Датчик дистанции. Автоматическая реакция на сближение с землей для летающих радиоуправляемых моделей.

Применяется для предотвращения аварий или «жесткой посадки», а так же для полета на фиксированной высоте у поверхности земли. Визуальная оценка высоты полета при отдалении на расстояние в десятки метров и более становиться не точной, так же сложно оценить точную высоту при полете по изображению с бортовой видеокамеры. Прибор позволяет снизить риск полета на низкой высоте.


Обзор

Инструкция

Принципиальная схема


Внимание! Прибор разрабатывался для работы с сигналами управления стандарта PPM. Прибор может работать с ошибками (подергивание исполнительного механизма) если импульсы сигнала управления поступают чаще, чем через 18мсек, а так же, если сигналы на оба входа прибора поступают одновременно. В 2008 году прибор был успешно протестирован на аппаратурах управления Spectrum, Sanwa (Airtronics), JR, Graupner, Turnigy, GWS. Не корректная работа прибора была отмечена с аппаратурой Futaba.

Видео:


Испытания прибора DistanceSensor.



Обзор

Прибор работает только на малых высотах полета – до 2,4 метра. Может использоваться для предотвращения аварии или для удержания модели на малой высоте. Имеет два режима реагирования: первый – пропорциональная реакция на высоту с коррекцией по скорости; второй – пропорциональная реакция на скорость в зависимости от высоты. Первый режим используется на самолетах и вертолетах для отталкивания модели от земли. Для простого отталкивания достаточно использовать рекомендованные режимы без дополнительной настройки. Для того, что бы модель самолета или вертолета плавно садилась с выключенным двигателем, необходимо опытным путем подобрать требуемую величину реакции прибора. Также, первый режим позволяет удерживать вертолет на фиксированной высоте. Если модель вертолета находится на высоте менее 2,4 метра, то она будет опускаться и подниматься пропорционально положению рукоятки шаг/газа. Второй режим позволяет удерживать модель самолета на фиксированной высоте, примерно 1,7 метра от земли (если рули выставлены ровно). Второй режим требует тщательной настройки, которую должен осуществлять опытный пилот. Чтобы летать на низкой высоте модель должна изначально обладать хорошей аэродинамикой и стабильностью полета на небольших скоростях. Во втором режиме (удержание высоты) прибор помогает управлять моделью, но пилот так же должен обладать быстрой реакцией и постоянно контролировать полет. Обычная схема подключения прибора на самолете – на канал руля высоты, на вертолете – на канал коллективного шага. CCPM микшер на вертолете должен устанавливаться на борту. Для четкого удержания высоты на вертолете обороты двигателя должны сохраняться постоянными и по возможности высокими. Важно защитить прибор от вибраций, так как это сказывается на работе ультразвукового датчика. Прибор может использоваться при скорости потока воздуха до 100 км/ч.

Прибор выполняет свои функции, но следует сохранять осторожность. Без прибора я летал высоко и аккуратно, установив прибор, стал летать низко и рискованно, и аварии случаются.


Инструкция

Варианты подключения

1. Исполнительный механизм руля высоты для моделей самолетов и планеров. Это основная схема подключения для крылатых авиамоделей. Прибор эффективно работает как в режиме отталкивания (спасения), так и в режиме удержания высоты. Для учебно-тренировочных моделей с низкой эффективностью руля высоты можно устанавливать режим работы с максимальной реакцией на параметр высоты и скорости. Для более маневренных моделей степень реакции можно снизить. В режиме отталкивания модель самолета сможет приземлиться только после того, как снизится скорость ее полета. Для того, чтобы автоматическая посадка была более плавной, необходимо более точно подобрать степень реакции на высоту и скорость. При оптимальных настройках при выключенном двигателе модель плавно снижается по мере снижения скорости полета. Прибор может не успеть среагировать, если угол снижения был более 30 градусов. Для режима удержания необходима более точная настройка. Если вы не достаточно хорошо владеете управлением, то режим удержания высоты не следует использовать. Для настройки режима удержания необходимо лететь на умеренной скорости, когда модель стабильна в полете и плавно снизиться до уровня высоты 2 метра. Если модель кабрирует (резкие скачки вверх и вниз), то степень реакции следует снизить. Если реакция прибора недостаточна и необходимы дополнительные действия с пульта управления, то степень реакции следует увеличить. Для полетов в режиме удержания желательно использовать стабильную в полете модель, быстродействующий сервомеханизм, исключить помехи, снижающие чувствительность прибора (смотрите раздел «Установка и настройка прибора». Режим удержания автоматически удерживает модель опустившуюся до уровня 2 метров, для выхода из режима просто поднимитесь вверх. При помощи триммера на пульте управления можно несколько снизить удерживаемую высоту. При полете на низкой высоте сохраняется высокий риск аварии, имейте это в виду и не полагайтесь полностью на прибор. Режим удержания не будет корректно работать над неровной поверхностью, например, над полем с высокой травой. Для установки на модель типа «летающее крыло» потребуется бортовой микшер сигналов управления рулем высоты и элеронов (elevons, применим V-tail микшер).

2. Исполнительный механизм коллективного шага несущего ротора модели вертолета. Это основная схема подключения для моделей вертолетов. Прибор эффективно работает как в режиме отталкивания (спасения), так и в режиме удержания высоты. Рекомендуется использовать режим отталкивания, при этом вертолет также можно удерживать на фиксированной высоте. Для фиксирования высоты в режиме отталкивания плавно опуститесь до высоты 2 метра и далее давайте команду на снижение. В отличие от обычного полета, вертолет не будет постоянно идти вниз, а будет опускаться до определенного уровня, пропорционально задаваемой команде снижения. В таком режиме можно выполнять горизонтальный полет на заданной малой высоте. При первой настройке прибора степень реакции на высоту установите в нейтральном положении, степень реакции на скорость также среднего значения. Далее, во время полета отрегулируйте степень реакции на скорость так, чтобы вертикальные колебания модели были минимальны. При использовании прибора обороты ротора должны быть постоянными – функция гувернера. Применение быстрого сервомеханизма снизит вертикальные колебания модели. При выполнении авторотации прибор сам затормозит модель у поверхности земли, но предварительную скорость снижения необходимо контролировать в ручную, иначе посадка не будет плавной. При полете на низкой высоте сохраняется высокий риск аварии, имейте это в виду и не полагайтесь полностью на прибор. Режим удержания не будет корректно работать над неровной поверхностью, например, над полем с высокой травой. Для установки прибора на некоторые модели потребуется CCPM микшер сигналов управления коллективным шагом и аппарата перекоса.

3. Исполнительный механизм закрылок для моделей самолетов и планеров. Прибор может осуществлять автоматическое управление закрылками. Используется режим работы «отталкивание» с максимальной степенью реакции на высоту. Степень реакции на скорость может быть минимальной. Автоматически опускаемые закрылки снижают скорость полета и увеличивают подъемную силу. Взлет и посадка требуют более короткого пробега. При резком снижении модели не происходит резкого отталкивания. Прибор ощутимо помогает вести модель на низкой высоте. Например, модель с хорошей аэродинамикой можно долго вести на малой высоте над поверхностью ровной поляны или воды. Прибор не удерживает модель, а только помогает сохранять относительно постоянную высоту. Для совмещения функций элеронов с закрылками потребуется бортовой микшер сигналов управления (spoilerons, применим V-tail микшер).

4. Исполнительные механизмы раздельных закрылок для моделей самолетов и планеров. Данная схема применима для моделей с размахом крыльев более полутора метров. На концах крыльев устанавливаются два датчика. На вход обоих датчиков через Y-кабель подаются одинаковые сигналы управления элеронами и выбора режима работы (используются только два канала). При настройке приборов устанавливаются противоположные значения минимального и максимального отклонения рулей и одинаковая степень реакции на высоту. Режим удержания высоты не используется. В результате кроме автоматической реакции на высоту дополнительно предотвращается опасный боковой крен. Для быстрых и маневренных моделей желательно использовать быстрые сервомеханизмы.

5. Управление тягой двигателя для моделей самолетов. Данная схема применима для медленно летающих моделей, увеличивающих высоту при включении двигателя. Такой способ подключения можно использовать на моделях парапланов и дельтапланов или в экспериментальных целях. Режим реагирования – отталкивание. Для осуществления посадки прибор отключается через канал выбора режимов.

6. Управление тягой двигателя для моделей вертолетов. Данная схема применима для вертолетов с фиксированным шагом несущего ротора. Режим реакции – отталкивание, реакция на высоту – максимальная, реакция на скорость – минимальная. Такой способ подключения можно использовать на простых моделях легких и неманевренных вертолетов.

7. Реакция на сближение с препятствием для любых моделей. Примеры иного применения прибора: автоматическое изменение курса движения для роботов, автомобилей, кораблей; изменение скорости движения; включение специальных сигналов, огней, сирен, водяных и пневматических пушек. Если прибор используется в небольшом помещении или окружен посторонними предметами, то определение дистанции может быть неточным. Не точное определение дистанции связано с многократным переотражением ультразвукового сигнала от посторонних окружающих предметов.

Установка и настройка прибора

Прибор устанавливается на корпусе модели, обращенный датчиком вниз. Датчик не должны заслонять никакие элементы конструкции. При взлете и посадке в датчик не должен попадать песок и влага. Перед полетом прибор должен быть настроен. Подключите прибор согласно выбранной вами схеме (предыдущий раздел). Если прибор устанавливается на самолет или планер, то отметка «Front» должна быть впереди. Перед настройкой прибора необходимо отключить на пульте управления триммер и иные ограничители для контролируемого канала, чтобы исполнительный механизм отклонялся на максимально возможную в полете величину. При включении бортового питания удерживайте нажатой кнопку на приборе (кнопка нажимается через эластичную пленку в указанном месте). После того, как вы отпустите кнопку светодиод на приборе будет мигать с длительным интервалом. Установите рукоятку управления выбранного канала на пульте управления в положение, соответствующее максимальному снижению и нажмите кнопку еще раз. Теперь светодиод будет мигать по два раза подряд. Установите рукоятку управления выбранного канала на пульте в положение, соответствующее максимальному увеличению высоты и нажмите кнопку еще раз. Теперь светодиод будет мигать часто. Далее необходимо установить величину реакции прибора на параметр высоты в режиме отталкивания. Положение рукоятки управления, соответствующее снижению означает отсутствие какой-либо реакции на высоту, а положение, соответствующее подъему, означает максимальное отклонение исполнительного механизма пропорционально снижению высоты. Для пробных полетов рекомендуется установить рукоятку в нейтральное положение и еще раз нажать кнопку. Теперь прибор активен и работает в установленном дополнительным каналом управления режиме работы. Нейтральный сигнал канала управления режимом означает отсутствие какой-либо реакции. Изменение сигнала в меньшую сторону включает режим отталкивания, при этом реакция на высоту соответствует заранее установленному значению, а величина реакции на вертикальную скорость модели пропорциональна отклонению сигнала дополнительного канала от нейтрального значения. Изменение сигнала в большую сторону включает режим удержания, при этом степень реакции так же пропорциональна отклонению сигнала дополнительного канала от нейтрального значения. Подбор точного значения для сигнала дополнительного канала осуществляется во время пробных полетов. Цель настройки – добиться стабильного полета модели в требуемом режиме. Реакция прибора на сближение должна быть достаточной, а колебания вверх и вниз минимальны. Соответствие режима работы сигналу канала управления представлено в таблице ниже.


Во время работы прибора частота мигания светодиода на его корпусе соответствует определяемой высоте. Если светодиод не горит, значит определяемая высота превышает 2,5 метра, если светодиод горит постоянно, значит дистанция менее 0,2 метра. Если во время полета на высоте более 2,5 метра загорается светодиод или по полету модели становится заметно, что прибор реагирует на препятствие, которого на самом деле нет, значит прибор срабатывает на внешний шум. В таком случае необходимо с пульта управления выключить прибор (сигнал нейтрального значения для дополнительного канала управления) и посадить модель. В первую очередь необходимо принять меры по снижению шума и вибраций, воздействующих на прибор. Закрепите прибор дальше от двигателя, используйте мягкие прокладки или закрепите на резиновых амортизаторах, как предложено на изображении:


Во вторую очередь, что бы внешние шумы не нарушали работу прибора, необходимо снизить его чувствительность. Для этого:

1. Включите модель

2. Поверните ее так, что бы перед датчиками прибора на расстоянии трех метров не было никаких преград

3. Нажмите кнопку на корпусе датчика

4. Удерживая кнопку нажатой включите двигатель на полную мощность

5. Отпустите кнопку

Прибор запомнит уровень этого шума и более не будет на него реагировать. Если включенную модель нет возможности настроить таким образом или такой настройки недостаточно, то установить ограничение чувствительности можно не запуская двигатель. Для этого:

1. Включите пульт управления и бортовую аппаратуру модели

2. Направьте датчик прибора на поверхность земли или стены, так, чтобы иные объекты не попадали в контролируемую область.

3. Расстояние до поверхности определит предел чувствительности.

4. Нажмите и отпустите кнопку на корпусе прибора.

Если расстояние более 2,5 метров и светодиод не мигает, значит, нажатием кнопки будет зафиксирована максимальная чувствительность. Чем меньше расстояние и чем чаще мигает светодиод, тем меньшая чувствительность будет установлена нажатием кнопки. Каждое нажатие кнопки устанавливает новое значение чувствительности.

Снижение чувствительности означает, что прибор будет хуже определять расстояние, превышающее установленное ограничение. Не надежное определение дистанции будет проявляться как сильное подергивание исполнительного механизма при снижении. При значительном ограничении чувствительности режим удержания высоты использовать нельзя.

Все настройки прибора сохраняются при выключенном питании.

Причиной неправильной работы и поломки прибора может стать: засорившиеся датчики, влага, неверное подключение питания, снижение питание ниже 4,5 В или превышение 5,5 В, удары.

Технические данные:

Подключение: между приемником радиоуправления и исполнительным механизмом плюс дополнительный канал управления для выбора режима.
Дистанционный выбор режима: выключен/удержание/отталкивание
Реакция: пропорциональная по высоте и вертикальной скорости
Питание: от 4,5 до 5,5 В от приемника
Потребление тока - 25 мА
Датчик высоты: ультразвуковой
Направленность: 60 градусов
Контролируемый уровень высот: от 0,2 до 2,4 м
Высота режима удержания: 1,8 м
Длина проводов: 25 см
Размеры датчика: 65*18*18 мм
Вес: 16 г.



Принципиальная схема:


Компановка печатной платы:

Прошивка микроконтроллера

Алексей Зайцевский, 2008, http://www.myresearch.lt