Autopilot im Eigenbau (elektrisch)

[sumsum]

Hallo Technikbegeisterte!

Ich möchte euch gerne meinen selbstgebauten Autopiloten näher bringen.
Vorerst ein paar Worte zur Motivation: Im Frühjahr letzten Jahres (also vor gut eineinhalb Jahren) hatten wir die Idee, einen Autopiloten einzubauen. Nungut, sowas super neues ist das ja nicht. Beim "Versandhaus" für gebrauchte Ware also einen ersteigert und anschließend ausprobiert. Zum Glück war er soweit erstmal funktionstüchtig, im Winterlager noch die letzten Vorbereitungen getroffen und Radsteuerung montiert. Den Fluxgatekompass haben wir dann erst montiert als das Schiff schon schwamm, damit wir zuvor mit Halten ausprobieren konnten, ob der angestrebte Ort auf akzeptable Werte bei der Deviationsmessung bringt (das hat uns übrigens etwa 5 Stunden gekostet ... ist halt ein Stahlschiff).

Das darauffolgende Testen der Einstellungen wie Ruderverstärkung, Gegensteuerung, etc. war leider nicht so erfolgreich: Einen wirklichen Unterschied konnten wir nicht feststellen, selbst wenn wir die Werte zwischen minimalem und maximalem Wert änderten. Das gab mir etwas zu denken. Also kurz mal eben die Steuereinheit des ST4000 geöffnet und nachgeschaut ob da was kaputtes drin ist oder ob man das EEPROM ersetzten könnte. Leider konnte ich nichts derartiges finden (weder defekte noch einfach ersetzbares EEPROM). Eine Recherche bei Raymarine hat mir zwar weitergeholfen weil ich anschließend den genauen Schaltplan des Geräts hatte, aber ob das Programm da drin noch geht, war immernoch unklar. Wir haben daraufhin den Autopilot nochmals "trocken" getestet. Also den Kompass auf der Wiese an eine lange Stange gebunden, die stange in nähe des Kompasses an einem Pfahl festgebunden und am Ende der Stange diverse markierungen im Boden verlegt, so dass wir Ein-, Zwei- und Fünfgradschritte ausführen konnten. Dann den Autopilot aktiviert und den Ausgang (der sonst zur Radsteuerung, Motor ging) integrierend aufgezeichnet. Zu sehen war, dass die Koeffizienten am Verhalten des Autopiloten keine Nennenswerte Änderung verursachten. In dieser Situation konnten wir den P, D und den I-Teil des Reglers testen (ich vermutete einen PID-Regler im Autopiloten, das Bild, welches er beim Trockentest abgab sah auch ganz nach einem derartigen aus). Schlussendlich blieb uns nur die Feststellung "Autopilot kaputt oder nicht für das Schiff geeignet" (Schiff wiegt ~9t, Stahl, 9m).

Da wir nun aber schon einiges an Umbau getätigt hatten (Radsteuerung, Kabel für Pilot, Kompass, etc.) wollten wir gerne das Projekt aus zu Ende führen. Also begannen wir uns Gedanken über einen Nachbau zu machen. Und dieser ist nun fertig - oder zumindest in der ersten Version vorhanden und funktionstüchtig.

Zusätzlich haben wir noch den Ruderpositionsgeber montiert und statt des Fluxgatekompasses einen Gyroskopischen Sensro verwendet. Dieser gibt in Verbindung mit dem GPS-Ausgang (NMEA) den aktuellen Kurs. Der Ruderpositionsgeber gibt die Position des Ruders wieder und die Radsteuerung schließlich kann diese verändern.

[sumsum]

Als nächstes mussten wir uns Gedanken über das Zusammenspiel machen: Der gyroskopische Sensor liefert die Winkeländerung. Folglich muss man, um den Winkel zu erhalten, die Winkeländerung integrieren. Dies erledigt der gewählte Baustein schon von ganz alleine. Lediglich ein statischer Fehler, der bei der Messung der Winkeländerung auftritt (Offset), wird bei der Integration zu einem "weglaufen" des Kurses (Winkels). Damit dies kompensiert werden kann, wird das GPS Signal als Referenz genommen und der Gyrosensor solange angepasst, bis er nicht mehr davonläuft.

Anschließend hat man ein zeitlich sehr gut aufgelösten Wert für den aktuellen Kurs des Schiffes. Ganz so genau stimmen tut das leider nicht, aber das folgende kann als vernachlässigbar angesehen werden: Wenn das Schiff um die Kurve fährt, wird es sich erst drehen und anschließend Seitwärtsfahren (Drift). Erst nach geraumer Zeit wird sich der neue Kurs tatsächlich wieder in Schiffsrichtung einstellen. Dies wird aber deswegen vernachlässigt, weil der GPS eine Kursänderung erst nach sehr langer Zeit "mitbekommt". Ausserdem ist der Autopilot dafür konzipiert geradeaus zu fahren, so dass das Driften des Schiffes tatsächlich vernachlässigbar ist und man den Kurs als die Schiffsrichtung annehmen kann.

Anschließend konnten wir eine beliebige Funktion hernehmen und in den Autopiloten "gießen". Wir haben hier eine Linearkombination aus den vergangenen Kurswerten und dem aktuellen Kurswert gewählt. Diese berechnet dann aus dem Kursfehler und seinem früheren Verlauf die zu stellende Ruderlage. Die Ruderlage wird anschließend mit dem Ruderpositionsgeber eingestellt. Die Koeffizienten sind dann ähnlich wie die Einstellungen bei der alten Steuereinheit des ST4000.

Nach einigen Versuchen mit dem Abgleich des Gyrosensors konnten wir feststellen, dass dies die Hauptschwierigkeit ist: Wenn man den automatischen Abgleich abschaltet und ihn manuell auf einen "guten" Wert einstellt, so dass der Kurs nur sehr langsam wegdriftet (z.B. 2 Grad in 5 Minuten), lässt sich mit den Koeffizienten des Autopiloten sehr schnell ein gutes Steuerverhalten einstellen. Nach etlichen Versuchen und vielem Hin- und Her haben wir nun schließlich doch einen akzeptablen automatischen Abgleichmechanismus gefunden, der den Abgleich von Gyrosensor und GPS vornimmt.

[Peter R]

Wowhhh!!!


Danke

LG Peter

[sumsum]

Realisiert haben wir das ganze dann mithilfe eines Handelsüblichen Mikrocontroller von Atmel, ein paar Transistoren dem Gyrosensor, einem Interfacebaustein für die NMEA Schnittstelle und einem Analog-Digital-Wandler für den Ruderpositionsgeber. Derzeit gibt es davon nur einen Prototypen auf Lochraster, der über ein paar Taster gesteuert werden kann. Die Taster sind direkt am Steuerpult angebracht. Programmieren und einstellen muss man den Autopiloten mithilfe eines Computers (Laptop), den man an ihn anschließen kann. Für die Zukunft werden wir einen Schaltplan erstellen und ein Platinenlayout dazu machen, mit dem auch einem Nachbau nichts im Wege steht. Für alle, die sich gut mit Atmel's Mikrocontrollern auskennen und einen Transistor passend dimensionieren können werde ich schon jetzt die Software hier einstellen. In den entsprechenden Quelldateien kann man die Beschaltung des Mikrocontrollers ablesen.

Damit die Haupteinheit des Autopiloten nicht auf dem Steuerpult bei den Tastern montiert werden musste, haben wir eine Kontrolleinheit entworfen, die mit der Haupteinheit des Autopiloten über drei Kabelverbunden wird. Die Kontrolleinheit sitzt in einem kleinen Kasten auf dem Steuerpult, in dem Wasserdichte Taster mit Leuchtdioden eingebaut sind. Ein Bild davon versuche ich hier anzuhängen, genauso wie den Quellcode der beiden Programme (Hauptteil und Kontrollteil).

Nun sind wir gespannt, was Ihr dazu meint! Zum einen freuen wir uns natürlich um Kommentare (Lob genauso wie konstruktive Kritik), aber auch, wenn sich jemand 'ran macht und auch einen Autopiloten selber baut, über die entsprechende Diskussion und die Schwierigkeiten, denen in diesem Beitrag noch zu wenig Aufmerksamkeit gewidmet wurde.

sumsum

[Bubi]

respekt, klasse idee


eigentlich sollte ich die schnautze halten, weil
ich habe kein wort verstanden, das liegt aber nicht an dir, sondern daran,
dass ich in der elektrotechnik völlig unterbelichtet bin


also, wer's kann,
respekt
nur das mitdiskutieren führt bei mir zu nichts

[HUR450502]

... also, man sieht, wenn man sich "richtig" anstrengt, dann kann man auch heute noch etwas "gegen" die - in vielen Bereichen überteuerte -Industrie tun. Sehr schön, und gleich noch den Source-Code dazu... da kann man ja gleich abschreiben.

Kannst du etwas zur Herkunft und Preis des Gyrosensors sagen? Ausserdem kann sein, dass ich es überlesen habe, Stromverbrauch (Leerlauf) bzw. max beim Steuern und gleichzeitig Leistung wäre auch nicht schlecht.

Alles in Allem, Glückwunsch, sieht sauber aus - irgendwie werde ich den Verdacht aber nicht los, dass Du beruflich mit Programmierung und Mikroprozessoren zu tun hast ....

[sumsum]

Moin moin,

Noch ein paar technische Daten, die hatte ich vergessen (Danke Uwe):
Stromaufnahme im Leerlauf zw. 50 und 100mA (kann auch noch verringert werden)
Stromaufnahme im Betrieb genausoviel, lediglich der Motorstrom (abhaengig vom Motor) muss dazugerechnet werden. Bei uns sind das etwa 1-3A, je nach Wind/Wetter/Ruderdruck, wenn der Motor laeuft. Mithilfe der Koeffizienten laesst sich ja sehr leicht auch minimale Motorbewegung einstellen - natuerlich nur mit entsprechend groesserer Kursabweichung.
Kursabweichung ist bei uns besser als 3 Grad - auch im Kanal ist er zu gebrauchen (z.B. wenn man mal aufs Vorschiff muss).

Ich werde heute mal versuchen ein paar Fotos der Hauptplatine zu machen...
Wie im Sourcecode erkennbar benutzen wir den ADIS16250 von Analog Device, zu bekommen bspw. bei Digikey (www.digikey.com). Vorzugsweise nimmt man das DevBoard wenn man kein LGA loeten kann... (ich konnte es nicht).

Nein, ich mache nichts Mikrocontrollerspezifisches im Beruf. Aber Mikrocontroller sind mein Hobby, so dass ich tatsaechlich nicht ganz unbedarft bin. Dadurch konnten wir diese Projekt auch sehr einfach umsetzen.

Greusse,
sumsum

[HUR450502]

..... vielleicht noch die Frage zum Gyrosensor??? Danke für die Informationen...

[sumsum]

Zitat von sumsum

...
Wie im Sourcecode erkennbar benutzen wir den ADIS16250 von Analog Device, zu bekommen bspw. bei Digikey (www.digikey.com). Vorzugsweise nimmt man das DevBoard wenn man kein LGA loeten kann... (ich konnte es nicht).
...

Hab ich da jetzt was absichtlich "versteckt"

Grüße,
sumsum

[HUR450502]

na sowas ..... da habe ich natürlich nicht nachgesehen, was das ist ..... ok, alles klar. Vielen Dank für den Hinweis ...

[sumsum]

So, wie versprochen noch ein paar Bilder.
Die große Platine enthält den Rechenkern des Autopiloten, die kleine ist die Platine im Steuergehäuse am Steuerrad. Wie gut zu erkennen, ist das noch ein Protoyp der hoffentlich bald in ein zusätzliches Gehäuse kommt und eine "richtige", geätzte Platine bekommt. Auf der großen Hauptplatine ist nicht wirklich viel drauf: der Mikrocontroller, ein Spannungsregler, ein Analog-Digital-Wandler, ein paar Transistoren und zwei Anschlüsse für GPS und PC. Bei der nächsten Version der Platine habe ich vor den AD-Wandler auch noch einzusparen.

Grüße,
sumsum

[Neptun25]

interessantes Projekt. Aber ich habe den Eindruck, da hat jemand sehr viel Zeit
Ich hab auch noch einen alten ST1000 der nicht mehr so richtig mag, den könnte man auch mal eine neue Steuerung verpassen, wäre ein schönes Winterprojekt. Vor allem Atmel ist mir sehr sympatisch, hab ich auch beruflich mit zu tun.
Gibts von der Anlage auch einen Schaltplan?
Welcher Compiler wurde verwendet? WinAVR?
Falls Interesse besteht, hätte ich eine Leiterplattenfräse zur Verfügung, das erspart die ganze Lochraster-Bastelei und man muß nicht gleich zum Leiterplattenhersteller rennen.
Die ST-Bauteile kann man übrigens bei ST auch kostenlos als Muster bekommen. Digikey ist ja etwas unverschämt bei den Versandkosten.

[Fraenkie]

Zitat von sumsum

So, wie versprochen noch ein paar Bilder.
Die große Platine enthält den Rechenkern des Autopiloten, die kleine ist die Platine im Steuergehäuse am Steuerrad. ......Grüße,
sumsum

Jetzt mystifizieren die Elektriker und Programmierer dieser Welt ihren Job seit jahrzehnten.

Haben es sogar geschafft jedem (auch ihren Chef´s) klarzumachen dass es fehlerfrei gar nicht geht.

Und dann das
Sooo einfach ist das also alles .

Klasse Sache, wäre ich auch stolz drauf. Kann halt leider gar nicht folgen

[Paternoster]

Hallo sumsum,

klasse Projekt - Gratuliere.
Ich bastel auch mit Mikroprozessoren (Atmel) und Seatalk / NMEA Anwendungen. Ein eigener Autopilot ist ebenfalls in Planung aber noch nicht realisiert, da ich mir gerade eine wireless Fernbedienung für meinen Raymarine Autopiloten baue.
Als Gyro für meinen AP habe ich von der Firma Sparkfun.com den Gyro ADXL203CE +/-1.5g gekauft. Arbeitet auf zwei Achsen mit analogem Output (DA - Wandler nötig) und kostet mit anschlussfertigem Board ca. 40 US$.
Dein Projekt motiviert natürlich den AP jetzt auch zu realisieren. Ich würde gerne mit Dir in Kontakt bleiben, da sich bestimmt viele Fragen ergeben werden.

Schöne Grüße


Peter

[sven98]

Super Idee, mal selbst zu veruschen nen Autopiloten zu basteln. Es gibt übrigens noch mehr Leute, die sich schon mal Gedanken drüber gemacht haben u. auch nen Prototypen erstellt haben :
http://home.alphalink.com.au/~derekw...ng_sensors.htm

Trivial ist das Ganze sicher nicht, zumal es bei einem Sportboot viele Unlinearitäten zu berücksichtigen gibt, wie unterschiedliche Beladung, Strom-, Winddrift, Gierwinkel etc. Dies alles in der Regelung zu berücksichtigen ist nicht einfach was schon damit anfängt ein entsprechendes Modell zu erstellen. Viele Regler arbeiten in einem eng begrenzten linearesiertem Teilbereich ganz zufriedenstellend sobald sich aber die Regelstrecke in größrerem Umfang verändert wird es schwierig. Lösungsansätze gibt es dafür aber wohl auch, wie Fuzzyregler, adaptive o. lernfähige Regler, die sich den veränderten Bedingungen anpassen können. Letztendlich ist die Methode aber wurscht, hauptsache es funzt zufriedenstellend.

es grüßt
Sven

[sumsum]

Hi,

Schaltplan wird gerade gemacht. Auf dem Prototypen haben wir einfach alles "aus dem Kopf" aufgelötet, wodurch der etwas klobig und unsortiert wirkt. Ich hoffe auch, dass es ein Layout geben wird, sobald es winterlicher wird , derzeit muss ich für's Studium lernen... Von zu viel Zeit, kann eigentlich nicht die rede sein.

Ich werde euch auf dem laufenden halten und versuchen noch diesen Monat die erste Version des Schaltplanes hier zu posten. Dann kann man auch gemeinsam darüber diskutieren.

Zu der Komplexheit des Themas "Regelung": Ja, das ist komplex! Aber durch etwas einlesen (div. Scripte der richtigen Profs, Internet, selber denken ) konnten wir in gemeinschaftlicher Analyse des Verhaltens des lebenden Objekts gut feststellen, wo man Besserungen anbringen kann. Natürlich haben wir nicht erstmal zwei Jahre gerechnet bevor die erste Messung durchgeführt wurde. Es war eher andersrum: erstmal messen (wer misst misst Mist, es hat nicht immer geklappt... ) und dann daraus Schlüsse ziehen, was besser gemacht werden kann. Schließlich überlegt sich's abends in Ruhe daheim eh besser als bei Regen/Wind/Wellen auf dem Schiff. Also hatte es durchaus praktischen Nutzen die Messergebnisse auch mitzunehmen.

Der Code ist unter Linux (Debian) entstanden.

Grüße,
sumsum

[sumsum]

Guten Abend,

inzwischen ist der Schaltplan schon fast fertig. Ich habe ihn mal angehangen. Der Prototyp beinhaltet keine Steuerung des Motors mit FETs, dort wird mit Bipolartransistoren gearbeitet. Die Vermutung ist aber, dass besonders kleinere Motore (und dazu gehöhrt der hier eingesetzte) mehr Spannung von den FETs erhalten als von den BJTs. Also würde er schneller drehen, was wiederum die Steuerfähigkeit verbessert und eine einfachere Regelung verspricht. Kann aber auch sein, dass der Vorteil marginal ist und nicht der Rede wert.

Weiterhin ist auf dem Prototypen (wer kann es entziffern? ) ein anderer Mikrocontroller eingesetzt: Der Prototyp ist mit ATMega162 bestückt, die neue Version soll mit dem ATMega16/32/64 bestückt werden können. Dies ist nötig, da der Speicher mit dem Programm schon fast voll ist. Erweiterungen können so nicht mehr sehr umfangreich werden.

Da die 16/32/64er von Atmel interne Analog-Digital-Wandler haben wird nun kein externer Wandler mehr benötigt und stattdessen der interne verwendet.
Ein deutlicher Nachteil ist, dass die größeren Controller nur eine Hardware-UART haben und man das GPS-Signal dann in Software auswerten muss. Dies kostet natürlich zusätzlich Rechenleistung. Angesichts der derzeitigen Auslastung des Prozessors von rund 15% im Betrieb sehe ich dem aber gelassen entgegen.

Alle Sensoren können über die eingezeichneten Steckverbinder angeschlossen werden. Hier ist bisher nur der Gyrosensor vorhanden, ein Beschleunigungssensor ist aber noch geplant.

Was meint ihr? Sind im Schaltplan Fehler? Habt ihr bessere Ideen bezüglich der Endstufe?

Schöne Grüße,
sumsum

[sven98]

Na, das sieht doch schon ganz gut aus. Ich glaube aber das Label "DIR" an der H-Brücke hat keine Entsprechung im Rest des Schaltbildes. Ich würde außerdem die NMEA- u. RS232 Schnittstelle galvanisch vom Rest der Schaltung trennen. Ich denke der Aufbau mit MOSFET´s in der Brücke würde ich bevorzugen, da wird nicht soviel Leistung verbraten. Ob sich die Dynamik des Antriebs verbessert müsste man mittels Versuch bestimmen. Hast du daran gedacht was im Falle einer Blockade des Motors passieren würde, Stichwort Strombegrenzung.

Grüsse
Sven

Zitat von sumsum

Guten Abend,

inzwischen ist der Schaltplan schon fast fertig. Ich habe ihn mal angehangen. Der Prototyp beinhaltet keine Steuerung des Motors mit FETs, dort wird mit Bipolartransistoren gearbeitet. Die Vermutung ist aber, dass besonders kleinere Motore (und dazu gehöhrt der hier eingesetzte) mehr Spannung von den FETs erhalten als von den BJTs. Also würde er schneller drehen, was wiederum die Steuerfähigkeit verbessert und eine einfachere Regelung verspricht. Kann aber auch sein, dass der Vorteil marginal ist und nicht der Rede wert.

Weiterhin ist auf dem Prototypen (wer kann es entziffern? ) ein anderer Mikrocontroller eingesetzt: Der Prototyp ist mit ATMega162 bestückt, die neue Version soll mit dem ATMega16/32/64 bestückt werden können. Dies ist nötig, da der Speicher mit dem Programm schon fast voll ist. Erweiterungen können so nicht mehr sehr umfangreich werden.

Da die 16/32/64er von Atmel interne Analog-Digital-Wandler haben wird nun kein externer Wandler mehr benötigt und stattdessen der interne verwendet.
Ein deutlicher Nachteil ist, dass die größeren Controller nur eine Hardware-UART haben und man das GPS-Signal dann in Software auswerten muss. Dies kostet natürlich zusätzlich Rechenleistung. Angesichts der derzeitigen Auslastung des Prozessors von rund 15% im Betrieb sehe ich dem aber gelassen entgegen.

Alle Sensoren können über die eingezeichneten Steckverbinder angeschlossen werden. Hier ist bisher nur der Gyrosensor vorhanden, ein Beschleunigungssensor ist aber noch geplant.

Was meint ihr? Sind im Schaltplan Fehler? Habt ihr bessere Ideen bezüglich der Endstufe?

Schöne Grüße,
sumsum

[Paternoster]

Hallo sumsum,

sieht richtig gut aus, was Du da gemacht hast. Als Prozessor würde ich Dir den Mega128 empfehlen (2 UARTs) oder den Mega2560 mit 4 UARTs. Damit kannst Du gleichzeitig noch mit Deinen Instrumenten reden (Windrichtung) und einen PC versorgen. Auch der Speicherplatz ist mit 256k enorm.
Zu den Gyros hab ich mal ne Frage. Bei einem 2-Achsen Gyro kann man die seitliche Beschleunigung (Neigung) und eine weitere Richtung messen. Bei achterlicher Welle kann das das Anheben des Hecks nach oben oder die Neigung des Bootes nach vorne sein. Was könnte da mehr Sinn machen?
Eine Frage zum Schaltplan: Warum liegt AREF auf PA0?

Schöne Grüße

Peter

[sumsum]

Hallo sven98 und Paternoster,

Zitat von sven98

Ich glaube aber das Label "DIR" an der H-Brücke hat keine Entsprechung im Rest des Schaltbildes.

Gut, dass du das gesehen hast .

Zitat von sven98

Ich würde außerdem die NMEA- u. RS232 Schnittstelle galvanisch vom Rest der Schaltung trennen.

Hm. Das würde einiges mehr an Schaltungsaufwand bedeuten. Bisher haben wir keine Probleme gehabt aber wir werden nochmal darüber nachdenken. Kannst du mir vielleicht ein "Horrorszenario" geben, bei den die galvanische Trennung etwas bringt?

Zitat von sven98

Ich denke der Aufbau mit MOSFET´s in der Brücke würde ich bevorzugen, da wird nicht soviel Leistung verbraten. Ob sich die Dynamik des Antriebs verbessert müsste man mittels Versuch bestimmen. Hast du daran gedacht was im Falle einer Blockade des Motors passieren würde, Stichwort Strombegrenzung.

MOSFETs haben ja nicht automatisch weniger Verlust. Nur wenn genügend wenig Strom fließt haben sie auch weniger Verlust (Widerstandskennlinie statt Diodenkennlinie). Was im Kurzschlussfall passiert, will ich besser nicht wissen, wenn keine Sicherung eingebaut ist. Ich denke aber, man müsste da nochmal 'drüber nachdenken. Hast du einen guten Vorschlag wie man das - abgesehen von Schmelzsicherung oder Sicherungsautomat - lösen könnte? Am besten so, dass der Mikrocontroller anschließend reagieren kann (z.B. Tröte an, die muss auch noch in den Schaltplan).

Zitat von Paternoster

Als Prozessor würde ich Dir den Mega128 empfehlen (2 UARTs) oder den Mega2560 mit 4 UARTs. Damit kannst Du gleichzeitig noch mit Deinen Instrumenten reden (Windrichtung) und einen PC versorgen. Auch der Speicherplatz ist mit 256k enorm.

Ich habe lange darüber nachgedacht, welchen Prozessor ich nehmen möchte. Schlußendlich bin ich aber dennoch bei diesem gelandet, da er steckbar sein muss. Der größte steckbare Prozessor ist der Mega64/644/644P, wobei letzterer nach meinen neusten Erkenntnissen sehr schwer zu beschaffen sein wird und ob im DIP40 ist auch noch ungewiss. Der Mega644P hätte dann aber auch 2 UARTs (genau da, wo jetzt NMEA reingeht).

Zitat von Paternoster

Zu den Gyros hab ich mal ne Frage. Bei einem 2-Achsen Gyro kann man die seitliche Beschleunigung (Neigung) und eine weitere Richtung messen. Bei achterlicher Welle kann das das Anheben des Hecks nach oben oder die Neigung des Bootes nach vorne sein. Was könnte da mehr Sinn machen?

Der Gyro misst die Drehbewegeung (also ähnlich U/min, also rotatorisch). Dieser gibt Auskunft über die Ausrichtung des Schiffes. Nun ist die Überlegung, einen weiteren Satz Sensoren anzubauen, der die translatorische Bewegung misst (also Beschleunigung, Bremsen und vor allem Wellen). Dazu haben wir noch nichts ausprobiert, es ist erstmal eine Idee, die wir gerne offen halten möchten.

Zitat von Paternoster

Eine Frage zum Schaltplan: Warum liegt AREF auf PA0?

Der AD im Prozessor soll differentiell arbeiten und somit positive wie negative Spannungen bekommen. Da AREF etwa auf 1/2 VCC liegt und RRT zwischen 1/4 und 3/4 VCC schwankt (abhängig vom Ruder Reference Transducer und dessen Position), kann zwischen AREF und RRT ein Signal von +-1/4VCC abgegriffen werden. Deswegen geht der in den einen Eingang des AD-Wandlers, RTT in den anderen.

schöne Grüße,
sumsum

[Paternoster]

Hallo sumsum,

bei den Prozessoren kämen vielleicht auch fertige Module mit Mega2560/128 oä. in Betracht. Ich verwende die hauptsächlich. Sind zwar etwas teurer - haben aber die Stromversorgung und den Max232 (und evtl. I2C) schon an Bord und sind über Stiftleisten genauso steckbar. Bei Display3000.com gibts auch günstig ein 2.1'' Farbdisplay dazu.
Zu AREF: Muss der denn in den AD-Wandler? Ist ja eh schon Referenz. Eigentlich genügt RRT als Wert im Verhältnis zu AREF. Oder hab ichs nicht verstanden?

Schöne Grüße

Peter

[sumsum]

Hi Peter,

Zitat von Paternoster

Zu AREF: Muss der denn in den AD-Wandler? Ist ja eh schon Referenz. Eigentlich genügt RRT als Wert im Verhältnis zu AREF. Oder hab ichs nicht verstanden?

Um genau zu sein: ja . Es geht darum, ein bipolares Signal zu haben. Es soll sowohl positive wie negative Werte annehmen können. Also muss ich den Mittelwert des Signals RRT von RRT abziehen (dann ist das resultierende Signal Mittelwert frei, also genausoviel positiv wie negativ im Zeitmittel). Dies genau tut AREF im negativen ADC-Eingang: Jetzt "sieht" der ADC das Signal
VADC0 = RRT - AREF = [1/4VCC ... 3/4VCC] - [1/2VCC] = [-1/4VCC ... 1/4VCC]
Zumindest war das meine Idee, wenn ich jetzt einen Denkfehler hab, bitte klär mich auf!

Hmm, Module gefallen mir nicht. Ich verstehe schon, dass mehrere UARTs schön sind (es sind derzeit ja auch 2 HW-UARTs vorhanden), aber irgendwie hab ich was gegen proprietäre Module. Angesichts der Tatsache, dass die 4800Baud (oder 9600, je nach dem) vom NMEA durchaus auch in Software dekodiert werden können sehe ich erstmal wenig Probleme. Wenn da noch mehrere Anschlüsse für NMEA hinzukommen könnte es eng werden, aber ich denke, ich werde das jetzt mal so versuchen. Falls es wirklich nicht klappt, lassen sich die beiden UARTs auch austauschen, so dass im normalen Betrieb der HW-UART für das NMEA Signal zuständig ist.

Ein LCD-Modul, haben wir uns schon überlegt, wird die Sache nur schwieriger machen. Es ist zwar schön zum Ablesen, Einstellen, etc. aber wenn es Rauh hergeht (und dann braucht man die kleinen Helfer ja am meisten) sind sie äußerst hinderlich. Dann bekommt die Steuereinheit lieber noch ein paar mehr Taster und zeigt den Zustand so an, dass man ihn auch noch bei 8 Windstärken und strömendem Regen erkennen kann. Zum Einstellen des Autopiloten (also Koeffizienten, etc.) ist wohl ein PC besser, dieser kann dann auch gleich die geeigneten Werte ausrechenen, sofern das nicht im Autopiloten machbar ist.

grüße,
sumsum

[sumsum]

Guten Abend,

nun ist wieder ein Monat vergangen und ich bin zumindest etwas weiter gekommen. Der Schaltplan steht soweit, es wird ein ATMega32 oder ATMega64 eingesetzt werden. Falls Atmel auch den ATMega644P im DIP-Gehäuse herstellt, kann man auch auf diesen ausweichen.

Das Problem mit den UARTs (seriellen Schnittstellen für NMEA) habe ich inzwischen mal praktisch ausprobiert: ein Software-UART benötigt je nach gewünschter Störsicherheit zwischen 4% und 16% der Rechenleistung. Ich denke dies lässt sich durchaus verkraften.
Die beiden RS232-Anschlüsse habe ich galvanisch getrennt, so dass eine Versorgung des Autopiloten über die angeschlossenen Geräte ausgeschlossen ist.

Die Endstufe für den Motor habe ich erstmal beseitigt. Ich werde vorerst mit einer bipolaren Endstufe arbeiten, da hier die Strombegrenzung deutlich einfacher realisierbar ist. Falls dann noch vieeel Zeit übrig ist, kann ich nochmal über eine Endstufe mit FETs nachdenken.

Im Anhang findet ihr wieder den Schaltplan als PDF-Dokument.

grüße,
sumsum

[sven98]

Moinsen,
na wie siehts aus, gibts schon Erfolgsmeldungen von deinem Autopiloten ?

Gruss
Sven

[captain]

Hallo zusammen!

Tolles Projekt! Kennst du schon den Gadgetpool? Dort wäre das ganze sicher gut sehr gut aufgehoben.

Gruß,
Jörg