Drone
Com
Arduíno
Prova de Aptidão Profissional
Simão Cardoso nº22;
Simão Souto nº23;
1
2
3
Introdução
Planificação
Funcionamento
Planificação do projeto
Fundamentos teóricos
sobre o projeto
4
5
6
Comando
Orçamento
Controlo Remoto
Orçamento do projeto
Conclusão
Introdução do Projeto
Breve Conclusão sobre o
projeto
01
Introdução
Introdução
O nosso projeto irá se basear em um Drone com o Arduíno. Este irá ser controlado, através
de um comando.
Neste projeto foi utilizado softwares CAD para o design do esqueleto do Drone e softwares
de programação como o Arduíno IDE.
02
Planficação
Planificação
Com o objetivo de nos orientarmos durante a realização do projeto, através da ferramenta
Trello, planificamos as datas e guardamos informações cruciais para a progressão do nosso trabalho.
Planificação
Aqui está representado num gráfico as datas de começo e realização das atividades.
Planificação
Realizamos uma tabela com as tarefas realizadas e ainda por realizar, as suas datas,
descrição se necessário, data de inicio e data de finalização.
Duração(Dias)
Inicio
Fim
Compra materiais
20/10/2021
1
21/10/2021
Ensaio dos motores
29/11/2021
18
17/12/2021
Teste Do Giroscópio
15/12/2021
62
15/02/2022
Desenvolvimentos das Peças 3D
10/02/2022
33
15/03/2022
Programação dos motores
17/02/2022
64
22/04/2022
Programação do giroscópio
24/02/2022
22
18/03/2022
Criação do Comando
16/03/2022
37
22/04/2022
Desenvolvimento do PCBS
22/03/2022
44
05/05/2022
Testagem geral do Trabalho
13/05/2022
35
17/06/2022
Finalização
16/06/2022
15
01/07/2022
03
Funcionamento
Funcionamento
O Drone está divido em quatro Etapas: Processamento de Dados, Comunicação,
Alimentação e Design.
●
Processamento de Dados: Responsável por estabilizar o Drone;
●
Comunicação: Permitir que o Drone seja controlado á distância com o uso de comunicação Rádio
Frequência;
●
Alimentação: Responsável por distribuir a energia por todo o projeto;
●
Design: Está incumbido com a tarefa de criar um esqueleto aerodinâmico;
Processamento de
Dados
O processamento de dados tem como função autoequilibrar o Drone. Através do uso de
um giroscópio e de um Arduíno Uno.
Componentes Utilizados:
Arduíno Nano
MPU 6050
Processamento de
Dados
O Arduíno Nano, vai ser responsável por comandar o drone através do desenvolvimento de
um programa. É possível assim concluir que este vai ser o cérebro do nosso projeto visto que este vai
ficar entregue a finalidade de processar o código e as informações que iram ser enviadas para ele que a
antena RF irá receber.
Atmega328
Arduíno Nano
Processamento de
Dados
Aqui estão representadas as ligações do MPU-6050 ao Arduíno.
MPU-6050
Arduíno UNO
GND
GND
VCC
5V
SDA
A4
SCL
A5
INT
D2
Processamento de
Dados
Giroscópio (MPU-6050) : O MPU-6050 é um dispositivo de rastreamento de 6 eixos.
●
Informação sobre os pinos principais:
VCC – Fornecer energia 5 Volts;
GND – Fornecer 0 Volts;
SDA: Este pino é usado para obter dados em série do sensor;
SCL: Este pino é usado para entrada de relógio serial;
AD0: Este é o barramento de endereço escravo I2c, (bit menos significativo);
INT: Este é um pino de interrupção para uma indicação de dados prontos;
Processamento de
Dados
Para ser possível estudar a mudança de coordenadas é necessário saber duas noções
básicas sobre o voo de qualquer dispositivo que voe:
●
PITCH: O eixo lateral ou “Pitch”, é uma linha imaginária que está associada ao movimento em
torno do eixo horizontal, perpendicular ao eixo longitudinal.
●
ROLL: O eixo longitudinal ou “Roll” é uma linha imaginária que cruza o avião do nariz à cauda, que
está associada ao movimento em torno do eixo horizontal, na direção do eixo longitudinal.
PITCH
ROLL
Processamento de
Dados
seu teste.
Com isto em mente criamos um novo código e construímos um novo circuito e realizamos o
Processamento de
Dados
O objetivo deste teste é mudar a velocidade dos motores consoante a leitura das coordenas
medidas pelo giroscópio:
Processamento de
Dados
Código Realizado: O código foi desenvolvido na plataforma Arduíno IDE e tem como objetivo
mudar a velocidade dos motores consoante os valores medidos pelo MPU-6050.
É importante referir que um motor neste teste foi destinado para o PITCH e outro para o ROLL.
Declaração de variáveis
Void Loop
Void Setup
Comunicação
A comunicação de rádio deste controlador é baseada no módulo de transmissor NRF24L01 que
usa uma antena para amplificar o sinal, tem um alcance até 700 metros em espaço aberto. Utiliza uma
frequência de 2.4GHz.
Módulo de Transmissão
e Receção
Alimentação
●
Os Motores do Drone vão ser alimentados por um bateria de Lítio de 14,8 Volts, com 1800mAh.
Esquema de alimentação
Bateria de Lítio
Alimentação
Para que seja possível implementa este circuito no projeto foi necessário criar em DipTrace um
esquema elétrico que vai distribuir a energia fornecida.
Esquema Elétrico
PCB TOP
PCB BOT
Alimentação
Este circuito é bastante simples, apresenta 5 conectores quatro para os motores brushless
(localizado nos extremos) e um para a bateria ( central ).
●
Produto Final:
PCB ligado
PCB desligado
Alimentação
Foi necessário tomar precauções para construir este circuito visto que no total, os motores em
máxima potência consomem 1 Ampere cada um, ou seja um total de 4 Amperes.
Com isto em mente fizemos o design da largura das pistas de acordo com as medidas da tabela
seguinte (2.03 mm).
Tabela de calculo da largura de pistas
Circuito Controlador
Para que seja possível controlar o drone foi necessário construir uma placa de circuito
impresso com o objetivo de receber os dados enviados pelo comando e processar as coordenadas
recebidas.
Esquema elétrico
PCB Top
PCB Bot
Circuito Controlador
Resultado Final:
MPU-6050
Arduíno Nano
NRF24l01
Circuito Controlador
Funcionamento da Placa
Circuito de
Blocos
Circuito Controlador
Declarações de
variáveis
Parte do código /void
setup ()
Parte do código /void
loop()
Circuito Controlador
Parte do código
/void mpu ()
Parte do código
/void calib ()
Parte do código
/velocid ()
Circuito Controlador
Parte do circuito blocos do
código controlador
Circuito de blocos do MPU6050
Método PID
Motores Brushless
Os motores escolhidos para este trabalho foram motores Brushless. Estes motores são
alimentados por uma corrente contínua baixa. Os motores são constituídos por um rotor feito de imanes e
um estator composto por bobinas.
Motores Brushless
Estator: É a parte de um motor ou gerador elétrico que se mantém fixo á carcaça do motor e
tem por função conduzir o fluxo magnético, com a finalidade de rodar o rotor.
Motores Brushless
Rotor: Rotor é tudo que gira em torno de seu próprio eixo produzindo movimentos de rotação.
ESC
Para o controlo dos motores irá ser necessário utilizar um driver para cada motor o ESC ou
Eletronic Speed Controler, que tem como função variar a rotação do motor.
O controlo da velocidade é realizado através de um sinal PWM recebido e interpretado pelo
microcontrolador, que converte em uma frequência diferente, ou seja, quanto maior o valor recebido, mais
rapidamente os MOSFETs serão acionados, aumentando a velocidade de rotação do motor.
ESC
É também importante referir que cada motor dependendo para que lado roda, vai ter uma
ligação diferente aos controladores de velocidade, como é possível ver no exemplo:
MOSFET
O MOSFET é um dispositivo de 4 terminais, Dreno (Drain), Fonte (Source), Porta (Gate),
Substrato (Body) sendo que em circuitos discretos, normalmente só tem 3 terminais acessíveis, tendo o
body ligado à fonte.
BEC
O BEC ou Battery Eliminator Circuit, é um circuito que dispensa o uso de uma fonte externa
que seria destinada à alimentação dos circuitos de controlo. A sua saída gera em torno de 5 Volts.
PWM
O PWM nada mais é do que uma maneira de codificar digitalmente níveis de sinal analógico.
Nesta técnica, através do uso de contadores de alta resolução, o ciclo de trabalho de uma onda
quadrada é modulado para codificar um nível de sinal analógico específico para que então ele atenda os
requisitos de uma aplicação desejada.
Design
Para que seja possível realizar o trabalho, construímos e desenhamos a estrutura do Drone em
um software de projeção 3D ( SolidWorks ). E depois exportado para a impressora através do software
desta.
Projeção 3D:
Design
Impressora a Imprimir uma das peças:
Design
Resultado das Peças:
Design
Resultado Final da estrutura:
4
Comando
Comando
Esquema Elétrico
PCB Top
PCB Bot
Comando
/declarações
Parte do código/void loop()
Parte do código/declarações
Parte do código/void setup()
Comando
●
Parte do código/void leitacc
Parte do código/envio
Parte do código/void calibrar()
Parte do código/void leitacc
Comando
Fluxograma do Comando
5
Orçamento
Orçamento
Material
Preço
Quantidade
Loja
Arduíno UNO
24,50 €
1
ELETROFUN
Módulo NRF24L01 2.4GHz
8,82 €
2
ELETROFUN
Esc
41,80 €
4
ELETROFUN
Motores Brushless
52,50 €
4
ELETROFUN
Bateria 14,8 Volts
26,99 €
1
AMAZON
MPU-6050
8,75 €
1
ELETROFUN
Joysticks
6,40 €
2
ELETROFUN
Total
169,76 €
6
Conclusão