Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quadrocopter Geschwindigkeit messen mit Arduino


von extern (Gast)


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Guten Tag,

ich bin dabei einen eigenen Quadrocopter zu bauen und verwende für die 
Steuerung zwei Arduino Unos. GPS soll der copter eigentlich nicht haben 
und auch das Prinzip eines Fahrradtachos mit dem Magnetschalter wäre 
hier nicht angebracht. Denn damit könnte ich ja nur messen, wie schnell 
sich die Motoren drehen (wenn dies bei 12000kV überhaupt möglich ist), 
davon hängt allerdings nicht unbedingt die Geschwindigkeit ab (z.B. 
Schweben).

Habt ihr vielleicht Ideen, wie man die Geschwindigkeit am besten messen 
kann?

Übrigens will ich nicht mein Smartphone an der Drohne befestigen und mit 
einer App die Geschwindigkeit messen.

von qwertzuiopü+ (Gast)


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Warum kein GPS?

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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extern schrieb:
> GPS soll der copter eigentlich nicht haben
Warum eigentlich nicht?
Gerade GPS ist für ein Ding, das sich dreidimensional ohne 
Vorzugsrichtung frei bewegen kann, optimal..

: Bearbeitet durch Moderator
von Displayer (Gast)


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extern schrieb:
> wenn dies bei 12000kV überhaupt möglich ist)

Wo holst Du die 12000kV denn überhaupt her? Aus einem Akku?

von Frank E. (Firma: Q3) (qualidat)


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Flugzeuge machen das mit einem sog. "Pitot"- bzw. "Staurohr". Dabei 
schließt man aus dem Luftdruck-Zuwachs in einem in Flugrichtung 
zeigenden Rohr auf die Geschwindigkeit. Arduino-kompatible 
Luftdrucksensoren (SPI) kosten einige wenige Euro ...

Guckst du: https://de.wikipedia.org/wiki/Pitotrohr

Das Problem bei Quadrokopter könnte die korrekt Ausrichtung in 
Flugrichtung sein. Schlimmstenfalls musst du 3 oder 4 solcher Messgeräte 
bauen und die Resultate vektoriell addieren.

: Bearbeitet durch User
von Mark B. (markbrandis)


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Displayer schrieb:
> extern schrieb:
>> wenn dies bei 12000kV überhaupt möglich ist)
>
> Wo holst Du die 12000kV denn überhaupt her? Aus einem Akku?

Wahrscheinlich sollte das eher 12000 RPM heißen.

Vielleicht ist der Themenersteller aber auch so einer, der die 
Außentemperatur in Ampere pro Quadratzentimeter misst... ;-)

Frank E. schrieb:
> Das Problem bei Quadrokopter könnte die korrekt Ausrichtung in
> Flugrichtung sein. Schlimmstenfalls musst du 3 oder 4 solcher Messgeräte
> bauen und die Resultate vektoriell addieren.

Und spätestens dann nimmt man nun wirklich lieber GPS.

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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>Wo holst Du die 12000kV denn überhaupt her? Aus einem Akku?

Das ist eine im Modellbau übliche, aber nicht sehr exakte (um nicht zu 
sagen idiotische) Angabe für die Drehzahl pro Volt. Passender wäre 
rpm/V, 1/(min*V).
kv ist eigentlich eher das Formelzeichen für die spezifische Drehzahl. 
Das v da drin kommt also nicht von Volt. Hier wird also Wert mit 
Formelzeichen vermischt, anstatt Wert mit Einheit.
Eigentlicjh müsste man also kv=12000/(min*V) (oder allgemein n/U) 
schreiben.

von Sven (Gast)


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Hallo, nur der vollständigkeit halber.

Man kann die Windgeschwindigkeit (also auch die Geschwindigkeit) mit 
Ultrschall messen. Ich habe mich vor einigen Jahren mal mit diesem Thema 
beschäftigt, da ich einen Windgeschwindigkeitsmesser und 
Windrichtungsmesser ohne mechanische Bauteile zu haben wollte.

Damals habe ich auch noch einige Versuche zur 
Windgeschwindigkeitsmessung, ohne mechanische Bauteile, gemacht - und 
dann nicht weiter verfolgt. Eine kleine Glühbirne erzeugt eine 
Temperatur über Umgebungstemperatur, diese Temperatur wurde sehr genau 
mit einem naheliegenden Sensor und hochauflösenden ADC gemessen. Bei 
Luftzug, erzeugt durch einen Ventilator, veringert sich die gemessene 
Temperatur wodurch sich auf die Geschwindigkeit der strömenden Luft 
schliessen lies.

Für den beschriebenen Anwendungsfall würde ich heute auch ein GPS 
nehmen, es sei denn die besagten beiden  UNO's kommunizieren bereits 
über den UART miteinander.

von Philipp_K59 (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Eigentlicjh müsste man also kv=12000/(min*V) (oder allgemein n/U)
> schreiben.

Und eigentlich müsste das auch blödsinn sein..

Ich finde es unwahrscheinlich einen Motor mit 12000KV an einem 
Quadcopter zu betreiben. Ich denke 12000RPM und dann je nach akku/Motor 
2400KV.

Der hätte ja null drehmoment bei 12000kV.

von Flugtroll (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> ein Ding, das sich dreidimensional ohne Vorzugsrichtung frei bewegen
> kann

Ich dachte die Vorzugsrichtung von Quadrocoptern ist senkrecht zum 
Erdboden..

von Rolf M. (rmagnus)


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Flugtroll schrieb:
> Ich dachte die Vorzugsrichtung von Quadrocoptern ist senkrecht zum
> Erdboden..

Nein, sie können sich auch seitwärts bewegen ohne dabei gleichzeitig 
ihre Höhe ändern zu müssen.

von Jens G. (jensig)


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@ Philipp_K59 (Gast)

@ Und eigentlich müsste das auch blödsinn sein..

>Ich finde es unwahrscheinlich einen Motor mit 12000KV an einem
>Quadcopter zu betreiben. Ich denke 12000RPM und dann je nach akku/Motor
>2400KV.

>Der hätte ja null drehmoment bei 12000kV.

Gut, ob die 12000 stimmen, das hat mich hier nicht weiter interessiert. 
Kam mir aber auch bißchen hoch vor. Aber egal - hohe kv-Werte werden 
halt mit kleineren Propellern eingesetzt, wo das Drehmoment nicht so 
hoch sein muß.
Aber solch hohe Drehzahlen wären dann auch wirkungsgradtechnisch nicht 
gerade sehr optimal, wegen der deutlich höheren Verluste durch 
Luftwirbel ...

von pluti (Gast)


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extern schrieb:
> Guten Tag,
>
> ich bin dabei einen eigenen Quadrocopter zu bauen und verwende für die
> Steuerung zwei Arduino Unos. GPS soll der copter eigentlich nicht haben
> und auch das Prinzip eines Fahrradtachos mit dem Magnetschalter wäre
> hier nicht angebracht. Denn damit könnte ich ja nur messen, wie schnell
> sich die Motoren drehen (wenn dies bei 12000kV überhaupt möglich ist),
> davon hängt allerdings nicht unbedingt die Geschwindigkeit ab (z.B.
> Schweben).
>
> Habt ihr vielleicht Ideen, wie man die Geschwindigkeit am besten messen
> kann?
>
> Übrigens will ich nicht mein Smartphone an der Drohne befestigen und mit
> einer App die Geschwindigkeit messen.

warum kein gps? Indoor?

von Karl H. (kbuchegg)


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Frank E. schrieb:
> Flugzeuge machen das mit einem sog. "Pitot"- bzw. "Staurohr". Dabei
> schließt man aus dem Luftdruck-Zuwachs in einem in Flugrichtung
> zeigenden Rohr auf die Geschwindigkeit. Arduino-kompatible
> Luftdrucksensoren (SPI) kosten einige wenige Euro ...
>
> Guckst du: https://de.wikipedia.org/wiki/Pitotrohr
>
> Das Problem bei Quadrokopter könnte die korrekt Ausrichtung in
> Flugrichtung sein. Schlimmstenfalls musst du 3 oder 4 solcher Messgeräte
> bauen und die Resultate vektoriell addieren.

Ich könnte mir vorstellen, dass das wegen dem unvermeidlichen Downwash 
der Rotoren gar nicht so einfach ist.

von Wolfgang H. (Firma: AknF) (wolfgang_horn)


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Hi, "extern",

schau mal hier, wie die Elektroflug-Fans den Schnellsten küren: 
http://www.rc-network.de/magazin/artikel_10/art_10-061/art_061-01.html

Ciao
Wolfgang Horn

von Rolf M. (rmagnus)


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Karl H. schrieb:
> Ich könnte mir vorstellen, dass das wegen dem unvermeidlichen Downwash
> der Rotoren gar nicht so einfach ist.

Man muss die Rohre ja nicht gerade unter die Rotoren bauen. Wobei ich 
aber auch nicht weiß, ob diese Rohre bei seitlicher oder schräger 
Windrichtung entsprechend vektoriell anteilige Ergebnisse liefern oder 
nur bei Luftbewegung direkt von vorne richtig funktionieren.

von Karl H. (kbuchegg)


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Rolf M. schrieb:
> Karl H. schrieb:
>> Ich könnte mir vorstellen, dass das wegen dem unvermeidlichen Downwash
>> der Rotoren gar nicht so einfach ist.
>
> Man muss die Rohre ja nicht gerade unter die Rotoren bauen.

Käme auf einen Versuch an, ob sich zwischen den Rotoren ebenfalls eine 
(wenn auch geringe) Strömung nach unten entwickelt, weil die Luft vom 
angrenzenden Luftstrom mitgerissen wird.


> Windrichtung entsprechend vektoriell anteilige Ergebnisse liefern oder
> nur bei Luftbewegung direkt von vorne richtig funktionieren.

gute Frage. Keine Ahnung.
Bei stark seitlicher Anströmung wird sich dann auch irgendwann ein 
Unterdruck ausbilden. Prinzip: Parfüm-Zersteuber.

Alles in allem würde ich mein Heil in GPS suchen. Damit wird dann auch 
ganz automatisch die Geschwindigkeit über Grund gemessen und nicht die 
zur umgebenden Luft.
Wenn da sowieso schon 2 Unos mit an Bord sind, sollte einer alleine das 
eigentlich hinkriegen, nebenbei noch einen GPS Datenstrom auszuwerten.

: Bearbeitet durch User
von Rolf M. (rmagnus)


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Karl H. schrieb:
> Rolf M. schrieb:
>> Karl H. schrieb:
>>> Ich könnte mir vorstellen, dass das wegen dem unvermeidlichen Downwash
>>> der Rotoren gar nicht so einfach ist.
>>
>> Man muss die Rohre ja nicht gerade unter die Rotoren bauen.
>
> Käme auf einen Versuch an, ob sich zwischen den Rotoren ebenfalls eine
> (wenn auch geringe) Strömung nach unten entwickelt, weil die Luft vom
> angrenzenden Luftstrom mitgerissen wird.

Eigentlich wäre meine Idee eher gewesen, sie nach oben zu bauen.

> Alles in allem würde ich mein Heil in GPS suchen. Damit wird dann auch
> ganz automatisch die Geschwindigkeit über Grund gemessen und nicht die
> zur umgebenden Luft.

Dafür allerdings nicht die aktuelle, sondern eher ein Durchschnitt über 
die letzten paar Sekunden.

von Philipp_K59 (Gast)


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Ich halte die Rohre für nicht tauglich..

Ein Flugzeug fliegt immer mit der Nase voran, beim Quadcopter könnte man 
einen Driftmode einbauen damit sich der wie ein Flugzeug steuern lässt 
oder man dreht das Röhrchen mit einem Servo/Gimbal über das 
Accelerometer immer in Beschleunigungsrichtung.

Die ganzen Fehler ohne solche Anpassungen bekommt man nicht 
rausgerechnet.

von Der Andere (Gast)


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Philipp_K59 schrieb:
> immer in Beschleunigungsrichtung

Wobei die Beschleunigungsrichtung absolut NICHTS über den aktuelle 
Geschwindigkeitsvektor aussagt, weder in Richtung noch in Betrag.

Die Geschwindigkeit hat er in erster Näherung schon automatisch wenn er 
wegen Positionsregelung seine Gyro und Beschleunigungssensoren 
ordentlich auswertet (Kalman Filter).
Die Geschwingigkeiten ergeben sich aus den Beschleunigungswerten und 
müssen nochmals aufintegriert (summiert) werden um zur Position zu 
kommen.

Für die Höhe nimmt man einen barometrischen Höhensensor. Für eine 
absolute Richtung einen Magnetfeldsensor. Und um dann daraus die 
absolute Position zu ermitteln / bzw zu korrigieren ein GPS.

von Philipp_K59 (Gast)


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Der Andere schrieb:
> Philipp_K59 schrieb:
>> immer in Beschleunigungsrichtung
>
> Wobei die Beschleunigungsrichtung absolut NICHTS über den aktuelle
> Geschwindigkeitsvektor aussagt, weder in Richtung noch in Betrag.

Kann man denn nicht aus einem Accelerometer die stetige 
Bewegungsrichtung rausrechnen, sollte eigentlich klappen.

Das es mit GPS kein Problem darstellen würde weiß hier jeder.

von Karl H. (kbuchegg)


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Philipp_K59 schrieb:
> Der Andere schrieb:
>> Philipp_K59 schrieb:
>>> immer in Beschleunigungsrichtung
>>
>> Wobei die Beschleunigungsrichtung absolut NICHTS über den aktuelle
>> Geschwindigkeitsvektor aussagt, weder in Richtung noch in Betrag.
>
> Kann man denn nicht aus einem Accelerometer die stetige
> Bewegungsrichtung rausrechnen, sollte eigentlich klappen.

Theoretisch ja.
Praktisch kannst du dir derartig rauschfreie Accelerometer nicht 
leisten. Integrierst du deren Ausgangssignal 2 mal, dann landest du 
theoretisch beim Ort. Praktisch ist es aber so, dass deine Auswertung 
behauptet, der Sensor wäre in St. Petersburg, während der ganze Klimbimm 
seit 10 Minuten vor dir auf dem Tisch in Castrop Rauxel liegt.

Rauschen am Sensor bzw. Gyrodrift ist das größte Problem in einer IMU. 
Deshalb ja auch der Kalman Filter, damit die eine Komponente ständig die 
andere korrigiert.

von Mark B. (markbrandis)


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Karl H. schrieb:
> Praktisch ist es aber so, dass deine Auswertung behauptet, der Sensor wäre
> in St. Petersburg, während der ganze Klimbimm seit 10 Minuten vor dir auf
> dem Tisch in Castrop Rauxel liegt.

:-)

: Bearbeitet durch User
von Philipp K. (philipp_k59)


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Karl H. schrieb:
> Praktisch ist es aber so, dass deine Auswertung
> behauptet, der Sensor wäre in St. Petersburg, während der ganze Klimbimm
> seit 10 Minuten vor dir auf dem Tisch in Castrop Rauxel liegt.

Lol, kenn ich wenn man den IMU mit in die PID Regelung einfliessen 
lässt.
Also ich meinte eigentlich nur das man ab einer gewissedn 
Geschwindigkeit mit Kompassabgleich rausrechnen könnte das er die 
Richtung nach St Petersburg eingeschlagen hat um das Röhrchen mit einem 
Gimbal in Flugrichtung zu stellen. <-- Würd ich selbst nie draufkommen.

von bianchifan (Gast)


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extern schrieb:
> Habt ihr vielleicht Ideen, wie man die Geschwindigkeit am besten messen
> kann?

Kennst Du das Projekt openXSensor?

https://github.com/openXsensor/openXsensor

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