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Stabilizzatore di volo per elicotteri radiocomandati
Le termopile lavorano in coppia, 2 per ogni asse di stabilizzazione, e sono collegate con la polarità in opposizione, in questo modo quando si trovano in orizzontale la tensione ai loro capi è 0V, mentre diventa positiva o negativa in base al lato in cui vengono inclinate.
La tensione viene amplificata da un operazionale 1000 volte per essere poi letta da un ingresso analogico del PIC®.
Stessa cosa per l'altro asse.
Il sensore viene alimentato a 3,3V ricavati da uno stabilizzatore a basso drop-out, situato sulla centralina, che crea anche il riferimento per il fondoscala del convertitore A/D del PIC®.
Può essere installato sia con le termopile direzionate in modo ortogonale che a 45° come nel caso in cui venga fissato al tubo di coda del modello, poi da software possiamo indicare il posizionamento ed il PIC® eseguirà i calcoli per ricavare le risultanti corrette.
LA CENTRALINA
I sensori vengono installati in orizzontale sullo stesso piano, disposti a 90° tra di loro, il pcb infatti ha una forma particolare per permettere questa disposizione.
Il principio di stabilizzazione si basa sul fatto che la terra al di sotto della linea di orizzonte emette una certa quantità di radiazioni infrarosse, che sono invece molto minori al di sopra, possiamo definire che la terra è calda e il cielo è freddo.
Quando il modello è in orizzontale i sensori leggono tutti lo stesso valore mentre quando il velivolo è inclinato ritroveremo un certo sbilanciamento tra le tensioni, questo ci permette di determinare la correzione da apportare ai comando per recuparare l'assetto.
Da qui si deduce subito che questo sistema ha alcuni limiti:
- Funziona solo all'aperto
- Funziona se si è distanti da oggetti (case - alberi), ho visto che la distanza di una cinquantina di metri è già sufficente
- La sua sensibilità si attenua nelle giornate molto nuvolose e non funziona quando il terreno è ricoperto da neve
Tuttavia queste limitazioni non sono poi così gravi dal momento che generalmente si vola in spazi molto aperti, quando piove non si vola e quando nevica neppure.
IL SENSORE
Il sensore è costituito da 4 termopile, che generano una piccolissima tensione proporzionale alla quantità di raggi infrarossi che le investono, il loro "campo visivo" ha un angolo abbastanza ristretto, quindi sono molto direzionali.
L'idea di costruire uno strumento che mi fosse di aiuto durante il volo con l'elicottero è venuta da un esigenza che portroppo è inevitabile quando si inizia a volare con un modello: salvarlo!!!
Durante l'apprendimento molte volte ci si trova in difficoltà e non si riesce a riprendere il modello da situazioni impreviste causate da distrazione, vento, incapacità del pilota...
L'elicottero è sicuramente il velivolo più difficile da pilotare, che richiede un azione continua sui comandi e quindi una buona concentrazione.
Il pilota si ritrova a dover gestire tramite gli stick della radio questi principali comandi:
Pitch : E' il passo delle pale, vale a dire l'incidenza che le stesse hanno durante la rotazione, questo permette di fare alzare il modello
Nick : E' il beccheggio, cioè il comando che permette di inclinare l'elicottero avanti o indietro e che quindi lo fa traslare in senso longitudinale
Roll : E' il rollio, ossia l'inclinazione a dx e sx del velivolo, quindi è il comando che permette la traslazione in senso laterale.
Yaw : E' il comando della coda, quello che permette la rotazione del modello intorno all'asse dell'albero principale
Per poter stabilizzare il modello abbiamo bisogno di un sensore in grado di rilevare la sua inclinazione, andando a correggere i comandi di Nick e Roll, mentre i comandi di Pitch e del Yaw rimarranno invariati e quindi resteranno gli stessi che vengono impartiti dal pilota.
La coda viene già stabilizzata dal giroscopio presente in tutti i modelli.
Lo stabilizzatore è adatto ad elicotteri con il piatto a 120° dove il movimento del piatto oscillante è affidato a 3 servi disposti appunto a 120° che, combinando il loro movimento, permettono di inclinare il piatto avanti e indietro (nick) e a dx e sx (roll) oltre a poterlo fare alzare e scendere per poter aumentare e diminuire il passo collettivo (pitch).
Per fare questo la centralina accetterà dalla ricenvente il segnale come se di pilotasse un elicottero con piatto a 90° (che prevede un servo per ogni comando impartito, uno per il nick, uno per il roll e uno per il pitch) poi sarà lei a fare le varie miscelazioni in base a semplici formule trigonometriche per pilotare i 3 servi disposti a 120° in maniera adeguata.
La centralina, molto contenuta, si basa su un PIC16F690 funzionante con l'oscillatore interno.
Troviamo 4 ingressi utili a leggere i segnali provenienti dalla ricevente (Pitch-Nick-Roll-Sensibilità), 3 uscite per comandare i 3 servi del piatto, una spinetta per collegare il sensore e una spinetta per la connessione seriale con il pc dove sono disponibili il 5V, lo 0V, il Tx e l'Rx con livelli TTL, quindi è necessario interfacciarsi con un Max232 esterno per poter comunicare in Rs232 con il pc.
La scelta di usare un interfaccia esterna è stata dettata dall'esigenza di rendere più piccolo possibile il circuito stampato e di contenere il peso dello stesso.
Inoltre sono visibili un led ed un pulsante.
Il pulsante viene utilizzato in questo modo:
- Se viene premuto durante l'accensione, si entra in programmazione stabilendo la comunicazione con il pc, una volta terminati i settaggi, ripremendolo si torna in modo operativo e si salvano tutti i dati di settaggio nella eeprom interna del PIC®.
- Se siamo in modo operativo, premendo il pulsante per 2 secondi si entra nella routine di acquisizione della posizione orizzontale, quindi si pone l'elicottero in orizzontale sul terreno a motore fermo, poi ci si allontana e si sposta lo stick del roll verso destra, il PIC® memorizzerà questa posizione come piano di riferimento e farà muovere tre volte i servi in alto e in basso per informarci che possiamo iniziare a volare.
Questa funzione è utile per poter settare in maniera appropiata il dispositivo in modo da annullare eventuali errori di lettura anche se il sensore non è stato installato perfettamente in piano.
Il led lampeggia normalmente quando il segnale della rx è corretto, mentre si spegne in caso di assenza dello stesso, inoltre rimane acceso mentre siamo in programmazione.
La centralina riceve quindi le informazioni dal sensore e le va a miscelare con i comandi che arrivano dalla ricevente, un software che comunica in seriale ci permette di regolare svariati parametri come la corsa dei servi, il senso di movimento, la quantità di correzione che andrà a sovrapporsi al nostro comando, il tipo di installazione meccanica del sensore, le miscelazioni di ogni servo, i subtrim etc...
Ho sviluppato il software sia su pc che su palmare per poter rendere trasportabile con semplicità l'applicazione.
La particolarità di questa centralina, rispetto ad altre simili da me testate, è che fa prevalere la propia correzione in maniera inversamente proporzionale al comando dato dal pilota, questo significa che se il pilota non stà toccando gli stick la correzione sarà massima, mentre se stà impartendo dei comandi la correzione sarà minima, fino ad essere nulla se lo stick si trova a fondo corsa.
Questa particolarità permette di avere il modello sempre "pilotabile", mentre garantisce un ripresa dell''assetto rapidissima nel momento in cui il pilota trovandosi in difficoltà lascia tutti i comandi sperando che lo stabilizzatore faccia il suo lavoro a dovere!
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