{"id":2467,"date":"2019-12-12T18:11:06","date_gmt":"2019-12-12T18:11:06","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.etsii.urjc.es\/dseytr\/?p=2467"},"modified":"2019-12-18T18:36:44","modified_gmt":"2019-12-18T18:36:44","slug":"cefiro-dron","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.etsii.urjc.es\/dseytr\/cefiro-dron\/","title":{"rendered":"CEFIRO DRON"},"content":{"rendered":"\n<figure class=\"wp-block-embed-youtube wp-block-embed is-type-video is-provider-youtube wp-embed-aspect-16-9 wp-has-aspect-ratio\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<div class=\"video-container\"><iframe loading=\"lazy\" title=\"CEFIRO DRON - DISE\u00d1O DE SISTEMAS EMPOTRADOS\" width=\"500\" height=\"281\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/kRcU1MPVNrk?feature=oembed&#038;wmode=opaque\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share\" referrerpolicy=\"strict-origin-when-cross-origin\" allowfullscreen><\/iframe><\/div>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<p> <strong>Enlace a la documentaci\u00f3n completa del proyecto<\/strong>  <\/p>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed-wordpress wp-block-embed is-type-wp-embed is-provider-proyectos-con-arduino\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n <blockquote class=\"wp-embedded-content\" data-secret=\"kd77RsM9fQ\"><a href=\"https:\/\/blogs.etsii.urjc.es\/dseytr\/dse_practica_obligatoria_grupo_9_final\/\">MEMORIA_CEFIRO_DRON_DSE_GRUPO_9<\/a><\/blockquote><iframe loading=\"lazy\" class=\"wp-embedded-content\" sandbox=\"allow-scripts\" security=\"restricted\" style=\"position: absolute; clip: rect(1px, 1px, 1px, 1px);\" title=\"\u00abMEMORIA_CEFIRO_DRON_DSE_GRUPO_9\u00bb \u2014 Proyectos con Arduino.\" src=\"https:\/\/blogs.etsii.urjc.es\/dseytr\/dse_practica_obligatoria_grupo_9_final\/embed\/#?secret=poXrJZCsEH#?secret=kd77RsM9fQ\" data-secret=\"kd77RsM9fQ\" width=\"500\" height=\"282\" frameborder=\"0\" marginwidth=\"0\" marginheight=\"0\" scrolling=\"no\"><\/iframe>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<p><a><strong>1.&nbsp;&nbsp;&nbsp; INTRODUCCI\u00d3N<\/strong><\/a><\/p>\n\n\n\n<p>El principal objetivo de\neste proyecto es el desarrollo de un dron cuadric\u00f3ptero, basado en Arduino con\nla posibilidad de hacer fotograf\u00eda a\u00e9rea, y que permita colocar diferentes\ntama\u00f1os de cargas, hasta un m\u00e1ximo de medio kilo. &nbsp;Adem\u00e1s, se ha de poder utilizar en un gran\nrango de tareas. <\/p>\n\n\n\n<p>El software utilizado es de\ntipo abierto para tener flexibilidad y costes bajos. Al igual que el hadware.<\/p>\n\n\n\n<p>En este trabajo se ha\nestudiado: el nivel de la t\u00e9cnica de los UAV\u00b4s (drones) y sus clasificaciones; el\ndiferente hardware libre que existe actualmente, y que se podr\u00eda utilizar para\nvolar de manera efectiva y segura, as\u00ed como los distintos softwares de tipo\nabierto y las funciones que realizan. Bas\u00e1ndose en este estudio y en los\nobjetivos, se ha realizado el dimensionamiento general del dron. Justificando\ndebidamente la selecci\u00f3n de los componentes elegidos.<\/p>\n\n\n\n<p>Se ha utilizado el programa\neCalc para realizar los c\u00e1lculos necesarios para el dimensionamiento de la\npropulsi\u00f3n del motor, la bater\u00eda y las h\u00e9lices.<\/p>\n\n\n\n<p>La estructura mec\u00e1nica es\nde tipo H, y en un principio se iba a desarrollar 3D con el programa SolidWorks.\nPero finalmente por reducir costes y asegurar una rigidez y resistencia altas,\nse ha optado por recurrir al mercado asi\u00e1tico y adquirir un frame (cuerpo del\ndron) ya impreso.<\/p>\n\n\n\n<p>Finalmente, se ha realizado\nun test de los componentes que asegurar\u00e1 la estabilidad del equipo. Y tambi\u00e9n,\nse han realizado pruebas de los controladores de Ardupilot ajustando los\nvalores de control con un procedimiento emp\u00edrico hasta conseguir el\nfuncionamiento deseado.<\/p>\n\n\n\n<p>A lo largo de esta memoria\nse recoger\u00e1 todo el proceso, las dificultades e imprevistos que han ido\nsurgiendo, soluciones implementadas y el resultado.<\/p>\n\n\n\n<p><a><strong>2.&nbsp;&nbsp;&nbsp; CAPTACI\u00d3N DE INFORMACI\u00d3N<\/strong><\/a><\/p>\n\n\n\n<p>En este cap\u00edtulo se estudia\nel hardware que existe actualmente en el mercado, y muestra las placas m\u00e1s\nconocidas de los UAV y finalmente, los softwares de tipo abierto m\u00e1s potentes\nque existen.<\/p>\n\n\n\n<p><a>2.1. Hardware \/placa.<\/a><\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Arduino\nNano o Mini<\/strong>. Son varias las\ndesventajas que se encuentran en el montaje de un UAV con Arduino, entre las\nque se pueden destacar la gesti\u00f3n de interrupciones.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-group\"><div class=\"wp-block-group__inner-container is-layout-flow wp-block-group-is-layout-flow\">\n<p>Para explicar las interrupciones de Arduino se propone un ejemplo muy simplificado: Dise\u00f1amos un sistema que tiene que atender una serie de actuadores (por ejemplo, un bot\u00f3n), tendremos que andar sonde\u00e1ndolos peri\u00f3dicamente para ver si se puls\u00f3 el bot\u00f3n. \u00bfPero qu\u00e9 ocurre si se pulsa un bot\u00f3n mientras el programa anda ocupado en otra tarea y justo en ese momento no se est\u00e1 sondeando la entrada del actuador? En este caso el sistema no ser\u00e1 capaz de detectar la pulsaci\u00f3n. La soluci\u00f3n en este caso es el uso de interrupciones. Cuando se dispara una interrupci\u00f3n, el procesador detiene la ejecuci\u00f3n del programa que est\u00e1 corriendo, almacena el estado de los registros (incluido el contador de programa), y ejecuta un subprograma, llamado rutina de servicio de interrupci\u00f3n, que atiende la interrupci\u00f3n (en este caso la gesti\u00f3n de la pulsaci\u00f3n del bot\u00f3n). Una vez finalizada la rutina, el microprocesador restaura los registros y contin\u00faa la ejecuci\u00f3n del programa principal por el mismo lugar en el que fue interrumpido.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n<p>Esta\ngesti\u00f3n de interrupciones har\u00eda inmanejable un equipo caro, que se encuentra\nlevitando a varios metros del suelo, lo que supondr\u00eda ante cualquier imprevisto\nun accidente fatal.<\/p>\n\n\n\n<p>Otra\nde las desventajas de Arduino, se pone de manifiesto cuando se tiene que\nampliar la versi\u00f3n est\u00e1ndar de la placa del microcontrolador por medio\nde&nbsp;interfaces adicionales y de funciones de entrada y salida.&nbsp;Si bien\nel hardware estandarizado permite ampliarse por medio de lo que se conoce\ncomo&nbsp;<a href=\"http:\/\/playground.arduino.cc\/Main\/SimilarBoards#goShie\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">shields<\/a>, la adquisici\u00f3n de estos\nm\u00f3dulos adicionales, incrementa r\u00e1pidamente los costes del proyecto, as\u00ed como\nel peso del UAV, lo que tampoco interesa para un equipo que hay que levantar\ndel suelo con cuatro rotores.\n \n \n\n \n  \n  <\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table class=\"\"><tbody><tr><td>\n    \n    <a>Figura <\/a>3 &#8211; Arduino Nano\n    \n    <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>PixHawk<\/strong> es un proyecto independiente y de hardware abierto\nque intenta dar soluciones hardware para autopiloto de veh\u00edculos de alta\ncalidad a las comunidades acad\u00e9micas, de hobby e industriales a un bajo costo y\nuna alta disponibilidad, seg\u00fan se dice en su p\u00e1gina oficial. Pixhawk se ha\nconvertido en los \u00faltimos tiempos en la plataforma preferida para\ndesarrolladores, por las grandes posibilidades que ofrece. Ha superado a su\nantecesora, APM. En su interior lleva tambi\u00e9n el software de Ardupilot.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Cuenta con un procesador de 32 bits STM32F427 Cortex M4, y otro coprocesador de 32 bit STM32F103 con 256 Kb de RAM y 2 Mb Flash. Dispone de una IMU completa formada por giroscopio, aceler\u00f3metro, bar\u00f3metro y magnet\u00f3metro, algunos de ellos por duplicado. Incorpora tambi\u00e9n 5 puertos UART, 2 puertos CAN, 1 puerto SPI y un puerto I2C. Adem\u00e1s, dispone de numerosas entradas para los distintos tipos de receptores de radio, entre otros.<\/p>\n\n\n\n<p><a>2.1.1.&nbsp; Plataforma escogida<\/a><\/p>\n\n\n\n<p>Tras analizar las opciones que nos ofrece cada plataforma se ha optado por\nutilizar para este proyecto la placa PixHawk de Ardupilot, por su versatilidad\na la hora de ser programada y configurada para diferentes tipos de proyectos\ncon UAVs. Dado que se quiere personalizar la aeronave con una configuraci\u00f3n\nespec\u00edfica, esta placa nos ofrece una amplia gama de formas de comunicaci\u00f3n y\nde control. <\/p>\n\n\n\n<p>Se ha descartado la opci\u00f3n de APM ya que Pixhawk es su \u201csucesora\u201d. Tambi\u00e9n\nse han descartado las controladoras NAZA por su alto precio y por su imposibilidad\nde ser programada.<\/p>\n\n\n\n<p>Al tratarse de un placa descendiente de Arduino, tan solo que con mejores\ncaracter\u00edsticas hardware, posee muchos puertos y protocolos en com\u00fan entre los\nque podemos destacar:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>IMU<\/strong><\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Es una unidad de medici\u00f3n\ninercial o IMU (del ingl\u00e9s inertial measurement unit). Es un dispositivo electr\u00f3nico\nque mide e informa acerca de la velocidad, orientaci\u00f3n y fuerzas\ngravitacionales de un aparato, usando una combinaci\u00f3n de aceler\u00f3metros y\ngir\u00f3scopos.<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>UART<\/strong><\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>UART, son las siglas\nen ingl\u00e9s de&nbsp;Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, en espa\u00f1ol:&nbsp;Transmisor-Receptor\nAs\u00edncrono Universal, es\nel dispositivo que controla los&nbsp;puertos&nbsp;y dispositivos serie. Se\nencuentra integrado en la&nbsp;placa base&nbsp;o en la&nbsp;tarjeta\nadaptadora&nbsp;del dispositivo. <\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>I2C<\/strong><\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Circuito inter-integrado&nbsp;(I\u00b2C, del ingl\u00e9s&nbsp;Inter-Integrated Circuit) es un bus serie de datos con un protocolo s\u00edncrono. I2C usa solo 2 cables, uno para el reloj (SCL) y otro para el dato (SDA). Esto significa que el maestro y el esclavo env\u00edan datos por el mismo cable, el cual es controlado por el maestro, que crea la se\u00f1al de reloj. I2C no utiliza selecci\u00f3n de esclavo, sino direccionamiento. <\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>SPI <\/strong><\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>El&nbsp;Bus SPI&nbsp;(del&nbsp;ingl\u00e9s&nbsp;Serial Peripheral Interface) es un est\u00e1ndar de comunicaciones, usado\nprincipalmente para la transferencia de informaci\u00f3n entre circuitos integrados\nen equipos electr\u00f3nicos. Es otro protocolo serie muy simple. Un maestro env\u00eda\nla se\u00f1al de reloj, y tras cada pulso de reloj env\u00eda un bit al esclavo y recibe\nun bit de \u00e9ste. Los nombres de las se\u00f1ales son por tanto SCK para el reloj,\nMOSI para el Maestro Out Esclavo In, y MISO para Maestro In Esclavo Out. Para\ncontrolar m\u00e1s de un esclavo es preciso utilizar SS (selecci\u00f3n de esclavo). <\/p>\n\n\n\n<p><a><strong>3. C\u00d3DIGO<\/strong><\/a><\/p>\n\n\n\n<p>C\u00f3mo si de una placa Arduino\nse tratara, y como el propio software hace referencia, Ardupilot (firmware) que\nse ejecuta en nuestra placa de vuelo. Es el encargado de gestionar toda la\ninformaci\u00f3n que recibe del exterior (sensores f\u00edsicos y radio) y actuar en\nconsecuencia sobre los actuadores de la aeronave. <\/p>\n\n\n\n<p>Actualmente se puede\ndescargar desde su&nbsp;repositorio de GitHub desde el cu\u00e1l podemos\ndescargar su c\u00f3digo e incluso contribuir a su mejora.<\/p>\n\n\n\n<p>La idea inicial era aportar c\u00f3digo original a este proyecto, haciendo utilidad de un sonar para detectar el cambio de alturas que puedan propiciar mont\u00edculos, u obst\u00e1culos en el aterrizaje, proporcionado en la asignatura de Dise\u00f1o de Sistemas Empotrados. Pero por incompatibilidad de dicho sonar, y por el retraso en la llegada de los componentes, no se pudo implementar.<\/p>\n\n\n\n<p>Pero este proyecto no muere\naqu\u00ed, se realizar\u00e1 un pedido de sonares anal\u00f3gicos, y no solo se instalar\u00e1n en\nla zona inferior del dron, para facilitar su aterrizaje, e irlo acomodando al\ngusto del piloto a trav\u00e9s del software, sino que tambi\u00e9n se implementar\u00e1n sonares\nanal\u00f3gicos para la detecci\u00f3n de objetos, tanto frontal, como lateral, como\nposterior, con el objetivo de crear un UAV que sea complicado chocarle.<\/p>\n\n\n\n<p>Dejando a un lado las ideas\noriginales frustradas, y ante la falta de tiempo para la entrega del proyecto,\nse opt\u00f3 por coger el c\u00f3digo del repositorio de GitHub, revisarlo, y posteriormente\ntestearlo en nuestra aeronave por si fuesen necesarios ajustes en el c\u00f3digo\npara optimizar el vuelo.<\/p>\n\n\n\n<p>Para cargar el c\u00f3digo en nuestra\nplaca, en lugar de abrir la aplicaci\u00f3n de Arduino, ten\u00edamos que abrir la\naplicaci\u00f3n de Mission planner, conectarnos a nuestra placa por el puerto serie\ncorrespondiente, y posteriormente cargar el c\u00f3digo obtenido de GitHub, la librer\u00eda\nque se ha decidido cargar es Copter.h y un conjunto de modos de vuelos ya predefinidos.\nTodo este c\u00f3digo se adjunta en el Anexo.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table class=\"\"><tbody><tr><td>\n    \n    <a>Figura <\/a>31 \u2013 Carga de C\u00f3digo al\n    Arducopter a trav\u00e9s del puerto serie usando MissionPlanner\n    \n    <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n<p><a><strong>4.&nbsp;&nbsp;&nbsp; DIFICULTADES Y SOLUCIONES ADOPTADAS<\/strong><\/a><\/p>\n\n\n\n<p>A lo largo de este proyecto\nse han ido sucediendo distintas dificultades e imprevistos, tanto a nivel\nhardware como a nivel software. En algunas ocasionas, estos imprevistos han\nsido resueltos, pero en otras ha sido muy complicado cumplir los plazos junto\ncon el \u00e9xito del proyecto de manera conjunta. Estos son los principales\nproblemas que han ido surgiendo en su transcurso:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Elecci\u00f3n\nde componentes. A la hora de elegir el\nproyecto, se part\u00eda con la certeza de que no iba a ser un proyecto barato,\ndebido a la envergadura y complejidad de este. Se intentaron reducir los costes\ndel mismo, en todo momento, buscando ofertas de segunda mano, y de grandes\nmayoristas. <\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Estas ofertas no se\nsuced\u00edan, y el tiempo se iba sucediendo. La soluci\u00f3n final, fue rebajar el\ncoste, reduciendo la calidad o la categor\u00eda de algunos componentes, y realizar\nla compra.<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Tiempos\nde entrega. Pese a realizar la compra\nde componentes con un margen considerable de tiempo, el material proven\u00eda de\nChina, y ning\u00fan componente cumpli\u00f3 con los plazos de entrega prometidos. Lo que\nnos retras\u00f3 el ensamble del UAV 2 semanas. Los vendedores se excusaron con que:\nel 11 del 11, y fechas pr\u00f3ximas al Blackfriday, suponen una carga muy elevada\nde trabajo para las compa\u00f1\u00edas de transporte, y se retrasan los env\u00edos.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Componentes\nerr\u00f3neos. Una vez hab\u00edan llegado\ntodos los componentes, se procedi\u00f3 al ensamblado del drone, y empezaron a\nsucederse m\u00e1s problemas. El receptor solicitado al vendedor, no hab\u00eda sido\nenviado, y su lugar, se hab\u00eda enviado otro tipo de receptor que era inviable\ninstalar en nuestra configuraci\u00f3n, debido al protocolo de comunicaci\u00f3n que\nhab\u00edamos establecido en nuestra configuraci\u00f3n.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>La soluci\u00f3n adoptada fue\nrecurrir al mercado de segunda mano, y adquirir uno. El cu\u00e1l tambi\u00e9n sufri\u00f3\nunos d\u00edas de retraso en el env\u00edo.<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Otros\nproblemas menores en este caso,\nporque tuvieron una soluci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pida, fue la escasez, o nulidad de\nconectores que enviaron los proveedores. Concretamente a la hora de alimentar\nel power module con los cables salientes de la PDB, es necesario un conector\nxt60, que el proveedor no incluy\u00f3. Como se comentaba anteriormente, se opt\u00f3 por\ndoblar el cable sobre si mismo para aumentar su per\u00edmetro, pre esta\u00f1earlo, e\nintroducirlo en el conector xt60 hembra del power module.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Lo mismo sucedi\u00f3 con la alimentaci\u00f3n de la placa controladora del Gimbal, se daba por hecho que se incluir\u00eda un conector para alimentarla, pero no. Se opt\u00f3 por solucionarlo con cables de un pack de Arduino, con terminales en formato pin macho y pin hembra, se llev\u00f3 el pin positivo de alimentaci\u00f3n del gimbal, al pin positivo de la lipo, e igualmente con el negativo.<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Otro\nproblema grave que ya se ha mencionado con\nanterioridad en esta memoria, fue la incompatibilidad del sonar de Arduino que\ninclu\u00eda el pack que nos prest\u00f3 el profesor de la asignatura de Dise\u00f1o de\nSistemas Empotrados.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>En un principio se contaba con\n\u00e9l como componente estrella para dificultar la realizaci\u00f3n de este proyecto,\npero hasta que no recibimos todos los componentes, y se realiz\u00f3 el ensamblado de\nlos mismos, no se pudo verificar su incompatibilidad.<\/p>\n\n\n\n<p>Como se comentaba con\nanterioridad, la idea inicial era aportar c\u00f3digo original a este proyecto, haciendo\nutilidad de un sonar para detectar el cambio de alturas que puedan propiciar mont\u00edculos,\nu obst\u00e1culos en el aterrizaje, proporcionado en la asignatura de Dise\u00f1o de\nSistemas Empotrados. \n\nPero\neste proyecto no muere aqu\u00ed, se realizar\u00e1 un pedido de sonares anal\u00f3gicos, y no\nsolo se instalar\u00e1n en la zona inferior del dron, para facilitar su aterrizaje,\ne irlo acomodando al gusto del piloto a trav\u00e9s del software, sino que tambi\u00e9n\nse implementar\u00e1n sonares anal\u00f3gicos para la detecci\u00f3n de objetos, tanto\nfrontal, como lateral, como posterior, con el objetivo de crear un UAV que sea\ncomplicado chocarle\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>El\nproblema determinante para que el UAV no acabara\nvolando fue la lipo. Se desconoce el momento preciso en el cu\u00e1l la bater\u00eda\nlleg\u00f3 al fin de su vida. Hay varias hip\u00f3tesis:<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\"><li>Que llegara ya estropeada desde China.<\/li><li>Que durante la configuraci\u00f3n del UAV esta bajara su voltaje por debajo del l\u00edmite y alguna de las celdas sufriera un punto de no retorno.<\/li><li>Una de las hip\u00f3tesis m\u00e1s factibles, es que debido a la compra de un cargador de lipos, muy econ\u00f3mico, este da\u00f1ara la bater\u00eda al no hacer una carga debidamente balanceada, como necesitan este tipo de lipos.<\/li><\/ol>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Enlace a la documentaci\u00f3n completa del proyecto 1.&nbsp;&nbsp;&nbsp; INTRODUCCI\u00d3N El principal objetivo de este proyecto es el desarrollo de un dron cuadric\u00f3ptero, basado en Arduino con la posibilidad de hacer fotograf\u00eda a\u00e9rea, y que&#46;&#46;&#46;<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-2467","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-proyectos"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v27.4 - 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