Tesina sul Quadricottero

ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE

“Enea Mattei”

Corso di Informatica Sperimentale “Abacus”

A.S. 2011/2012

a

Cl. V D Alessandro Greco

INDICE

Il Quadricottero

- Introduzione Pag.1

- Il progetto Pag. 1, 2, 3, 4

- Il software Pag. 4, 5

- Riferimenti Pag. 5

Collegamenti interdisciplinari

- Elettronica: Antenne isotropiche Pag. 6, 7, 8

- Informatica: Programmazione C# Pag. 8, 9

Italiano: Gabriele D’Annunzio – “Il Volo su Vienna”

- Pag. 10 - 13

- Sistemi/Inglese: Wireless Trasmission Pag. 13, 14

- Storia: Aviazione nella Prima Guerra Mondiale Pag. 14, 15

CD Allegato

- Struttura del CD Pag. 16

- Contenuto Pag. 16

IL QUADRICOTTERO

Introduzione

Il quadricottero è un veivolo dotato di quattro braccia su cui sono montati quattro motori collegati

ognuno ad un elica (che può essere a 2, 3 o 4 pale). Il quadricottero da me costruito è composto

da telaio in alluminio (artigianale) e cuore rappresentato dal microcontrollore Arduino Uno R3 (che

gestirà il segnale trasmesso dal PC, i motori, il giroscopio e l’accelerometro)

Il progetto

Materiale utilizzato

Per la costruzione del quadricottero mi sono basato sulle informazioni trovate sulla rete, che mi

hanno permesso di progettare e fabbricare il telaio (completamente in alluminio) e di progettare il

circuito. Qui sotto il materiale usato: – –

- 4 x Motore BRUSHLESS 1534rpm/V 11.1V 2200mA

–

- 4 x Regolatori di velocità per motori BRUSHLESS 11.1V

- 4 x Trascinatori per eliche

- 2 x Eliche 18cm PROPELLER

- 2 x Eliche 18cm PUSHER

- 1 x Switch (interruttore)

- 1 x LED

- 1 x Resistenza 330ohm

- 1 x Barra in alluminio –

- 1 x Batteria LiPo 11.1V 2200mA

- 1 x Breadboard

- 1 x Arduino UNO R3 – –

- 1 x Modulo ZigBee per Arduino 2.4Ghz 802.11

- 1 x Wii Motion Plus

- 1 x Wii Nunchuck

- 1 x Colla gel per metalli

- Fascette autobloccanti in PVC (opzionali, per fissare arbitrariamente i componenti)

Procedimento

Una volta costruito il telaio tagliando la barra in alluminio secondo la foto numero 1, unire i 4 motori

alle estremità delle 4 braccia del telaio (tramite la colla gel), collegati a loro volta ai 4 regolatori di

velocità Pagina | 1

Successivamente, montare le eliche sui motori utilizzando i trascinatori annessi. Al centro della

struttura incollare la breadboard grazie al supporto adesivo implementato, e porre il resto della

parte elettronica, secondo lo schema numero 2 Pagina | 2

i motori all’Arduino e all’alimentazione

In seguito, collegare secondo lo schema numero 3

Lo schema numero 4, invece, rappresenta lo schema di collegamento del giroscopio a 3 assi e

dell’accelerometro, ricavati dai dispositivi Nunchuck e Wii Motion Plus della Nintendo (vedi

il modulo wireless ZigBee negli appositi PIN dell’Arduino

riferimenti). Infine, collegare Pagina | 3

Funzionamento

Il quadricottero viene controllato tramite modulo Arduino Wireless ZigBee, tramite il trasmettitore

collegato al PC interfacciato al programma JoyBee da me sviluppato (vedi parte “il software”). Il

software in questione può funzionare sia tramite console di comando che tramite Joystick

collegato. Le eliche, per poter volare, devono essere disposte in modo simmetrico e, sempre in

modo simmetrico, a coppie devono ruotare in senso orario ed antiorario

Questo è necessario in quanto se le eliche girassero tutte nello stesso senso, il quadricottero

ruoterebbe su se stesso, senza elevarsi

Il software

Introduzione

Per la programmazione dell’Arduino è stato usato il sorgente del progetto Arduino MultiWii (vedi

riferimenti) opportunamente modificato (sorgente nel CD allegato). Per la programmazione del tool

d’utilizzo, ho utilizzato il linguaggio di programmazione C# studiato nel triennio, efficacemente

integrato grazie alle librerie I/O DirectX e alle librerie in licenza freeware JoystickInterface trovate

nella rete (sorgente nel CD allegato)

Panoramica sorgente Arduino

Come scritto in precedenza, la programmazione del modulo Arduino è avvenuta tramite l’utilizzo

del sorgente del progetto Arduino MultiWii (vedi riferimenti, sorgente nel CD allegato), quindi non

mi soffermerò nella sua descrizione, in quanto il codice presenta molteplici commenti per la sua

interpretazione Pagina | 4

Panoramica software JoyBee

Ho deciso di utilizzare il C# come linguaggio di programmazione in quanto da me studiato ed

approfondito durante il triennio scolastico. Interamente sviluppato in Windows Form, il programma

presenta diverse funzioni, le quali:

- Console di comando per la trasmissione delle stringhe via tastiera

- Possibilità di utilizzare le funzioni del software tramite Joystick

- Possibilità di configurare dei tasti del Joystick (con temporizzazione in ms)

- Possibilità di creare, cancellare, salvare ed inviare macro alla porta seriale (con

temporizzazione in ms)

- Possibilità di salvare il LOG della console in formato .txt

Per la documentazione del programma, vedi CD allegato

Riferimenti

- Giroscopio + Accelerometro: progetto MultiWii (http://www.multiwii.com/)

- Materiale utilizzato + collegamenti motori: http://www.centrodigravita.it/ Pagina | 5

COLLEGAMENTI INTERDISCIPLINARI

Elettronica: Antenne isotropiche

Un’antenna è uno strumento che trasmette il segnale in aria (trasformando l’impulso elettrico in

impulso elettromagnetico), da un trasmettitore ad un ricevitore. Con il termine isotropiche,

intendiamo un particolare tipo di antenne che irradiano energia in tutte le direzioni in egual

intensità

La trasmissione del segnale avviene attraverso la fusione del campo magnetico con il campo

elettrico, il tutto espresso attraverso il vettore di Poynting:

S = E * H

m m

Possiamo individuare altri parametri del segnale inviato, i quali:

- Potenza totale del segnale = S * A (area irradiata)

- Velocità di propagazione del segnale: come la velocità della luce nel vuoto (3 * 10^8 m/s)

- Distribuzione spaziale Lambda = c / f

- Potenza irradiata = S * 4 * Pgreco * r (dove r è la distanza tra trasmettitore e ricevitore)

- Guadagno = potenza isotropica / potenza effettivamente irradiata

- Rendimento, espresso come il rapporto tra la potenza utile irradiata e la potenza che

effettivamente arriva al ricevitore (n = Pirradiata / Ptotale)

Esistono vari tipi di antenne isotropiche, le quali:

- Dipolo Hertziano

- Antenna Marconiana

- Antenna Parabolica Pagina | 6

Dipolo Hertziano

Il Dipolo Hertziano è un particolare tipo di antenna avente distribuzione spaziale pari a Lambda / 2

in cui è possibile trovare esattamente un ciclo di onda stazionaria

Valori commerciali:

- Angolo di apertura alfa: 78°



- Guadagno: 1.64 2.17dB

- R di radiazione: 80ohm

Antenna Marconiana

Un’antenna Marconiana è un particolare tipo di antenna avente distribuzione spaziale pari a

In questo caso ci troviamo di fronte all’effetto suolo, cioè la riflessione dell’onda

Lambda / 4.

elettromagnetica Pagina | 7

Valori commerciali:

- Angolo di apertura alfa: 24°



- Guadagno: 3.3 5.18dB

- R di radiazione: 36.5ohm

Antenna Parabolica

Un’antenna parabolica è un particolare tipo di antenna avente distribuzione spaziale pari a

Lambda/2 e definita come direttiva, in quanto è possibile orientare il segnale verso un punto

preciso nello spazio (detto fuoco). Lo schermo (il paraboloide) convoglia i segnali nel fuoco dove è

presente l’antenna ricevente, chiamata illuminatore. La parabola trasforma le forme d’onda

sferiche emesse dal dipolo in forme d’onda piane. In questo caso, i parametri del segnale

cambiano rispetto agli standard, in questo modo:

- Angolo di apertura alfa: 70 * Lambda / D

- Area geometrica: Pgreco * D^2 / 4

- Area efficace: n * Ag

- Guadagno: n * D^2 * Pgreco^2 / Lambda^2

Informatica: Programmazione C#

Il C# è un linguaggio di programmazione ad oggetti sviluppato da Microsoft per la piattaforma

.NET. Questo linguaggio offre piena compatibilità a strumenti come Database, WebService,

applicazioni per dispositivi mobili, linguaggi di tagging e scripting (come HTML, batch, PHP) e

molto altro ancora. I software sviluppati in C#, fondamentalmente, si suddividono in due diverse

categorie:

- Console Application

- Windows Form Application Pagina | 8

Console Application

particolare tipo di modalità consente di visualizzare l’applicazione attraverso una finestra di

Questo

comando. Questo tipo di software è contraddistinto dalla presenza di solo testo e non di pulsanti,

finestre, ecc…

Windows Form Application

particolare tipo di modalità consente di visualizzare l’applicazione attraverso i Form, o

questo

finestre, di Windows. Presenta una moltitudine di funzioni e risorse che la Console Application non

ha, come ad esempio gli oggetti bottone, label, background_worker, ecc... Pagina | 9

I vantaggi rispetto alle applicazioni sviluppate in Console sono intuitivamente molteplici, come ad

esempio la gestione degli eventi sugli oggetti o sulle finestre dell’applicazione (es. compiere

un’azione o una serie di azioni quando viene premuto un bottone)

– “Il Volo su Vienna”

Italiano: Gabriele D’Annunzio

Gabriele D’Annunzio e Natale Palli nello Sva biposto al decollo per il volo su Vienna (Qui, e in quasi tutte le immagini storiche, sembra

che D’Annunzio piloti l’aereo, ma lui non era affatto un pilota, lo era invece Natale Palli)

Nell'agosto del 1918 Gabriele D'Annunzio decise di celebrare il quarto anniversario della guerra

scatenata dall'Austria, con un atto di straordinaria audacia che sarebbe valso a precisare il

mutamento ormai avvenuto nella situazione generale (sulla Marna i tedeschi erano entrati in grave

crisi) e il mutamento avvenuto in quella italiana -dopo le umiliazioni inflitte a Conrad e a Boerovic

nelle settimane precedenti- per affermare la superiorità del nuovo spirito aggressivo dell'esercito

grigioverde, e per sconquassare l'anima del nemico ormai indotto a disperare di una vittoria invano

cercata con l'offensiva dei due comandanti.

Era l'alba del 9 agosto, quando - alle 5,30 - gli agili apparecchi della battezzata squadriglia

"Serenissima" comandata dal maggiore Gabriele D'Annunzio e dal capitano Natale Palli, si

levavano in volo dall'aeroscalo posto nelle immediate vicinanze di Padova.

Componevano l'avventuroso stormo sette Sva monoposti pilotati da GIORDANO GRANZAROLO,

GINO ALLEGRI, ANTONIO LOCATELLI, PIETRO MASSONI, ALDO FINZI, GIUSEPPE SARTI e

LUDOVICO CENSI e uno Sva a due posti, guidato dal capitano PALLI, nel quale si trovava il

poeta. Ogni apparecchio portava un carico di venti chilogrammi di carta stampata; erano dei

manifestini, i cosiddetti "l'arme lunga della gesta inerme"

Compatti intorno al loro comandante, gli "aquilotti" dalle ali tricolori, si alzarono in volo, passarono

sopra Cervignano, quindi, risalendo la valle dell'Isonzo, rapidi e sicuri furono sopra Tolmino. Sotto

vi erano le terre invase, con i fratelli oppressi, intorno alle sponde del fiume sacro le tragiche

trincee dove per ventinove mesi i Fanti italiani avevano sofferto pene atroci nelle dodici tremende e

tragiche battaglie; E non solo sofferto, ma molti sepolti dentro i fossati delle stesse trincee, o sotto

un solo palmo di terra nei cimiteri abbandonati del Carso, in anonime tombe senza un fiore;

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dentro queste vi erano già calati circa 500.000 morti; e forse, nel sentire il rombo dei familiari

motori, per un attimo si alzarono tutti dalle loro tombe per vedere quest'eroica e audace trasvolata,

che osando l'impossibile, andava nientemeno che a Vienna a sgomentare i Comandi imperiali

della grande potenza austriaca, ora in ginocchio, sola, con il suo alleato in una grave crisi, non

militare ma logistica.

Sempre ordinato e veloce, lo stormo volava sull'ampia valle della Drava, sui monti boscosi della

Carinzia. Attraverso la foschia e le nubi a tremila metri di quota ecco apparire sotto Reichenfels,

Kapfenberg; poi sorpassata Nenberg, le nubi si dissolvevano, e subito dopo anche la foschia

cedeva a poco a poco al cielo limpido con uno splendente sole.

Già appariva all'orizzonte una gran macchia grigia, Vienna, quando all'improvviso l'apparecchio

pilotato dal tenente Sarti, si staccò dal gruppo e cominciò a perdere di velocità e d'altezza.