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CARTE ELECTRONIQUE

La carte électronique assure différentes fonctions:

1. lit les consignes de vol transmises par le récepteur radio
2. lit les données des détecteurs qui repérent les rotations et déplacements latéraux du drone dans les 3 dimensions: gyroscope, accélérométre
3. Mixe les deux groupes de données précédentes pour déterminer les corrections de vitesse de chaque moteur en tenant compte des consignes de vitesse de réaction choisies par le pilote (réglages de gain)
4. Enfin envoie aux ESC des moteurs les commandes de vitesse (environ 200 fois par seconde)

La carte a donc au moins 10 connections différentes memées en paralléle et transmises par autant de cables:

(il peut s'y ajouter d'autres connections entre autre pour : mesure de pression , GPS, voies radio pour réglages en vol ou télémétrie)

• 4 connecteurs avec la radio : commandes de pitch, roll, yaw, throttle
• 4 connecteurs vers les 4 ESC/moteurs
• 1 connecteur gyroscope
• 1 connecteur accélérométre

Le coeur de la carte est un microcontrolleur

Parmi les plus employés on trouve des microcontrolleurs AT mega placés sur des cartes de type Arduino (d'ou le nom des Arducopters) elles sont programmées en langage de type C.

Nous utilisons surtout des Propeller de Parallax : microcontrolleur A 8 coeurs travaillant en paralléle , sans avoir a gérer des interruptions

Chaque fonctionne a 80 Mhz

Les programmes sont écrits en langage Spin (voisin du C) et pour quelques parties critiques en Assembleur

Nous devons une grande partie de ces programmes a Jason DORIE que nous tenons a remercier de son aide.

Ils utilisent une correction des vitesses moteur par un algorythme de type PID (correction Proportionnelle, Intégrale, Dérivée en fonction de l'écart entre consigne de vol et position relevée par les détecteurs)

 

Alimentation de la carte

Pour alimenter la carte il y a en gros 2 options:

• on peut utiliser le courant qui provient du branchement des ESC sur la batterie on appelle cela un BEC (le cable de chaque ESC a 3 fils : masse : noir, 5 volts : rouge, signal pour la commande des moteurs: blanc) on laise branché 1 seul fil rouge sur les 4 ESC (les 3 autres sont débranchés en soulevant sur la petite languette latérale avec une aiguille et en tirant sur le fil : on ne coupe pas le fil on le colle avec de l'isolant le long du cable : on en aura besoin si on doit recalibrer les ESC) . Les ESC fournissent en général du 5 volts nécessaire pour alimenter la pluspart des cartes).

• ou utiliser une batterie annexe , c'est ce que je préfére pour séparer la carte du circuit moteurs qui risque des parasites

Les détecteurs que nous utilisont sont :

• ITG3200 : un gyroscope 3 axes d'Invensense
• ADXL345 : accélérométre 3 axes
• les données de ces détecteurs sont transmises au microcontrolleur par un bus I2C
• en fait pour l'instant nous n'utilisons que le gyroscope car : il permet de corriger rapidement les pertes d'assiette et de ramener le drone a plat , bien utilisé ce gyroscope donne un drone stable et facile a piloter avec une télécommande classique d'aéromodéliste . L'accélérométre lui permet de corriger la dérive lente des résultats du gyroscope en utilisant un mixage des données du genre <filtre complémentaire> il améliore peu un pilotage a vue (seul autorisé en modélisme).
• l'ajout d'un barométre de précision pour garder une altitude constante pourrait être plus utile si on veut faire de la vidéo aérienne
• un compas magnétique peut être utile bien que sensible a divers parasitages.
• les derniéres cartes intégrent un GPS.

Quelques fonctions intéressantes qui peuvent être ajoutées a une carte

• atterrissage automatique ou retour vers le point de départ (fonction home liée au GPS) en cas de perte de liaison radio

• GPS

• commande d'une caméra et de son support d'inclinaison

• alarme (sonore /lumineuse) batterie faible

Fixation de la carte électronique sur la plaque centrale du drone

• la carte doit être assez solidement fixée mais a l'abri des vibrations crées par les moteurs
• 4 entre toises en tube plastique creux dans lesquelles on passe des boulons nylon d' environ 20 mm de long et 3 mm diamètre (pour l' isolation électrique) permettent de fixer la carte sur la plaque centrale:
• en l' enfichant si elle a des trous aux 4 coins (important : prévoir des joints toriques antivibrations pour isoler la carte des moteurs et serrer très peu les écrous nylon par dessus )
• on peut aussi choisir de la fixer avec des carrés adhésifs en caoutchouc mousse placés aux 4 coins de la carte , ces carrés peuvent être collés aux 2 extrémités d'une courte entretoise (d'environ 6 mm) qui n'a donc plus besoin d'un boulon , nous préférons cette solution. On trouve ces carrés chez 3 M ou pour fixer les cartes des hélicopters (voir les sites Align ou BeastX).
• Attention la carte doit être au centre du drone et avoir une direction bien précise soit entre les 2 moteurs avant si le montage est en X , soit vers le seul moteur avant si le montage est en + (voir explication plus loin).

Cartes du commerce (mais il y en a des tas d'autres !)

(on trouve des cartes plus ou moins ouvertes et programmables : par exemple )

• Microkopter et ses clones
• KK
• Multiwii
• Gaui344
• Naza Dji
• AQ50
• Hoverfly
• la familles des cartes de type Arducopter qui évoluent constamment : les derniéres de type AMP 2.5 sont de la taille d'un carte de crédit et intégrent : 3 gyroscopes , 3 accélérométres, un altimétre, uncompas et un GPS.