Yaklaşık üç aylık bir zaman zarfından sonra nihayet sensörler ve pervaneler ile birlikte tüm malzemeler elime ulaşmış oldu. Bu projeyi tasarlamaya boş vakitlerimi değerlendirip eğlenceli bişeyler yapmak için bir kaç ay önce başlamıştım. Siparişleri vermeye de geçtiğimiz Ramazan bayramında başlamıştım. Nihayet herşey elime ulaştı. Aslında bir 15 gün oluyor fakat zaman darlığından dolayı yeni yayınlayabiliyorum. Fotoğraftan anladığınız üzere quadrotor yapıyorum :) Quadrotor, multikopter, multirotor, quadkopter gibi bir sürü adı olsada ben şimdilik uçan zımbırtı diye hitap ediyorum :) Aşağıda başlıktaki fotoğrafın büyük halini görebilirsiniz.
Yukarıdaki malzemeler dünyanın dörtbir yanından geldi :) Motorlar, motor sürücüler, güç ekipmanları İsveç'ten, konnektörler, kablolar, timsahlar ve masterairscrew pervaneler Hong Kong'tan, sensörler ve işlemciler Amerika, İngiltere ve İtalyadan, APC ve MaxxProdutcs pervaneler Kanada'dan geldi.
Kullandığım motorlar outrunner ve Turnigy firmasının C2830 modeli. 1050Kv değeri var, yani verdiğimiz volt başına 1050 devir dönüyor. 3S lipo kullandığımızı ve verimin %90 olduğunu düşünürsek boşta 10K-11K gibi çok yüksek bir devire çıkıyorlar. Yanlız Kv parametresi ne kadar yüksekse o kadar iyi olduğu anlamı çıkmasın. Yüksek Kv parametresine sahip bir motoru büyük bir pervane ile kullanırsanız motoru kızartırsınız. Outrunner seçmemin nedeniyse inrunnerlara göre torkunun daha fazla olması ve redüktör takımına gerek kalmaması.Zaten motor yavaş yavaş dönerken bile elimle tutup durdurabilirmiyim diye denedim, imkanı yok :) Outrunner motorlarda merkezde motor sargıları sabit dururken motorun dışındaki mıknatıs kaplı yüzey dönüyor. Torkuda inrunnerlara göre bu yüzden fazla. Inrunnerlarda ise durum tam tersi ve inrunnerların deviri çok daha fazla.Inrunner kullanan kişiler ayrıca reduktör takarak torku arttıyorlar. İnternette bu tarz modellerede denk gelebilirsiniz. Turnigy nin yayınladığı parametrelerde 2S-3S lipo ve 14A ile kullanabileceğimiz yazılı, fakat bazı kullanıcılar yaptıkları testlerde bu değerlerin üzerine çıkmışlar.Bir tanesi 10X4.7 pervaneler ile 3S lipodan 14A akım çekerken 6300 devir ve 700gr kaldırma kuvveti elde ettiğini. Yazmış başka biri ise 9X6 pervaneler ile 17A çekerken 850gr kaldırma kuvveti elde ettiğini yazmış. Henüz test etme vaktim olmadı fakat 4 motor ile 2.5kg-3kg arası kaldırma kuvvetim olacağını düşünüyorum. Tüm ekipmanlar şuan kullandığım alüminyum gövdede takılıyken toplam ağırlığım 960gr ediyor. Yani değerler güzel.
Şimdi projenin en zor kısmına geldik. Piyasada bir çok elektrikli, gazlı hava aracı olduğundan pervane çeşidi inanılmaz fazla fakat bu pervanelerin çoğu bizim projemize uymuyor. Bizim projemizde hem saat yönü, hemde saat yönü tersi dönen pervane olacağından bu şekilde çift bulması çok zor. Ayrıca pervanenin ağırlığı gibi faktörleride işin içine katınca seçeneğimiz epey azalıyor. MaxxProducts, APC, GWS gibi firmalar sırf quadrotor gibi uygulamalar için bu işe özel pervane çiftleri tasarlamışlar. Fakat dediğim gibi elde etmesi zor, az yerde satılıyor ve olanda pahalı.Örneğin Almanya'da sektör büyük olduğundan 1 e satılırken Kanadada 3 e satılıyorlar. Gerçi Almanyadan sipariş ettiklerim gelmedi :) Yukarıdaki pervanelerden gri olanlar APC 10X3.8, onların altındakiler ise Maxx 10X4.5 modelleridir. Sağdakiler ise master airscrew markasının 10X6 pervaneleri, gazlı ve elektrikli araçlar için kullanılabiliyorlar.Projemize uygun değiller fakat gerçek pervanelerden önce sistemi test etmek için aldım. Genelde bu ağırlıktaki araçlar için 10x4.7 ile 10X4.5 pervane kullanmışlar. Yukardakilere ek olarak APC 10X4.7 almayıda düşünüyorum.İncelediğim kadarıyla APC pervaneler baya iyi. Maxx pervaneler ise inanılmaz hafifler fakat kağıt helva gibi çıtır çıtır duruyorlar :) Kırılmaya çok müsaitler, alırken bol bol yedek alabilirsiniz.Ben henüz kırmadım fakat bir çok kişi baya bir pervane harcamış. Ayrıca pervanenin X ve Y değerlerine göre aracın karakteristiği değişiyor. X değeri pervanenin çapını belirtiyor ve dönüş hızını etkiliyor, Y değeri ise pervanenin vida gibi döndüğü zaman havada katettiği mesafeyi belirtiyor. Bu parametreler ile aracın hızlı, çevik yada hava fotoğrafçılığı gibi uygulamalar için biraz daha süzülebilmesi sarsıntısı az olması sağlanabiliyor. Burada 10" değerleri X i, 4.5"-3.8" gibi değerler ise Y yi ifade ediyor.
Yukarıdaki şekilde ise ESC (Electronic Speed Controller) görülüyor. Adındanda anlaşılacağı üzere motorun çalışmasını, hızını kontrol ediyor. Kullandığım model HobbyKing sitesinin yaptırdığı 25A-30A lik modeli. İçerisinde 8 bitlik bir işlemci var ve sinyal pinlerinden verdiğimiz sinyale göre motoru çalıştırabiliyoruz yada fren, pil tipi gibi seçimleri programlayabilliyoruz.
Yukarıdaki şekilde ise ESC nin makaronu çıkarılmış hali görülmekte.Kartın arkası üzeri metal soğutucu kaplı mosfet dolu. Kartın ortasındaki çok bacaklı olan eleman ATMEL in bahsettiğim 8 bitlik işlemcisi olan Atmega8L. Yaptığı iş ise sinyal pinlerinden gelen işaretlere göre motorun devirini ayarlamak yada fren, pil tipi gibi seçeneklere göre kontrol işlemi gerçekleştirmektir. Örneğin LiPo pillerin 3V altına düşürülmesi tavsiye edilmez, çünkü pil hücreleri ölür ve bir daha şarj edilemez hale gelebilirler. NiMh piller için bu değer %60 tır. Seçtiğimiz pil tipine göre ESC nin otomatik kesime gitmesini sağlayabiliriz. Çoğu ESC de olduğu gibi bu ESC de PWM tetiklemesi ile çalışmaktadır. Bu yöntemin dezavantajlarından birtanesi periyotlar arasında 5ms, 10ms gibi beklemeler koymamız, bu yüzdende sistemin tepki verme süresini düşmesidir. Diğer dezavantajı ise 8bitlik pwm sinyali ile 128 adımlık çözünürlüğe sahip olmamızdır. Bu yüzden yeni ESC modellerinde I2C protokolü kullanılmaktadır. Yada eski tip ESC lerinimizi modifiye edebiliriz. I2C nin avantajı tepki süresini çok daha kısaltmak ve hız çözünürlüğünü 8 bitlik modeller için 2 katına çıkartmaktır. Ayrıca yazılımsal olarak düşünürsek ana işlemcimiz ile ESC işlemcisini sürekli tetiklemek yerine ESC işlemcisine sadece bir değer yazıp bırakarak istediğimiz hızı koruruz. Böylece ana işlemcinin performansını arttırmış oluruz. Bende yukarıdaki işlemciyi yeniden amacıma göre programlayıp I2C ye geçirmek istiyorum, çünkü sistemin geri kalanındada gyro ve accelerometer lar hariç I2C kullanıyorum. Böylece tüm sistemi iki tel üzerinden yönetebilicem.
Yukarıdaki fotoğrafta ise uygulamanın güç ve enerji ile alakalı parçaları görülüyor. Sağdaki mavi şey Zippynin 4A lik 3S LiPo pili.80A gibi çok yüksek bir akım verebiliyor. Motorların tam güçte 14A akım çektiğini düşünürsek ve diğer elemanların akımlarını bunun yanında ihmal edersek sistem 56A çeker. Yani tam güçte aşağı yukarı bu pil ile 4 dakikalık bir uçuş süresi elde ediliyor. Her zaman tam güçte çalışmayacağımızı düşünürsek 10 dakika gibi bir süre elde ederiz. Geneldede benim incelediğim quadlar 10-15 dakikalık uçuş sürelerine sahipler. 5A lik 2 adet LiPo kullanarak 20-30 dakika arası uçuş süresi elde edebileceğimi düşünüyorum.Şimdiye kadar maksimum olarak aracın taşıyabileceği kadar pil doldurup 40 dakika uçan gördüm :) Fotoğraftaki soldaki sarı alet pil şarj cihazı. Bir çok pil tipine göre kullanıcı tarafından programlanıp akıllı şarj edebiliyor.Hızlı ve tam şarj gibi çeşitli modları var.Akıllı şarj ile şarj hızını pil doldukça düşürüp gerektiği noktada şarjı kesmesi önemli bir özellik. Çünkü LiPo piller inanılmaz tehlikeli.Yanlış kullanımda bomba gibi patlayıp ardından uçucu madde gibi yanıyorlar. Fotoğraftaki diğer malzemeler ise priz adaptörü, acil ihtiyaçlar için araba aküsünden şarj imkanı veren çakmak adaptörü ve çeşitli bağlantı tiplerine göre çeviricilerdir.
Yukarıdaki fotoğraflarda ise altın kaplama konnektörleri ve timsahları ve kabloları görebilirsiniz. Soldaki 3.5mm konnektörler motor ve ESC ler için,sağdaki 4mm likler ise pil bağlantıları içindir. Kablolar ise 14AWG dir. 69A akım taşıyabileceği iddaa ediliyor. Kablo kesitini inceledim, ortada kalın bir çekirdek etrafına damarlı tel sarılı. Hakikaten baya sağlam duruyor.
Yukarıdaki fotoğraflarda ise şuan kullandığım prototip işlemci devresi ve sensörlerden bazılarını görüyorsunuz. İşlemci için şuan LPC2103 kullanıyorum.Bana aynı anda 8 ADC ve 5 PWM pini sağlamakta.Bu prototip ile sistemi oturttuktan sonra ileride sd karta veri kaydı, görüntü işleme, çeşitli haberleşmeler gibi özellikleride sisteme katacağımdan artan işlem gücünü karşılamak üzere LPC1768 veya LPC2368 gibi daha sağlam işlemcileri kullanmayı düşünüyorum. ADC avantajından dolayı LPC1768 ağır basıyor. Altındaki fotoğrafta ise sensörlerden bazılarını görüyorsunuz. Sağ baştan sayarsak 640X480 30fps CMOS kamera, pitch-row gyro, 17bit I2C basınç sensörü ve 3 axis accelerometer.Aynı kılıfta üç eksen gyro bulamadığımdan PR ve PY olmak üzere iki parça aldım.Basınç sensörü ile deniz seviyesinden itibaren yüksekliğimizi 9cm hassasiyetle ölçebiliyoruz fakat altımızda bir yüzey veya cisim varmı yokmu bilgisini elde edemediğimizden ultrasonic transduser aldım. Onada I2C ile haberleşen bir işlemci devresi yaptıktan sonra 1cm hassasiyetle 0-765cm arası uzaklık bilgisi alabileceğim yazılı. Şuanki eksiklikler dijital pusula ve gps. Bunlarıda tamamladıktan sonra hız, açı, ivme gibi bilgilere ek olarak dünya üzerindeki konumumu ve hangi yöne gittiğimide öğrenebileceğim.
Yukarıdaki foroğrafların ilkinde basınç sensörü ve yanında PR gyroscope görülmekte. Alttaki fotoğrafta ise 640X480 çözünürlükte 30fps video çekebilen kamera görülmekte. Gömleğimin düğmelerinden daha küçük :) Üstelik kamerada I2C ile haberleşiyor. Böylece sistemi tamamladığımda motor sürücüler, ultrasonik mesafe ölçücü, basınç sensörleri, pusula, kamera ... iki tel üzerinden I2C ile çok rahat bir şekilde kontrol edilebilir hale gelecek.Şuan için tüm sistemin ağırlığı 960gr. Çeşitli boyut ve kalınlıklarda çok güzel karbonfiber çubuk ve levhalar var. Sistem oturunca bunlardan sağlam ve daha hafif bir gövde yapmayı planlıyorum.
Yazının başında belirttiğim gibi sensör ve pervaneler elime yeni geçti sayılır. Sensörlerin PCB ler hazır fakat henüz lehimlemedim. Pervaneleride test edicek vaktim olmadı. İşlemci donanımını, motor sürücü ve motorları deneme için aldığım masterairscrew pervaneler ile test ettim. Şimdilik güzel çalışacak gibi gözüküyor fakat hızı hala daha %50 den fazla açamadım :) İnanılmaz kuvvetli bir çekiş gücüne sahip ve çok tehlikeli.Pervaneler gelince ilk akşam heyecan ve dikkatsizlikten dolayı elimi pervanelere biraz kestirdim.Allahtan fazla hızlı dönmüyorlardı da ufak bir iki kesikle atlattım.Yabancı forumlarda gördüğüm bir arkadaşın parmağının yarısı gitmişti. Kesinlikle dışarıda açık alanda test edilmesi gerekli. Dediğim gibi evin içinde güç yarıya geldiği gibi perdeler hareketlenip kağıtlar uçuşmaya başlayıp heyecanı arttırıyor :) Motorların deviri arttıkça pervanelerin çıkardığı ses inanılmaz keyif verici oluyor. Gücü duyarak hissediyorsunuz.
Tüm parçalar elime yeni geçsede gelişen hayat şartlarından dolayı bu çalışma seneye kaldı. İnşallah ilk uçuşu önümüzdeki yaz gerçekleştiricem :)
09 AĞS 2011
Projenin akıbetini merak edip mail atanlar için şimdilik buraya kısa bir video ekliyorum. İlerki günlerde yeni konu açıp gelişmeleri yazacağım. Videoda yüksek PID katsayılarından dolayı ufak sallanmalar oluyor. Katsayıları biraz azaltınca sallantı ortadan kalktı.