMBESCOMBRETES
• Els motors elèctrics es basen en el principi de
l’electromagnetisme.
• Es composen d’imants estàtics o estators i
d’imants electromagnètics que varien de signe en
variar la polaritat.
• Els motors amb escombretes són bifàsics mentre
que els motors brushless són sempre trifàsics
• En no disposar d’escombretes, els motors
brushless necessiten d’un circuit controlador
electrònic de velocitat (ESC)

5. ELSMOTORS (II). MOTORS SENSEESCOMBRETES
Avantatges:
• Major eficiència: menys
pèrdua i millor dissipació del
calor.
• Major durabilitat de les
bateries per la mateixa
potència.
• Major potència amb un pes i
mida menors.
• Menor manteniment en no
disposar d’escombretes.
• Rang de velocitat més
elevat perquè no té
limitació mecànica.
• La relació entre
velocitat i par motor és
quasi una constant.
• Menor "soroll"
electrònic que
interfereixi a altres
circuits.
Desavantatges:
• Major cost de
construcció.
• Es controla amb un
circuit car i complex
(ESC’s).
• Sempre fa falta un
control electrònic per
tal que funcioni.
Els motors tenen
un Kv (Rpm/V) de
1000, per tant
donen 11.100 rpm

6. ELSVARIADORSDEVELOCITAT
• Encarregats de transmetre i
administrar la potència
necessària 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
l’alimentació que arriba de les
bateries a 11,1V

7. LAUNITATDECONTROL
• La unitat de control incorpora un
acceleròmetre, un giroscopi i un sensor de
pressió.
• Cal configurar-la pel quadcopter escollit i
cal calibrar la sensibilitat dels
comandaments del transmissor.

8. TRANSMISSOR IRECEPTOR
• El procés de Binding o emparellament es el procés pel
qual el transmissor i el receptor es configuren per
operar en la mateixa freqüència.
• El receptor és alimentat a 5V a través de la unitat
central KK2.1.5.
• Es comuniquen en el rang de 2,4GHz, fora de qualsevol
“soroll” d’altres components electrònics.

9. LESBATERIES
• Les bateries triades són de polímer de liti
(LiPo) perquè tenen un factor de
descàrrega constant.
• Les utilitzades en aeromodelisme són
d’11,1V.
• Cada cel·la és sempre de 4,7V, de
manera que tenen 3 cel·les.
• He descartat la de 5mAh pel seu pes i he
muntat una de 2,2mAh
El procés de càrrega de ha de ser
“balancejat”: que es carreguin totes
tres cel·les d’igual manera.

10. MUNTATGE DEL’ESTRUCTURA
Utilització d’un kit per muntar un drone
de 450mm.
• Soldadures: Procés de connexió dels
elements amb connectors banana.
• Connexions: He aprofitar el circuit
imprès per tal de connectar-hi la
bateria i els variadors.
• Muntatge del Frame: Planificació de la
direccionalitat de rotació dels motors.

11. PROVES D’ESTABILITAT

12. LAUNITATDECONTROL
He optat per la placa Arduino Uno tot i que, segons les necessitats
d’espai del quadcopter, també 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
versió del projecte.
a) Arduino UNO R3 ATmega328P. b) Arduino Nano Atmega328P 5V 16M c) Connector USB
CP2102 6pin.

13. ELSSENSORS I ELRECEPTOR
a) Giroscopi i acceleròmetre de 3 eixos GY-521 MPU-6050. b) Brúixola magnetòmetre
de 3 eixos HMC5883L 3-5V. c) Sensor de pressió Bosch Gy-68 BMP180. d) Mòdul
Bluetooth MWC MultiWii.
• Els sensors són elements que en l’anterior versió del projecte estaven inclosos dins
de la unitat de control KK2.1.5
• El mòdul Bluetooth es configura amb Multiwii (un software de control de multirotors
que va ser desenvolupat pels giroscopis I acceleròmetres de la consola Nintendo Wii)

14. LESCONNEXIONS
Les connexions de l’Arduino Nano amb els
sensors es fa a través d’un circuit imprès per
evitar massa cablejat.
El procés de fabricació del circuit imprès l’he
fet pel procediment de planxat per transferir
el tòner.

15. LACÀRREGADELPROGRAMA
• Arduino 1.6.7 és 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 només cal
especificar quin port COM li ha estat assignat a la
connexió USB.
• L’objectiu del projecte no és desenvolupar codi, sinó
aprofitar el codi que ja està fet.

16. CONTROLDESDELMÒBIL
• He instal·lat des de Google Play l’aplicació EZ GUI Ground Station al meu
smartphone Android.
• Es comunica amb el receptor Bluetooth i es controla el quadcòpter des del
mòbil

17. CONCLUSIONS
• He intentat aprendre del errors i adaptar-me en tot moment a les circumstàncies per a
facilitar el treball i solucionar els problemes que m’han anat sortint:
• Configuració del procés de reconeixement de la unitat de control KK2.1.5 amb els
ESC
• Configuració del transmissor per tal de permetre el procés d’aparellament (binding)
amb el receptor
• En relació als objectius inicials proposats, tots s’han aconseguit; tant la construcció de
l’aparell, com la comprensió dels fonaments teòrics i principis aerodinàmics, en la
introducció en la programació Arduino, com en la redacció del treball i al control en el
vol de l’aparell.
• La recerca d’informació ha estat un punt complicat en el treball, ja que en alguns temes
no hi ha gaire informació sobre aquest tema. He après a fer una extensa recerca
d’informació per internet i la redacció d’un projecte. Mai abans havia treballat en un
projecte tan extens i laboriós com és aquest.
• Tota aquesta recerca d’informació i redacció del treball ha afavorit un aprenentatge
autònom al que no estava acostumat.