Electronica

 

Conexiones básicas de un Sistema FPV

Distribución Interna de la Electrónica …..Pronto!!

Eliminando Interferencias

Antenas VTX YAGI 9 Dbi

Reguladores

Alarma Fail/Safe

Micrófono

Luces

Modificar un servo para recorrido en 180º

Otros “a futuro” …..Pronto!!

 

Conexiones básicas de un Sistema FPV: En la parte de Audio y vides, estas conexiones, son de vital importancia para el perfecto funcionamiento del equipo en la cabina, se deben tener muy claro las polaridades, voltajes de trabajo, y consumos de cada componente, para hacer un cableado eficiente, agregar reguladores de tensión si corresponde. Cada equipo, trabaja a un voltaje determinado, por lo que es de vital importancia elegir bien los componentes y así ahorrar electrónica adicional como son reguladores de tensión, amplificadores etc.
Un ejemplo de conexionado con equipos de diferentes Voltajes.

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Este fue mi segundo equipo de TV, montado en 2.4 Ghz. En Audio y Video

Un conexionado mas básico de un sistema mas compatible con tensiones de trabajo similares y asi simplificar el conexionado lo pueden ver de manera esquemática aquí:

 

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Aquí ya pueden ver en colores como se conecta cada componente y así tener una idea del código de colores que a veces viene con los equipos.
Se puede apreciar que si todo trabaja en 11.1 o 12Volt, es llega y conectar con los colores correspondientes, en caso contrario se tiene que usar reguladores de tensión que adaptan las diferentes partes, e incluso usar reguladores con gran capacidad de corriente debido a que algunos dispositivos consumen mucha corriente de las baterías y los reguladores no siempre pueden manejar corrientes elevadas de mas de 1 Amper.

Pincha sobre la foto para ampliar.
Aquí ya pueden ver todo el conjunto implementado junto al Radio Control, se puede ver claramente que tanto el equipo de vides y RC están en frecuencias muy distintas para no interferirse entre si, en este caso el vides esta en 5.8 Ghz y el radio control en 72 Mhz

 

Distribución Interna de la Electrónica …..Pronto!!

 

 

Eliminando Interferencias: Mas de dos meses pase investigando las fuentes de interferencias en el sistema de radio del avión, que me hacían reducir el alcance de mis vuelos hasta el extremo de llegar a tan solo 300 metros y comenzaban las alarmas a sonar y provocando que el modelo pudiera destruirse por completo.

¿Que ocurrió?

Bueno mi tan rápido avance en mis equipos electrónicos implementados en el avión, me hicieron cometer algunos errores que casi me costaron la destrucción del modelo, a que me refiero con errores, como bien se sabe o mejor dicho como bien sabia pero no lo tome en cuenta (por la emoción de instalar mejoras en mi maquina) cada equipo electrónico instalado, emite señales que varían en el tiempo, que si no son controladas o investigadas previamente provocan que el alcance final del modelo se reduzca drásticamente,  debido a inducciones entre cables de alimentación o entre canales del receptor, lamentablemente muchas de estas señales solo se pueden ver con un instrumento llamado Osciloscopio que no tenia, por tener un elevado costo que hasta ese entonces no era capas de adquirir.
Los primeros test que me revelaron que algo ocurría, fueron los siguientes:
Avión a 1/2 metros del suelo en una plataforma de madera o sobre algo que no sea metal, conecte todo los equipos electrónicos (Receptor del Avión, Servos, ESC, Alarma Fail/Safe, Tx de video, Dakar, GPS, Ardupilot, censores de Corriente, reguladores de Voltaje etc. TODO, la antena del receptor del control de avión completamente estirada. Encendí mi radio con la antena del Trasmisor completamente abajo, voltaje que marcaba mi radio era 10v.
Comencé alejarme y a los 15 Mts, la alarma Failsafe comenzó a sonar, los servos trabajaban a ratos (ya que mi trasmisor era PCM en caso de interferencia los servos quedan en una posición programada o en la posición que dejaron de recibir señal si así lo quiero) gran decepción, comencé a quitar elementos, poco a poco, comencé por lo que ya había detectado que generaban muchas interferencias el Ardupilot o piloto automático, al quitarlo llegué a 30 metros antena abajo, luego desconecte el Dakar con el GPS y llegue a 50 metros, todas estas pruebas sin motor en marcha. Coloque algunos optocopladores y separe alimentaciones colocando otra pila adicional y algunos reguladores de voltaje para cada aparato electrónico. la cosa fue casi igual, no había mejoras notables.
Tan decepcionado estaba que decidí desmantelar mi avión y partir completamente de 0, dejando toda la electrónica adicional en una caja hasta nuevo aviso.
En alguna oportunidad Sergio00 del foro español me recomendó que tuviera mucho cuidado con los cables del ESC de alta (los tres cablecitos del acelerador electrónico que van al moto) en ese entonces cambie de posición el acelerador alejándolo del Receptor y no note mejoras, claro como iba a notar mejora si tenia mucho ruido electrónico de parte de todos los circuitos que tenia instalado, hasta ese entonces no le preste mayor atención y volví a dejar tal cuál el ESC en su lugar muy cerca del receptor del avión (gran error)
Al momento de quitar toda la electrónica decidí retomar el ESC y hacer pruebas, para ello testie dos aceleradores uno de la muy prestigioso marca Jety Advanced y uno completamente Chino (en ese entonces ya tenia en mis manos mi osciloscopio jejej), me lleve una sorpresa al ver que ambos ESC metían ruido electrónico, pero claro estando cerca del receptor del avión, al alejarlo un par de centímetros note una mejora notable, había llegado a 80 metros antena abajo, pero al acelerar a mas de 1/2 motor el alcance se reducía otra ves entre 50 y 60 mts.

Al paso del tiempo haciendo unas modificaciones que mostrare a continuación, fue que logre irme antena abajo sobre los 115 metros en tierra acelerando a Full sin perdida de tramas en el Receptor, no pude irme a mas porque no tenia mas espacio físico, pero la prueba fue un éxito total, teniendo en cuenta que el voltaje mas encima era 9.6V. en donde mi radio esta perdiendo potencia.
Bueno vamos por parte como dijo Jack el destripador y veamos lo que realice con el Acelerador o ESC.

Lo primero que realice es alejar lo mas posible el ESC del Receptor del avión, en esta primera foto verán que lo he puesto arriba, también verán que los cables de alta están extremadamente largos (gran error).

Como había leído a Sergio00 en uno de sus hilos, los cables de alta meten un ruido enorme, y claro que si porque cada cable envía trenes de pulso a muy alta frecuencia, que hacen que el receptor entre en fail/safe o meta interferencias, por lo que si quería mejoras había que entrar a picar como se dice por acá.
Desmantele mi ESC, en el vi un fitro muy pobre de tan solo 330 microfaradios, para el filtrado de la alimentación y cables muy largos de alta.
Aprovechando que era desmontado, cambiaria de filtros a dos de 470 microfaradios que en paralelo nos darian 940 microfaradios, modificaría los cables para adaptarlos a las nuevas distancias y aplicaría blindaje a todo el conjunto como mostrare a continuación.

ESC desmontado mostrando ambos lados

Aquí la aplicación de los nuevos Filtros en la entrada de alimentación

Ahora procedemos con el blindaje del cable de control, si es necesario redimensionando el largo de este cable según la posición del receptor con respecto el ESC, en mi caso tuve que alárgalo un par de pulgadas mas soldando a la placa una extensión mas larga.

El blindaje del cable de control consiste en hacer una Jaula de Farady que aislé los cables interiores de cualquier interferencia externa, enviando cualquier señal parásita a masa o negativo del sistema en donde es absorbida.
Para realizarlo se utiliza papel aluminio del que se usa en la cocina para los alimentos, es delicado pero cortado en tiras de 1/2 centímetro se puede ir enrollando con cuidado todos lo cables que se desee, pero importante una ves echo esto, debe salir desde el negativo un cable soldado que haga contacto con el papel aluminio dándole un par de vueltas y luego protegiendo el blindaje con cinta aislante, teniendo mucho cuidado que no quede ningún pedazo de papel aluminio en contacto con algún circuito.

Cable blindado protegido con cinta aislante negra, el acabado es casi perfecto
Ahora acortaremos los cables de alta lo mas posible, esta etapa es la mas complicada, ya que los cables de alta están esmaltados con barniz que hay que quitar antes de soldar, cada cable tiene varias hebras, cada hebra hay que ir lijándola una por una, también se puede ayudar quemando ls puntas con fuego, el barniz se derrite y luego es mas fácil de lijar, para luego soldar.
Es importante que cada cable quede soldado al ESC ya que cada cable representa una Bobina interna, si no hay conexión su motor no trabajara bien y perderá una considerable potencia.

Cables cortos entre motor y ESC

Una pequeña protección con cinta aislante antes de aplicar papel aluminio, de antemano hay que soldar un segundo cable desde el negativo del ESC para el blindaje de esta parte.
Antes de cerrar completamente el ESC hay que hacer pruebas de calentamiento y potencia con el, ya que si el ESC esta muy al limite de la corriente máxima consumida a plena potencia, se sobrecalentara y podrían destruir este dispositivo, en mi caso uso para el motor 2 celdas de Li-po 7.4 Volt por 2200 miliamperes, a potencia máxima con una hélice 6×3 consumo 12.5 Amperes, mi ESC es de 18, por lo que no sufre calentamientos y en estas condiciones he blindado completamente el ESC, al usar 3 Celdas mi amperaje supera los 19 Amperes por lo que fácilmente quemaría este ESC, así que tengan cuidado con eso antes de cerrar completamente el ESC.
Para medir el consumo en amperes pueden usar un Medidor de Potencia, y si no tienen, pueden hacer una prueba sencilla, acelerar a Full y esperar un minuto podrán ver que temperatura toma el ESC, si solo se entibia podemos blindar completamente este, como se muestra a continuación, en caso que tome mucha temperatura al extremo de quemar, es preferible aumentar a un ESC de mas amperaje.
El blindaje del ESC se muestra a continuación.

Aquí aplicando papel aluminio y desde el negativo un cable que conecta el blindaje.

Aquí ya esta el trabajo terminado, y en posición definitiva, también se pueden blindar los cables de alimentación (actualmente lo he realizado), pero tal cual como se ve en las fotos he eliminado completamente el ruido que este provoca al quedar los cables de alta muy cortos y completamente aislados con el blindaje o jaula de faraday.

 

 

Antenas VTX YAGI 9 Dbi: Después de haber visto el diseño de esta pequeña antena he quedado maravillado por su tamaño y fácil construcción, el usuario del foro español Aeromodelismovirtual Aerosim la ha publicado y me ha intrigado su diseño.. lo que me llevo a investigarla lo mas a fondo posible, construirla y hacer pruebas, que me llevarían una sorpresa enorme.
Las antenas Yagis son muy conocidas en TV, pero siempre el mito que son muy direccionales al parecer a ahuyentado a los usuarios de fabricarlas para nuestro hobby, bueno mas aun me intrigue debido a que el usuario la construyo y testeo a corto alcance pero no conoce mucho de ella, así que me puse manos a la obra, estudie un tiempo sobre ellas, realice algunos cálculos y me di cuenta que no hay un diseño estricto sobre ellas y esta antena en particular no se regia por ninguno que estudie, así que no me quedo mas que realizarla lo mas fiel al diseño original que a l ver la figura le faltaban muchos datos, que con algunas fotos y estudio solucione en el camino.
Aquí muestro el diseño sacado de un catalogo Japonés con algunas medidas para su fabricación.

Luego me puse a buscar en la web a ver si encontraba el diseño original, Aerosim me envió algunas fotos y el resto del documento, pero lamentablemente estaba en Japonés, tenia perfectamente claro que era para 1200 mhz así que eso me ayudo a acotar ciertos criterios de diseño y calculo de distancias para ir comprobando algunas cosas. Algunas fotos encontradas por la web pueden verlas aquí:

De algunas de estas fotos pude ir sacando medidas luego de hacer un formato aproximado a tamaño real, y llegué a los valores medidos que mas abajo daré y que servirán para sacar un factor que sirva para hacer este tipo de antenas en cualquier frecuencia que se requiera.
Para que entendamos un poco como se compone una antena Yagi les describiré sus componentes:

Del diseño original de la primera foto tenemos las dimensiones de los elementos y separación entre ellas, pero no tenemos el tamaño del plano de tierra en donde se sueldan los elementos, ni tampoco el tamaño del Balum, ni el diámetro del cable usado, tampoco si el dipolo por detrás tenia que ir soldado y botado, ya que en todo los diseños que conocía de estas antenas, en ninguna se veía como en las fotos de arriba.
La Yagi al usar un dipolo doblado como se ve en las fotos, la impedancia sube a unos 300 Ohm, lo cual tiene que adaptarse a través de un Balum para poder ajustarla a la impedancia de 50 Ohm que tienen los Video Trasmisores, por lo que sus medidas eran necesarias, pero no estaban en ningún lado, solo se veía que usaban una lamina de cobre de un grosor X y separada a distancia X, así que me aventure a hacerlo de dos materiales cobre desnudo y un coaxial RG174, que había visto en otros diseños encontrados en la web, y distintas medidas de plano de tierra y diámetros del alambre para los elementos.
El resultado dos antenas listas para un test:

El tamaño del Balum lo aproxime según el diseño original dando un largo de unos 7.6 cm. explicado mas abajo.
El tamaño del Plano de Tierra lo varié en ambos casos para comprobar en terreno si afectaría al desempeño, usando un rectángulo
de 1,8 x 20 cm y en el otro 2,3 x 20 cm. usando una placa de circuitos impresos, usadas en electrónica.
Esperamos el fin de semana y con mi amigo y partner de FPV Jaime Cofre, nos distanciamos en ambos extremos de la ciudad en unos cerros que tenían una distancia entre si de 9.5 km. distancia calculada con el Google Earth como muestro a continuación.

El día sábado 28 de Mayo se realizaron las pruebas, el día estaba completamente nublado y con una densa neblina que no dejaba ver a mas de 100 metros, Jaime con su avión y el Trasmisor en un extremo y yo con la antena receptor y grabador en el otro extremo, nos comunicamos vía Celular y encendimos los equipos y procedimos a grabar las pruebas.
Para verificar que pasaría con la antena original omnidirecional, la coloque en el receptor de video y a ratos saltaba algo de señal pero era prácticamente 0 era imposible distinguir alguna señal que diera evidencia de enlace, así que la quitamos y colocando la primera Yagi, e inmediatamente me lleve una sorpresa, la imagen lograda era Nítida, como si estuviera al lado del avión, como se puede ver en estas capturas sacadas de los videos de prueba.

Capturas de pantalla en NTSC y PAL

Realizamos varias pruebas con ambas antenas y los resultados a simple vista eran iguales con ambas antenas, nos cambiamos a cada canal de los 8 del Vtx y la imagen seguía en pie perfecta, logramos sacar un ángulo aproximado de unos 110º en la horizontal en donde en los 90º la imagen era muy buena y de ahí en adelante se deterioraba rápidamente, sorpresa mayor que este tipo de antena lograra tal ángulo.
En donde si era muy critica era en el ángulo Vertical no nos dio mas de 25º a esa distancia.
Aquí muestro las frecuencias probadas en terreno, en donde se puede apreciar la frecuencia real medida por un contador de frecuencia.

La posición de la antena con respecto al suelo tenia que ser en polarizacion Vertical para que enlazara correctamente con la omnidirecional del avión como muestro en la siguiente Foto:

Como pudimos comprobar la antena funciona de maravillas para la frecuencia de 1200 MHZ testeada con el Trasmisor de 1.3 Ghz a una potencia de 800 miliwatt.
Un detalle importante es saber la frecuencia de resonancia de esta antena, y según el tamaño del dipolo ronda los 1160 Mhz, y comprobamos posteriormente con el Lince que funciona correctamente dos canales sobre y dos canales bajo la frecuencia de resonancia, para este Trasmisor en particular, serian  el canal 4,5,6,7 y 8 , en los canales superiores no se pudo calibrar.
También debo aclarar que como no se tiene instrumentos para poder medir correctamente la antena, no es recomendable que la instalen en le Trasmisor de video, ya que aquí una mala adaptación de impedancias podría quemar el trasmisor, pero esto no ocurre en el receptor por lo cual se puede probar con seguridad sin riesgo de dañarlo.
Ya se han hechos muchos vuelos y los resultados han sido satisfactorios en todo sentido, así que animamos a probar su diseño con seguridad.
Con la ayuda de AutoCad diseñamos la antena a tamaño real con sus medidas de todos los elementos que no estaban en la original para quienes quieran desarrollar y probarla,  además he puesto el factor a aplicar según la longitud de onda para otras frecuencias, y así construir la antena en otras frecuencias para los diferentes video trasmisores que existen en el Mercado.
Para este ultimo efecto solo tienen usar un poco de matemática y saber en que frecuencia quieren trabajar, usando los valores que daré, las medidas obtenidas serán en milímetros, un ejemplo para esta Antena seria:
Lamba es la Longitud de onda, y que es igual a:

Frecuencia (en Mhz)   F = 1200 Mhz
Velocidad de la Luz    C = 300.000 Km/Sg.
Por lo tanto Lamda seria   L = 250 mm

Ahora para sacar el Largo del Balum tenemos que aplicar la siguiente Formula:

L = Longitud de onda (para 1200 Mhz es 250 mm)
vf= Factor de Velocidad ( para este caso es 0.6085)

Por lo tanto:
BALUM = ( 250 / 2 ) x 0,6085 = 76 mm

Para aclarar un poco mas los datos descritos aquí, el Largo del Balum usa la mitad de la longitud de onda debido al dipolo doblado, y el Factor de velocidad usado es:

 

Donde   = constante dialéctica del material aislante que separa los conductores, en este caso en la placa de circuitos impresos, es la Baquelita, que tiene una constante dieléctrica = 2.7 al realizar la operación matemática:
VF= 0.6085
Cabe destacar que este valor es diferente para otro material usado, recordando que algunas placas de circuitos se hacen en fibra de vidrio.
En otros diseños de Yagis usan un Balum de Cable RG, y cada cable tiene un material aislante diferente, por lo tanto su constante dialéctica será distinta, como su Factor de Velocidad.
Observando el diseño de la antena, en este caso particular el Balum es cobre puro (lamina de cobre), que llega al dipolo, pero entre este conductor y el plano de tierra (en donde se sueldan los elementos) existe el material aislante que en este caso es la Baquelita.
Por otro lado si no quieren colocar la antena directo el Receptor de videos, tendrían que usar algún tipo de cable RG, solo habrá que asegurarse de usar alguno de baja perdida como son los RG174 en adelante, y tratar de usar la menor cantidad de cable, para minimizar las perdidas que provocan por cada metros utilizado.
Se a puesto una solución sencilla que eliminara esta perdida, debido que el conector de la antena (soldado al plano de tierra) ira directo al Receptor de video.

Antena con todas sus medidas para una F = 1200 Mhz

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Vista Frontal y Posterior

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Reguladores: Pequeño y simple circuito construido con algún 7805 de 3 pines que se encarga de regular un voltaje de menos de 20 volt a una salida de 5 volt que algunos equipos requieren para funcionar, su capacidad es de máximo 1 Amper de corriente y hay que montarlo en algún disipados por la temperatura que alcanza.

Otro regulador útil, es alguno que sea variable, así podemos seleccionar el voltaje mas adecuado a los componentes que tengamos, aquí usamos un LM317 o similar con el siguiente circuito.

Un ejemplo practico que yo uso para alimentar mi OSD DAKAR es este pequeño regulador que re-utilice de antiguas placas de montaje superficial que rescate de algún equipo viejo y monte sobre una placa de cobre, minimizando así el tamaño y peso.

 

 

 Alarma Fail/Safe: Les dejo una gran ayuda para los que tiene un sistema 2.4, PCM o PPM con programación Fail/Safe para sus radios, este circuito es muy censillo y lo diseñe para obtener una alarma que permita saber cuando la radio entro en perdida de señal, hay que programar el pequeño Chip con el programa y soldar un par de pines y ya esta, funciona programando la radio a que entrando en Fail/Safe el canal a usar tome el valor máximo de recorrido, esto lo entenderá el circuito para que comience a sonar la alarma.

 

 

 

Alarma Terminada

Programa en HEX listo para Grabar el Microcontrolador DESCARGAR AQUÍ
Programa en Assembler para los que quieran ver como funciona el programa,  DESCARGAR AQUÍ

Como dato referencial un Servo Motor funciona con PWM o modulación por ancho de pulsos, eso quiere decir que un pequeño pulso al que se le regula su ancho, controla la posición del servo.

Aquí pueden ver que mientras mas pequeño es el pulso el servo tendera a  un extremo que en este caso es 0º, ya medida que aumenta este pulso, ira al otro extremo de 180º marcado en el diagrama.
La alarma detecta cuando esta en uno de los extremos y activa una rutina de pulsos que están en el espectro audible dentro de los 3 a 5 khz de manera intermitente, y que salen a través del Buzz o parlante para ser escuchados por el Micrófono que nos trae el audio a tierra.

 

 

Micrófono: un pequeño circuito pre-amplificador para un micrófono electrolítico de fácil construcción, nos permitirá capturar desde el avión los sonidos importantes como son el Motor y el Viento, se alimenta sin problemas entre 6 y 12 volt. Y su consumo es muy bajo.

Vista del Micrófono y la Alarma F/S.

Luces: Las luces pueden ayudar a la orientación si se quiere realizar un vuelo nocturno, ya que esta pensado para que el copiloto, tenga siempre vista del modelo a medida que se aleja.
Simples LED de alto brillo de un voltaje de trabajo de 3.4 Volt con una resistencia en serie de 220 Ohm son suficiente para ser alimentados por una celda de una Lipo que pueda sobrar de algún pack malo. Se pueden conectar varias en Paralelo como muestra la figura:

Aquí decidí por iluminar la parte de abajo del modelo, pero en cada y en el estabilizador.

LED marcando la polaridad del pin Positivo o rojo de la Batería, descrito como +

Como pueden ver en una noche oscura estas luces pueden verse fácilmente a mas de 1 KM de distancia.

Modificar un servo para recorrido en 180º: Siempre que se tenga habilidad en manualidades, a veces es mas facil intervenir un servo para dale un recorrido total de 180º, esto quiere decir 90º para cada lado, desde el centro.
Hay que colocar dos resistencias en los extremos del potenciómetro de control de movimiento que viene debajo de los engranajes, estas resistencias van hasta un máximo de 2.2 Kilo Ohm, aquí hay que probar algunos valores e ir viendo con la radio cuanto va extendiendo, pero hay que tener mucho cuidado, ya que el servo tiene un tope pasado los 90º desde el centro para cada lado, para no dañar este potenciómetro, y por ello no es recomendable usar valores mayores a 2 Kilo Ohm.

Otros “a futuro” …..Pendiente