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RC Empfänger mit 4 zusätzlichen Kanälen erweitern

Zur Steuerung meiner Quadrocopter setze ich meist kleine 5-Kanal 2,4 GHz M-Link Empfänger ein. Diese Empfänger sind sehr leicht, günstig und die Reichweite für Quadrocopter mehr als ausreichend. Neben den 4 Steuerkanälen benötigte ich allerdings noch weitere Kanäle, um Zusatzfunktionen, wie Stabilisierung, Kamera, Return to home, Position hold und OSD-Konfiguration usw. ansteuern zu können. Ein größerer Empfänger brachte nichts, da meine RoyalPro 7 nicht mehr als 7 Kanäle hat und ich auch keinen anderen Sender will, da die RoyalPro aus meiner Sicht perfekt zu bedienen ist.

Kanalerweiterung
Kanalerweiterung
Versuchsaufbau der Kanalerweiterung
Versuchsaufbau der Kanalerweiterung

Da ich also bei meiner Fernsteuerung bleiben wollte, entschloss ich mich eine Steuerung zu entwickeln, die mir erlaubt zusätzlich 4 Kanäle zu schalten. Zum Einsatz kam dabei ein arduino pro mini auf einer Lochrasterplatine, so dass die gesamten Kosten für die Kanalerweiterung bei unter 20 EUR lagen.

Funktionsprinzip

Das Prinzip ist denkbar einfach. Über einen freien Mischer werden bis zu zwei Doppelschalter und ein Einfachschalter auf einen Kanal gemischt. Der erste Doppelschalter bekommt 70% Mix, der zweite Doppelschalter 25 % Mix und der Einfachschalter 5% Mix zugeteilt.

Durch die unterschiedlichen Mischanteile kann das Signal über den Arduino Controller wieder einfach dekodiert und auf die einzelnen Kanäle verteilt werden.

Die Schaltfunktion ist wie folgt definiert:

  • 1. Doppelschalter unten,  Kanal 1 schaltet
  • 1. Doppelschalter oben,  Kanal 2 schaltet
  • 2. Doppelschalter unten,  Kanal 3 schaltet
  • 2. Doppelschalter oben,  Kanal 4 schaltet
  • 3. Einfachschalter, Kanal 5 schaltet

Voraussetzung für die Nutzung der Kanalerweiterung

Um die Kanalerweiterung nutzen zu können, benötigen Sie einen freien Kanal am Empfänger und die Möglichkeit, freie Schalter am Sender auf einen Kanal zu mischen. Die RoyalPro z.B. unterstützt eine große Anzahl an freien Mischern und hat außerdem ausreichend Schalter am Sender. 

Aufbau der Schaltung

Die Schaltung ist innerhalb kürzester Zeit gebaut. Wer einen Wii Quadrocopter fliegt, hat sicher auch noch ein Arduino pro mini rumliegen. Da keinerlei externe Bauelemente benötigt werden, habe ich auf Lochrasterplatinen gesetzt. Diese sind sehr flexibel einsatzbar und von jedem einfach zu verlöten.

Benötige Bauteile sind:

  • Arduino pro mini
  • Lochrasterplatine
  • Stiftleisten
  • Buchsenleisten
  • Servoanschlusskabel
  • Schrumpfschlauch
  • Telefonkabel

Das Arduino pro mini kann natürlich auch direkt verlötet werden, mit steckbaren Stiftleisten ist es allerdings wiederverwendbar. Die Verbindungen werden mit Telefonkabel hergestellt und die Unterbrechungen mit einem 3 mm Bohrer gemacht.

Platine erstellen

Bohrplan und Brückenplan der Lochrasterplatine

Der Bohrplan zeigt die Ansicht von unten. Die Unterbrechungen können einfach mit einem 3 mm Bohrer gemacht werden. Die Ansicht von oben zeigt die Drahtbrücken die in die entsprechenden Löcher gesteckt werden. Die Signalanschlüsse der fünf Ausgänge werden mit einer Lötbrücke (einfach etwas mehr Lötzin draufgeben) verbunden.

Bohrungen der Lochrasterplatine
Bohrungen der Lochrasterplatine
Verlötete Lochrasterplatine
Verlötete Lochrasterplatine
Fertige Platine für Arduino pro mini
Fertige Platine für Arduino pro mini
Das Modul funktioniert bei mir zwar bisher ohne Probleme. Es ist allerdings ausdrücklich noch nicht für den Einsatz in kritischen Funktionen freigegeben. Besonders die sorgfältige Kalibrierung ist für einen sicheren Betrieb erforderlich!

Konfiguration der Kanalerweiterung

Mixer am Sender definieren

Als ersten Schritt müssen die drei Schalter senderseitig zusammen gemischt werden. Um die Signale sicher wieder zu dekodieren, müssen die Mischanteile unterschielich sein. Die Software ist so vorkonfiguriert, das sie mit den folgenden Mischwerten funktioniert:

  • 1. Doppelschalter: 70%
  • 2. Doppelschalter: 25%
  • 3. Einfachschalter: 5%

Bei der RoyalPro können Sie im Servomonitor die Auschläge sehen. Wenn alle Schalter in unterer Stellung sind, muss der Auschlag des gemischten Kanals -100% betragen. Sind alle Schalter in oberer Stellung, muss der Ausschlag +100% betragen. Alle Kombinationen müssen einen eindeutigen Werte generieren.

Schaltpunkte kalibrieren

Die folgende Tabelle zeigt, wie sich die Schaltkanäle Ausgänge auswirken. Die Schaltpunkte sind zwischen den zwei gemessenen Signalwerten definiert, um möglichst stabil zu schalten. Zur Sicherheit wird erst dann geschaltet, wenn ein Muster (pattern) über zwei Durchläufe gleich bleibt.

Wenn Sie die Software auf den Controller gespielt haben, müssen Sie über den Seriellen Monitor (/tools/Serial Monitor) die Schaltpunkte überwachen. Aktivieren Sie dafür den debugMode (debugMode = true;) und schalten Sie alle Kombinationen entsprechen der Tabelle durch. Falls Ihre Werte abweichen, müssen diese im Array levels korrigiert werden. Spielen Sie die Schaltupunkte mehrmals durch, um sicherzustellen, dass keine ungewollten Schaltsprünge auftreten.

Bei jedem Schaltvorgang blinkt übrigens die grüne LED auf dem Arduino pro mini Controller auf.

Pattern Channel 1 Channel 2 Channel 3 Signal Trigger Servo 1 Servo 2 Servo 3 Servo 4 Servo 5
1 0 0 0 948 974 1 0 1 0 0
2 0 0 1 1000 1042 1 0 1 0 1
3 0 1 0 1084 1112 1 0 0 0 0
4 0 1 1 1140 1180 1 0 0 0 1
5 0 2 0 1220 1248 1 0 0 1 0
6 0 2 1 1276 1304 1 0 0 1 1
7 1 0 0 1332 1360 0 0 1 0 0
8 1 0 1 1388 1428 0 0 1 0 1
9 1 1 0 1468 1496 0 0 0 0 0
10 1 1 1 1524 1566 0 0 0 0 1
11 1 2 0 1608 1636 0 0 0 1 0
12 1 2 1 1664 1690 0 0 0 1 1
13 2 0 0 1716 1744 0 1 1 0 0
14 2 0 1 1772 1814 0 1 1 0 1
15 2 1 0 1856 1884 0 1 0 0 0
16 2 1 1 1912 1952 0 1 0 0 1
17 2 2 0 1992 2020 0 1 0 1 0
18 2 2 1 2048 2078 0 1 0 1 1

70% mix 25% mix 5% mix

S1 down S1 up S2 down S2 up S3

Ausschläge der Kanäle festlegen

Über die Variablen servoPos1 bis servoPos2 können sie die Ausschläge der einzelnen Servos bzw. Ausgänge pro Kanal festlegen. Ausgang 1 und 3 sind auf 30° Ausschlag vordefiniert, um das Menü des EagleTree OSD zu bedienen.

Arduino pro mini Quelltext der Kanalerweiterung

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