Odroid XU4 USB-Verbindungen - erhebliche Störungen bei Betrieb auf Drohne

[Helge H. (hackyhh)]

Moin,

folgende Situation: Auf einer Drohne hängen am gemeinsam genutzten Akku 
(6S Lipo, also 22,2V nominal) folgende Komponenten:

- Flight-Controller
- ESCs und dahinter die Motoren
- Kleines 2-Achs Gimbal hinter einem 12V Step-Down-Regler
- Odroid XU4 hinter einem 5V Step-Down-Regler

Am Odroid hängen zwei USB Kameras. Solange ich am Boden bin und nur den 
Odroid hinter dem 5V Regler mit den Kameras betreibe, läuft alles 
stabil. Sobald ich parallel das Gimbal (bzw. dessen 12 V 
Step-Down-Regler) mit anschließe, ist die USB-Kommunikation zu den 
Kameras so gestört, dass die Software keine verwertbaren Daten mehr 
bekommt und zunächst einfriert, kurz darauf terminiert. Wenn ich das 
Gimbal an einem separaten Akku (14,8V und daran den 12V Step-Down 
Regler) betreibe, arbeitet die Bildverarbeitung stabil, allerdings auch 
nur, wenn der 12V Step-Down-Regler genügend Abstand (mindestens 5 cm) 
vom Odroid und den USB-Kabeln zu den Kameras hat.

Wenn ich das ganze dann so (also mit getrennt versorgtem Gimbal) fliegen 
lasse, bricht die Software in der Luft aber dennoch immer wieder nach 
kurzer Flugzeit ab.

Zu den USB-Kabeln ist zu sagen, dass sie möglichst flexibel und dünn 
sein müssen, damit das Gimbal die Kameras möglichst ohne großen 
Widerstand bewegen kann. Die Kabel sind von "Renkforce" (z.B. bei 
Völkner) und sind angeblich auch für USB 2.0 Highspeed geeignet. Ich 
habe mal eines durchgeschnitten und konnte keine nennenswerte Schirmung 
erkennen...

Neben der fraglichen Schirmung habe ich allerdings auch den Verdacht, 
dass die USB A Buchsen und Stecker am Odroid keine sonderlich 
vibrations-feste Verbindung darstellen und Vibrationen sind auf einer 
Drohne nicht vollständig eliminierbar. Es genügt schon, ein wenig am 
Stecker zu ruckeln, um Bildstörungen bis hin zum Aussteigen der Software 
zu provozieren.

Es kommen also mehrere Probleme zusammen...

Zunächst würde ich gerne das Problem mit der Gimbal-Stromversorgung 
lösen, denn der Betrieb an einem separaten Akku ist nur ein Notbehelf. 
Ich habe hier auch schon diverse 5V und 12V Regler durch, einige hatten 
auch schon selbst einen etwas dickeren Elko auf Ein- und Ausgangsseite 
drauf.

Eine Möglichkeit wäre sicherlich der Versuch, eine passende 
LC-Filterkonfiguration zu ermitteln, die jeweils hinter die 
Step-Down-Regler kommt. Hier fehlen mir aber die Erfahrungswerte. Was 
ich sagen kann ist, dass auf der 5V Versorgung zum XU4 und den dahinter 
hängenden USB-Kameras ca. 1,5 - 2 A fließen und das Gimbal an 12 V ca. 
0,8 A konsumiert, die aber je nach Ausgleichsbeanspruchung auch deutlich 
schwanken können.

Andere Ansätze, die ich hier las, waren Step-Down oder 
Step-Up-Regelungen zunächst auf höhere Spannungen und dann noch mal ein 
Runterregeln mit einem Linear-Regler (7805 oder 2940 o.ä., wobei die 
wohl nicht diese Ströme liefern können).

Für den Fall, dass ich ein passendes LC-Glied ermitteln möchte, wie gehe 
ich dabei am besten vor? Ich bin im Besitz eines Multimeter-Oszilloskops 
(CEM DT-9989, 
http://cem-instruments.de/products/oszilloskop-multimeter-true-rms-bluetooth-cem-dt-9989/), 
habe aber wenig praktische Erfahrungen mit dem Oszilloskop-Teil.

Bei den mechanischen Steckverbindungen würde es wohl darauf 
hinauslaufen, die USB A Buchsen des Odroid rauszulöten und stattdessen 
irgendelche JST Steckverbinder (z.B. JST GH) zu nehmen. Beim USB 2.0 
Anschluss mit seinen 4 Pins traue ich mir das noch zu, bei dem 
Doppel-USB 3.0 Anschluss mit 2x 9 Pins, die enger zusammenliegen und 
versetzt sind (siehe 
http://www.hardkernel.com/main/_Files/prdt/2016/201602/201506251218180225.jpg), 
sehe ich allerdings größere Probleme auf mich zukommen... Außerdem ist 
dann auch wieder die Frage, mit welchem Kabel man dann am besten 
arbeitet und ob die Schirmung dann auf beiden Seite mit auf GND gelötet 
werden sollte...?

Ich weiß, dass das ein ganzer Sack voll Problemen ist, aber ich habe die 
Hoffnung, diese mit eurer Hilfe nach und nach zu lösen... :)