jochen-69
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Aus einem Servotester auf Arduino-Basis und einem ESP8266-Winkelmesser hat sich zwischenzeitlich unser RC-Einstell-Tool entwickelt welches wir Euch hier vorstellen möchten. Wir, das sind 3 Modellbauer (Rainer, Steffen und Jochen) mit dem Glück dass Rainer jahrelang Software entwickelt hat und daher unsere Ideen sehr professionell umsetzen konnte. Dadurch hatte er natürlich auch die meiste Arbeit 
So, wie ist denn das Teil aufgebaut bzw. was kann man damit machen?
Übersicht
Das RC Einstell-Tool kann ein Servo mittels PWM Pulserzeugung steuern und die Ansteuerdaten anzeigen. Zusätzlich kann mittels eines Winkelsensors der Ruderausschlag sehr genau vermessen werden (besser als 0.5mm). Die Benutzeroberfläche ist als Web-Oberfläche ausgelegt, was eine Bedienung auch mit dem Smartphone zulässt. Eine einfach kleine Power-Bank dient als Stromversorgung und man kann extrem einfach und schnell auf der Werkbank beim Bau oder bei Endeinstellarbeiten alle wichtigen Daten schnell, genau und vollkommen reproduzierbar ablesen. Dieses Projekt ( https://github.com/Pulsar07/RcSetupTool ) ist die Zusammenführung von https://github.com/Pulsar07/RuderwegMessSensor und https://github.com/Pulsar07/ServoController .
Ein paar weitere Details und Hintergründe sind auch hier zu finden: http://www.so-fa.de/nh/RcSetupTool
Hardware
Mikrokontroller
Als Mikrokontroller wird der Wemos D1/ESP8266 benutzt, der ausreichende Rechenpower und Speicherressourcen bietet und eine WLAN Schnittstelle hat. Es stehen ausgereifte Bibliotheken zur Nutzung der WiFi Schnittstelle, zur Bereitstellung eines Web-Servers (GUI) und auch zur Ansteuerung von Servos zur Verfügung.
Hier ein paar Links:
https://www.az-delivery.de/products/d1-mini
https://github.com/esp8266/Arduino
Messsensor
Als Messsensor wird der GY-521/MPU-6050 benutzt. Die Genauigkeit liegt nach Kalibrierung bei Winkeln bis +/- 45° kleiner als 0.5°. Der Baustein MPU-6050 wird von einer wirklich sehr gut gemachten Library von J.Rowberg unterstützt (siehe Link). Der Aufbau sollte auch ohne den Winkelsensor funktionieren, um nur die Funktion des Servo-Controllers zu erhalten. Für den Servo-Controller ist außer dem Signal-Kabel vom D7-Pin des Microcontrollers keinerlei Hardware notwendig. Will man nur einen Winkelmesser bauen, kann dieses Kabel einfach weggelassen werden.
Hier ein paar Links:
https://www.invensense.com/wp-content/uploads/2015/02/MPU-6000-Datasheet1.pdf
https://www.az-delivery.de/products/gy-521-6-achsen-gyroskop-und-beschleunigungssensor
https://github.com/jrowberg/i2cdevlib/tree/master/Arduino/MPU6050
Schaltplan
Der Schaltplan ist denkbar einfach. Es werden nur 4 Verbindungen zwischen Sensorplatine und Mikrokontroller benötigt. Das Layout und die Software sind so ausgelegt, dass mit einer Stiftleiste 4x1 das Sensorboard mit dem Gesicht in Richtung Mikrokontroller direkt verlötet werden kann.
Der Servo wird lediglich mittels eines Signal-Kabels auf den D7 Pin des Microcontrollers verbunden. Die Plus- und Ground-Verbindung wird mittels eines aufgetrennten und wieder zusammengefügten USB-MicroUSB Kabels hergestellt. Die Servo Stromversorgung wird einfach mittels eines Servo-Buchsenkabels erstellt und sollte nicht über den Microkontroller erfolgen, da die Stromstärke zu hoch für diesen ist.
Ruderklemmvorrichtung
Hier kann der geneigte Modellbauer die Kombination aus Microprozessor und Sensor in eine geeignete Klemmvorrichtung [ein-]bauen, die ein rutschfestes Klemmen am Ruder gewährleistet. So sieht der Prototyp des Authors aus:
Oder wer Zugang zu einem 3D-Drucker hat kann ein Gehäuse zur einfachen Klemmung an einem Ruder erstellen:
Anleitung
Inbetriebnahme
Stromversorgung
Der Sensor / das Mikroprozessorboard ist mit einem Micro-USB-Anschluss ausgestattet, hier kann man jedes handelsübliche USB-Netzteil anschließen oder besser jede normale Powerbank. Damit ist man in der Werkstatt oder auf dem Flugfeld mobil ausgestattet.
WiFi
Der Sensor muss zuerst mit Smartphone oder PC verbunden werden. Dazu stellt der Sensor per WiFi einen Accesspoint mit der SSID "UHU" und Kennwort "12345678" zur Verfügung. Ist das Gerät mit diesem WLAN verbunden, kann im Web-Browser über die Adresse http://192.168.4.1 die Benutzeroberfläche benutzt und der Sensor konfiguriert werden. Sowohl obige SSID als auch das Kennwort können danach geändert werden.
Auf der Einstellseite kann eine SSID und ein Kennwort für ein WLAN (WLAN-Client) konfiguriert werden, mit dem sich der Sensor verbinden. Dabei wird dem Sensor eine IP-Adresse zugewiesen, die am WLAN-Router abgefragt werden muss. Änderungen der WLAN Einstellungen müssen gespeichert werden und werden erst nach Neustart aktiv.
Ist die Verbindung zu einem WLAN konfiguriert (WLAN-Client), kann auf der Einstellungsseite, der Accesspoint deaktiviert werden (nach Speichern und Neustart). Kann beim Neustart keine Verbindung zum konfigurierten WLAN aufgebaut werden, wird der Accesspoint-Mode aber trotzdem aktiviert, damit ein Zugang zum Gerät möglich ist.
Nutzung des Sensorboard GY-521 mit MPU-6050
Genauigkeit: Der MEMS Chip des MPU-6050 sollte Winkelauflösungen besser als 0.5° bei 45° Ausschlag messen können, was bei einer 60mm Rudertiefe von 60mm einen Fehler von kleiner als 0.5mm ergibt. Zudem sind diverse Anzeigegenauigkeiten für die Winkel und die Ruderwegs-Messung auswählbar. Die Anzeige hat zwar immer 2 Dezimalstellen, intern wird aber gerundet.
Experten-Einstellungen: Diese Seite wird erreicht indem man den "Einstellungen"-Button zusammen mit der CTRL-Taste klickt
Kalibrierung: Damit der MPU-6050 allerdings diese Genauigkeit erreicht, muss er nachträglich kalibriert werden. Die Software unterstützt diese Funktion und kann die Werte intern speichern. Zur Kalibrierung muss die GY-521-Sensorplatine mit der flachen Rückseite möglichst exakt horizontal aufgelegt werden. Dann den Kalibrier-Button drücken und ca. 5s warten bis die Kalibrierung beendet ist. Dabei sollte die Auflagefläche (Tisch) nicht bewegt werden und frei von Vibrationen sein.
Einbaulage: Die Sensorplatine sollte auch genau so, wie bei der Kalibrierung, betrieben werden. Also die flache Seite nach unten und die Seite mit den Elektronikbausteinen nach oben. Nur so wird die oben genannte Genauigkeit erreicht.
Achsen und Anzeige-Genauigkeit: Auf der Konfigurationsseite, kann die Bezugs-Achse der Winkelmessung, je nach Einbaulage in der Klemmeinrichtung ausgewählt werden.
Kalibrierungsoffset: Hier können Kalibrierungs-Messwerte für +/- 45° Referenzmessungen eingebeben werden und aktiviert/deaktiviert werden, um die höchst mögliche Genauigkeit zu erreichen. Damit werden dann die Messwerte auf die Offsetwerte interpoliert. Der Grund hierfür ist, wie die Erfahrung zeigt, dass die verfügbaren günstigen China-Importe, nicht die höchste Qualität aufweisen. Z.T. lassen sich diese Sensoren einfach nicht kalibrieren. Ein manuelles Kalibrieren mit diesem Kalibrierungsoffset, bringt jedoch meist den gewünschten Erfolg (siehe Experten-Einstellungen) und gewährleistet genaues Arbeiten.
Winkel-Messung
Der mit dem Mikrokontroller verbundene Messensor sollte mit einer Klemmvorrichtung fest verbunden sein, und kann dann einfach an eine beliebige Stelle des Ruders aufgeklemmt werden. Die Ruderdrehachse, sollte möglichst parallel zur ausgewählten Dreh-Achse (X- oder Y-Achse) sein. Wie schon beschrieben, muss der Sensor mit dem Gesicht nach oben auf dem Ruder befestigt sein.
Einschränkungen: Der Sensor kann nur Winkel in Bezug auf die Schwerkraft messen. Somit sind Ruderwegsmessungen für das Seitenruder nur möglich wenn der Rumpf um 90° gedreht liegt.
Der Ruderweg ist abhängig von der Rudertiefe. Diese ist an der Stelle zu Messen, an der man den Ruderweg messen will. In der Web-Oberfläche des Sensor kann diese Rudertiefe eingegeben werden.
Ist der Sensor so auf dem Ruder angebracht, und die Rudertiefe eingestellt, ist die Ruderstellung in die Null-Lage zu bringen. Jetzt können Winkel und Ruderweg per "Tara"-Button auf 0 gesetzt werden.
Bewegt man das Ruder nun nach oben oder unten werden die Ausschläge in Grad und Millimeter angezeigt. Sollte das Vorzeichen nicht den Erwartungen entsprechen, kann dies bei den Einstellungen angepasst werden.
Zur Flugphasenmessung kann die Min-/Max-Rudermessung benutzt werden. Hier sollte man das Ruder in die Neutralstellung der Flugphase bringen. Nun den Schalter für die Min-/Max-Ruderweg-Messung aktivieren. Damit wird der aktuelle Ruderausschlag als Neutralwert übernommen. Jetzt können die beiden Min-/Max-Werte angefahren werden. Alle drei Werte werden bis zur Deaktivierung der Messung angezeigt.
Servo-Controller
Die Bedienung am Web-GUI ist denkbar einfach. Die Servo-Position kann über zwei Eingabefelder prozentual oder als Impulsbreite gesteuert werden. Zusätzlich kann die Servoposition über ein Slider-Widget gesteuert werden. Zudem erlaubt eine aktivierbare Maus-Wheel Funktion, mit Beschleunigungsfaktor, das Steuern des Servowegs mittels der Maus. Es sind für diverse Aufgaben noch 5 vordefinierte und einstellbare (Save) Positions-Buttons verfügbar. Die Limit-Buttons, können zum Begrenzen des Servo-Wegs benutzt werden, um ein versehentliches Überfahren eines mechanischen Limits zu verhindern. Auf der Einstellseite, können die Limits und 100%-Settings für verschiedene Hersteller von RC-Systemen voreingestellt werden, damit die Anzeige exakt mit den Werte des genutzten RC-System übereinstimmt.
Steuern und Messen
In dieser Ansicht kann sowohl der Servo gesteuert als auch der Winkel-Sensor abgelesen werden. Dies ist vor allem bei Servo- und Gestänge-Einbauten ein große Hilfe. Zusätzlich können den in den Preset-Buttons gespeicherten Servo-Werte (und die gemessenen Winkel- und Ruderausschlagswerte) und eine Nutzer-Beschreibung des Datensatzes festgehalten und mittels der Funktion "Zeige Protokoll" in Tabellenform ausgegeben werden.
So, und nun viel Spaß beim nachbauen
Viele Grüße
Rainer, Steffen und Jochen
So, wie ist denn das Teil aufgebaut bzw. was kann man damit machen?
Übersicht
Das RC Einstell-Tool kann ein Servo mittels PWM Pulserzeugung steuern und die Ansteuerdaten anzeigen. Zusätzlich kann mittels eines Winkelsensors der Ruderausschlag sehr genau vermessen werden (besser als 0.5mm). Die Benutzeroberfläche ist als Web-Oberfläche ausgelegt, was eine Bedienung auch mit dem Smartphone zulässt. Eine einfach kleine Power-Bank dient als Stromversorgung und man kann extrem einfach und schnell auf der Werkbank beim Bau oder bei Endeinstellarbeiten alle wichtigen Daten schnell, genau und vollkommen reproduzierbar ablesen. Dieses Projekt ( https://github.com/Pulsar07/RcSetupTool ) ist die Zusammenführung von https://github.com/Pulsar07/RuderwegMessSensor und https://github.com/Pulsar07/ServoController .
Ein paar weitere Details und Hintergründe sind auch hier zu finden: http://www.so-fa.de/nh/RcSetupTool
Hardware
Mikrokontroller
Als Mikrokontroller wird der Wemos D1/ESP8266 benutzt, der ausreichende Rechenpower und Speicherressourcen bietet und eine WLAN Schnittstelle hat. Es stehen ausgereifte Bibliotheken zur Nutzung der WiFi Schnittstelle, zur Bereitstellung eines Web-Servers (GUI) und auch zur Ansteuerung von Servos zur Verfügung.
Hier ein paar Links:
https://www.az-delivery.de/products/d1-mini
https://github.com/esp8266/Arduino
Messsensor
Als Messsensor wird der GY-521/MPU-6050 benutzt. Die Genauigkeit liegt nach Kalibrierung bei Winkeln bis +/- 45° kleiner als 0.5°. Der Baustein MPU-6050 wird von einer wirklich sehr gut gemachten Library von J.Rowberg unterstützt (siehe Link). Der Aufbau sollte auch ohne den Winkelsensor funktionieren, um nur die Funktion des Servo-Controllers zu erhalten. Für den Servo-Controller ist außer dem Signal-Kabel vom D7-Pin des Microcontrollers keinerlei Hardware notwendig. Will man nur einen Winkelmesser bauen, kann dieses Kabel einfach weggelassen werden.
Hier ein paar Links:
https://www.invensense.com/wp-content/uploads/2015/02/MPU-6000-Datasheet1.pdf
https://www.az-delivery.de/products/gy-521-6-achsen-gyroskop-und-beschleunigungssensor
https://github.com/jrowberg/i2cdevlib/tree/master/Arduino/MPU6050
Schaltplan
Der Schaltplan ist denkbar einfach. Es werden nur 4 Verbindungen zwischen Sensorplatine und Mikrokontroller benötigt. Das Layout und die Software sind so ausgelegt, dass mit einer Stiftleiste 4x1 das Sensorboard mit dem Gesicht in Richtung Mikrokontroller direkt verlötet werden kann.
Der Servo wird lediglich mittels eines Signal-Kabels auf den D7 Pin des Microcontrollers verbunden. Die Plus- und Ground-Verbindung wird mittels eines aufgetrennten und wieder zusammengefügten USB-MicroUSB Kabels hergestellt. Die Servo Stromversorgung wird einfach mittels eines Servo-Buchsenkabels erstellt und sollte nicht über den Microkontroller erfolgen, da die Stromstärke zu hoch für diesen ist.
Ruderklemmvorrichtung
Hier kann der geneigte Modellbauer die Kombination aus Microprozessor und Sensor in eine geeignete Klemmvorrichtung [ein-]bauen, die ein rutschfestes Klemmen am Ruder gewährleistet. So sieht der Prototyp des Authors aus:
Oder wer Zugang zu einem 3D-Drucker hat kann ein Gehäuse zur einfachen Klemmung an einem Ruder erstellen:
Anleitung
Inbetriebnahme
Stromversorgung
Der Sensor / das Mikroprozessorboard ist mit einem Micro-USB-Anschluss ausgestattet, hier kann man jedes handelsübliche USB-Netzteil anschließen oder besser jede normale Powerbank. Damit ist man in der Werkstatt oder auf dem Flugfeld mobil ausgestattet.
WiFi
Der Sensor muss zuerst mit Smartphone oder PC verbunden werden. Dazu stellt der Sensor per WiFi einen Accesspoint mit der SSID "UHU" und Kennwort "12345678" zur Verfügung. Ist das Gerät mit diesem WLAN verbunden, kann im Web-Browser über die Adresse http://192.168.4.1 die Benutzeroberfläche benutzt und der Sensor konfiguriert werden. Sowohl obige SSID als auch das Kennwort können danach geändert werden.
Auf der Einstellseite kann eine SSID und ein Kennwort für ein WLAN (WLAN-Client) konfiguriert werden, mit dem sich der Sensor verbinden. Dabei wird dem Sensor eine IP-Adresse zugewiesen, die am WLAN-Router abgefragt werden muss. Änderungen der WLAN Einstellungen müssen gespeichert werden und werden erst nach Neustart aktiv.
Ist die Verbindung zu einem WLAN konfiguriert (WLAN-Client), kann auf der Einstellungsseite, der Accesspoint deaktiviert werden (nach Speichern und Neustart). Kann beim Neustart keine Verbindung zum konfigurierten WLAN aufgebaut werden, wird der Accesspoint-Mode aber trotzdem aktiviert, damit ein Zugang zum Gerät möglich ist.
Nutzung des Sensorboard GY-521 mit MPU-6050
Genauigkeit: Der MEMS Chip des MPU-6050 sollte Winkelauflösungen besser als 0.5° bei 45° Ausschlag messen können, was bei einer 60mm Rudertiefe von 60mm einen Fehler von kleiner als 0.5mm ergibt. Zudem sind diverse Anzeigegenauigkeiten für die Winkel und die Ruderwegs-Messung auswählbar. Die Anzeige hat zwar immer 2 Dezimalstellen, intern wird aber gerundet.
Experten-Einstellungen: Diese Seite wird erreicht indem man den "Einstellungen"-Button zusammen mit der CTRL-Taste klickt
Kalibrierung: Damit der MPU-6050 allerdings diese Genauigkeit erreicht, muss er nachträglich kalibriert werden. Die Software unterstützt diese Funktion und kann die Werte intern speichern. Zur Kalibrierung muss die GY-521-Sensorplatine mit der flachen Rückseite möglichst exakt horizontal aufgelegt werden. Dann den Kalibrier-Button drücken und ca. 5s warten bis die Kalibrierung beendet ist. Dabei sollte die Auflagefläche (Tisch) nicht bewegt werden und frei von Vibrationen sein.
Einbaulage: Die Sensorplatine sollte auch genau so, wie bei der Kalibrierung, betrieben werden. Also die flache Seite nach unten und die Seite mit den Elektronikbausteinen nach oben. Nur so wird die oben genannte Genauigkeit erreicht.
Achsen und Anzeige-Genauigkeit: Auf der Konfigurationsseite, kann die Bezugs-Achse der Winkelmessung, je nach Einbaulage in der Klemmeinrichtung ausgewählt werden.
Kalibrierungsoffset: Hier können Kalibrierungs-Messwerte für +/- 45° Referenzmessungen eingebeben werden und aktiviert/deaktiviert werden, um die höchst mögliche Genauigkeit zu erreichen. Damit werden dann die Messwerte auf die Offsetwerte interpoliert. Der Grund hierfür ist, wie die Erfahrung zeigt, dass die verfügbaren günstigen China-Importe, nicht die höchste Qualität aufweisen. Z.T. lassen sich diese Sensoren einfach nicht kalibrieren. Ein manuelles Kalibrieren mit diesem Kalibrierungsoffset, bringt jedoch meist den gewünschten Erfolg (siehe Experten-Einstellungen) und gewährleistet genaues Arbeiten.
Winkel-Messung
Der mit dem Mikrokontroller verbundene Messensor sollte mit einer Klemmvorrichtung fest verbunden sein, und kann dann einfach an eine beliebige Stelle des Ruders aufgeklemmt werden. Die Ruderdrehachse, sollte möglichst parallel zur ausgewählten Dreh-Achse (X- oder Y-Achse) sein. Wie schon beschrieben, muss der Sensor mit dem Gesicht nach oben auf dem Ruder befestigt sein.
Einschränkungen: Der Sensor kann nur Winkel in Bezug auf die Schwerkraft messen. Somit sind Ruderwegsmessungen für das Seitenruder nur möglich wenn der Rumpf um 90° gedreht liegt.
Der Ruderweg ist abhängig von der Rudertiefe. Diese ist an der Stelle zu Messen, an der man den Ruderweg messen will. In der Web-Oberfläche des Sensor kann diese Rudertiefe eingegeben werden.
Ist der Sensor so auf dem Ruder angebracht, und die Rudertiefe eingestellt, ist die Ruderstellung in die Null-Lage zu bringen. Jetzt können Winkel und Ruderweg per "Tara"-Button auf 0 gesetzt werden.
Bewegt man das Ruder nun nach oben oder unten werden die Ausschläge in Grad und Millimeter angezeigt. Sollte das Vorzeichen nicht den Erwartungen entsprechen, kann dies bei den Einstellungen angepasst werden.
Zur Flugphasenmessung kann die Min-/Max-Rudermessung benutzt werden. Hier sollte man das Ruder in die Neutralstellung der Flugphase bringen. Nun den Schalter für die Min-/Max-Ruderweg-Messung aktivieren. Damit wird der aktuelle Ruderausschlag als Neutralwert übernommen. Jetzt können die beiden Min-/Max-Werte angefahren werden. Alle drei Werte werden bis zur Deaktivierung der Messung angezeigt.
Servo-Controller
Die Bedienung am Web-GUI ist denkbar einfach. Die Servo-Position kann über zwei Eingabefelder prozentual oder als Impulsbreite gesteuert werden. Zusätzlich kann die Servoposition über ein Slider-Widget gesteuert werden. Zudem erlaubt eine aktivierbare Maus-Wheel Funktion, mit Beschleunigungsfaktor, das Steuern des Servowegs mittels der Maus. Es sind für diverse Aufgaben noch 5 vordefinierte und einstellbare (Save) Positions-Buttons verfügbar. Die Limit-Buttons, können zum Begrenzen des Servo-Wegs benutzt werden, um ein versehentliches Überfahren eines mechanischen Limits zu verhindern. Auf der Einstellseite, können die Limits und 100%-Settings für verschiedene Hersteller von RC-Systemen voreingestellt werden, damit die Anzeige exakt mit den Werte des genutzten RC-System übereinstimmt.
Steuern und Messen
In dieser Ansicht kann sowohl der Servo gesteuert als auch der Winkel-Sensor abgelesen werden. Dies ist vor allem bei Servo- und Gestänge-Einbauten ein große Hilfe. Zusätzlich können den in den Preset-Buttons gespeicherten Servo-Werte (und die gemessenen Winkel- und Ruderausschlagswerte) und eine Nutzer-Beschreibung des Datensatzes festgehalten und mittels der Funktion "Zeige Protokoll" in Tabellenform ausgegeben werden.
So, und nun viel Spaß beim nachbauen
Viele Grüße
Rainer, Steffen und Jochen
.
und erkenne keinen Unterschied mehr zwischen einem echten 8451 und dem 6050. Zumal ein 8451 eigentlich kaum mehr lieferbar ist
und dann brauchst Du für den Sensor ja dann immer noch ein extra Gehäuse 
