Costruisci e vola a buon mercato con un aereo controllato da smartphone: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Hai mai sognato di costruire un aeroplano volante per parchi telecomandato da meno di 15 $ fai-da-te che controlli dal tuo telefono cellulare (app Android su WiFi) e ti dia una dose giornaliera di adrenalina di 15 minuti (tempo di volo di circa 15 minuti)? di questo istruibile è per voi ragazzi.. Questo aereo è molto stabile e vola lentamente, quindi è molto facile farlo volare anche per i bambini.

Parlando del raggio d'azione dell'aereo … ho una portata LOS di circa 70 metri utilizzando il mio cellulare Moto G5S che funge da hotspot WiFi e telecomando. Ulteriori RSSI in tempo reale visualizzati sull'app Android e se l'aereo sta per uscire dal raggio d'azione (RSSI scende al di sotto di -85 dBm) il telefono cellulare inizia a vibrare. Se l'aereo esce dalla portata del punto di accesso Wi-Fi, il motore si ferma per fornire un atterraggio sicuro. Anche la tensione della batteria viene visualizzata sull'app Android e se la tensione della batteria scende al di sotto di 3,7 V, il telefono cellulare inizia a vibrare per fornire un feedback al pilota per far atterrare l'aereo prima che la batteria si scarichi completamente. L'aereo è completamente controllato dai gesti significa che se inclini il telefono cellulare a sinistra rispetto all'aereo gira a sinistra e opposto per svoltare a destra. Quindi, qui, sto condividendo le istruzioni passo passo per la costruzione del mio piccolo aereo controllato WiFi basato su ESP8266. Il tempo di costruzione richiesto per questo aereo è di circa 5-6 ore e richiede abilità di saldatura di base, una piccola conoscenza della programmazione di ESP8266 utilizzando Arduino IDE e avere una tazza di caffè caldo o birra fresca in giro sarà fantastico:).

Passaggio 1: Passaggio 1: Elenco componenti e strumenti

Parti di elettronica: se sei un appassionato di elettronica, troverai molte delle parti elencate di seguito nel tuo inventario

• 2 nn. Motore DC senza nucleo con elica cw e ccw 5 $
• 1 n. Modulo ESP-12 o ESP-07 2$
• 1 n. Batteria LiPo 3.7V 180mAH 20C --> 5$
• 2 nn. SI2302DS A2SHB SOT23 MOSFET 0.05$
• 5 nn. 3,3 kOhm 1/10 watt smd o 1/4 watt resistori a foro passante 0,05 $ (da 3,3 K a 10 K qualsiasi resistore funzionerà)
• 1 n. 1N4007 smd o diodo a foro passante 0,02 $
• 1 n. Modulo caricabatterie Lipo TP4056 1S 1A 0.06$
• Connettore mini JST 2 maschio e 1 femmina 0,05 $

Costo totale ------ 13 $ circa

Altre parti:

• 2-3 nn. Stecco per barbecue
• 1 n. Foglio di depron da 50 cm x 50 cm da 3 mm o qualsiasi foglio di schiuma rigida da 3 mm
• Cavo di collegamento unipolare isolato
• Convertitore da USB a UART Nodemcu o cp2102 come programmatore per caricare il firmware su esp8266
• Scotch
• Super colla

Strumenti richiesti:

• Strumenti di saldatura per hobby
• Lama chirurgica con portalama
• Pistola per colla a caldo
• Scala
• Computer con Arduino IDE con ESP8266 Arduino Core
• Cellulare Android

Questo è tutto ciò di cui abbiamo bisogno… Ora siamo pronti per costruire il nostro pazzo aereo controllato WiFi

Passaggio 2: Passaggio 2: Comprendere il meccanismo di controllo

Questo aereo utilizza la spinta differenziale per il controllo dell'imbardata (sterzo) e la spinta collettiva per il beccheggio (salita/discesa) e il controllo della velocità dell'aria, quindi non è necessario alcun servomotore e solo due motori CC senza nucleo principale forniscono spinta e controllo.

La forma poliedrica dell'ala fornisce stabilità al rollio contro la forza esterna (raffiche di vento). Evitare intenzionalmente il servomotore sulle superfici di controllo (elevatore, alettoni e timone) rende la progettazione dell'aereo molto facile da costruire senza alcun meccanismo di controllo complesso e riduce anche i costi di costruzione. Per controllare l'aereo Tutto ciò di cui abbiamo bisogno è controllare la spinta di entrambi i motori Coreless DC in remoto tramite WiFi utilizzando l'app Android in esecuzione sul telefono cellulare. Nel caso in cui qualcuno voglia osservare il design di questo aereo in 3D, ho allegato lo screenshot di Fusion 360 e il file stl qui.. puoi usare il visualizzatore stl online per guardare il design da qualsiasi angolazione… ancora una volta è solo un disegno CAD di aereo per la documentazione, non hai bisogno di stampante 3D o laser cutter.. quindi non preoccuparti:)

Passaggio 3: Passaggio 3: Schema del controller basato su ESP8266

Iniziamo con la comprensione della funzione di ciascun componente nello schema,

• ESP12e: questo SoC WiFi ESP8266 riceve pacchetti di controllo UDP dall'app Android e controlla gli RPM del motore sinistro e destro. Misura la tensione della batteria e l'RSSI del segnale WiFi e lo invia all'app Android.
• D1: il modulo ESP8266 funziona in modo sicuro tra 1,8 V ~ 3,6 V come da scheda tecnica, quindi la batteria LiPo a cella singola non può essere utilizzata direttamente per l'alimentazione ESP8266, quindi è necessario un convertitore step-down. Ridurre il peso e la complessità del circuito Ho utilizzato il diodo 1N4007 per ridurre la tensione della batteria (4,2 V ~ 3,7 V) di 0,7 V (interruzione della tensione di 1N4007) per ottenere una tensione nell'intervallo di 3,5 V ~ 3,0 V che viene utilizzata come tensione di alimentazione di ESP8266. So che è un brutto modo per farlo, ma funziona bene per questo aereo.
• R1, R2 e R3: questi tre resistori sono minimi richiesti per la configurazione minima di ESP8266. R1 pull-up CH_PD (EN) pin di ESP8266 per abilitarlo. Il pin RST di ESP8266 è attivo basso, quindi R2 pull-up pin RST di ESP8266 e portarlo fuori dalla modalità di ripristino. come da scheda tecnica all'accensione, il pin GPIO15 di ESP8266 deve essere basso, quindi R3 utilizzato per estrarre GPIO15 di ESP8266.
• R4 e R5: R4 e R5 utilizzati per abbassare il cancello di T1 e T2 per evitare falsi trigger di mosfet (motore in funzione) all'accensione di ESP8266. (Nota: i valori da R1 a R5 utilizzati in questo progetto sono 3,3Kohm, tuttavia qualsiasi resistenza tra 1K e 10K funzionerà perfettamente)
• T1 e T2: si tratta di due mosfet di potenza a canale N Si2302DS (2,5 Amp rating) che controllano gli RPM del motore sinistro e destro tramite PWM provenienti da GPIO4 e GPIO5 di ESP8266.
• L_MOTOR e R_MOTOR: questi sono motori DC Coreless 7mmx20mm 35000 RPM che forniscono una spinta differenziale per il volo e l'aereo di controllo. Ogni motore fornisce una spinta di 30 grammi a 3,7 V e assorbe 700 mA di corrente alla velocità.
• J1 e J2: si tratta di un connettore mini JST utilizzato per il modulo ESP12e e la connessione della batteria. È possibile utilizzare qualsiasi connettore in grado di gestire almeno 2A di corrente.

(Nota: capisco perfettamente l'importanza del disaccoppiamento del condensatore nella progettazione di circuiti a segnale misto, ma ho evitato di disaccoppiare i condensatori in questo progetto per evitare la complessità del circuito e il conteggio delle parti poiché solo la parte WiFi di ESP8266 è RF / analogico e il modulo ESP12e stesso ha i condensatori di disaccoppiamento necessari a bordo. A proposito, senza alcun circuito del condensatore di disaccoppiamento esterno funziona bene.)

Lo schema del ricevitore basato su ESP12e con connessione di programmazione in formato pdf è allegato a questo passaggio.

Passaggio 4: Passaggio 4: assemblaggio del controller

Il video sopra con didascalia mostra passo passo il registro di costruzione del controller cum ricevitore basato su ESP12e progettato per questo progetto. Ho provato a posizionare i componenti secondo le mie capacità. puoi posizionare i componenti secondo la tua abilità considerando lo schema fornito nel passaggio precedente.

Solo i mosfet SMD (Si2302DS) sono troppo piccoli e necessitano di cure durante la saldatura. Ho questi mosfet nel mio inventario, quindi l'ho usato. È possibile utilizzare qualsiasi mosfet di potenza del pacchetto TO92 più grande con Rdson < 0,2 ohm e Vgson 1,5 A. (Suggeriscimi se trovi questo mosfet facilmente disponibile sul mercato..) Una volta che questo hardware è pronto, siamo pronti per caricare il firmware di WiFi Plane su nodemcu questo processo discusso nel passaggio successivo.

Passaggio 5: Passaggio 5: installazione e caricamento del firmware ESP8266

Il firmware ESP8266 per questo progetto è sviluppato utilizzando Arduino IDE.

Nodemcu o convertitore USBtoUART possono essere utilizzati per caricare il firmware su ESP12e. In questo progetto sto usando Nodemcu come programmatore per caricare il firmware su ESP12e.

Il video sopra mostra il processo passo passo dello stesso..

Esistono due metodi per caricare questo firmware su ESP12e,

1. Utilizzo di nodemcu flasher: se si desidera utilizzare solo il file binario wifiplane_esp8266_esp12e.bin allegato con questo passaggio senza alcuna modifica nel firmware, questo è il metodo migliore da seguire.

   • Scarica wifiplane_esp8266_esp12e.bin dall'allegato di questo passaggio.
   • Scarica il repository flasher nodemcu dal suo repository github ufficiale e decomprimilo.
   • Nella cartella decompressa, vai a nodemcu-flasher-master\Win64\Release ed esegui ESP8266Flasher.exe
   • Apri la scheda di configurazione di ESP8266Flasher e cambia il percorso del file binario da INTERNAL://NODEMCU al percorso di wifiplane_esp8266_esp12e.bin
   • Quindi segui i passaggi come nel video sopra….

2. Usando Arduino IDE: se vuoi modificare il firmware (cioè SSID e password della rete WiFi - Hotspot Android in questo caso) questo è il metodo migliore da seguire.

   • Configura Arduino IDE per ESP8266 seguendo questo eccellente Instructable.
   • Scarica wifiplane_esp8266.ino dall'allegato di questo passaggio.
   • Apri l'IDE di Arduino e copia il codice da wifiplane_esp8266.ino e incollalo nell'IDE di Arduino.
   • Modifica SSID e Password della tua rete nel codice modificando le seguenti due righe. e segui i passaggi come nel video sopra.
   • char ssid = "wifiplane"; // il tuo SSID di rete (nome)char pass = "wifiplane1234"; // la tua password di rete (usa per WPA o usa come chiave per WEP)

Passaggio 6: Passaggio 6: assemblaggio della cellula

Il registro di costruzione della cellula è mostrato passo dopo passo nel video sopra.

Ho usato un pezzo di schiuma di depron da 18 cm x 40 cm per la cellula. Bastone da barbecue utilizzato per fornire maggiore resistenza alla fusoliera e all'ala. Nell'immagine sopra viene fornito il piano della cellula, tuttavia è possibile modificare il piano secondo le proprie necessità semplicemente tenendo presente l'aerodinamica di base e il peso dell'aereo. Considerando la configurazione elettronica di questo aereo, è in grado di pilotare aerei con un peso massimo di circa 50 grammi. A proposito, con questa cellula e tutta l'elettronica, inclusa la batteria, il peso in volo di questo aereo è di 36 grammi.

Posizione CG: ho usato la regola empirica generale di CG per una planata fluida … il suo 20% -25% della lunghezza della corda lontano dal bordo d'attacco dell'ala … Con questa configurazione CG con elevatore leggermente in alto, plana con acceleratore zero, volo livellato con il 20-25% dell'acceleratore e con l'acceleratore aggiunto inizia a salire a causa dell'elevatore leggermente alzato…

Ecco il video di YouTube del mio progetto di aeroplano ad ala volante con la stessa elettronica solo per ispirarti a sperimentare vari design e anche per dimostrare che per questa configurazione può essere utilizzato con molti tipi di design della cellula.

Passaggio 7: Passaggio 7: configurazione e test dell'app Android

Installazione dell'app Android:

Devi solo scaricare il file wifiplane.apk allegato con questo passaggio sul tuo smartphone e seguire le istruzioni come nel video sopra.

Informazioni sull'app, questa app per Android è stata sviluppata utilizzando Processing per Android.

L'app non è un pacchetto firmato, quindi è necessario abilitare l'opzione di origine sconosciuta nell'impostazione del telefono. L'app richiede solo il diritto di accedere al vibratore e alla rete WiFi.

Test pre-volo dell'aereo utilizzando l'app Android: una volta che l'app Android è attiva e funzionante sul tuo smartphone, fai riferimento al video sopra per sapere come funziona l'app e le varie funzioni interessanti dell'app.. Se il tuo aereo risponde all'app nello stesso modo del video sopra, che è FANTASTICO… L'HAI FATTO…

Passaggio 8: Passaggio 8: è ora di volare

Pronto a volare?…

• ENTRA IN CAMPO
• FAI QUALCHE PROVA DI VELOCITÀ
• CAMBIARE L'ANGOLO DELL'ELEVATORE o AGGIUNGERE/RIMUOVERE PESO SULLA MUSICA DELL'AEREO FINO A QUANDO SCIVOLARE FACILMENTE…
• UNA VOLTA CHE STA GLIDANDO FACILMENTE, ACCENDERE L'AEREO e APRIRE L'APP ANDROID
• AEREO DI LANCIO A MANO SALDO CON IL 60% DI GASATA CONTRO IL VENTO
• UNA VOLTA IN ARIA, DEVE VOLARE FACILMENTE A LIVELLO CON CIRCA DAL 20% AL 25% DEL GAS