Проекты

Устройство автоматической стабилизации и контроля беспилотного летательного аппарата SILF

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Интеллектуальные робототехнические системы, беспилотные аппараты» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Инженерная школа № 1581
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

В настоящее время рынок беспилотных летательных аппаратов (БЛА) бурно развивается. БЛА находят применение в самых разнообразных областях деятельности человека: доставляют продукты, лекарства, товары, почту; измеряют показатели температуры и загрязнения воздуха, ведут разведку ледовой обстановки, пожаров, затоплений, других стихийных бедствий.

В последнее время среди молодёжи растёт популярность соревнований по спортивному вождению БЛА. Однако несмотря на огромное количество разнообразных моделей БЛА они имеют довольно высокую цену.

Изучение предложений на крупнейших торговых площадках, таких как «Ozon», «AliExpress» и других, показало, что на рынке отсутствуют предложения недорогих полётных контроллеров для радиоуправляемых моделей с небольшим функционалом для начинающего уровня.

Цель

Создание роботизированного комплекса для выполнения анализа химического состава донных осадков в автоматическом режиме.

Задачи

  1. Разработка чертежей и схем полётного контроллера, пульта управления и программатора.
  2. Изучение существующих методов обработки и преобразования данных, получаемых с датчиков.
  3. Создание действующих прототипов: полётного контроллера, пульта управления и программатора.
  4. Программирование шаблонов полётного контроллера SILF (квадрокоптер, мультикоптер, самолёт).
  5. Проектирование корпусов для устройств.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Процессор STM32F103C8T6
  • Трёхосевой магнетометр GY-271M
  • Модуль гироскопа MPU-6050
  • Радиомодуль NRF24L01+ PA + LNA
  • Персональный компьютер с установленным ПО

Описание

Для большей эффективности работа была разделена на несколько этапов.

1. Подбор необходимых компонентов и материалов.

2. Создание и расчёт электронной схемы для полётного контроллера, программатора, пульта управления.

3. Написание и отладка программы для программатора.

4. Написание и отладка программы для полётного контроллера и пульта.

5. Настройка совместимости пульта и контроллера.

6. Настройка совместимости программатора и пульта.

7. Настройка совместимости программатора и контроллера.

8. Программирование шаблонов полётного контроллера SILF (квадрокоптер, мультикоптер, самолёт).

9. Отладка PID и коэффициентов выравнивания.

10. Проектирование корпусов для устройств.

В итоге была рассчитана принципиальная электронная схема полётного контроллера и реализована в виде прототипа.

Также были запрограммированы шаблоны полётного контроллера SILF (квадрокоптер, мультикоптер, самолёт).

Результаты работы/выводы

В результате работы над проектом были изучены принципы действия полётных контроллеров, существующие математические модели управления полётом БЛА, освоены методы программирования полётных контроллеров, рассчитана принципиальная электронная схема полётного контроллера и реализована в виде прототипа, освоены методы регулировки и настройки программатора и полётного контроллера, запрограммированы шаблоны полётного контроллера SILF (квадрокоптер, мультикоптер, самолёт).

Перспективы использования результатов работы

Усовершенствование полётного контроллера. Добавление магнетометра QMC5883L. Этот чип отличается в первую очередь своей надёжностью и помехоустойчивостью.

Автор собирается расширять область применения данного полётного контроллера, поэтому добавляет возможность внешнего подключения GPS, в частности – народного GY-NEO6MV2.

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

«Это был важный и интересный опыт работы над сложным проектом. Этот проект был одним из удачных в серии проектов для развития экосистемы устройств бренда DirZone»