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Straubing

Fachschule für Elektrotechnik Staatliche

Projektarbeit im Fach Mikrocontrollertechnik

Der Quadrokopter der Technikerschule

Ziel dieser Projektarbeit ist es, ein Fluggerät mit vier Motoren steuerbar in der Luft zu halten. Die Lageregelung übernimmt dabei ein Sensor aus einer WIIplus-Steuerung, die Drehzahlkontrolle ein Mikrocontroller mit geeigneter Software.

Der Quadrokopter ist per Fernsteuerung steuerbar, aber die vom Empfänger aufgenommenen Steuerimpulse werden vom Mikrocontroller analysiert und entsprechenden der Lage des Quadrokopters im Raum in Drehzahlstellimpulse für die Regler der vier Motoren umgesetzt.

Kommt z.B. vom Sender kein Steuerbefehl, so ist lediglich der Einfluss der Umwelt (hauptsächlich des Windes) über unterschiedliche Drehzahlen der Motoren auszugleichen. Da zwei Motoren im und zwei Motoren gegen den Uhrzeigersinn arbeiten, können die damit verbundenen Drehmomente zur Steuerung verwendet werden. Gibt man z.B. Gierbefehl (rechts oder links), so laufen zwei Motoren schneller, zwei langsamer. Das damit verbundene Drehmoment lässt das Fluggerät nach links oder rechts schwenken.

Die Steuerung ist also real als „fly by wire“ ausgerichtet, ebenso wie z.B. beim Airbus A 380. Damit lassen sich sogar einfache Kunstflugmanöver durchführen, wenngleich der Schwerpunkt des Quadrokopters im punktgenauen Schwebeflug zu sehen ist.

Als weitere Ausbaustufe ist seit April 2012 eine FlyCam integriert, die auf 5,8 GHz ein Livebild vom Quadrokopter zur Bodenstation sendet und in HD-Qualität Flugaufnahmen liefert. Diese Kamera kann per Fernbedienung über eine 433 MHz-Funkstrecke komplett ferngesteuert werden und so, abhängig von der Fluglage des Quadrokopters justiert werden. Ebenso ist es möglich sämtliche Kamerafunktionen per Funk zu bedienen (Start Aufnahme, Zoom, Schwenken des Kamerakopfes usw.)

Im nächsten Schuljahr wird der Quadrokopter in Funktionsteilen von den Schülern im Fach Mikrocomputertechnik programmiert. Ein besonderer Augenmerk wird dabei auf die I2C-Busanbindung des Drei-Achsen-Lagesensors und die 1-wire-Kommunikation mit dem Empfänger zur Übersendung der Telemetriedaten (aktuelle Stromstärke, umgesetzte elektrische Energie, Momentanleistung, Akkufüllstand, Höhe, Variometer, Einzelzellenüberwachung) gelegt.

Für das Fach Regelungstechnik eignet er sich hervorragend als Demonstration der digitalen Fluglageregelung. Mit Hilfe eines Terminalprogramms kann der Quadrokopter konfiguriert und alle Regelparameter verändert werden.

Quadrokopter im Flug mit Beleuchtung

Der Quadrokopter (noch ohne LOGO)

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