Czujnik wysokości względnej Arduino

[UnlimitedPL]

Cześć, poszukuję czujnika wysokości względnej dla arduino. Czy istnieje coś takiego?

Nie mogę znaleźć nic na ten temat, a potrzebne jest mi to do działania autopilota dla mojego projektu opartego na arduino 😉

[marek1707]

Do tego używa się od zawsze (w modelarstwie, szybownictwie, lotnictwie) barometrów. Precyzja dzisiejszych MEMSów wystarcza do określania wysokości z rozdzielczością 10cm. Oczywiście trzeba zachować higienę pracy takiego czujnika: odpowiedni montaż, separacja od przepływów powietrza i ciśnień dynamicznych, ale daje się. Zacznij od poczytania o tzw. krzywej barometrycznej:

https://en.wikipedia.org/wiki/Barometric_formula

Już dawno temu przyjęto pewien wykładniczy model atmosfery i z tego wyszły dość piętrowe wzory do liczenia wysokości:

https://keisan.casio.com/exec/system/1224585971

Każdy w miarę nowy czujnik tego typu (np. BMP180 czy 280) ma wbudowane filtry i tryby pracy w których oddaje pojedyncze Paskale ciśnienia, a na 1 metr wysokości zmienia sie ono mniej więcj ok. 12Pa więc jest nieźle. To oczyiwście nie oznacza, że dokładność jest taka (bo zmiany temperatury, bo zmiany zasilania, bo szumy, bo ciśnienia dynamiczne na platformie latającej), ale i tak jest moim zdaniem dobrze.

Nie od czapy płytki służące do określania położenia w przestrzeni tego typu platform mają na pokładzie, oprócz obowiązkowych akcelerometrów i żyroskopów, także  barometry:

https://botland.com.pl/pl/czujniki-9dof-imu/8298-waveshare-imu-10dof-mpu9255-bmp280-3-osiowy-akcelerometr-zyroskop-i-magnetometr-oraz-barometr.html

https://botland.com.pl/pl/czujniki-9dof-imu/5728-pololu-altimu-10-v5-zyroskop-akcelerometr-kompas-i-wysokosciomierz-i2c-3-5v.html

Do poprawnego, zgodnego ze sztuką policzenia wysokości potrzebujesz ciśnienia na poziomie morza (to ono jest podawane w mapach/prognozach meteo nawet dla miejsc sporo oddalonych od poziomu 0m npm, np. dla Wawy czy Krakowa) i temperatury. Wtedy odczyt aktualnego ciśnienia z czujnika daje po przeliczeniu wysokość, ale jeśli Ty potrzebujesz do zabawy dronem wysokości względem punktu startu (tzw. AGL - Above Ground Level, w odróżnieniu od AMSL - Above Mean Sea Level) to wystarczy, że będziesz zerował się na trawie a potem przeliczał wg jakiegoś bardzo prostego, nawet liniowego współczynnika. Przecież i tak nie potrzebujesz więcej jak 100-200m powyżej poziomu lotniska a wtedy zaginania wykładniczej krzywej barometrycznej nawet nie widać. Loty są zwykle krótkie, kilkunastominutowe więc i naturalnych zmian ciśnienia za bardzo nie doświadczysz ani ze względu na zmianę warunków meteo ani ze względu na zmianę położenia na Ziemi.

Niektórzy próbowali kiedyś sonarów ultradźwiękowych skierowanych w dół - to pomaga przy wysokościach poniżej powiedzmy 5-10m np. przy lądowaniu, gdy różnica 1m może dzielić katastrofę od miękkiego lądowania, ale to raczej słabo działa - trawa i ziemia źle odbija sygnał, szum śmigieł i turbulencje w strumieniach zaśmigłowych dodają śmieci do echa a pochylenia platformy konieczne przy manewrowaniu wprowadzają dodatkowe błędy pomiaru odległości. Można poeksperymentować, ale barometr to podstawa. Trzeba tylko pamiętać, że MEMSy w swoich najczulszych trybach są wolne. Żeby dostać 1Pa na LSB trzeba zwyczajnie kolejny na wynik poczekać np. sekundę i na pewno nie zadziała to przy szybkich manewrach, jakichś akrobacjach czy wyścigach itp. 

Edytowano Kwiecień 6, 2020 przez marek1707

[UnlimitedPL]

Cześć, dzięki za odpowiedź. Z czujnikami barometrycznymi miałem styczność ale to nie rozwiązuje mojego problemu.

Mam dość zróżnicowany teren wokół miejsca zamieszkania i na dystansie 2km różnica wysokości bezwzględnej to ~75m. Chciałbym zaprogramować tak autopilota by zawsze leciał w "tunelu określonej wysokości" czyli pilnował ustalonej minimalnej/maksymalnej wysokości względnej i nie schodził/przekraczał jej (dla przykładu przyjmijmy lot na wysokości minimum 25m i maksymalnie 50m). Więc jeśli wystartuję na wysokości bezwzględnej 500m (i tutaj wyliczę sobie AGL z barometru) faktycznie wzniosę się na ustaloną wysokość względną 25m ale jak tylko oddalę się na 2km w linii poziomej... to najprawdopodobniej nigdy nie dotrę do wskazanego miejsca (bez ingerencji w stery), rozbiję się na najbliższym wzniesieniu. Chciałbym właśnie zrobić autopilota by na takie przypadki natychmiast reagował i wprowadzał korektę do lotu.

Co do sonarów ultradźwiękowych - to by było to czego szukam, ale widzę że mają malutki zasięg.

Edit:
Udało mi się znaleźć coś takiego jak "Dalmierz laserowy UNI-T UT393+" - zasięg 100m. Być może taki czujnik laserowy jaki tam jest to jest coś czego szukam. Tylko pytanie co tam w środku siedzi.

 

Edytowano Kwiecień 6, 2020 przez UnlimitedPL

[UnlimitedPL]

Załączam rysunek z przedstawieniem problemu z widokiem "od góry" jak i "od boku". Chciałbym aby autopilot pilnował wysokości względnej (z określonymi parametrami np 25m <-> 50m) przy przelocie z punktu A do B, oraz B do A. Niestety przy odległości poziomej powyżej ~250m już nie widać samolotu więc ciężko lecieć "na ślepo". Dlatego też chciałbym znaleźć jakiś czujnik za pomocą którego będę mógł mierzyć wysokość względną.

Edytowano Kwiecień 6, 2020 przez UnlimitedPL

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

To ja załączam moją odpowiedź.

To jest sytuacja, w której niewielka - wydawałoby się - zmiana założeń powoduje przejście od klasy "w miarę trudne, ale da się" do problemu "w zasadzie nie do zrobienia". Przecież na to samo cierpią profesjonalne, kosztujące miliony dolarów systemy TAWS: ani nie można dziś stworzyć sensownego autonomicznego systemu orientacji statku powietrznego w przestrzeni w pobliżu powierzchni Ziemi ani nie istnieją na tyle precyzyjne mapy wszystkiego co na Ziemi jest by im zawierzyć. Zawsze jakieś drzewo (brzoza?) urośnie albo ktoś zbuduje stodołę, zrobi wysypisko śmieci czy postawi komin cegielni lub maszt GSM.I prędzej czy później - jak na słynne w Fistaszkach latawcożerne drzewo - na to się nadziejesz. Jasne, możesz próbować z dalmierzami laserowymi lub nawet radarami (bo przecież też są coraz mniejsze) ale pamiętaj, że a) potrzebują sporo mocy, b) o ile w ustabilizowanym samolocie można z ich danych jeszcze sensownie korzystać, to wielokopterek którego zasadą poruszania się jest pochylanie całej platformy czasem dochodzące - pomijając akrobacje, ale nawet podczas lotu pod wiatr - do powiedzmy 60-70° bardzo szybko zweryfikuje ten pomysł. A wtedy sensownym wynikom pomiaru AGL możesz tylko pomachać na do widzenia.Być może rozwiązaniem jest umieszczenie dalmierza na stabilizowanej platformie/gimbalu zawsze skierowanej poziomo, ale to już zaczyna być maszyneria. Nie wiem czy myślisz o zabawce do oglądania pola kapusty czy o sprzęcie za -naście tyś złotych, gdzie już można poszaleć. Do tego dochodzi obróbka wyników, bo nam stojącym na drabinie wysokość dochodzi do mózgu wieloma zmysłami (zmiana perspektywy, drżenie nóg, ucisk w uszach, wiaterek na kominie, odgłosy samochodów z dołu itd) a taki kopterek skazany na jedną liczbę będzie musiał być piekielnie inteligentny żeby odróżniać drzewo, ścianę lasu, krzaki, dom od wąwozu czy wału przeciwpowodziowego.Pomijając na razie problem istnienia linii wysokiego napięcia, mostów na "płaskich" rzekach czy choćby innych użytkowników przestrzeni powietrznej.Moim zdaniem taka prawdziwa autonomia lotu to temat na lata dla zespołu inżynierów i być może bez radaru przedniej półsfery (nie dalmierza a czujnika wykrywającego i odróżniającego wiele obiektów) i sporego komputera (i algorytmu) do obróbki tych danych/obrazów się nie obejdzie.. Napisz co postanowiłeś.

Jeszcze tylko wniosek, bo być może Ci umknie: lataj wyżej, tak jak robią to inni.

Edytowano Kwiecień 6, 2020 przez marek1707

[UnlimitedPL]

W głowie miałem pomysł coś a'la dalmierz laserowy na wahadle dociążonym na dole - zawsze będzie skierowany pionowo w dół z jakimś tłumikiem by nie wahał się zbyt chaotycznie. Wtedy problemy przy manewrowaniu/lądowaniu byłyby rozwiązane.

Im dłużej męczę ten problem tym bardziej jestem skłonny do zamontowania kamery i przesyłaniu obrazu przez internet z wykorzystaniem sieci 3G i odbieranie na komputerze, z którego też będzie odbywało się sterowanie (również przez internet - całkowita rezygnacja z RF). Wtedy bezpieczeństwo lotu jak i zasięg się zwiększy, więc póki co nie widzę minusów tego rozwiązania.

Co do kosztów - na razie się nimi nie przejmuję.

Co do latania wyżej - ok da się, ale nie zmienia to faktu że i tak stracę samolot z oczu, a więc brak kontroli nad tym co się z nim dzieje.

Edytowano Kwiecień 6, 2020 przez UnlimitedPL

[marek1707]

Zaraz, albo robisz autopilot i altimetr AGL jest Ci potrzebny jako sprzęt mission critical do autonomicznego lotu, albo i tak tam siedzisz i nadzorujesz wszystko tylko boisz się, że nic nie widzisz. To dlaczego nie zrobisz zwykłego systemu FPV? Przecież ludzie latają na kilkanaście (i więcej) km - co prawda na większych pułapach, ale ten swój kilometr powinieneś zrobić. Na taką odległość to żaden GSM z jego nieprzewidywalnymi opóźnieniami nie jest potrzebny ani do sterowania ani do wizji czy telemetrii. Weź może trochę rozejrzyj się po rynku modelarskim, bo być może tracisz czas i próbujesz rozgryzać problemy dawno już rozwiązane. Kilkaset metrów to sam robię moimi kopterkami z FPV na 2.4 czy 5.8GHz a przecież to beznadziejne pasmo do tego celu a dwa kilometry sterowania RC to robi mój stary Graupner na 35MHz, 100mW mocy wyjściowej z anteną prętową.

A skoro nie masz ograniczeń finansowych:

https://fpvmodel.com/products/50km-long-range-fpv-sets-for-fixed-wings_g997-html

 

[UnlimitedPL]

To że się nie przejmuję na razie środkami - nie znaczy, że chcę iść na łatwiznę i kupować co popadnie 😉

Tak, FPV rozwiązuje wszystkie problemy (nawet nie wiedziałem że tak to się nazywa, dzięki za skojarzenie faktu z moimi wypocinami). To jest coś lepszego niż męczenie się z dalmierzami by nie przywalić w ziemię. Jednak chciałbym to "FPV" zrobić na GSM. Z filmiku który jest w Twoim linku widać przerwy w odbiorze, nie wiem jak to będzie w przypadku 3G (ewentualnie 4G) bo nie miałem z tym styczności ale myślę, że warto spróbować (obraz + telemetria + sterowanie). Jeszcze przed końcową decyzją spróbuję poszukać w sieci, może już ktoś to testował.

Edit: Wygląda fajnie, ciekawe jak będzie to działać w Polsce.

 

Edytowano Kwiecień 6, 2020 przez UnlimitedPL