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 velivolo 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 * 10⁸ 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: