Archive for the ‘Drönare’ Category

Fjärrstyrd kamera

15/03/2020

Man hittar idag mängder av intressanta elektroniska moduler som är relativt enkla att kombinera ihop till något man inte hittar färdigt på butikshyllan.

Jag köpte i slutet av senaste sommar en radiostyrd drönare (drone) av typen Dji Phantom 3 Professional. Jag betalade inte speciellt mycket för drönaren eftersom kameran inte fungerade. Det här blev en ny inkörsport till rc-flygandets värld, jag har sysslat med RC-flygande för kanske tjugo år sedan,  och samtidigt ett intressant sätt att lära sig modernare teknik på området. Efter många om och men flyger nu drönaren och kameran fungerar men vissa störningar kan förekomma. Bildkvaliteten är god.

DCIM100MEDIADJI_0008.JPG

Fig. 1   Bilden är tagen med den reparerade drönaren ca. 50 m ovanför gårdsplanen till vårt hus på Sommarö i Esbo skärgård. Man ser Helsingfors i bakgrunden. Den vita röken kommer från ett kraftverk vid Drumsö bro.

Reparationen av drönaren gav inspiration till att eventuellt modifiera ett existerande RC flygplan med fast vinge så att förbränningsmotorn byts mot elmotor och kamera monteras så att flygaren kan beundra utsikten från flygplanet. Jag har ett lämpligt flygplan som bör vara lätt att modifiera. Ett elflygplan ger möjlighet att flyga betydligt friare än tidigare eftersom planet är väldigt tyst i jämförelse med en konventionell förbränningsmotor.

Jag har en hel del RC-servon i miljonlådan och de mekaniska komponenter jag behöver kan jag skriva ut på 3d-skrivare. Jag stötte på en enkel mycket vidvinklig kamera på en kinesisk vebbsida, på samma sida hittade jag en videosändare som sänder inom området 5.8 GHz samt en matchande mottagare som kan kopplas till dator och i princip mobiltelefon. Kameran kommer att av datorn uppfattas som en vebbkamera och det är möjligt att spela in videosignalen om så önskas.  I princip borde samma sak gå att göra på mobiltelefonen men jag har någon typ av kompatibilitetsproblem som gör att telefonen inte åtminstone ännu fungerar som bildskärm.

Det första experimentet med kameran blir en jordbunden fjärrstyrd kamera som jag tänker studera våra rådjur med. Det springer en flock på 5-6 rådjur på området.  Att bygga en radiostyrd kamera betyder att jag inte genast i försöksskedet slår sönder systemet … hoppas jag.

Fjärrstyrd viltkamera

Jag beslöt att använda två RC-servon för att styra kameran i sid- och i höjdled. Ett RC-servo monteras i systemets bas och styr kameran horisontellt. Ett annat servo monteras på en 3d-utskriven L-formad bit. Kameran är via en enkel adapter kopplad till detta servo som alltså vrider kameran i höjdled.

På den L-formade biten limmades två 3d-utskrivna fickor/hållare för videosändaren och ett styrkort för kameran.

Spänningsmatningen till systemet görs via en såkallad UBEC som är en chopper spänningsregulator som förvandlar en inspänning på 5,5 -27V till konstant 5V spänning som kameran, servona och RC-mottagaren behöver. En chopper/hackare har en mycket bättre verkningsgrad än en linjär spänningsregulator. En god verkningsgrad är speciellt viktig i ett RC-flygplan där mycket el behövs för drivmotorn.

Styrningen av kameran kan göras med en normal RC-sändare och matchande mottagare. Jag har åtminstone två sändare liggande som bör fungera.

Tillverkning av de mekaniska komponenterna

De mekaniska komponenterna konstruerades i programmet OpenScad som egentligen är ett programmeringsspråk för 3d-konstruktioner. Precis samma slutresultat fås naturligtvis också genom att använda ett CAD-program (det finns många gratisversioner) som kan generera STL-kod d.v.s. som kan översätta CAD-bilden till STL-kod som förstås av 3d-skrivarens styrprogram.  För mig känns OpenScad bekvämt genom att jag har skrivit programkod i tiotals år. Ett CAD-program som jag använder sporadiskt och således hinner glömma kräver mera jobb än att skriva koden direkt. Det är självklart att det här kan verka konstigt för personer vana vid helt grafiskt konstruerande. OpenScad har ett relativt bekvämt användargränssnitt där jag i grafisk form kan se resultatet av kodskrivandet … skillnaden mot ett rent CAD program är eventuellt inte speciellt stor.

Styrprogrammet, i mitt fall ”RepetierHost”, använder ett ”slicer”-program som skivar konstruktionen i 0,2mm höga skivor som omvandlas till 0,2mm höga och 0,4mm breda plaststrängar som lager för lager bygger upp komponenten jag har skapat. Utskriften av de olika delarna tog 5 minuter till ca. en och en halv timme beroende av komponentens storlek. De större komponenterns skrevs ut med en fyllnadsgrad på 50% vilket betyder att komponenten inuti består till ca. 50% av luft. Delarna som kopplas till servona skrevs ut med en fyllnadsgrad på 100% för att göra dem möjligast styva och starka.

Camera_box_bearing

Fig. 2  Hållare för servot som vrider kameran i horisontell riktning.  Uppe till vänster finns askens lock med plats för ett kullager som gör konstruktionen stadigare.

Camera_ball_bearing

Fig. 3  Locket med plats för kullagret konstrueras med hjälp av två moduler.

Modulen (subrutinen) ballBearingBase() skapar den fyrkantiga bottenplattan med ett 10.5 mm hål i mitten. Detta görs så att en låda (cube) skapas från vilken man tar bort en cylinder med diametern 10.25 mm. Därefter skapas hållaren för kullagret d.v.s. den centrala ringstrukturen genom att lägga en cylinder med diametern 26 mm ovanpå den fyrkantiga plattan varefter man tar bort en cylinder med diametern 22.8 mm vilket leder till att endast ringstrukturen blir kvar.

Modulen ballBearing() använder sig av den tidigare skapade plattan med ringstruktur och hål i mitten och tar bort fyra cylindrar med radien 2 mm d.v.s. borrar fyra st 4 mm hål för fastsättningsskruvar. Skruvarna fästs så att man smälter fast fyra gängade mässingsholkar i lådans hörn.

Camera_L-part

Fig. 4  L-biten i vilken servot som vrider kameran i vertikalriktningen. Den lilla biten till vänster trycks fast i servots axel. Denna lilla bit limmas fast i L-bitens skåra närmast betraktaren. Orsaken till att det lönar sig att skriva ut den lilla biten separat är att det är mycket svårt att utan specialteknik skriva ut ”överhäng”. L-biten låg med servoöppningen mot skrivarens bottenplatta Det enda överhäng som fanns var skåran för limning av den lilla biten … detta klarar skrivaren utmärkt. Den lilla biten skrevs ut som på bilden.

Camera_komplett

Fig. 5  Kameran komplett men utan RC-mottagare för styrning av servona. Jag väntar ännu på några delar.

Servot för styrning i horisontalriktning är den lilla blå komponenten till vänster om kameran. Ett likadant mikroservo används för att vrida hela L-delen horisontellt. Det horisontella vridservot finns inne i den fyrkantiga asken som till storleken motsvarar ungefär två små tändsticksaskar. Under den fyrkantiga lådan kommer det att monteras en ungefär lika stor ask i vilket jag monterar RC-mottagaren och spänningsregulatorn UBEC. Ovanför servot finns det hållare för två olika elektronikmoduler Närmast kameran ser man kamerans kontrollpanel med fem tryckknappar. Bakom kontrollpanelen finns videosändaren som sänder på 5.8 GHz. Man skymtar antennens bas (mässing). Hela antennen är ungefär 60 mm lång varav den aktiva delen utgör ungefär 30 mm. Den aktiva delen utgör sannolikt ungefär en halvvågsantenn. Våglängden vid 5.8 GHz är ungefär 52 mm.

Kamerans dimensioner är ca. 30 mm i riktningen för den optiska axeln i övrigt ungefär kvadratisk 25×25 mm.

De följande stegen

  • Följande steg blir nu att fixa till ett batteripaket, jag har hittills använt ett laboratorienätaggregat.
  • Skriv ut fastsättning som tillåter montering t.ex. mot en trädstam.
  • Testa radiolänkens räckvidd. Jag förväntar mig åtminstone nåra hundra meters räckvidd vilket tillåter mig att ställa den portabla datorn i farstun och sitta inne i värmen medan jag tittar på rådjuren i skogen.

Jag återkommer med en senare artikel med bildmaterial på hur det hela fungerar i praktiken.

 

Vägen är intressant … inte nödvändigtvis målet

16/01/2020

Jag älskar att fixa olika saker. I början av hösten köpte jag (billigt) en högklassig drönare alltså en radiostyrd helikopter med fyra rotorer. Drönaren är utrustad med GPS så att den flyger tillbaka till startpunkten om kontakten till den bryts. Den är också försedd med högupplösande kamera (4k HD) som är stabiliserad i tre riktningar och kan styras från marken. Det fanns dock ett litet men …

P1010280

Fig.  Drönaren Dji Phantom 3 Pro har en högupplösande kamera stabiliserad i tre axlar. Storleken framgår ur ”tändsticksasken” d.v.s. Samsung S6 mobiltelefonen av normalstorlek som är kopplad till styrenheten.

Drönaren hade kraschat vilket i sig inte är så ovanligt. Vid kraschen hade kamerans 3d upphängda kamera gått sönder så att en av de rörliga upphängningsarmarna hade gått av och de tunna kablar som styrde kameran och genom vilka kamerasignalen överfördes till drönaren för behandling hade slitits av.

P1010246.JPG

Fig.  Problembarnet kameran vridbar i tre riktningar och automatiskt stabiliserad så att drönarens rörelser t.ex. till följd av vindpustar kompenseras. Armen strax under kamerahuset i riktning NO på bilden hade brutits. Kameran motsvarar kvalitetsmässigt en riktig Go-Pro (mycket bättre än en kinesisk kopia).

Jag träffade försäljaren och kunde verifiera att drönaren flög utan problem men att kameran var helt död. En komplett begagnad kamera kostar $300 – $500 (utan verklig garanti att den fungerar) eller en ny från tillverkaren som är dyrare om en sådan finns att köpa men jag hoppades naturligtvis undvika det utlägget med teknisk analys/funderande och vid behov mikroreparation av elektroniken.

Den tidigare ägaren hade fixat kameraupphängningen och beställt flatkabelknippet men tydligen hade reparatören misslyckats med kopplingen till kamerans styrenhet. Då jag plockade isär kameran kunde man se att flatkabelkopplingarna på kamerans moderkort hade tagit stryk tydligen till följd av att reparatören hade missat att kablarna är låsta med ett snäpp … våld hade använts vilket i sådana här sammanhang alltid brukar vara mindre bra … för mig betydde det att jag kom över en mycket bättre drönare än jag hade kunnat drömma om. Nu gällde det att hitta en reservdel.

P1010279.JPG

Fig.   Kamerans moderkort. De två konnektorerna för (film) flatkablar ses uppe i NO. Ett begagnat moderkort som försäljaren påstår vara testat (tro det den som vill) kostar strax under $100.

P1010279_part.png

Fig.   Man ser tydligt hur någon med skruvmejsel eller liknande har försökt peta loss den fastlåsta restbiten av flatkabeln, egentligen en flatkabel kopplad till två olika konnektorer. De svarta plastdelarna överst på konnektorerna är låsmekanismer. På bilden är låsen öppna. Avståndet mellan kontakterna i konnektorerna är endast 0,3 mm och kontaktstiften böjs mycket lätt varför petande med skruvmejsel inte är att rekommendera.

Det finns två sätt att försöka fixa problemet det överlägset billigaste skulle vara att byta flatkabelkonnektorerna på moderkortet. Att byta en ytmonterad komponent av denna typ skulle ha varit intressant och utmanande. Problemet är att jag inte trots rätt omfattande sökande hittade korrekt ytmonterad konnektor, dubbelsidig med 35 kontakter … tydligen rätt ovanlig. Avskriver reparation av moderkortet för tillfället och börjar söka alternativ på nätet. Hittar jag en lämplig konnektor så fixar jag kortet som en övning i att löda ytmonterade komponenter.

Det visade sig att det finns ett antal säljare både i Kina och i USA som säljer begagnade delar till den här drönarmodellen.  Jag beställde ett billigt kort från Kina samt ett lite dyrare i princip identiskt kort från USA. Kortet från USA kom inklusive skal och motor varför det var ok att betala lite mera … nu har jag en motor i reserv. Det kan vara skäl att notera att drönaren Dji Phantom 3 finns i flera modeller. De enklare modellerna har en mindre avancerad kamera och ett enklare moderkort. Skillnaden rent utseendemässigt är att Pro-versionens kort har två flatkabelkonnektorer medan de billigare varianterna har endast en. Det är alltså skäl att kontrollera att den del man beställer är kompatibel med den drönare den skall användas till.

Jag fick det kinesiska kortet först. Lite lödande/petande med förstoringsglas krävdes för att hitta kontakterna till den lilla fläkt som kyl kortet. Kontakterna är mycket små och gömda under en limklick … inget större problem. Efter bytet av kort så kände systemet tydligt igen kameran som kalibrerade sig själv då man slog på strömmen men jag fick ingen bild och drönaren meddelade att kamerans programvara måste uppdateras. Slutsatsen är att någon signal mellan kortet och kameran hade saknats till följd av de skadade kontakterna. Systemet angav att kamerans programvara var version 1.03.0020+ där ”+” tydligen anger att någon programmodul inte är kompatibel och sannolikt från någon nyare varsion.

Det verkade alltså klart att systemet i något skede hade nedgraderats d.v.s. man hade backat mjukvaran till en tidigare version men att detta hade misslyckats. Jag såg kommentarer på nätet att någon av de nyaste versionerna av programvaran bl.a. införde flygförbud över t.ex. idrottsplatser något som slog hårt mot vissa professionella användare vilka av denna orsak försökte nedgradera mjukvaran med dåligt resultat. Notera alltså att drönaren själv med hjälp av GPS i princip håller koll på var det är tillåtet att flyga. Det verkar sannolikt att vissa moduler inte kan backas vilket gör kameran oanvändbar så länge programvaran innehåller konflikter. Min uppfattning är att många av de moderkort som cirkulerar på nätet sannolikt är helt i skick men de är resultat av misslyckade uppgraderingar som har lett till att användaren har gett upp och köpt kortet som reservdel från tillverkaren, mera om detta senare.

Jag försökte först uppgradera kameran till den nyaste versionen av programvaran men stötte ideligen på problem d.v.s. systemet meddelade att uppgraderingen misslyckades. Orsaken var eventuellt att kamerasystemet överhettades då det var igång en längre stund (en uppgradering går på ca. 30 min) , vid flygning kommer kamerapaketet att kylas av luftdraget från propellrarna. Jag hittade av en slump en kommentar på nätet som konstaterade att det lönar sig att kyla elektroniken under uppgraderingen. Jag tog en liten datorfläkt som jag kopplade till en justerbar strömkälla så att jag kontinuerligt kylde kamerapaketet med fläkten … nu började uppgraderingarna fungera bättre men jag fick fortfarande ”+” varianter och uppgraderingarna krävde mycket lång tid … mycket längre än den angivna 25-30 min.

I det här skedet anlände kortet från USA och jag satte in det kortet i stället eftersom jag inte helt litade på den kinesiska säljaren. Problemet kunde ju vara att det kort jag fick från Kina var defekt. Sannolikt fungerar det kinesiska kortet korrekt. Det nya kortet fungerade igen genast så att kameran kalibrerade sig själv … men ingen bild överfördes till kontrollenhetens display och … programvarans version var 1.03.0020+ (smile, oh shit)!

Efter en hel del experimenterande med olika programversioner, det gick åt mycket tid, beslöt jag att försöka starta uppgradering från den äldsta version jag hade tillgänglig och inte bry mig om att en uppgradering misslyckades utan helt enkelt stegvis gå vidare från version till version.

Det kan vara skäl att notera att det finns odokumenterade hjälpmedel för uppgraderingen. Det går att få mer detaljerade felmeddelanden gällande uppgraderingen genom att kopiera en tom  fil med namnet P3X_FW_DEBUG till roten på SD-kortet med den nya mjukvaran. Jag kan också försöka tvinga systemet att göra uppgradering trots konflikter genom att medan jag slår på strömmen till drönaren håller reset intryckt (litet hål i sidan av stommen). På SD kortet finns den nya mjukvarufilen samt eventuellt P3X_FW_DEBUG inga andra filer får finnas. Det kan vara skäl att formatera SD-kortet mellan olika försök så att det inte blir kvar skrot från tidigare försök formatet skall vara FAT32 (inte NTFS för windows).

Jag fick många ”+” varianter på vägen men jag gissade att pluset skulle försvinna då jag kom upp till den version från vilken den alltför nya ”+” versionen hörde hemma. Mot slutet av en serie uppgraderingar så började plötsligt kameramodulen ge alarm beep-beep-… något den inte hade gjort tidigare men som den enligt instruktionerna borde ge vid misslyckad uppgradering. Jag upprepade då uppgraderingen för den version som gav felmeddelande och fortsatte sedan uppgraderingarna och plötsligt meddelade systemet att uppgraderingen var OK. Om jag minns rätt så var det den nästsista versionen som meddelade att uppgraderingen hade lyckats.

Jag provade versionen tillsammans med fjärrkontrollen och nu fick jag bild till mobiltelefonen som var kopplad till fjärrkontrollen. Fjärrkontrollen meddelade nu att kamerans programvara måste uppgraderas ytterligare varefter jag laddade in den sista versionen … nu fungerade länken till fjärrkontrollen men de bilder jag tog med drönarens kamera var strimmiga, förvridna och oanvändbara.

Videolänken fungerar men bilder på SD-kortet förvrängs

Jag misstänkte nu, delvis efter andra användares diskussioner på nätet, att problemet var SD-minneskortet. En 4k HD kamera (högupplösande TV kvalitet) skickar ofantliga datamängder till SD-kortet. Eftersom systemet omformar videoströmmen till lågupplösande video som skickas över radio till fjärrkontrollen (720p) och dessutom lagrar en annan videoström till SD-kortet så kan man gissa att allting måste tajma perfekt. Det finns inga resurser till onödiga felkontroller.

Jag hade först testat standard SD-kort av klass 10 d.v.s. samma typ av kort som jag har använt i min systemkamera (Pentax K3 och K5) utan problem. Resultat: Endast störningar, video helt svart och stänger av sig efter någon sekund.

Följande försök var SanDisk Ultra 16GB från två olika försäljare (det finns alltid risk för förfalskningar). Resultatet var marginellt bättre men fortfarande helt oanvändbart.

SD_too_slow.png

Fig.  Användning av ett SunDisk Ultra 16GB gav det här resultatet. Man kan se hur några linjer verkar lagras någorlunda korrekt överst i bilden därefter blir det problem … gissningsvis flödar kameraenhetens buffert över då systemet inte hinner dumpa data till SD-kortet. Situationen blir antagligen ännu mycket värre vid video då dataströmmarna är mycket större.

Nästa kort var ett SanDisk Extreme Pro 64GB. Stillbilder gick nu bra att känna igen men det fanns kraftiga horisontella linjer. Mätning av detta korts snabbhet visade att det borde ha fungerat … marginellt.

störningar_DJI_0215.png

Fig.  Störningar då ett marginellt långsamt SD-kort används. Långsammare kort visar endast en smal rand av bilden överst.

Följande kort var ett 64GB SanDisk Extrem från en kamerabutik specialiserad på kameror och drönare. Plötsligt fungerar systemet! Jag kan fortfarande se slumpmässiga störningar ibland men systemet kör och kan kan både ta stillbilder och videofilma. Det blir antagligen skäl att ytterligare experimentera med olika snabba SD-kort men jag kan leva med systemet som det ser ut nu!

Minneskortens begränsningar

Observera!

Mätningarna har uppdaterats eftersom minneskortsläsaren var undermålig. Mätningarna visade läsarens begränsningar för de snabba korten. Jag bytte till en Kingston MobileLite G4 för USB3. Resultatet förändrades rätt mycket.

Rött-svart  SanDisk Extreme PRO 64 GB verkar (ibland) gå att filma upp till 2700K. Fungerar allmänt taget sämre än nedanstående Extreme kort.

Rött-guld  SanDisk Extreme 64GB verkar gå att filma upp till 2700P dock så att slumpmässiga störningar kan ses.

Rött-grått SanDisk Ultra 16GB verkar gå att filma på 720P samma kommentar som föregående kort.

Mätningar:

SanDiskRedBlk

Fig.  Röd-Svart SanDisk SD minne mätt med hjälp av Linux Mint ”Disk” verktyg. Notera hur skriv och läshastigheten är bra medan åtkomsttiden varierar inom relativt vida gränser. Är den opålitliga åtkomsttiden problemet då kortet används på en DJI Phantom 3 Professional?

SanDiskRedGold

Fig.  Röd-guld SanDisk Extreme. Skriv- och läshastigheten är i princip densamma som hos PRO versionen ovan medan åtkomsttiden är mycket bättre. Skrivhastigheten är något lägre än föregående kort men kortet fungerar bättre i drönaren. Är orsaken att åtkomsttiden är bättre på detta kort medan skrivhastigheten fortfarande är adekvat?  Detta kort fungerar någorlunda.

SanDisk16GBRedGray

Fig. Röd-grått SanDisk Ultra 16GB. Notera att skrivhastigheten är betydligt lägre än de stora SanDisk minnena. Detta kort verkar kunna spela in på 720P vilket tyder på att åtkomsttiden är tillräckligt bra medan överföringshastigheten inte räcker till för högupplösande video. Notera dock de stora kasten i åtkomsttid.

Kinesisk8GBC10

Fig.  Billigt namnlöst kort 8 GB från kina. Skrivhastigheten är bättre än för SanDisk 16GB medan åtkomsttiden är betydligt sämre. Jag har inte testat kortet i drönaren eftersom jag utgår från att det inte fungerar. Notera de intressanta variationerna i skrivhastighet mot slutet av testet.

Kingston16GBC10U1

Fig.  Kingston 16GB minneskort. Läshastigheten är OK men skrivhastigheten och åtkomsttiden är erbarmlig. Notera att det förekommer mycket förfalskningar av SD-kort vilket betyder att detta kan vara en förfalskning. Kortet är inte testat i drönaren.

Biltema8GBC10U1

Fig.  Biltema 8GB är inte alls speciellt dåligt. Åtmomsttiden är dock inte speciellt bra och det finns enstaka mycket långa åtkomsttider. Kortet är inte testat i drönaren.

Jag kommer inom den närmaste framtiden att uppdatera ovanstående mätningar med något Lexar-kort (som bör vara snabbt).

Video. Man kan se att det ännu finns vissa problem som jag antar beror på SD-kortet. Det blir aktuellt att fortsätta att söka efter ett snabbt SD-kort både vad gäller skrivhastighet och åtkomsttid.

Ryckigheten i vid panorering är en följd av att jag har för lite erfarenhet av att flyga drönaren. Störningarna gissar jag är en följd av enstaka störningar med lång åtkomsttid till SD-kortet… se fig för Rött-Guld SD-kort.


Pointman's

A lagrange point in life

THE HOCKEY SCHTICK

Lars Silén: Reflex och Spegling

NoTricksZone

Lars Silén: Reflex och Spegling

Big Picture News, Informed Analysis

This blog is written by Canadian journalist Donna Laframboise. Posts appear Monday & Wednesday.

JoNova

Lars Silén: Reflex och Spegling

Climate Audit

by Steve McIntyre

Musings from the Chiefio

Techno bits and mind pleasers

Bishop Hill

Lars Silén: Reflex och Spegling

Watts Up With That?

The world's most viewed site on global warming and climate change

TED Blog

The TED Blog shares interesting news about TED, TED Talks video, the TED Prize and more.

Larsil2009's Blog

Lars Silén: Reflex och Spegling

%d bloggare gillar detta: