Joystick Modellfernsteuerung mit iRangeX Multiprotokoll – Modul und Android Smart Device – noch kompakter!

Der vorherige Blog hat beschrieben, wie der ursprünglich verwendete Fernsteuersender durch ein iRangeX Multiprotokoll-Modul ersetzt und der gesamte Aufbau vereinfacht werden kann.

In diesem Blog wird nun ein noch kompakterer Aufbau beschrieben, bei dem der USB Hub, der USB2PPM PiKoder und das Multiprotokoll-Modul mechanisch zu einer Einheit zusammengefasst werden, die dann nur noch mit dem Smart Device und dem Joystick verbunden werden muss.

Zur Realisierung sind folgende Schritte erforderlich:

    1. Kabel USB – Hub verlängern
    2. USB2PPM PiKoder mit USB-Stecker modifizieren
    3. Baugruppenträger realisieren
    4. Module montieren und verdrahten

Kabel USB – Hub verlängern

Die gängigen USB OTG Hubs (on the go) haben in der Regel ein sehr kurzes Anschlusskabel (0,1 – 0,15 m). Im praktischen Einsatz ergeben sich hierdurch Einschränkungen, da der Hub so immer in der Nähe des Smart Devices sein muss und möglicherweise neben dem Halter in der Luft hängt und so eine „starre Verbindung“ mit dem PiKoder nicht möglich ist.

Die Verlängerung des Anschlusskabels stellt kein Problem dar. Es ist lediglich zu beachten, dass als Stecker weiterhin ein OTG-Stecker mit entsprechender Kodierung (s. Bild) zum Einsatz kommt, weil der Hub ansonsten nicht erkannt und mit Spannung versorgt wird.

Die Verlängerung lässt sich am einfachsten realisieren, indem ein Stück USB-Kabel der gewünschten Länge an die Hub-Platine angelötet wird und am anderen Ende der vorhandene Stecker mit dem kurzen Kabelende angebracht und mit Schrumpfschlauch fixiert wird.          

USB2PPM PiKoder mit USB-Stecker modifizieren

Für die direkte Verbindung zwischen USB Hub und PiKoder benötigt der USB2PPM einen USB Stecker (s. Bild rechts) anstelle der normalen USB Micro-Buchse. Damit der Stecker montiert werden kann, sägen Sie die Leiterplatte ein um dann die Befestigungslaschen durchstecken zu können. Zusätzlich ist eine Bohrung erforderlich, um die Anschlusskabel des Steckers verdrahten zu können (s. Bild unten).

Danach kleben Sie den Stecker mit Zweikomponentenkleber auf die Leiterplatte und bestücken die Leiterplatte mit den übrigen Bauteilen (s. Bilder unten). Hinweis: im weiteren Verlauf des Projektes habe ich den dreipoligen Header durch einen Molex-Verbinder ersetzt. 

 

Zum Schluss verbinden Sie nun noch die Pins des USB Steckers mit den entsprechenden PiKoder Pins; hierzu wird ein dünner, isolierter Draht verwendet. Das folgenden Bilder zeigen die schematische Verbindung und danach sehen Sie die konkrete Ausführung auf der Platinenunterseite.

 

Baugruppenträger realisieren

Der Baugruppenträger besteht aus einer einfachen gewinkelten Holzkonstruktion. Die quadratische Grundplatte von 85 mm Seitenlänge nimmt den Hub und den USB2PPM Pikoder auf. Das Multiprotokollmodul wird in der senkrechten Gabel eingeklemmt. Zur optischen Verbesserung der Kabelführung habe ich einen entsprechenden Kanal gebohrt.

Module montieren und verdrahten

Auf den folgenden Bildern sehen Sie den kompletten Aufbau. Der Hub wird mit doppelseitigem Klebeband fixiert, der USB2PPM PiKoder eingesteckt und mit Schrauben durch die beiden vorderen Befestigungslöcher fixiert. Hierbei verwenden Sie am besten einige Unterlagscheiben als Abstandhalter, damit sich die Leiterplatte nicht verbiegt.

Mit dem Micro USB Stecker ist der „Kompakt-Sender“ zunächst für den Anschluss an ein Android Device vorgesehen. Mit einem kleinen Adapter, z.B. von Micro USB auf USB C-Stecker kann der Sender natürlich problemlos mit einem Surface Notebook verbunden werden.  

 

Joystick Modellfernsteuerung mit Multiprotokoll-TX-Modul iRangeX IRX4+

In den beiden vorhergehenden Beiträgen zur Modellfernsteuerung mit Joystick wurde ein „ganz normaler“ Fernsteuersender zur Kommandoübertragung genutzt. Dabei wurden die Steuerknüppel und diversen Schalter nicht benötigt, weil die Steuerung selber ja durch den Joystick wahrgenommen wird.

Von daher kann der Gesamtaufbau vereinfacht werden, indem statt des kompletten Fernsteuersenders ein Multiprotokoll-TX-Modul wie das iRangeX  iRX4+ eingesetzt wird.

Das Modul kann – genauso wie der Fernsteuersender – direkt über das PPM-Signal vom USB2PPM – PiKoder angesteuert werden. Da das iRangeX bereits ab einer Betriebsspannung von 5 Volt arbeitet, ist keine zusätzliche Batterie erforderlich sondern die Spannungsversorgung erfolgt ebenfalls über den USB2PPM PiKoder. 

Aufbau 

Der USB2PPM PiKoder wird entsprechend der Anleitung aufgebaut. Auch wenn Sie bisher nur eine Cynch-Buchse bestückt haben, lässt sich der dreipolige Header problemlos nachrüsten.

Die Verbindung zwischen dem iRX4+ Moduls wird über ein dreiadriges Kabel (Vcc, PPM und Gnd) hergestellt (s. Bild links unten). An einem Ende des Kabels befindet sich eine dreipolige Buchse zum Aufstecken auf die entsprechende Stiftleiste des USB2PPM, auf der anderen Seite werden die fünf Buchsen des Moduls adaptiert – die Pinbelegung, die das Modul erwartet, sehen Sie im rechten Bild. 

  

 

 

 

 

 

Es sind darüber hinaus keine weiteren Anpassungen oder Änderungen erforderlich. 

Und der hier beschriebene Aufbau ist natürlich genauso in Verbindung mit einem Windows-Notebook zu verwenden.

Joystick Modellfernsteuerung mit Spektrum DXe (2)

Der erste Beitrag dieser Reihe hat ein Notebook verwendet, um die Joystick-Eingaben in Kommandos für den USB2PPM zu übersetzen. Alternativ hierzu kann für ausgewählte Joysticks auch ein Android(TM) Smart Device mit einer entsprechenden App zum Einsatz kommen.  

Der Hardwareaufbau im Titelbild gleicht der Konfiguration im Teil 1 bis auf den Computer, der durch das Smart Device ersetzt wird und den Hub: in Verbindung mit dem Smart Device ist unbedingt ein USB OTG Hub zu verwenden. 

Hinsichtlich der Vorbereitung des Fernsteuersenders gelten die gleichen Überlegungen zur Ergonomie und es empfiehlt sich, die Fernsteuerung wie in Teil 1 beschrieben, mit einem Schalter zu erweitern.

Hinsichtlich der App selber haben Sie die Auswahl zwischen der kostenlosen App Joystick2PPM und einer speziellen  App für Quadrocopter Joystick4UAV (s.u.); beide Apps finden Sie im Google Play Store. 

Joystick2PPM (Android App)

Die Bedieneroberfläche der App entspricht weitgehend der Windows Implementierung und ist intuitiv und einfach verständlich. Auf der linken Seite befinden sich die Joystick – Bedienelemente und die Abbildung auf die Servokanäle erfolgt auf der rechten Seite mit Drop-Down-Boxen.

Der Joystick und der USB2PPM werden nach dem Starten der APP automatisch erkannt. Der Benutzer muss beim erstmaligen Gebrauch den Zugriff der Anwendung auf die entsprechenden USB-Schnittstellen freigeben. 

Bitte beachten Sie, dass die App derzeit nur eine beschränkte Anzahl von Joysticks und anderen Bediengeräten unterstützt. Den aktuellen Stand der kompatiblen Geräte finden Sie jederzeit im Playstore. 

Joystick4UAV (Android App)

Die Joystick4UAV App stellt eine Weiterentwicklung der Joystick2PPM Anwendung dar, die auf die Belange der Fernsteuerung von Quadrocoptern oder anderen Fahrzeugen (UGV) und Booten (USV) mit einem Flight Controller ausgerichtet ist.

Vom grundsätzlichen Aufbau her entspricht die Joystick4UAV den bereits beschriebenen Apps. Die Abbildung der vier Joystick-Achsen erfolgt auf die Fernsteuerkanäle 1-4 entsprechend der üblichen Belegung für Flight Controller. Diese Zuordnung innerhalb der vier Kanäle können Sie natürlich entsprechend Ihrer Präferenzen anpassen. Alle Kanäle können durch Checken der zugehörigen Box invertiert werden.

Der Flight Mode wird im Kanal 5 kodiert. Es stehen sechs Modi zur Verfügung. Die Umschaltung erfolgt über die Joystick-Taster 7-12 (s. Bild rechts unten), wobei Taster 7 Flugmode „1“ einstellt und Taster 12 den Flugmode „6“. Der gewählte Flugmode wird jeweils numerisch angezeigt („1“ im Bild oben) und der Balken entspricht dem übertragenen Kanalwert.

Die verbleibenden Taster 1-6 (Button B1 .. B6 im oberen Bereich) und der Hat-Switch stehen für Sonderfunktionen zur Verfügung und können beliebig den Kanälen 6-8 zugeordnet werden. Wird die zum Kanal gehörige Box aktiviert, dann verhält sich der Taster als Schalter.

Bitte beachten Sie, dass in der App derzeit nur der Logitech Extreme 3D Pro Joystick unterstützt wird.

Joystick Modellfernsteuerung mit Spektrum DXe

Überblick

In diesem Beitrag wird dargestellt, wie ein Spektrum DXe Fernsteuersender mit Hilfe eines USB2PPM Adapters und eines Notebooks genutzt werden kann, um einen Quadrocopter mit einem Joystick zu fliegen. 

Das Projekt umfasst folgende Schritte:

    • Vorbereitung des Fernsteuersenders
    • Aufbau des USB2PPM Adapters
    • Download des Joystick2PPM Programms
    • Einstellungen und Inbetriebnahme

Zusätzlich zum Fernsteuersender, PC oder Notebook mit Windows 10, USB2PPM-Adapter und dem Joystick wird noch ein Trainerkabel zur Verbindung des Fernsteuersenders mit dem USB2PPM sowie ein USB-Kabel benötigt.

Vorbereitung des Fernsteuersenders

Die Ansteuerung des Spektrum DXe Fernsteuersenders erfolgt drahtgebunden über die Lehrer-/Schülerbuchse auf der Rückseite des Senders. An dieser Buchse kann ein fremdes PPM-Signal eingespeist werden – in der Regel von einem zweiten Sender, dem Schülersender. Bei der Buchse handelt es sich um eine 3,5 mm Standard-Klinkenbuchse und die Kabelverbindung wird über ein entsprechendes Mono-Aux-Kabel hergestellt. 

Damit der Lehrer jederzeit schnell die Kontrolle übernehmen kann, wird das Signal des Schülers nur übermittelt, solange der Lehrer den Bindeknopf / Panikbutton gedrückt hält. Diese praktische Umsetzung des Lehrer – Schülerbetriebs erschwert natürlich eine dauerhafte Übernahme des Senders, da man den Taster ja wahrscheinlich nicht die ganze Zeit gedrückt halten kann oder will.

Von daher habe ich in meinen Spektrum DXe einen zusätzlichen Schalter eingebaut, um den Fernsteuersender dauerhaft auf Schülerbetrieb umstellen zu können. Obwohl der Einbau einfach ist, sollte man diesen nur in Erwägung ziehen, wenn man den Verlust der Gewährleistung in Kauf nimmt.

Einbau des Zusatzschalters für den permanenten Schülerbetrieb

Das Gehäuse wird wie in der Betriebsanleitung beschrieben geöffnet. In der Rückseite befindet sich schon eine Bohrung an der idealen Position, die von außen durch einen Aufkleber überdeckt ist (s. roten Pfeil im Bild). 

Die Bohrung wird freigelegt und der zusätzliche Schalter eingesetzt (s. Details).

Die Verdrahtung erfolgt so, dass der Bind/Panik/Trainer-Taster überbrückt wird (s. Bild). Hierzu wird ein kurzes Drahtstück an der kleinen Leiterplatte angelötet.

Ich habe dann noch außen einen kleinen Pfeil angebracht, damit ich immer weiß, in welcher Betriebsart sich der Sender befindet (s. Bild).

Aufbau des USB2PPM Adapters

Der USB2PPM wird gemäß der Bauanleitung realisiert, allerdings entfällt der letzte Schritt (einlöten der dreipoligen PIN-Leiste für das PPM Signal). Stattdessen wird zum Anschluss an den Spektrum DXe eine 3,5 mm Klinkenbuchse im Experimentierfeld der Leiterplatte untergebracht (s. Bild).

Adaption USB2PPM for Spektrum DXe

Damit liegen dann alle Hardwarevoraussetzungen für den Aufbau der Fernsteuerung vor.

Download des Joystick2PPM Programms

Das Joystick2PPM Programm übernimmt die Auswertung der Joystick-Positionen und die Umsetzung in entsprechende Kommandos an den USB2PPM. Dieser wiederum erzeugt den PPM-Impulsrahmen als Eingangssignal für den Fernsteuersender. 

Das Joystick2PPM-Programm ist kostenlos im Microsoft App Store erhältlich.

Einstellungen und Inbetriebnahme

Verbinden Sie nun den USB2PPM Adapter und den Joystick mit Ihrem PC. Bei der erstmaligen Verbindung wird Windows 10 automatisch Treiber installieren und den Adapter einer COM-Schnittstelle zuordnen.

Nach Abschluss der Treiberinstallation starten Sie das Programm Joystick2PPM. Das Programm verbindet sich automatisch mit dem USB2PPM und dem ersten Joystick den es findet und stellt die verfügbaren Achsen und Schalter im linken Bildschirmteil dar. 

Nun können Sie beginnen, die Kanäle für Ihre Anwendung modellspezifisch zu konfigurieren. 

Für diesen Blog habe ich als Beispiel einen Blade INDUCTRIX Quadrocopter ausgewählt, aber Sie können natürlich auch andere Copter verbinden. 

Zur Konfiguration ordnen Sie nun auf der rechten Seite den einzelnen Kanälen der Fernsteuerung Bedienelemente des Joysticks zu (die Anleitung des Modells enthält möglicherweise Hinweise zur Zuordnung der Kanäle). Wenn Sie die Auswahlbox zu einem Kanal anklicken, werden Ihnen alle noch nicht zugeordneten Bedienelemente angezeigt und Sie können Ihre Auswahl für diesen Kanal durch anklicken treffen.

Sobald Sie eine Zuordnung vorgenommen haben, wird der aktuelle Wert für dieses Bedienelement auf die rechte Seite als Kanalwert übernommen. Die vollständige Konfiguration für meine Anwendung sehen Sie im folgenden Screendump.

 

Nun schalten Sie Ihre Fernsteuerung ein und stellen sicher, dass der Sender mit dem Fernsteuermodell „gepaired“ ist (Trainerschalter auf „aus“). Verbinden Sie nun, ohne den Fernsteuersender auszuschalten, den USB2PPM-Adapter mit dem Trainingskabel mit dem Fernsteuersender. Sobald Sie dann den Trainerschalter einschalten, können Sie Ihr Modell mit dem Joystick fernsteuern. Die Trimmung für die einzelnen Kanäle und eine eventuelle Servo-Richtungsumkehr nehmen Sie bei Bedarf am PC vor.

 

WLAN Modellfernsteuerung mit Arduino

Der Open Source Arduino Sketch arduinodtx implementiert die Bedieneroberfläche und die Bedienelemente für einen leistungsfähigen Modellfernsteuerungssender mit einem seriellen Kommandoausgang (PiKoder/SSC bzw. PiKoder/PPM kompatibel). Für die Kommandoübertragung zum PiKoder wird ein transparenter serieller Kommunikationskanal benötigt.

Soll WLAN als Übertragungsweg genutzt werden, dann kann ein solcher Kanal senderseitig mit einem ESP8266-01 Modul realisiert werden; als Empfänger kommt ein PiKoder/SSC wRX zum Einsatz.

In diesem Fall werden neben den Basiskomponenten wie Steuerknüppeln, Schalter, etc., die zum Aufbau des arduinodtx-basierten Fernsteuersenders erforderlich sind, ein Logic Level Umsetzer von 5 auf 3,3 Volt, zwei Jumper zur Umschaltung der seriellen Kommunikationsschnittstelle (UART-Multiplexer) und ein ESP8266-01 Modul benötigt wie im Beitragsbild dargestellt. Die Verdrahtung entnehmen Sie dem folgenden Schaltbild (die Signale mit gleicher Bezeichnung müssen verbunden werden, Signale in blauer Schrift sind mit den entsprechenden Arduino-Signalen zu verbinden):

Der Aufbau ist relativ einfach und sollte problemlos auf einem Prototyp-Board erfolgen können.  

Im nächsten Schritt ist der ESP8266-01 als Access Point mit seriellem Ausgang zu programmieren – die Beschreibung hierzu finden Sie im Blog ESP8266-01 Sketch für den PiKoder/SSC wRX. Wollen Sie den ESP8266-01 im „eingesetzten Zustand“ programmieren, dann müssen Sie die dargestellte Schaltung um einen Programmierteil erweitern:

Bitte beachten Sie auch die Jumperstellung für D0/D1. Zusätzlich sollte bei jeder direkten Kommunikation mit dem ESP8266-01 der Arduino „stillgelegt“ werden (RESET Leitung auf GND legen), so dass die Datenübertragung nicht gestört wird.

Mit dem erfolgreichen Abschluss der Programmierung des ESP8266-01, dem Umstecken der Jumper, Aufwecken des Arduino und einem Reboot ist die Modellfernsteuerung betriebsbereit. 

 

Ardupilot Mega Rover mit Smartphone fernsteuern

Überblick

In den typischen Anwendungen des Ardupilot Mega erfolgt die manuelle Kontrolle des Modells mit einer Modellfernsteuerung: der Empfänger bedient die Eingänge des APM mit PWM Signalen um sowohl die Bewegungen des Modells zu kontrollieren, als auch zur Auslösung von Sonderfunktionen und zur Umschaltung zwischen verschiedenen Flugmodi.

Wenn man den konventionellen Fernsteuerempfänger durch einen PiKoder-Empfänger wie den WLAN Empfänger PiKoder/SSC wRX ersetzt, dann kann der Ardupilot, beispielsweise in der Rover Konfiguration, über ein Smartphone gesteuert werden. Als Bedieneroberfläche können für diesen Anwendungsfall entweder die Android – Fernsteuerapps udpRC oder picCAR zum Einsatz kommen oder die im vorherigen Beitrag beschriebene Browser Oberfläche.

Realisierung

Zunächst wird der APM mit dem Mission Planer mit der ROVER – Konfiguration geladen; eine weitere Anpassung der Parameter war in meinem Fall nicht erforderlich.

Im folgenden Bild ist der sehr einfache Hardwareaufbau dargestellt.

Der PiKoder – Kanal 1 wird mit dem APM Eingang 1 (Steering) und der PiKoder – Kanal 2 mit dem Eingang 3 (Throttle) verbunden. An der Ausgangsseite wird die Standard-Rover-Verdrahtung verwendet (Lenkservo an Kanal 1, ESC mit BEC an Kanal 3). In dieser Konfiguration übernimmt der Ardupilot die Spannungsversorgung des Empfängers.

Der Ardupilot reagiert nicht auf PWM-Signale, die den typischen Bereich von ca. 1.000 – 2.000 µs unter- bzw. überschreiten. Von daher sind die Minimal- und Maximalwerte der Impulswerte des PiKoder/SSC, wie im folgenden Bild dargestellt, anzupassen.

Hierzu kommt das PiKoder Control Center (PCC) zum Einsatz wie im User’s Manual für den PiKoder/SSC wRX beschrieben.

Damit ist der Aufbau abgeschlossen; die Funktion der Apps ist in den Bedienungsanleitungen beschrieben.

Ausblick

Die Implementierung weiterer Konfigurationen und Funktionen ist inzwischen erfolgt und in die Android App udpRC4UGV eingeflossen, die in der Fortsetzung dieses Blogs beschrieben wird.

Da sowohl die Apps Open Source sind und das Empfänger-Protokoll offen gelegt ist, können natürlich auch eigene Modifikationen und Erweiterungen vorgenommen werden.