Quadrocopter WiiCopter - detaillierte Bauanleitung

Hallo WiiCopter-Fans!

hier entsteht eine schrittweise Bauanleitung für einen Wii Quadro Copter für FPV.


Ein Bericht von Heiko Mey und Stefan B.


Quadrocopter WiiCopter

Tricopter, Quadrocopter bzw. Multicopter erfreuen sich immer größerer Beliebtheit.
Der Franzose Alexandre Dubus aus Paris hat in diesem Bereich ein einzigartiges Projekt auf die Beine gestellt. Ursprünglich wurden die Sensoren der Nintendo Wii Motion Plus und des Nintendo Nunchuks verwendet, deshalb auch der Name WiiCopter. Was mit einem Tricopter begann ist nun ein Multicopter Projekt, das vom Tricopter bis zum Hexacopter verschiedene Copterarten abdeckt.
Seine neue Internetseite befindet sich inkl. eigenem Forum hier: www.multiwii.com

Die Entwicklung der Wii Plattform schreitet schnell voran. Eine Kamerastabilisierung wurde bereits implementiert, aber auch auch GPS und Ultraschallsensoren stehen auf der Entwicklungsliste. Gerade aber eben aus diesen Gründen ist der MultiwiiCopter für FPV sehr interessant. Die geringen Kosten für eine fertige Steuerungsplattform und die stetig wachsende Community sind noch ein weiterer großer Vorteil.


Wir haben uns entschieden einen Wii Quadro Copter im X-Modus als FPV Plattform aufzubauen und Euch eine Step-by-Step Anleitung zu liefern.
Der Quadrocopter hat im Vergleich zum Tricopter den Vorteil, dass wir keine Mechanik brauchen und somit der Copter mit einfachsten Mitteln aufzubauen ist.
Der X-Flugmodus ist aufgrund der Kameramontage zu bevorzugen, damit wir das Immersionsgefühl in vollen Zügen genießen können.



1. Komponenten - Einkaufsliste

Wir behandeln im Baubericht nur die Hauptkomponenten zum Bau eines FPV Wii Copters. Als Fernsteuerung, für einen Standard Wii Copter, wird mindestens eine 4 Kanal Anlage benötigt. Für unseren Bericht wird jedoch eine Fernsteuerung mit mind. 5 Kanälen verwendet. Damit können wir mittels Schalter zwischen "head holding" und "ACC"-Modus wechseln.

Zu erst steht natürlich einmal Einkaufen am Plan.
Die Wahl der richtigen Komponenten spielt eine entscheidende Rolle. Hier wird bereits entschieden ob das Projekt gelingt oder scheitert.
Wir haben uns für die 450-500mm Copterklasse mit einem Gewicht von 800-1000g entschieden.
Der Copter ist für einen 3s1p 2200mAh Lipo ausgelegt, welcher der klassische FPV Lipo für viele Flugobjekte sein sollte. Wir haben einen 40C Lipo verwendet, damit wir die fast 600W bei Vollgas zur Verfügung stellen konnten. Grundsätzlich reicht aber auch ein 20-30C Lipo, da ein Copter im FPV Einsatz meistens nicht im Vollgasbetrieb durch die Gegend gescheucht wird.
Der Copter kann ohne Probleme noch eine Foto- oder Videokamera, wie zum Beispiel die beliebte GoPro HD, tragen.

Für die Steuerungsplatine haben wir uns für die Jussi Platine von Jussi Hermansen aus Dänemark entschieden. Sie ist relativ günstig, sehr kompakt und von den Abmessungen her kompatibel mit den Standardplatinen wie MK, Plejad, … .
Weiters hat man alle benötigten Anschlüsse vorbereitet und kann die verschiedensten Sensoren verwenden.

Bei den Sensoren wurden für die Gyroskope die „original“ Nintendo Wii Motion Plus verwendet, da nur bei dieser die problemlose Funktion gewährleistet ist. Wegen ein paar Euro sollte man hier auch keinen Fall eine billige Kopie kaufen.
Beim Beschleunigungssensor haben wir uns jedoch für den BMA020 von ELV entschieden. Er ist günstiger, kleiner und genauer als der Nintendo Nunchuk.

Für die Spannungsversorgung der Platine und Sensoren haben wir einen eigenen Recom Schaltregler verwendet. Dieser garantiert eine störungsfreie und gleichmäßige Spannungsversorgung.

Beim Rahmen kann man sich entweder selbst einen Rahmen bauen oder einen fertigen Bausatz kaufen. Hier ist es jedem selbst überlassen, was für eine Wahl er trifft. Man sollte nur auf folgende wichtige Punkte achten:
- möglichst steif, damit die Regelung später gut funktionieren kann
- nicht zu schwer, weil höheres Gewicht die Flugzeit stark reduziert
- stabil, damit als Anfänger nicht bei der ersten härteren Landung ein Totalschaden entsteht
Gerade für den Anfänger prädestinieren sich hier die Rahmen mit 10x10x1mm Baumarktaluauslegern.

Beim Antrieb verwenden wir günstige, aber dennoch gute Hobbyking Produkte. Zum einen den relativ effizienten Turnigy 2213-20 Motor und die sehr günstigen HK SuperSimple 18-20A Regler. Eine gute Alternative für die HK SS Regler sind die qualitativ höherwertigen Turnigy Plush 18A oder 25A Regler.
Mit der passenden Programmierkarte kann man bei den Reglern schnell die passenden Parameter einstellen.
Grundsätzlich sollte man gleich einen Motor und einen Regler als Ersatz zusätzlich mitbestellen, damit man im Reparaturfall schnell wieder in der Luft ist.

Bei den Propellern sollte man auf jeden Fall die höherwertigen MaxxPro EPP1045 oder die etwas günstigeren Gemfan SF1045 Propeller verwenden. Man benötigt jeweils 2x links und 2x rechts laufende Propeller für einen Quadrocopter. Man sollte sich auch hier mehrere Propeller auf Lager legen. Gerade als Anfänger hat man hier einen etwas größeren Verschleiß.
Von den GWS 3-Blatt oder auch den neuen GWS 2-Blatt Pusher und Puller Propellern rate ich ab. Erstere sind aufgrund ihres Gewichtes und des Problems des Wuchtens nicht ideal. Zweitere sind generell sehr schlecht verarbeitet und nicht für unsere Zwecke zu gebrauchen.

Alle restlichen benötigen Komponenten sind in der Einkaufsliste kurz beschrieben.
Ihr könnt die Liste einmal als PDF und einmal als interaktive Excel Liste herunterladen. Bei der Excel Liste hat man eine schöne Übersicht über die Bestellvorgänge und auch eine Kostenübersicht.

aktueller Stand: 04.09.2011
Anhang anzeigen Einkaufsliste WiiCopter - (c) FPV-Community.zip
Anhang anzeigen Einkaufsliste WiiCopter - (c) FPV-Community.pdf


2. Vorbereitung - Wii Motion Plus Sensor

Wir müssen nun aus dem Nintendo Wii Motion Plus Gerät die benötigte Platine ausbauen.



1. Öffnen des Gehäuses
Mittels eines Schlitzschraubenziehers die beiden Schrauben lösen. Alternativ kann man die Schrauben einfach ausbohren.












2. Platine herausnehmen
Die beiden weißen Plastik-Krallen nach innen drücken und Platine vorsichtig herausnehmen.






3. Stecker abtrennen
Von beiden Steckern die Kabel durchtrennen



4. Nunchuk Kabel entfernen
Das Flachbandkabel mit der Schere in die einzeln Adern zerschneiden. Anschließend die einzelnen Adern ablöten. Dazu einfach das Board auf den Rücken drehen. Von unten an einer einzelnen Ader mit einer Pinzette anziehen und von oben mit dem Lötkolben auf den Lötpunkt heizen.





5. Wii Motion Kabel entfernen
Den weißen Stecker mit einem Seitenschneider der Länge nach in der Mitte aufzwicken, so dass die Kontakte offen liegen.





Anschließend die einzelnen Kabeln ablöten. Dazu einfach das Board auf den Rücken drehen. Von unten an einem einzelnen Kabel mit einer Pinzette anziehen und von oben mit dem Lötkolben auf den Lötpunkt heizen. Anschließend lässt sich der letzte Rest des weißen Steckers entfernen.



6. Kontakte neu verlöten
Alle Kontakte noch einmal neu mit Lot verzinnen und die Lötstellen auf Lötbrücken untersuchen (Vorder- und Rückseite).




7. Kabel anlöten
Es werden nun die 4 farbigen Kabel mit ca. 3cm Länge an den richtigen Kontakten angelötet. (siehe Foto)
Anschließend Lötstellen reinigen (z.B.: Nitroverdünnung) und auf Lötbrücken untersuchen.





8. Schaumstoff ankleben
Auf die Unterseite der Platine den doppelseitigen Klebeschaumstoff anbringen




9. Fertiger Sensor



3. Vorbereitung - BMA020 Sensor

Der BMA020 Beschleunigungssensor von ELV ist bereits auf einem Breakoutboard.






1. Kabel anlöten
Verzinnt nun die Lötpads von CSB und UIN.




Dann das Verbindungskabel von CSB nach UIN anlöten.



2. Kabel anlöten
Verbindungskabel von UNI nach UPullUp anlöten (Bezeichnung der Pins auf der Rückseite der Platine).



3. Verbindung löten
Eine Lötbrücke von SD0 zu GND löten.



4. Kabel anlöten
4 farbige Kabel mit ca. 3cm Länge an die richtigen Kontakte anlöten. (CSB, SCK, SDI, GND - siehe Foto)





Anschließend Lötstellen reinigen (z.B.: Nitroverdünnung) und auf Lötbrücken untersuchen.



5. Schaumstoff ankleben
Auf die Unterseite der Platine den doppelseitigen Klebeschaumstoff anbringen


6. Fertiger Sensor





4. Vorbereitung - Signalgeber

1. Kabel anlöten (Polung achten)
Schwarzes und rotes Kabel an Signalgeber anlöten.

WiiCopter_Signalgeber_01

2. Servostecker crimpen
Servostecker ancrimpen und auf 2 Pins zuschneiden.

WiiCopter_Signalgeber_02

3. Fertiger Signalgeber

WiiCopter_Signalgeber_03


5. Zusammenbau - Steuerungsplatine

Wir verwenden in unserem Bericht die Version v1.11 (grüne Platine). Diese hatte jedoch einen kleinen Fehler. Deshalb ist die aktuell erhältliche Version bei Jussi, die Version 1.2 (schwarze Platine). Diese ist identisch mit unserem Bericht aufzubauen.

Nun beginnen wir mit der Steuerungsplatine, das Herz jeden Copters.
Dazu müssen wir die ganzen bedrahteten Bauteile auf die Platine löten.
Auf der Platine ist die jeweils die Bezeichnung des passenden Bauteils aufgedruckt. Es ist insbesondere bei den Kondensatoren auf die Polung zu achten.






1. Einlöten der Widerstände R1 bis R6
R1=R2= 4,7kOhm - PullUp Widerstände
R3= 16,9kOhm - Spannungsteiler Akku Spannungsmessung
R4= 6,8kOhm - Spannungsteiler Akku Spannungsmessung
R5=R6= 300Ohm - LED Vorwiderstände




2. Einlöten des 3,3V Spannungsreglers (auf Polung achten)




3. Einlöten der Kondensatoren C1 bis C3
C1 = 2,2µF Tantal Kondensator (auf Polung achten!) - Filterung 5V
C2 = 0,1µF Keramik Kondensator (Polung egal) - Filterung 3,3V
C3 = 0,1µF Keramik Kondensator (Polung egal) - Filterung Spannungsmessung

Die blauen Kondesatoren haben hier den Wert von 0,1µF (Beschriftung auf dem Bauteil ist 104)



Der gelbe Kondesator hat den Wert 2,2µF. Hier auf die Polung achten! Im Bild ist gut die Plus-Leitung zu sehen.



4. Einlöten der LEDs (auf Polung achten)
Alarm Led - rote Led
Status Led - grüne Led
Bei beiden Leds ist das kurze Bein der Minus Anschluss, auf der Platine befindet sich dieser am Boardrand.




5. Lötbrücke statt der Diode
Normalerweise wird an diese Stelle eine Diode eingelötet. Damit wird die Spannung auf ca. 4,2V reduziert und ebenfalls das I2C Spannungslevel auf 3,3-3,6V verringert. Dadurch kann man auch 3,3V I2C Sensoren am selben I2C Bus ohne LLC (Logic Level Converter) anhängen. Unsere zusätzlich verwendeter BMA020 hat jedoch bereits einen LLC eingebaut und somit kann die WiiM+ und der BMA020 direkt mit den 5V versorgt werden.
Dazu löten wir eine kleine Drahtbrücke als Verbindung der beiden Diodenpads.




6. Lötbrücken
Bei der Version v1.11 und v1.2 der Platine müssen noch 2 Lötbrücken gesetzt werden. Das Arduino hat nur eine begrenzte Anzahl an Ein- und Ausgängen. Man muss sich entscheiden, ob man die beiden Pins als Motorausgang 5 und 6 oder als Eingang für den Empfänger nimmt. Das heißt man benötigt für einen Hexacopter einen Empfänger mit PPM Ausgang.
Wir setzten die beiden Lötbrücken über alle 3 Pads. Somit ist eine Änderung an der Platine im Nachhinein nicht mehr notwendig. Die Auswahl wird somit über die von uns angesteckten Komponenten bestimmt. (entweder Empfänger Eingänge oder Motorausgänge)




7. Ardunio Stiftleisten anlöten
1x6 Pins abgewinkelte Stiftleiste an das Arduino anlöten.






8. Präzision-Stiftleisten anlöten
2x12 Pins und 1x2 Pins Präzisionsbuchsenleisten und 1x12 Pins, 1x11 Pins und 1x2 Pins Präzisionsstiftleisten vorbereiten.
Die Buchsenleisten werden in die Jussi Platine gesteckt. Anschließend werden die Stiftleisten mit der kegelförmigen Seite in die Buchsenleiste gesteckt. Dabei bleibt der äußerst rechte Pin ("raw") der unteren Buchsenleiste frei.
Die Arduino Platine wird auf der oberen flachen Seite der Stiftleisten platziert und verlötet.
Am besten lötet man je einen Pin am Anfang und am Ende der Platine an, damit diese fixiert ist. Anschließend erst die restlichen Pins.






9. Präzision-Buchsenleisten anlöten
Die Platine wird mit dem „Turm“ umgedreht und von unten verlötet.




10. Servo- und Buzzer-Stiftleisten anlöten
2x3 Pins und 2x2 Pins gerade Stiftleisten an zugehörigen Stellen anlöten. (siehe Foto)




11. Empfänger-Stiftleisten anlöten
1x3 Pins und 1x4 Pins gerade Stiftleisten an die Empfängereingangsanschlüsse anlöten.




12. Motor-Stiftleisten anlöten
1x6 Pins abgewinkelte Stiftleiste von unten an die Motorausgänge anlöten. Die Stiftleiste ist jedoch an der Anschlussseite zu kurz. Wir ziehen somit das schwarze Plastikleiste von den Pins ab und montieren sie auf der anderen Seite. Somit erhalten wir einerseits eine längere Anschlussseite und andererseits eine kürze Pinseite für die Platine. Diese sollten nämlich nicht an der Oberseite der Platine herausstehen.





13. I2C-Stiftleisten anlöten
1x5 Pins abgewinkelte Stiftleiste von unten an die I2C Anschlüsse anlöten. Wir wechseln auch hier wie bei Punkt 12. die Seite der schwarzen Plastikleiste.





14. Stromversorgungskabel anlöten
Ein Kabel vom + Anschluss von Motor 6 zum VCC Anschluss anlöten.




15. Spannungswandler anlöten (auf Polung achten)
Den 5V Recom Regler auf der Oberseite der Platine anlöten. Plus und Minus Anschlüsse von Motor 5 verwenden. (siehe Foto - Beschriftung vom Recom zeigt Richtung M6)
Die Pins müssen dazu etwas gekürzt werden und der freiliegende äußere Pin nach vorne Richtung M6 gebogen werden.





16. Stromversorgungskabel anlöten
Ein Kabel vom Recom zum Bat + Anschluss anlöten.




17. Kabel anlöten
Ein rotes und ein schwarzes Silikonkabel an Bat + und - Anschluss anlöten. (ca. 10cm)




18. Elektrolyt-Kondensator anlöten (auf Polung achten)
330µF ELKO auf der Oberseite der Platine anlöten. Plus und Minus Anschlüsse von Motor 1 verwenden. (siehe Foto)




19. Keramik-Kondensator anlöten
0,1µF Keramik Kondensator auf der Unterseite der Platine anlöten. Plus und Minus Anschlüsse von Motor 1 verwenden. (siehe Foto)




20. Heißkleber Sicherung
Mit Heißkleber den Recom und die Kondensatoren an die Platine ankleben, damit diese zusätzlich gegen Vibrationen gesichert sind. Zusätzlich noch die Kabel aus Schritt 14 & 16 & 17 mit Heißkleber sichern.





21. Wii Motion Plus Sensor montieren
Den Sensor ausrichten und mittels des Klebeschaumstoffs ankleben. Anschließend die 4 Kabel an den richtigen Kontakten anlöten. (siehe Foto)




22. BMA020 Sensor montieren
Den Sensor ausrichten und mittels des Klebeschaumstoffs ankleben. Anschließend die 4 Kabel an den richtigen Kontakten anlöten. (siehe Foto)






23. Verbindungsstecker anbringen
Am schwarzen und roten Silikonkabel den Minideanstecker anlöten.

WiiCopter_Platine_23


24. Fertige Platine

WiiCopter_Platine_24



6. Zusammenbau - USB Adapter

Grundsätzlich ist der USB Adapter schon Plug & Play. Wir bauen uns jedoch zusätzlich einen Adpater, damit die Spannungsversorgung vom Computer über USB und die Spannungsversorgung des Copters über den Recom nicht zusammengeschlossen werden. Dies kann nämlich zur Zerstörung von Komponenten führen.

1. Adapter bauen
1x6 Pins Stiftleiste und 1x6 Pins Buchsenleiste zusammenlöten. Zuvor jedoch den 5V Pin mit einem Seitenschneider abtrennen.




2. Beschriftung Adapter
Den erstellten Adapter oben und unten beschriften und mit Schrumpfschlauch sichern.

WiiCopter_USB_02


3. Beschriftung Platine
Den USB Adapter ebenfalls beschriften und mit Schrumpfschlauch sichern.

WiiCopter_USB_03


4. Fertiger USB Adpater





7. Zusammenbau - LCD Adapter

Der LCD Adapter ist nicht zwingend notwendig. Er erleichtert einem aber das Einstellen der Werte direkt am Platz ungemein. So kann man ohne Computer schnell die PID Werte anpassen und sofort die geänderten Einstellungen testen.
Deshalb verwenden wir diesen auch in unserem Bericht, da er eine wirkliche sinnvolle Erweiterung ist.

1. Servokabel anlöten
Am LCD wird bei den 3 Kontakten (+5V, RX und Gnd) das Servokabel angelötet.

WiiCopter_LCD_01

2. Adapter bauen
1x6 Pins Buchsenleiste an das Servokabel löten (siehe Foto). Anschließend oben und unten beschriften und mit Schrumpfschlauch sichern.

WiiCopter_LCD_02

3. LCD vor äußeren Einflüssen schützen
LCD mit Schrumpfschlauch sichern. (alternativ in ein Gehäuse einbauen)

WiiCopter_LCD_03

4. Fertiger LCD Adapter

WiiCopter_LCD_04

8. Zusammenbau - Rahmen

Wir verwenden beim Rahmen zum einen einen fertigen Bausatz Rahmen mit gefrästen GFK Teilen von Micha. Dieser ist aufwendiger verarbeitet und hat ein ansprechenderes Design.
Zum anderen verwenden wir auch einen äußerst stabilen Rahmen mit einem Alu Core von Mashu.
Beide Rahmen verwenden 10x10x1mm Baumarktaluausleger, die man selbst erstellen muss. Für Mashus GFK Teile sind die benötigten Teile in der Einkaufsliste. Michas Rahmen ist bis auf die Aluausleger ein Komplettbausatz.

Foto Micha Rahmen Bausatz
Foto Mashu Rahmen

Bei der Erstellung der Aluausleger sollte man beim Bohren der Löcher möglichst genau vorgehen. Sprich alle Löcher ankörnen und von jeder Seite bohren.
Der gewünschte Achsabstand kann über die Auslegerlänge frei gewählt werden. Minimum ist natürlich über den Propeller vorgegeben, da dieser sonst den Turm in der Mitte rasiert.
Grundsätzlich sollte man einen möglichst kleinen Achsabstand anpeilen, da man hier viel Gewicht einsparen kann. Zudem wird mit einem kleinerem Achsabstand der Copter auch sehr wendig. Für Foto und Videocopter bzw. Anfänger, kann der Achsabstand somit ruhig etwas größer sein. (ca. 500-600mm)
Ich habe bei Michas Rahmen eine Auslegerlänge von je 200mm verwendet, womit ein sich ein Achsabstand von 425mm einstellt.

Foto Copter Stefan

Heiko verwendet bei Mashus Rahmen eine Auslegerlänge von je XXXmm verwendet, womit ein sich ein Achsabstand von XXXmm einstellt.

Foto Copter Heiko


9. Vorbereitung - Antrieb

Nachdem der Rahmen zusammengebaut ist, kann man Motor und Regler einmal testweise platzieren. Anschließend schneidet man die Kabel an den entsprechenden Stellen ab und lötet an den Motoren und Reglern 2mm Goldkontakte an. Dies erleichtert zum einen den leichten Austausch eines Motors oder Reglers bei Defekt, zum anderen kann man die Drehrichtung der Motoren durch einfaches Umstecken der Goldkontakte durchführen.
Am Regler wird zusätzlich an der Akku Seite der passende Minideansstecker angelötet.
Das Servokabel des Reglers sollte ebenfalls gekürzt werden, damit nicht zu viel unnützes Kabel am Copter mitgeführt wird. Zudem herrscht an einem Copter meistens Platzmangel.
Weiters sollten die Madenschrauben an den Motoren mit Loctite blau erneut eingeschraubt werden. Auch die Propellerflansche werden mit Loctite am Motor angeschraubt. Es sollten die Motoren genauestens begutachtet werden. Ich habe bei meinen Motoren ein paar Lotkugeln im inneren gefunden. Dies könnte im Flug fatale Auswirkungen haben.

Foto Motor
Foto Regler

Einer der wichtigsten Punkte bezüglich Antrieb, ist das korrekte Wuchten von Motor und Propeller. Vibrationen sind der Feind jeglicher Copterregelung und sollten auf ein Minimum reduziert werden.
Der Propeller kann mittels verschiedener Gerätschaften gewuchtet werden. Dazu kann man entweder an der schweren Propellerseite etwas abschleifen oder gegenüber einen kleinen Tixostreifen ankleben.

Foto Propeller

Für Fotocopter empfiehlt es sich sogar den Motor selbst zu wuchten. Dazu wird der Motor am Ausleger montiert und ohne Propeller gestartet. Man klebt dann so lange kleine Klebestreifen außen auf die Motorglocke, bis die Vibrationen minimal sind.

Der HK SuperSimple Regler muss noch mit der Turnigy Programmierkarte programmiert werden.
Wir stellen folgende Einstellungen ein:
1. Brake - OFF
2. Battery Type - Ni-xx
3. Cut Off Type - Soft-Cut
4. Cut Off Voltage - Low
5. Start Mode - Normal
6. Timing Mode - High
7. Music Lipo Cells - nichts
8. Govener Mode - OFF

Mit diesen Einstellungen riskieren wir eher eine Akku Tiefenentladung als einen Absturz durch Reglerabschaltung. Somit sollte man auf jeden Fall mit Timer, Akkuwarner oder OSD fliegen um rechtzeitig landen zu können.
Anschließend müssen wir den Gasweg der Regler einprogrammieren.
Dazu hängen wir die Servostecker der Regler einzeln an den Empfänger Gaskanal und eine Motor an den Regler um die Pieps-töne des Reglers zu hören.
Bei unseren verwendeten Regler läuft die Programmierung wie folgt ab:
- Vollgas geben
- Regler mit Spannung versorgen
- kurze Melodie dann 2 kurze Piepser, danach sofort Gas auf „0“ stellen
- langer Piepser
- fertig


10. Zusammenbau - Hauptkomponenten

Nun können alle Komponenten in den Copter eingebaut werden. Wir bauen den Copter im X-Modus auf, sprich vorne ist zwischen den beiden vorderen Auslegern.
Zuerst werden die Motoren und Regler montiert. Es ist darauf zu achten, dass die Regler vorne auf der Innenseite sind und hinten auf der Außenseite. Dies ist für die spätere Montage der Led Streifen wichtig. Schließlich sollen uns in der FPV Ansicht keine Leds blenden.
Um die Regler, Leds, FPV Komponenten und Steuerungsplatine mit Spannung zu versorgen braucht man einen zentralen Sternverteiler in der Mitte des Copters. Dieser verteilt die Spannung vom Akku auf alle Komponenten.
Eine einfache Variante ist es, die Minideansstecker direkt aneinander zu löten und mit Heißkleber zu sichern.




Weiters muss noch der Hauptschalter für die Steuerungsplatine erstellt werden. Dazu wird der Schalter wie folgt verlötet:




Die Led Streifen werden direkt auf die Ausleger geklebt und mit kurzen Kabeln untereinander verbunden. Wir verwenden weiße Leds vorne und rote Leds hinten.

Foto Leds

Die Steuerungsplatine wird auf den Gummipuffern montiert. Damit werden ein Großteil der Vibrationen absorbiert und nicht an die Sensoren weitergeben.
Es ist natürlich auf die Einbaurichtung der Platine zu achten.(Platinenseite mit Recom Regler ist vorne)




Der Empfänger wird am besten seitlich von der Platine montiert. Zuvor muss der Empfänger natürlich entsprechend der Anleitung mit dem Sender gebunden werden und ein entsprechendes Adapterkabel vom Empfänger zur Platine gelötet werden.

Foto Empfänger Kabel
Foto Empfänger Montage

Für die Verbindung mit den Reglern muss man sich ebenfalls ein passende Adapterkabel löten.

Foto Regler Kabel

Bevor man die Regler Servostecker mit der Platine verbindet sollte man die Drehrichtung der Motoren überprüfen. Sie sollten sich wie folgt drehen und anschließend an die Platine angeschlossen werden:
M1=links vorne (cw)
M2=rechts hinten (cw)
M3=rechts vorne (ccw)
M4=links hinten (ccw)




Die Propeller werden erst später montiert.

Die 35MHz Antenne kann man entweder ein einem kleinen Röhrchen nach unten hängen lassen, oder senkrecht nach oben stehen lassen. Dazu baut man sich eine sogenannte UFO-Jürgen Antenne. Mittels Federstahldraht erhält man eine Looping-taugliche Antenne mit gutem Empfang. Länge ist nicht so kritisch. (bei mir ca. 75cm)




Anfänger rate ich zwar die Platzierung der FPV Komponenten vorzusehen (Anschlüsse), aber noch nicht einzubauen. Bevor man einen Copter mittels FPV fliegt, sollte man diesen einigermaßen in der konventionellen Modellansicht beherrschen können.
So kann der ein oder andere Absturz nicht zur Beschädigung von den teuren FPV Komponenten führen.

11. Programmierung

Zunächst müssen wir uns die Arduino Software herunterladen. Diese wird kostenlos auf der Arduino Seite zur Verfügung gestellt.
Wir verwenden die neueste Version 0022 für Windows: direkter Downloadlink

Der Code für den MultiWiiCopter steht unter GPL ( General Public License). Wir können den benötigten Code somit auf folgender Seite kostenlos herunterladen: Source Code

Grundsätzlich gibt es einen fixen Code Teil und am Anfang einen Teil "Configurable Parameters" in welchem die Standardeinstellungen gesetzt werden. Hier wird festgelegt, welchen Copter man verwendet bzw. welche Sensoren eingebaut sind.
Es gibt hier bereits eine gute Seite die einem die Erstellung der Konfiguration erleichtert: ArduPirate-Config


Ansonsten ist die Konfiguration relativ einfach, da in den Code Kommentaren das meiste bereits erklärt wird.
Für diesen Baubericht habe ich jedoch schon einen fix fertigen Code generiert der nur mehr hochgeladen werden muss.
Wir verwenden die aktuelle Finale Version v1.7.
(Die anschließenden Screenshots wurden jedoch noch mit der Version v1_pre7 gemacht, unterscheiden sich aber lediglich im Dateinamen und Pfadangaben)
Dazu müsst ihr Euch folgende Datei herunterladen:
Anhang anzeigen 2011-04-11 MultiWiiV1_7_FPV_Community.zip

Update:
Die neue Version v1.8 ist bereits online.
Ich habe von der original v1.8 wieder drei passende Versionen für unseren Baubericht erstellt.
Anhang anzeigen 2011-08-09 MultiWiiV1_8_FPV_Community.zip


In dieser Datei ist die GUI (Graphical User Interface) und 3 verschiedene Code Versionen enthalten.

Die 3 verschiedenen Versionen haben folgende Namen:
MultiWiiV1_7_FPV_1
MultiWiiV1_7_FPV_2
MultiWiiV1_7_FPV_3

Bei allen 3 Codes wurde die "Configurable Parameters" für unseren Copter eingestellt:
- QuadX
- Wii Motion Plus original
- BMA020

Bei Version 2 und 3 habe ich jedoch im Hauptcode Veränderungen durchgeführt die meiner Meinung nach sinnvolle Änderung sind.

Version 2:
Im Code wurde das Starten und Stoppen der Motoren mit dem Roll-Stick entfernt. So kann es auf keinen Fall passieren, dass bei einer Rolle mit wenig Gas, die Motoren ausgehen.
Starten und Stoppen wird ganz normal mit dem Gier-Stick durchgeführt.

Version 3:
Zusätzlich zu Version 2 wurde noch ein kleiner Schaltbereich (900-950) im Gas-Stick Steuerbereich hinzugefügt um die Motoren mit einem Schalter sofort ausschalten zu können.
Dazu muss man jedoch in der Fernsteuerung auch entsprechende Mixer programmieren.
Zum Beispiel:
Schalter A auf OFF - Gas-Stick Stellung egal - Throttle Wert immer 900
Schalter A auf ON - Gas-Stick aktiv - Throttle Wert von 950 bis 2000
Der Schalter A kann die Motoren nur ausschalten. Zum Starten der Motoren muss nach wie vor der Gas-Stick auf 0 Gas sein (950-1000) und mit dem Gier-Stick ganz nach rechts.


hier nun der Step-by-Step Ablauf der Programmierung:

1. Arduino 0022 Software
Die heruntergeladene arduino-0022.zip Datei entzippen und die Arduino.exe starten.




2. MultiWiiV1_7_FPV
Die heruntergeladene MultiWiiV1_7_FPV.zip entzippen



3. Arduino Code öffnen
Auf "File" "open" gehen und die gewünschte Code Version öffnen. (hier Version 1)
Der Code öffnet sich dann in einem neuen Fenster.








4. Arduino Board auswählen
Unter "Tools" "Board" das "Arduino Pro or Pro Mini (5V, 16MHz) w/ Atmega328" auswählen.




5. Arduino Code verifizieren
Auf "Sketch" "Verify / Compile" klicken um den Code zu verifizieren. Dies sollte ohne Fehler durchlaufen.




6. USB Adapter anschließen
Den USB Adpater ohne Spannungsadapter an die Steuerungsplatine anschließen und mit einem USB Kabel verbinden. Windows sollte die passenden Treiber automatisch installieren und einen freien Com Port zuweisen. Sollten keine Treiber automatisch installiert werden, kann man sich auf der FTDI Seite die aktuellen Treiber herunterladen.

7. Arduino Com Port auswählen
Unter "Tools" "Serial Port" wird der Com Port des USB Adapters ausgewählt. (hier Port 16)



8. Arduino Code hochladen
Unter "File" "Upload to I/O Board" anklicken. Warten bis unten in der grünen Zeile "Done uploading" angezeigt wird. Anschließend den USB Adpater abziehen.




9. Arduino Software schließen
Die Arduino Software kann nur geschlossen werden.



12. Einstellungen GUI (Graphical User Interface)

Nachdem der Code am Arduino läuft, müssen nun die ganzen Einstellungen in der Fernsteuerung gesetzt werden, damit wir überhaupt starten können.

WICHTIG: Auf den Motoren dürfen keine Propeller montiert sein!

1. Fernsteuerungsprofil anlegen
Wir verwenden in der Fernsteuerung ein neues Profil für Flächenflieger und deaktivieren alle Mixer. Alle Trimmungen müssen auch auf „0“ sein.

2. Copter an Computer anschließen
Dazu schließen wir den USB Adapter mit Spannungsadapter am Arduino an und verbinden diesen mit einem USB Kabel mit dem Computer. Copter an einen 3s Akku anhängen und Schalter für die Platinenversorgung einschalten.

3. GUI starten
Im Ordner "MultiWiiConf1_7\application.windows" die Datei "MultiWiiConf1_7.exe" starten.





4. Com Port auswählen
Den Com Port des USB Adpaters links oben auswählen. (hier Port 5)
Die Statusleds des Copters sollten anschließend blinken und der Copter in den Standby Zustand gehen. Die Comportanzeige wechselt dabei von rot auf grün.




5. Sensor Daten auslesen
Nachdem der Copter bereit ist, kann man zum Sensor Daten auslesen auf "Start" klicken.
Nun sollten die Sensordaten angezeigt werden.




6. Sensoren kalibrieren
Nun kalibrieren wir die Sensoren. Dazu klicken wir einfach auf "CALIBRATE". Der Copter muss dabei auf ebenen Untergrund ruhig stehen.(Tischplatte)
Alle Sensorwerte bis auf ACC_Z sollten dann ungefähr "0" anzeigen. ACC_Z um die 250, bei mir ca. 240.




7. Copter Bewegungen überprüfen
Ihr könnt nun den Copter bewegen und in der GUI die Bewegungen überprüfen. Die Bewegungsrichtung des virtuellen Copters in der GUI müssen mit dem realen Copter übereinstimmen. Andernfalls wurden die Sensoren nicht richtig montiert.




8. Steuerungsrichtungen überprüfen
Im rechten oberen Teil werden die Fernsteuerungskanäle angezeigt.
Wir müssen nun überprüfen ob die Zuordnung und die Richtung in Ordnung ist. Dazu bewegen wir den Roll-Knüppel nach rechts. Der angezeigte Wert bei "ROLL" und dessen Balken sollten sich nun verändern.(vergrößern)
Wir überprüfen dies nun mit allen 4 Knüppelrichtungen.
Roll-Knüppel - nach rechts - größerer Wert bei "ROLL"
Nick-Knüppel - nach vorne - größerer Wert bei "PITCH"
Gier-Knüppel - nach links - kleinerer Wert bei "YAW"
Gas-Knüppel - Gas geben - größerer Wert bei "THROTTLE"
Sollte eine der Richtungen nicht übereinstimmen, dann müsst ihr den Kanal in der Fernsteuerung umkehren. Ich musste bei meiner Futaba Anlage Höhe und Gas reversieren.



9. Steuerungsendpunkte anpassen
Wir müssen nun bei allen 4 Knüppelrichtungen die Endpunkte anpassen. Es muss der komplette Bereich von "1000"-"2000" steuerbar sein. Dazu müssen in der Fernsteuerung die Endpunkte vergrößert werden. Bei meiner Futaba Anlage musste ich alle 4 Kanäle auf 120-125% erhöhen.

10. Steuerungsmittelpunkte anpassen
Wir müssen jetzt noch für Roll, Nick und Gier die Mittelpunkte einstellen, damit wir jeweils ziemlich genau auf den Wert "1500" kommen. Dazu in der Fernsteuerung die Servomitte entsprechend anpassen.

11. Schalter programmieren
In der Fernsteuerung muss dem Kanal 5 ein Schalter zugewiesen werden, mit dem wir zwischen "head holding" und ACC umschalten können. Dazu sollten ebenfalls wieder die Endpunkte angepasst werden, damit bei "AUX1" wieder Werte von "1000"-"2000" möglich sind.

12. Parameter auslesen
Als nächstes klicken wir auf "READ" um die Regler Parameter und Einstellungen auszulesen.




13. Parameter einstellen
Wir können nun die einzelnen Parameter verändern. Dazu klicken wir auf einen Wert und halten die linke Maustaste gedrückt. Mit gedrückter Maustaste bewegen wir die Maus nach links oder rechts um den Wert zu verkleinern oder zu vergrößern.

Mit den P,I und D Werten kann der PID-Regler (Proportional Integral Differenzial – Regler) eingestellt werden. Die Standardwerte sind jedoch schon relativ gut für unseren Copter abgestimmt, somit verändern wir diese nicht weiter.
Für den ACC Modus ("Level") kann man nur P und I Werte "tunen", weil dieser nur als PI-Regler aufgebaut ist.
Wer an den Parameter "tunen" will, sollte sich etwas über PID-Regler einlesen.

"PITCH/ROLL"- und "YAW-Rate" lassen wir auf "0". Dieser Wert betrifft die PID-Regelung bei Knüppelstellung abseits der Mitte. Für akrobatische Flieger kann man einen Wert von "0,50" einstellen.
Mit "Throttle PID" lässt sich das Regelverhalten bei viel Gas (ab 50%) verändern, falls ein Aufschwingen oder Überkorrekturen auftreten.

Zwei wichtige Einstellungen für uns sind jedoch "RC-Rate" und "RC-Expo". Wer in der Fernsteuerung sein gewünschtes Expo einstellen will, sollte "RC-Expo" auf "0" (kein Expo) stellen. So kann man relativ leicht in der Fernsteuerung mit einem Flugphasenschalter im Flug Expo umstellen.
"RC-Rate" ist dem "Dual Rate" der Fernsteuerung gleichzustellen, also eine Begrenzung des Weges. Für Anfänger und FPV-Flieger empfiehlt sich ein Wert von "0,30"-"0,50". Wer über die Fernsteuerung für Roll und Nick dies selbst einstellen will, sollte den Wert auf "1,00" lassen. Für sehr aggressive Flieger (Profis) lässt sich dieser Wert bis "5,0" hochstellen. Hier sollte man nur vorsichtig die Werte über „1,0“ erhöhen.

Zusätzlich müssen wir den "AUX1" Schalter noch ACC zuweisen. Dazu klicken wir einfach auf das graue Quadrat unter "AUX1" Spalte "high" in der Zeile "Level". Diese Quadrat wird aktiviert und leuchtet weiß. Damit wird der ACC Modus aktiviert, wenn unser Schalter Werte über "1850" liefert.

Wir haben somit alle wichtigen Parameter eingestellt und müssen nur mehr auf "WRITE" klicken. Damit werden die Werte an den Copter übertragen und in dessen fixen Speicher eingetragen.




14. Werte überprüfen
Nun klicken wir erneut auf "READ" um die Werte wieder auszulesen. Es sollten die vorher eingestellten Werte angezeigt werden. Weiters betätigen wir den Schalter für Kanal 5 an unserer Fernsteuerung und überprüfen, ob sich der ACC Modus aktiviert.




15. Motoren testen
Nun starten wir die Motoren und überprüfen die Anzeige.
Dazu geben wir den Gas-Knüppel auf "0" + Gier-Knüppel nach rechts.
Die Motoren sollten sofort starten und im Standgas laufen. Wenn man etwas Gas gibt und den Copter bewegt, sieht man wie die Regelung die Motoren unterschiedlich laufen lässt.
Anschließend stoppen wir die Motoren wieder. Dazu geben wir den Gas-Knüppel auf "0" + Gier-Knüppel nach links.




16. GUI schließen
Nun können wir das Fenster wieder schließen. Schalter am Copter umlegen und vom Akku trennen.

13. Letzte Vorbereitungen

Bevor wir nun endlich zum Testflug kommen, müssen wir noch ein paar wichtige Sachen erledigen.

1. Propeller wuchten
Als erstes montieren wir die Propeller. Nachdem diese montiert wurden können wir die Motor zum Wuchten einzeln hoch laufen lassen und überprüfen ob Vibrationen entstehen. Dazu müssen wir noch einmal den Servostecker des Reglers abstecken und entweder mit einem Servotester oder einem Empfänger verbinden.
Wurde der Motor und Propeller zuvor gewuchtet, sollten so gut wie keine Vibrationen entstehen. Da wir zuvor den Propeller allein aber nur statisch gewuchtet haben, können wir jetzt dynamisch wuchten, falls größere Vibrationen auftreten. Dazu wird einfach auf eine Seite des Propellers ein Tixostreifen geklebt und der Motor wieder gestartet. Sind die Vibrationen weniger geworden, ist es die richtige Seite gewesen. Sind sie mehr geworden haben wir entweder zu viel Tixo verwendet oder ihn auf die falsche Seite geklebt. Man muss hier etwas Zeit investieren, die sich jedoch auf alle Fälle auszahlt. Zum einen erhält man eine gut funktionierenden Regelung und zum anderen werden es einem die Lager der Motoren danken.

2. Failsafe einstellen
Am Empfänger sollte noch das Fail Safe programmiert werden. Dazu programmiert man am besten die Einstellung ACC-Modus und etwas Gas. Damit sollte der Copter sich automatisch ausrichten und langsam zu Boden kommen. Im Fall es eines kurzen Funkaussetzers hat man somit nicht sofort einen Absturz durch Motorausschalten, sondern kann die Fernsteuerung noch höher in die Luft heben um den Empfang zu verbessern.

3. Reichweiten Test durchführen
Wie bei jedem neuen Modell sollte man auch mit dem Copter den klassischen Reichweitentest machen. Aufgrund der vielen elektronischen Bauteile auf kleinem Raum erzielt man jedoch nicht ganz so gute Werte wie im normalen Flugmodell.

Nun sollte der Copter fix fertig und für einen Testflug bereit sein. Überprüft auf jeden Fall noch einmal alle Verbindungen und Schrauben, bevor ihr mit dem Testflug beginnt.




14. Testflug

Für den Testflug sollte ihr euch am besten eine große Wiese ohne Bäume und mit möglichst wenig Passanten suchen.
Copter mit Akku verbinden und auf den Boden stellen.
Der Schalter an der Fernsteuerung sollte auf „head holding“ gestellt sein, da wir den ACC-Modus erst trimmen müssen.
Dann könnt ihr den Schalter für die Platinenversorgung einschalten. Der Copter initialisiert sich und meldet bereit.
Nun könnt ihr die Motoren starten (Gas-Knüppel auf „0“ und Gier-Knüppel ganz nach rechts) und fliegen.
Ihr könnt nun mit den Trimmern an eurer Fernsteuerung den Copter soweit trimmen, damit er schön stabil in der Luft liegt. Erst wenn diese Trimmung im „head-holding“ Modus abgeschlossen wurde, können wir uns an den ACC-Modus heranwagen.
Dazu aktiviert ihr den ACC-Modus direkt in der Luft, wenn der Copter in einem sicheren Abstand von Euch und vom Boden schwebt. Der Copter wird nun wahrscheinlich sofort in eine Richtung wegdriften. Ihr merkt euch diese Richtung und schaltet wieder auf „head-holding“ um und landet den Copter.
Nach dem stoppen der Motoren kann der ACC-Modus getrimmt werden.
Wir nehmen an, dass der Copter zuvor nach vorne rechts fliegen wollte. Nun trimmen wir also nach hinten links. Dazu müssen wir folgendes machen:
nach hinten trimmen: Gas-Knüppel auf Vollgas + Nick-Knüppel nach hinten
nach links trimmen: Gas-Knüppel auf Vollgas + Roll-Knüppel nach links
Bei jeder Nick- und Roll-Knüppel Bewegung (max. Ausschlag) ertönt ein Piepsen für die Bestätigung der Trimmung.
Wir trimmen ungefähr 5 Piepser links und 3 Piepser nach hinten, da der Copter mehr auf die Seite als nach vorne wollte.
Nun können wir die Motoren wieder starten um den ACC-Modus erneut in der Luft zu testen.
Diese Abfolge muss solange wiederholt werden, bis der Copter im ACC-Modus perfekt auf der Stelle schwebt.
Bei jeder ACC-Kalibrierung werden diese Trimmwerte im Copter gelöscht und wieder auf Standard gesetzt. Solltet ihr also bei der Kalibrierung den Faden verloren haben und alles wird nur schlimmer durch das Trimmen, dann könnt ihr ganz einfach die Werte zurücksetzen:
Gas-Knüppel auf Vollgas + Gier- links + Nick-Knüppel nach hinten
(der Copter muss dazu jedoch horizontal perfekt ausgerichtet sein)

Für die Anfänger hat der User Ygramul ein paar Tipps zum FPV Quadrocopter fliegen in zwei Videos gepackt.








15. FPV Komponenten Einbau



16. Zusammenfassung - Fernsteuerungsbefehle

Motoren starten:
Gas-Knüppel auf "0" + Gier-Knüppel nach rechts

Motoren stoppen:
Gas-Knüppel auf "0" + Gier-Knüppel nach links

Gyros kalibrieren: (automatisch bei jedem Start der Platine)
Gas-Knüppel auf "0" + Gier-Knüppel links + Nick-Knüppel nach hinten

ACC kalibrieren: (muss mind. 1x gemacht werden, damit Copter bereit ist)
Gas-Knüppel auf Vollgas + Gier-Knüppel links + Nick-Knüppel nach hinten

ACC trimmen:
nach vorne: Gas-Knüppel auf Vollgas + Nick-Knüppel nach vorne
nach hinten: Gas-Knüppel auf Vollgas + Nick-Knüppel nach hinten
nach rechts: Gas-Knüppel auf Vollgas + Roll-Knüppel nach rechts
nach links: Gas-Knüppel auf Vollgas + Roll-Knüppel nach links


Konfiguration mit LCD

LCD Konfiguration Modus starten:
Gas-Knüppel auf "0" + Nick-Knüppel nach vorne + Gier-Knüppel rechts
=> LCD wird initialisiert und die LED blinkt und Parameter P ist einstellbar

Parameter Auswahl:
Nick-Knüppel nach vorne oder hinten

Parameter Wert verändern:
Roll-Knüppel nach rechts um zu erhöhen oder links um zu verkleinern.

LCD Konfiguration beenden:
Gas-Knüppel auf "0" + Nick-Knüppel nach vorne + Gier-Knüppel links
Die Led blinkt wieder und der Copter geht in den "bereit" Zustand zurück.


Hier noch einmal die Zusammenfassung für eine Fernsteuerung in Mode 2:




17. Sponsoren

Wir möchten uns natürlich vielmals bei unseren Sponsoren bedanken.

Hobbyking, für die RC-Hardware.
Micha1979, für den GFK-Rahmen.



Die Entwicklung im Wii Copter Bereich ist bereits sehr schnell fortgeschritten und passt Hardware mäßig nicht mehr zum Bericht, deshalb wird der Bericht nicht mehr upgedatet.
Der Bericht kann jedoch trotzdem als Vorlage und Hilfe für den Bau eines Wii Copters verwendet werden.


Letztes Update: 08.07.2012 - 23:22

08.07.2012:
- Fotos und Dateien erneut hochgeladen

Hinweis:
Dieses Thema bleibt zwecks Übersichtlichkeit geschlossen.


zur Diskussion stehen diese beiden Themen zur Verfügung:
Multi-WiiCopter - Komponenten
WiiCopter - Allgemeine Fragen, Probleme, Links, News



Text, Dateien und Bildmaterial: (c) Heiko Mey & Stefan B.

UPDATE


24.04.2011:
-aktuelle Version Firmware v1.7 hinzugefügt
-Einkaufsliste aktualisiert

06.08.2011:
-neue Fotos hinzugefügt


09.08.2011:
-neue Firmware Version 1.8 hinzugefügt

08.07.2012:
- Fotos und Dateien erneut hochgeladen