Радиоуправляемая модель катера Schnellboot S100.

И так, для данной самоделки нам понадобится:
- лист ABS пластика.
- электродвигатели 180 класса 2шт.
- лодочные пропеллеры.
- переходник для вала электродвигателя.
- электроды подходящего диаметра.
- алюминиевые трубки, внутренний диаметр которых равен внешнему диаметру электродов.
- 2s 7.4v Lipo аккумулятор.
- немного провода.
- электроника от старого радиоуправляемого вертолёта.
- алюминиевая пластина.
- винты.

Из инструментов нам также понадобится:
- Линейка.
- маркер.
- канцелярский нож.
- терма клей.
- дрель.
- отвёртка.
- плоскогубцы.
- смазка.
- паяльник.

Для начала нам потребуется сделать корпус самой лодки. В качестве материала для корпуса лучше всего взять толстые листы ABS пластика. На листе пластика при помощи линейки и маркера следует отметить прямоугольник длиной 25см и шириной 11.5см.

Здравствуйте уважаемые моделисты!

Хочу поделится с вами опытом создания радиоуправляемого катера для рыбалки.

Пару лет назад увлекся рыбалкой на карпа. Водоемы в нашей местности в основном дикие. Рыба, живущая в них, привыкла к тишине. После заброса прикормки удилищем, создается много шума, рыба пугается, и долго не подходит в прикормленную точку. Поэтому было принято решение прибегнуть к техническим средвам, и построить катер для завоза прикормки.

Просматривая данную тему в интернете, нашел множество вариантов как самодельных лодок для рыбалки, так и промышленного изготовления. Покупка готового катера показалась неприемлемой, так как они неоправданно дороги, громоздки, и техническая начинка не самая лучшая (колекторные двигатели, свинцовые акумуляторы).

Основная задача катера для рыбалки состоит в доставке прикормки в перспективную точку ловли. Из всех найденых вариантов, мне понравилась идея сброса прикормки карпового кораблика "Геркулес" (видео можно найти на ютубе).

Начал изготовление с самого основного - корпуса катера.

Выбор сделал в пользу стеклопластикового корпуса лодки и пластиковой палубы.

Изготовил модель для нанесения стековолокна из подложки под ламинат тощиной 5 мм.

Обтянул модель малярным скотчем, для более легкого отделения модели от стеклопалстика.

Далее нанес пять слоев стеклоткани и клея ЭДП. Получился прочный и красивый корпус. Также был изготовлен руль и корпус руля из пластиковых трубок и алюминиевых пластин, и вклеен в корпус (фото не делал).

Палубу вырезал из органического пластика 3 мм (применяется в наружной рекламе). Кузов катера также вырезан из пластика 3 мм. Направляющие для кузова купил в строительном магазине. Все пластиковые элементы клеил клеем Cosmofen CA 20. Обтяжку сделал самоклеящейся пленкой, которая используется в наружной рекламе.

Фото палубы сверху.

Для привода кузова изспользовал самодельный реечный редуктор. Три пластиковые зубчатые рейки длиной 125 мм соединил с помощю пластиковой П-образной направляющей и термоклея в одну рейку 300 мм.

Корпус рейки сделал из П-образной алюминиевой планки. Привод редуктора осуществляется мотор-редуктором 6V 132 об/мин. Регулятор скорости от автомодели масштаба 1/24 с реверсом.

Основная задача управления работой реечного редуктора, это отключение привода в конечных точках, при выгрузке и при возврате кузова в исходное положение. Для решения этой задачи, применил следующую схему. В роли датчиков использовал герконы (SF1 на схеме) и неодимовый магнит, приклееный к кузову. Расположение герконов на внутенней стороне определил опытным путем.

Палуба, с установленными на ней мотором и электроникой.

Нанес слой шпатлевки по пластику и зашкурил. Нанес несколько слоев грунтовки и краски из балончиков. Красил впервые, получилось не идеально, но в целом хорошо.
Также вклеил защиту от водорослей (металлическая сетка).

Установил все внутренние элементы катера. Отсек для акумулятора также изготовлен из пластика 3 мм.

Моторама самодельная, из нержавейки 1 мм, вклеена эпоксидным клеем. Двигатель безколлекторный inrunner 3650, 3000kV.

Рулевая сервомашинка установлена на раму из пластика 4 мм. Для того что бы катер не кренился вперед, из-за расположения акумулятора спереди, вклеил два свинцовых груза по 120 гр.

Установил габаритные светодиоды. Сзади два красных, спереди - один белый (использовал мини фонарик).

Габаритные огни включаются выключателем в люке для аккумулятора.

Соединил палубу и корпус катера на двенадцать винтов М3*8, предварительно загерметизировав силиконвым герметиком, и установил ручку для переноски. Ручка изготовлена из нержавеющей полосы 10*2 мм.

Видео использования на рыбалке пока нет, так как рыболовный сезон у нас еще не начался.

Увертюра

Три года назад под влиянием друзей увлекся карповой ловлей. Ловить меня научили, рассказали все секреты. Пошли первые карпы. И вот, однажды на рыбалке, я завистливым глазом увидел рыбака с карповым корабликом. Кораблик этот мне очень понравился. Спросил сколько стоит - он мне очень разонравился (1000$ «на минуточку»). Погуглил - оказалось, можно взять за 100$, но не то. К тому же, в голове моей назревал план масштабной самоделки, чтоб себя позабавить и сына заинтересовать.

Принято первое решение: сделать кораблик для завоза прикормки своими руками. Пролистал форумы по RC моделированию, прикинул смету - почесал репу. Выходило по-бедному около 150$ на комплектующие. Да, и задача мне показалась слишком легкой (горе мне наивному).

Принято второе решение: сделать своими руками максимально бюджетный кораблик, а в идеале бесплатно. Честное слово, друзья, не от жадности, а из спортивного интереса.

Итак, выработалась концепция: Решил делать кораблик на DTMF управлении. Это, когда звонишь с одного мобильного телефона (передатчика) на другой (приемник), и при нажатии на клавиши раздается «пиканье» разного тона. На втором телефоне (приемнике) остается лишь запрограммировать преобразование этого «пиканья» в разные команды управления в зависимости от полученного тона (один сигнал мотор запускает, другой - останавливает, третий - поворачивает).

Видите, как все просто? Преобразовывать сигнал я решил с помощью платы Arduino Uno. Детально рассмотрим этот вопрос в разделе Электроника. А начнем с корпуса.

Корпус

Изначально я рассчитывал использовать корпус от старой игрушки. Сын (он, так сказать, был в доле) с легкостью презентовал старый пиратский фрегат на колесиках. Но при предварительном взвешивании предполагаемого оборудования (аккумулятор, мотор, электроника, и т.п.) оказалось, что фрегату не хватает грузоподъемности.

К сожалению, я не смог найти в магазинах подходящей по форме игрушки за адекватную цену. И решил делать корпус для своего рыболовного кораблика самостоятельно. Опять-таки, пролистав множество форумов и статей, решил, что материалом послужит стекловолокно и эпоксидная смола.

Изготовление корпуса для кораблика я начал с построения болванки, на которую потом планировал наносить материалы. Болванку делал так: из ДВП и картона сделал остов. Закрепил его просто горячим клеем к листу ДВП.

Потом отсеки остова начал заполнять гипсом (алебастр). Маленький лайфхак: добавьте в алебастр немного уксуса, и он будет медленнее застывать, но при этом идет интенсивное выделение газов, так что не забывайте проветривать помещение.

Когда болванка подсохла, я ее немного подправил и обклеил бумажным скетчем, чтоб потом было легче отделять ее от корпуса.

Стекловолокно, которое я использовал, еще называется стекломат. Продавец сказал, что для кривых форм лучше использовать его. Эпоксидка самая простая.

И снова минутка ТБ: Работать нужно в ХОРОШО проветриваемых помещениях. Не шучу. Это вам не в спичечном коробке мешать пару капель. Пару раз над корпусом рыболовного кораблика нагнулся во время нанесения слоя эпоксидки, и потом три дня отдышаться не мог и голова болела.

Нанес я таких 2-3-4 слоя. Раньше и я удивлялся самодельщикам: неужели нельзя посчитать два или три слоя ты нанес. Оказывается, во время работы иногда приходится класть слои внахлест, а иногда приходится накладывать латки. Поэтому лучше просто ориентироваться на толщину стенок корпуса. У моего рыболовного кораблика в среднем стенки корпуса имеют толщину около 3 мм.
На данном этапе кораблик для завоза прикормки в точку ловли получил название «Макаронный монстр», т.к. волокна стекломата торчали во все стороны.

А также очень много грубой наждачной бумаги. Дальше процесс понятный: трешь, шпатлюешь, трешь, шпатлюешь. И так, пока не поймешь, что это лучшее, что ты способен сделать своими руками.

Когда я снял корпус с болванки, его вес составлял 1 кг 200 гр. Что довольно-таки хорошо для такой жесткости и такой грузоподъемности.

Красил, когда водомет уже был на месте (в следующем разделе описывается). Покраску проводил в три этапа: грунт и два слоя краски «Яхтная эмаль ПФ-167».

Мотор. Муфта. Дейдвуд. Винт

В этой главе расскажу о том, что является самым пугающим в судостроительстве для начинающих - о самодельном дейдвуде (гидроизолированный вал) и о том, что находиться по обе стороны от него: о винте и о моторе. Ну и как все это соединить своими руками, чтоб оно надежно и безотказно работало на прикормочном кораблике.

Самодельный дейдвуд для кораблика состоит из таких составляющих:

• Корпус - представляет собой тонкостенную трубку от старого холодильника. Внешний диаметр 5мм, внутренний - 4,5мм. Края пришлось вручную раскатать, чтоб по обе стороны встали подшипники с внешним диаметром 6 мм.
• Вал - это прут из нержавеющей стали диаметром 3 мм. С одной стороны нарезал резьбу М3 для крепления гребного винта.
• Подшипники 3*6*2 мм. Подшипники заказывал у китайца. На фото были подшипники с пыльниками, а по прибытию оказалось, что вместо пыльника там лишь проволочка какая-то. Китаец деньги вернул, но я решил уже ставить те, что есть.
• Сальники. Их роль исполняют изоляционные втулки TO-220 (радиодетали, если что).

На фото выше и на видео ниже видно, как собирается дейдвуд.

При работе, масло около подшипников может нагреваться и становиться более жидким, поэтому я решил добавить еще сальники из простых резиновых колечек 3/5 мм. Вставляются они прямо перед подшипником.

В качестве густой смазки я использовал ЛИТОЛ-24. Есть несколько нюансов в заполнении дейдвуда. Нужно забить корпус дейдвуда смазкой так, чтоб внутри была только смазка, а не половина смазки, половина воды. Для этого у шприца отрезается носик, чтоб получилась прямая трубка. Вынимается поршень. И такая трубка просто вставляется в бочонок (или что там у вас) со смазкой по самый край. Потом вставляется поршень в шприц, и только тогда мы вынимаем шприц полностью забитый смазкой без воздуха.

Что касается муфты, то считаю своим долгом сообщить, что муфту нужно брать заводскую. Проверил множество самодельных резиновых и металлических вариантов, но пока не купил нормальную муфту и не выставил мотор в отвес, были постоянные проблемы с надежностью и биением.

При выборе мотора я был ошарашен ценами, поэтому начал искать альтернативы. Нашел самый мощный из дешевых - это электродвигатель 540-4065.

Думаю, что можно было даже взять немножко слабее моторчик, но не утверждаю, так как не проверял пока свой прикормочный кораблик с более слабыми моторами. Возможно, когда-то дойдет до этого дело, с целью увеличить запас хода от одного заряда АКБ.

Гребной винт делал самостоятельно из латуни толщиной 1 мм. Вырезал три одинаковых лопасти в форме поросячьего уха. И припаял их к бронзовой стойке с резьбой М3. Получилось хорошо, но советую купить, или придется делать приспособу для пропорциональной спайки лопастей.

После первых тестов стало ясно, что все работает хорошо, но при одном условии: если дейдвуд имеет точку опоры не далеко от винта. В моем случае винт находится на солидном отдалении от выхода дейдвуда из корпуса. Решил сделать фиксацию относительно корпуса водомета, припаяв три гайки МЗ к дейдвуду и соединив винтами водомет и дейдвуд.

Водомет и поворотный механизм

При проектировании своего прикормочного кораблика я одновременно соотносил размер гребного винта, баллона для водомета и поворотного механизма. В результате перебора множества вариантов, остановил свой выбор на баллоне от дезодоранта. Внешний диаметр баллона составляет около 42 мм., что на 4 мм больше окружности винта, и на 3 мм. меньше диаметра поворотного механизма, который будет описан ниже.

После 153-х замеров я дрожащими руками вырезал отверстие в только что законченном корпусе своего кораблика.

Водомет вклеил на горячий клей. Сделал выемку для забора воды. Решил добавить кусочек алюминиевой перфорации для дополнительной жесткости баллона, так как метал в нем совсем тонкий и легко прогибался при небольших усилиях.

Далее я прикрепил к корпусу прикормочного кораблика крепление двигателя. Делал это таким образом: на дейдвуд прикрепил винт и жесткую муфту. К муфте - мотор, зафиксированный в креплении. После этого я выставил кораблик в таком положении, чтоб дейдвуд занял максимально вертикальное положение, при этом мотор оказывается в свободном подвешивании.

Осталось нанести немного клея, чтоб зафиксировать правильное положение крепления, а после его остывания, нанести уже количество клея необходимое для надежной фиксации.

Для «руля» в своем рыбацком корабле я использовал пластиковую баночку от корма для аквариумных рыб. Эта баночка, кстати, оказалась разделена перемычками на четыре части. Мне осталось все аккуратно вырезать и разметить для подсоединения к баллону водомета.

Рычаг для поворота сделан из стеклотекстолита толщиной 3 мм. Вырезал приблизительную форму, а потом вытесал напильником и наждачной бумагой выемку по форме баночки от корма.

Взял спицу от зонтика (толщина 2 мм.) и продел ее во влагозащитный пыльник для тяг (33х12мм).

Конец спицы загнул под углом 90 градусов и завел в сервопривод SG-90.

Электрическая схема

Все остаются на местах и никто никуда не убегает. Боятся нечего. Ниже приведена полная электрическая схема рыболовного катера. Схема большая, потому что детальная, но сейчас все станет понятно.

Пунктирными линиями выделены отдельные блоки. Некоторые из них вы можете вообще не использовать, а некоторые заменить недорогим купленным аналогом. Лишь одна схема может показаться вам сложной, но вам даже не нужно ее понимать, а спаять при желании можно и то, чего не понимаешь.

Загрузить и скачать схему в большом формате можно

Итак, управление будет реализовано с клавиатуры таким образом:

А в таблице ниже вы можете видеть какой пин на Ардуино Уно отвечает за какую команду. Слов пин, ардуино, скэтч тоже боятся не стоит дальше все детально расcкажу. В столбце «Через:» указаны реле которые срабатывают при нажатии на определенную клавишу телефона.

Схема ДТМФ декодера проста в реализации всего 3 резистора и 1 конденсатор. Я смог все это поместить в штекер мини-джек.

Дальше немного сложнее. Речь пойдет о схеме Ардуино Уно, Ардуино Нано и реле для плат Ардуино. Но все же, схема нарисована детально. И большинство связей однотипны. К примеру, реле К1а-К6а - это реле для Ардуино с питанием 5 В. К каждому реле подходит три провода: +5В, GND (2 провода для питания) и сигнальный.

Когда телефон принимает ДТМФ сигнал (допустим, нажатие клавиши «3»), он передает его через входной пин А0 на плату Ардуино Уно. Там происходит мгновенное превращение этого сигнала в сигнал управления, который подаетя на нужный исходящий пин, например, пин 6, и реле К3а срабатывает, запуская тем самым схему для включения режима «Малый вперед».

Вторая плата - это Ардуино Нано. Она используетя исключительно для поворотов. Входящими сигналами для Ардуино Нано служат исходящие сигналы с 7,8,9 пинов Ардуино Уно. Но перед входом на плату Ардуино Нано, эти сигналы инвертируются посредством оптореле OR1-OR3 с логической единици на ноль с соответственно с ноля на единицу.

Эта сложность обусловлена тем, что скетч для поворотов работает без сбоев только в таком порядке. Вот и все; разбор этой схемы закончен.

В наличии были оптореле КР293КП9А. Блок из оптореле выглядит вот так:

В этом блоке их три. Самый маленький и простой - это стабилизатор на 9 В. Он называется LM7809. Он дает на выходе ровно 9 вольт, которыми запитываются Ардуино Уно и Ардуино Нано.

Два регулятора используются для того, чтоб выставить комфортную скорость «Полный ход» и «Малый ход». Во-первых, для режима «Полный ход» можно обойтись без регулятора и просто запитать мотор в этом режиме напряжением от аккумулятора. Так даже повысится надежность системы. Во-вторых, такие регуляторы можно попросить спаять кого-то, кто не боится паяльника, если у вас такая фобия имеется. Или, в конце концов, объяснить в магазине радиотоваров, какой мощности мотор, каким напряжением вы хотите запитать, и вам подберут регулятор.

Схема управления мотором:

Схему управления мотором решил делать на реле. Связано это в первую очередь с тем, что они у меня были в наличии.

Лукавить не стану. Для неподготовленных людей эта схема сложная. Но я вам расскажу хотя бы для чего она создана. Возможно, многим станет понятно и то, как она работает.

Далее, одна и та же схема представлена в двух видах: первый - более удобен для монтажа, а второй - для анализа, как работают блокировки. Блокировки сделаны таким образом, что когда включен задний ход, невозможно включить ни малый, ни полный вперед.

Когда кораблик плывет вперед невозможно включить задний ход. Для смены направления необходимо остановить кораблик нажатием на клавишу «0». Главная идея этих блокировок: не создавать перегрузов электрической цепи. При этом, на ходу можно без проблем переключать малый и полный вперед.

На плату поместил реле и клемники. Так выглядит монтаж релейной схемы:

К клемникам припаял выходы с контактов и катушек реле. Обязательно на катушки реле устанавливать диоды. Синие варисторы (2 кружочка) ставить не обязательно.

Согласно схемы соединил контакты реле и питания между собой. Весь этот процесс абсолютно авторский. Я гнался за миниатюризацией. Сделал так. Вы можете сделать более громоздко, но более аккуратно.

Схема выгрузки

Принцип выгрузки прост: даем сигнал на ардуино, срабатывает электрозамок, освобождается бункер с прикормкой и оснасткой. Электрозамком является простой соленоид на 24В от подачи бумаги в лазерном принтере.

Чтоб сила втягивания была больше, я решил повысить напряжение с аккумулятора до 30 В.. Делается это с помощью простого китайского девайса МТ3608, купленного на AliExpress.

Тумблеры, вольтметры и габариты.

Тут схемы радуют глаз своей простотой и дотупностью. Габариты можно реализоввать просто прикрепив на ручку рыболовного кораблика велосипедный фонарь.

Закончу рассказ об электронике такой вот схемой аварийной остановки :

Создана она для того, чтоб при случайном пропадании мобильной связи на рыбалке рыболовный катер не уплыл за горизонт или в камыши.

Принцип работы прост: пока снята трубка и телефон (приемник) в режиме разговора, то на микрофоне гарнитуры есть напряжение. Его можно использовать для управления оптореле, через нормальноразомкнутые контакты которого будет подаваться напряжение на мотор катера. Если закончить вызов или если пропала сеть, напряжение на микрофоне пропадает, оптореле размыкается и мотор останавливается.

Программирование микроконтроллеров Ардуино

Ардуино - это, если кто не знает, микроконтроллеры для широкой публики. Весьма доступно и просто. Грубо говоря: подключил через USB к компьютеру, загрузил на него скетч (программа, в которой написано, что микроконтроллер будет делать) и все готово. Процесс установки драйверов и программы для загрузки описывать не буду. Все можно взять на сайте A rduino .

Если будут вопросы, то в сети полно детальных описаний этого процесса.

В моем прикормочном катере используется две платы Ардуино: одна УНО и одна НАНО.

Для Уно, помимо скетча, вам понадобятся библиотеки.

Загрузить и скачать библиотеку можно

Папку DTMF нужно скопировать в папку C:\Program Files\Arduino\libraries.

В самих скетчах, после вот такой «//» метки есть комментарии.

А вот сами скетчи:

Для УНО:

#include
int sensorPin = A0;
float n = 128.0;
float sampling_rate = 8926.0;
DTMF dtmf = DTMF(n, sampling_rate);
float d_mags;
char thischar;
int ledPins = { // Массив для 10 PINS / реле.
2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 // 4-Pin, используется библиотекой!
};
void setup() {
for (int i = 0; i <= 9; i++) {
pinMode(ledPins[i], OUTPUT); // Весь массив ledPins делаем OUTPUT.
digitalWrite(ledPins[i], HIGH); // Весь массив ledPins делаем HIGH.
}
}
void loop() {
dtmf.sample(sensorPin);
dtmf.detect(d_mags, 506);
thischar = dtmf.button(d_mags, 1800.);
if (thischar) {
digitalWrite(ledPins, LOW);
delay(500);
digitalWrite(ledPins, HIGH);
}
}

Для Нано:
// добавляем библиотеку для работы с сервоприводами
#include
// для дальнейшей работы назовем 12 пин как servoPin
#define servoPin 12
// 544 это эталонная длина импульса при котором сервопривод должен принять положение 0°
#define servoMinImp 544
// 2400 это эталонная длина импульса при котором сервопривод должен принять положение 180°
#define servoMaxImp 2400
Servo myServo;
void setup()
{
myServo.attach(servoPin, servoMinImp, servoMaxImp);
// устанавливаем пин как вывод управления сервоприводом,
// а также для работы сервопривода непосредственно в диапазоне углов от 0 до 180° задаем мин и макс значения импульсов.
pinMode(5, INPUT);
pinMode(6, INPUT);
pinMode(7, INPUT);
myServo.write(1430);
}
void loop()
{
if(digitalRead(5) == HIGH) // Условие 1-й кнопки
{
myServo.write(1130); // Повернуть серво влево на 45 градусов
}
if(digitalRead(6) == HIGH) // Условие 2-й кнопки
{
myServo.write(1430); // Вернуть серво вцентр
}
if(digitalRead(7) == HIGH) // Условие 3-й кнопки
{
myServo.write(1730); // Повернуть серво вправо на 45 градусов
}
}

Крышка (палуба) катера и элементы управления на ней

Материалом для крышки послужил стеклотекстолит толщиной 2 мм.. Приложил корпус рыболовного кораблика к листу стеклотекстолита, обвел маркером контур, и вырезал электролобзиком нужную форму.

Вес крышки получился 590 грамм. Для такой жесткости вполне нормальный результат.

Регуляторы мощности и тумблер для фонаря поместил в емкость от пудры, которую посадил на клей «жидкие гвозди» для полной гидроизоляции.

Для телефона-приемника и вольтметров я использовал внешнюю распределительную коробку.
Также в ней помещаются контакты аккумулятора для заряда АКБ. На тыльной стороне вывел разъем для выгрузки.

Так выглядит прикормочный кораблик с установленной крышкой, но без выгрузки:

Выгрузка прикормки

Принцип выгруза прикормки такой: при подаче сигнала срабатывает соленоид, удерживающий при помощи защелки дно бункера, и оно свободно открывается под своим весом или весом прикормки.

Бункер для прикормки сделал из трех спаренных коробочек для мелких деталей. Дно из двухмиллиметрового текстолита подвесил на самую маленькую петлю, какую смог найти на хозяйственном рынке.

И все это прикрепил на одномиллиметровый уголок из нержавейки.

Кстати, бункеры сделал быстросъемными. Для этого я уголки креплю к катеру на гайки с «ушками», а кабель к соленоидом через разъем.

Вверху уголки (основы бункеров) скрепил ручкой катера, сделанной из алюминиевой трубки диаметром 10мм.. Вес выгрузки составил чуть больше килограмма . Это много, но для моего прикормочного кораблика вполне допустимо.

Приветствую, мозгочины! Сегодня расскажу вам, как я своими руками создал Arduino-поделку — радиоуправляемый катер с опцией автопилота.

По сути, это мозгоруководство о создании автопилота на микроконтроллере Arduino, который можно установить в любую модель, тем самым превратив ее в радиоуправляемую поделку , даже не просто поделку, а автономного дрона. На сборку данной мозгоподелки меня вдохновили такие робо-катера как UBC Sailbot и Scout, который кстати, совершил успешный трансатлантический рейс.

Весь процесс создания катера с автопилотом занял у меня более года, и за это время я приобрел много знаний по теории автопилотирования и схемотехники, и думаю, что в один прекрасный день я применю их на настоящем катере моего отца.

Окончательная, завершенная версия катера с автопилотом основывается на решениях трех прототипов, первый из которых самый простой по схеме и коду, остальные более доработанные. Финальный катер представляет собой полнофункциональную радиоуправляемую модель, которая успешно плавает по глади пруда, что я постарался отобразить на фото. Эта версия хотя и окончательная, но может быть доработана и усовершенствована, как с точки зрения кода, лодку нужно научить следовать маршруту, а не просто от точки к точке, так и с точки зрения электроники, можно поставить акселерометр, чтобы он компенсировал наклон от компаса.

Шаг 1: Видеопрезентация

Небольшое видео обозначит направление этого мозгопроекта :

Шаг 2: Прототип 1

Первый катер, то есть прототип 1, был самый простой по исполнению и должен был уметь:

• считывать GPS-координаты своего положения
• считывать азимут с компаса
• управлять сервоприводом руля
• использовать руль для следования курсу

А так же на нем я тестировал формулы маневрирования для создания действующего автопилота. Основой прототипа 1 был микроконтроллер Arduino Uno, в финальной версии я использовал ATmega328.

Считывание GPS-координат

На первом прототипе я установил самый дешевый GPS-модуль который смог достать, это UBlox PCI-5. Для его монтажа нужно было лишь припаять четыре провода к задней стороне платы, подсоединить их к Arduino и прикрепить антенну. Для обработки поступающих данных я использовал библиотеку TinyGPS ++ , которая позволила мне получить координаты текущего положения, скорость, направление и много другого! Подробнее о установке этого модуля, который кстати я использовал и в прототипе 2, вот в этом моем мозгоруководстве .

Считывание азимута

Чтобы получать данные с компаса я использовал HMC5883L , который легко подключается к микроконтроллеру через I2C. Как именно он устанавливается и как с ним работать хорошо описано и

Управление сервоприводом руля

Контролировать сервопривод руля с помощью Arduino очень легко , но если только вы не используете библиотеку SoftwareSerial, которая нужна для TinyGPS ++, и которая конфликтует с одним таймеров Arduino! Запущенная SoftwareSerial мешает работе любого сервопривода использующего стандартную библиотеку, и решением данного мозгоконфликта является использование библиотеки PWM Servo library.

Формулы алгоритма автопилотирования

В прототипе 1 я применил несколько функций, которые позднее станут критичными. Эти функции используют формулу Хаверсина для расчета таких параметров как расстояние между двумя точками, направления от одной точки к следующей и реальный азимут по данным компаса. Более подробно об этих формулах в этой статье .

Сборка компонентов

Компоненты первого прототипа я разместил на деревянном каркасе (см. фото), и теперь, зная положение этого каркаса-автопилота и сравнивая с заданным, можно поворачивать руль и сохранять заданный маршрут. Это будет полезно в дальнейшем для навигации по GPS-координатам.

Шаг 3: Прототип 2

Довольный результатами первой поделки я решил создать прототип 2 с программными доработками автопилота. Целями для второй самоделки были:

• плавание по заданным GPS-кооддинатам
• работа автопилота от аккумулятора
• тестирование и запись данных автопилота

Конструкция автопилота также претерпела некоторые изменения — была добавлена макетная плата ProtoSheild, на которую я установил сам Arduino и компас. Все компоненты смонтировал на фанерное основание и “упаковал” в пластиковый контейнер.

В этот же контейнер я попытался добавить приемник дистанционного управления, но безуспешно из-за нехватки свободного места.

Плавание по заданным GPS-кооддинатам

Код для Arduino я написал таким образом, чтобы он поворачивал руль по направлению к следующей точке заданного маршрута: используя GPS-координаты для вычисления соотношений последующих точек и сравнивая их с компасом, вычисляется поворот руля. Если вычисленное значение правее, на 90 градусов, то руль повернется на 60 градусов. Если вычисленное значение левее, на 270 градусов, то руль повернется на 120 градусов. Если же значение находится между 330 и 30 градусами, то руль будет поворачиваться экспоненциально сохраняя положение прямо.

Все это будет происходить в цикле, примерно так (этот код обобщенный):

While(distanceInMeters(gpslat, gpslong, waypointlat, waypointlong) < 5) { int bearing = GetBearing(); int heading = GetHeading(gpslat, gpslong, waypointlat, waypointlong); bearing = RealBearing(gpslat, gpslong, bearing); RudderTurn(RudderAngle(bearing, heading)); }

Пояснение кода таково: если расстояние между катером и следующей точкой более 5 метров, то складывая азимут катера и азимут следующей точки, получается действительный азимут, оба азимута посылаются функции the RudderTurn function, которая вычисляет нужный угол поворота и соответственно поворачивает мозгоруль .

Установка аккумулятора

Запитать Arduino от аккумулятора довольно просто. Для этого на микроконтроллере есть контакт Vin, и на него можно подать до 20В постоянного тока. У меня была литиевая батарея на 12.6В, к которой я припаял разъем и подключил ее к контакту Vin на Arduino.

Шаг 4: Тестирование прототипа 2

Для того чтобы проверить прототип в действии я установил два светодиода, первый из которых будет светиться когда зафиксируется GPS-координата, а второй, когда будет достигнута эта точка.

Испытание прототипа

Пробы своего автопилота я проводил на местном поле. К своему ноутбуку я подключил автопилот и запустил последовательный монитор (часть программного обеспечения Arduino), который записывал GPS-координаты все время следования по заданным точкам. Я пользовался рулем который направлял меня к следующей точке, и я поворачивал, словно это был мозгокатер.

На представленных фото обозначен маршрут тестов. Если я оказывался ближе чем 5 метров к нужной точке, то автопилот переключался и начинал навигацию к следующей точке. В процессе этих тестов код поделки претерпел довольно много незначительных изменений.

Для конвертации последовательного текста в путь Google Earth, я импортировал текст в Excel, сохранив файл и далее следуя указаниям Earthpoint , преобразовывал файл в формат KML.

Шаг 5: Первое судно

Судно, которое я сделал первым для этого проекта, было больше экспериментом, чем действующим прототипом. Просто я хотел посмотреть, смогу ли я создать функционирующий аэроглиссер самостоятельно или придется покупать.

Почти все детали судна, включая палубу, вырезаны из пеноматериала. Для тяги мотор сначала я взял щеточный, но потом заменил его двигателем без щеток с пропеллером 5х3. Этот 9-ти граммовый сервомотор я смонтировал на задней панели, а для проводов идущих к нему в контейнере высверлил отверстие. Но в конце концов, эта самоделка не отправилась в плавание… Дело в том, что система ESC, которую я планировал использовать сгорела во время инцидента другого мозгопроекта , да еще GPS модуль наотрез отказался работать на поверхности пруда.

Шаг 6: Модифицированный катер

А теперь снова вернемся к чертежам катера! На известном онлайн-ресурсе я купил новый катер. В комплект к нему входили никель-металл-гидридный (Ni-MH) аккумулятор на 7.4В, зарядное устройство, передатчик и плата приемника. С передатчиком возникли небольшие проблемы — нужно было найти 12 батареек АА, и я остался разочарованным не работающим катером. Но, для проекта это не критично и я продолжил.

Я выпаял два Н-канальных MOSFET-транзистора из цепи приемника, они пригодятся позднее. После этого обрезал все провода и загерметизировал горячим клеем все щели и трещинки, которые нашел в корпусе катера.

Два двигателя катера имели сложную систему охлаждения — очень шумный пропеллер, который нагнетал воздух на двигатели, еще на моторах стояли шунтирующие конденсаторы, и оба этих момента работали в мою пользу. А вот для маленького переключателя на верхней стороне мозгокатера я не нашел более достойного применения.

Далее встал вопрос безопасного размещения прототипа и для его решения я использовал небольшую досочку к низу которой, в районе двигателей, приклеил деревянную палочку, а еще к доске и к корпусу катера приклеил застежку-липучку, удерживающей силы которой хватит для “спасения” автопилота при переворачивании катера.

Шаг 7: Прототип 3

Одним из недостатков двух предыдущих прототипов была медленная скорость обновления, то есть скорости реакции. Руль недостаточно быстро реагировал на изменение маршрута и этот момент был включен в список целей и задач нового прототипа:

• увеличение скорости реакции автопилота
• добавление контроллеров моторов
• программирование совместной работы двигателей
• установка приемника

Увеличение скорости реакции

Единственный минус библиотеки TinyGPS ++ это медленность. Проблема в том, что Arduino Uno не может выполнять две вещи одновременно (в принципе может, на деле — нет). Простым решением может стать еще один микроконтроллер Arduino, который с помощью библиотеки TinyGPS ++ будет обрабатывать данные GPS, а затем отправлять параметры на первый микроконтроллер автопилота. Но у меня не было еще одного Arduino.

Arduino Uno это, по существу, чип ATmega328 и еще несколько дополнительных компонентов. Зная это можно создать свой собственный Arduino на макетной плате. И для этого есть хорошее мозгоруководство .

К собранному самостоятельно Arduino, так же как и “старый” модуль, я подключил новый GPS-модуль Ublox NEO-6M. Для программинга самодельного Arduino использовал библиотеку Bill Porter’s Easy Transfer library , а “связал” оба микроконтроллера одиночным проводом, то есть односторонним последовательным соединением. Этот самодельный Arduino повысил скорость реакции автопилота с 4 Гц до 50 Гц!

Добавление контроллеров двигателей

Мне очень понравилась плата ProtoSheild для Arduino Uno, которую я использовал, но оказалось, что она не имеет достаточного пространства для крепления двух контроллеров двигателей. Поэтому я убрал эту мини-плату, и поставил другую, больших размеров.

Электроцепь контроллеров двигателей проста: МОП-транзистор (MOSFET), с помощью ШИМ, контролирует среднее напряжение, идущее к двигателю. Резистор 1кОм ограничивает силу тока чтобы не перегорел Arduino, а резистор 10кОм удерживает MOSFET закрытым, когда отсутствует входящий сигнал.

Программирование взаимодействия моторов

У данного катера отсутствует штурвал, то есть руль, и вместо него для управления используется два мотора. Их то я и решил задействовать, а не устанавливать сервомотор для управления. Контроллеры моторов я уже собрал, осталось только запрограммировать Arduino для управления этими контроллерами.

Программирование я начал с написания макета программы в начал с Visual Studio. По мере написания я отладил код, и в конце концов добился взаимодействия двигателей. Оставалось только переделать код с VS на Arduino, но это не трудно, так как языки C # и C ++ очень близки.

Установка приемника радиоуправления

На прототип я смонтировал приемник ДУ для ручного управления самоделкой . Это тоже довольно просто сделать, нужно лишь считывать входящие значения функцией pulseIn и “научить” реагировать автопилот на эти значения.

Испытание прототипа

Прототип автопилота я установил внутри катера, подключил двигатели к контроллерам и запрограммировал маршрут плавания по местном пруду. После прохождения трех точек, поделка перестала работать и “сгасла”. Оказалось, что высокое напряжение от аккумулятора (12 В) “спалило” регуляторы напряжения 5 В.