Witajcie
Dokładnie to "Robot podwodny małych głębokości" bo taki był w przybliżeniu temat mojej pracy inżynierskiej.
Właściwą budowę rozpocząłem 1 sierpnia 2015, a obrona odbyła się 8 lutego 2016.

Robot otrzymał oznaczenie N97 co nawiązuje do Okrętu Rzeczypospolitej Polskiej "Sokół". Ze względu na osiągnięcia w walce "Sokół" razem z "Dzikiem" zyskały miano "strasznych bliźniaków".







Ogólne cele to:
-możliwość pływania, zmiany kierunku i zwrotu,
-możliwość zanurzania na głębokość do 2m,
-zdalne sterowanie.

Robot posiada:
- układ magnetycznego włączania/wyłączania zasilania,
- zdwojony układ napędowy,
- układ chłodzenia silników,
- awaryjny układ chłodzenia silników,
- podstawowy oraz dodatkowy układ chłodzenia regulatorów i stabilizatorów,
- pomiar temperatury regulatorów oraz stabilizatorów wraz ze wskaźnikiem diodowym,
- pomiar temperatury silników (przewidywany),
- pomiar napięcia zasilania z automatycznym odcięciem zasilania przy 9V,
- dodatkowe zabezpieczenie napięciowe,
- układ zmiany pływalności (zanurzenia statycznego),
- układ zaworów hydraulicznych
- układ sterów głębokości - zanurzenia dynamicznego (przewidywany),
- układ zaworów hydraulicznych,
- układ steru kierunku,
- elektryczne złącze hermetyczne,
- czujnik zalania/przecieku,
- system awaryjnego wynurzenia (przewidywany),
- akumulator wraz izolacją termiczną,
- pomiar temperatury akumulatora (przewidywany),
- sterowanie RC 35mHz,
- mikrokontroler (kopia arduino nano V3.0) współpracujący z odbiornikiem RC.

To chyba wszystko, jesli o niczym nie zapomniałem
Przy okazji ostatniego myślnika chciałem podziękować Hubertowi (Ellipsis) za konkretną pomoc w zakresie programowania Arduino w czasie gdy każda godzina była na wagę złota. Dzięki serdeczne jeszcze raz

Podziękowania należą sie również wszystkim, którzy próbowali pomóc w wątku o transmisji radiowej, antenach i sygnale PPM.
Dziękuję

Tak to wygląda:



































Ze względu na duże komplikacje i opóźnienia (a specjalnie zacząłem wcześniej żeby się wyrobić ;P ) nie udało wykonać się części układów (dopiski "przewidywane"). Głównie dotyczyło to zaprogramowania zabezpieczeń ale również fizycznie też coś nie coś skopałem. Z tego względu nie przeprowadziłem prób na basenie a jedynie tylko w... wannie

Test wskaźników napięcia, temperatury, włączników magnetycznych, i odcięcia zasilania (wtedy przy 5v, teraz jest poprawione)


Pierwszy test funkcji


Drugi test funkcji


Pierwsze zanurzenie (testy "fizyki") bez elektroniki, na pępowinie


Finalny test - elektronika i zasilanie na pokładzie sterowanie RC (jedynie wynurzenie awaryjne po przewodzie pneumatycznym)


Test silników (widoczna asymetria ciągu)


To by było na tyle jak na tą chwilę

Gratulacje

NIESAMOWITE Gratulacje

Brawo Panie Inżynierze!

A ile w sumie waży taka rura?

Rewelacja Moje gratulacje

Panie Inżynierze - gratulacje

Teraz moje gratulacje, Panie Inzynierze!
Zostalo jeszcze tylko poltora roku magisterki i zacznie sie nowe zycie.

Krzychu, jeszcze raz gratuluje , Wladek.

Bardzo profesjonalnie wyglądająca konstrukcja, gratulacje .

Dziękuję wszystkim razem i z osobna za miłe słowa i gratulacje Do pełnej sprawności pracy jeszcze dużo bo jak pewnie każdy wie nowe konstrukcje mają mankamenty, które trzeba dopracować. W sam raz na magisterkę

Hubert - w pełni uzbrojony kadłub sztywny (wewnętrzny) jak na filmie z zanurzenia RC waży ok 6 kg (dysponuje kiepskimi wagami). Czy chodziło ci jednak o wagę użytego odcinka rury z PMMA ?
W tym momencie pojawia się zagadka ponieważ obliczeniowa wyporność tego kadłuba wynosi 5,4 kg i to w zawyżeniu! Ewidentna pływalność ujemna, a jednak unosi się stabilnie przy powierzchni. Oczywiście cały osprzęt poza kadłubem (wały, śruby, przewody, itd.) również ma swoją objętość, ale niewielką co przy gęstości użytych materiałów jest źródłem "ciążenia", a nie dodatkowej wyporności.

Może to być spowodowane niedokładnościami wag i przyjętej gęstości wody, ale róznica wydaje się być zbyt duża.
Tak więc jest to dla mnie zagadka.

Nie uwzględniam tu w żaden sposób laminatu kadłuba lekkiego (zewnętrznego) bo prób z nim było niewiele ze względu na braki czasu i trudniejsze wyważanie.

Wracam do prac nad N97
Stwierdziłem, że zastosowane rozwiązania nie spełniają w pełni moich oczekiwań co do niezawodności i łatwości sterowania robotem. Nie było sensu przygotowywać go do prób na większych zbiornikach.

Nie będę wypisywał założeń bo to później i tak zmienia się błyskawicznie. Schemat starałem się dokładnie opisać więc myślę że każdy się połapie

Prace zacząłem od narysowania schematu połączeń elektrycznych nowego sterownika. Całość tak jak poprzednio ma być oparta na module Arduino Nano V3.0



Pierwszym problemem była oczywiście niewystarczająca liczba pinów wejść/wyjść. Zastosowałem 3 układy PCF8574 podłączone przez magistrale I2C.
PCF8574 LINK

Pierwszy obsługuje stany logiczne mostków H sterujących silnikami napędowymi i silnikami pomp (ustalanie kierunku obrotów).
Drugi wejścia/wyjścia takie jak sygnały karty SD, zaworów.
Trzeci układ ma zebrane alarmy przekroczenia prądu i czujnik przecieku. Jako, że są to bardzo ważne sygnały wejściowe to ten PCF8574 jako jedyny ma podłączone wyjście INT z mikrokontrolerem aby w razie zagrożenia wywołać przerwanie. Przypisanie adresu do danego PCF8574 za pomocą jumperów A0...A8



Większość układów ma być zrealizowane jako napęd typu serwo na co potrzeba zwiększonej liczby kanałów PWM. Początkowo chciałem użyć układu TLC5940, ale chyba zdecyduję się na WS2803 bo wymaga mniejszej liczby pinów mikrokontrolera do podłączenia. Komunikacja SPI.
Diody led mają sygnalizować aktualne stany logiczne - bardzo przydatne przy programowaniu jak dla mnie.
WS2803 LINK



Wyprowadzenia dla napędów typu serwo zasilane są z 5V jak cała logika ponieważ zasilanie części mocy (silniki) będzie z drugiego źródła (12V). Pozostałe wyprowadzenia dla typowych serw modelarskich, gdzie logika i silnik jest zasilana z tego samego źródła, zostało podłączone źródło o potencjale 6V i odpowiedniej wydajności prądowej.
Widać też że silniki napędowe prawy i lewy posiadają złącze enkoder (impulsowy w domyśle) w celu synchronizacji prędkości obrotowej obu śrub napędowych. Ze względu na to, że WS2803 przewodzi stan niski lub nieustalony to wszystkie linie PWM zostały podciągnięte do +5V (wyczytałem, że tak trzeba )



Podłączenie kanałów z odbiornika RC. Odbiornik tak jak serwa zasilany ze źródła 6V.



Wejście czujnika przecieku podciągnięte do +5V oraz klucze tranzystorowe Mosfet N (IRF3205ZL) - sterowanie zaworami (stany 0,1) Nie jestem do końca przekonany co do poprawności podłączenia rezystorów 100k i 47 ohm. Ktoś się wypowie?



Chciałbym żeby pomiary prądów, temperatur, ciśnień itp. były zapisywane na karcie microSD dlatego też rozrysowałem podłączenie modułu obsługi karty z wbudowanym konwerterem napięć 5V/3V3



Pomiar temperatur poszczególnych elementów za pomocą czujników DS18B20 - komunikacja 1Wire
DS18B20
Pomiar prądów za pomocą czujników INA226 - komunikacja I2C
INA226
Przetworników ciśnień jeszcze nie wybrałem, ale widziałem że są w obudowach z przyłączem na wężyk więc coś się wybierze.
Klucze tranzystorowe zewnętrznego oświetlenia LED identyczne jak w przypadku zaworów tyle że bĘdą sterowane PWM'em. (na rysunku jest inny tranzystor, musze poprawić)
Układ stabilizacji napięcia +5V dla układów logiki oparłem na L7805CV.



Inne pierdoły, ale potrzebne np podłączenia kontaktronów oraz połączenia z innymi płytkami.



Ten układ chyba wykonam jako oddzielną płytkę ze względu na operowanie na dużych prądach.
Jest to taki prosty "menadżer zasilania". Umożliwia załączenie/wyłączenie zasilania robota poprzez kontaktrony, ciągły pomiar napięcia akumulatora i jego automatyczne odłączenie przy spadku napięcia do 9V (akumulator rozładowany).
Tranzystor na wejściu jako zabezpieczenie przed odwrotnym podłączeniem biegunów.
Tranzystor Q11 jest elementem wykonawczym i głównym wyłącznikiem zasilania. Tak się zastanawiam, 20A prądu ciągłego można przyjąć bez zastanowienia, wydajność prądowa akumulatora o niebo większa. Czy nie lepiej (dla pewności i spokoju) zastosować przekaźnik (w zasadzie może już stycznik)? Jak sądzicie?



Nurtuje mnie jeszcze jedna sprawa WS2803 i moduł karty microSD korzystają z komunikacji SPI a le tylko moduł karty ma pin CS którym wybiera się odbiornik do którego ma trafić pakiet danych. Coś czuje że bedzie problem? czy się mylę?

Poprawki mile widziane

Edycja
usunąłem załącznik bo i tak się nie powiększał

WS2812B jest mniej wymagające od WS2803.

Nie bardzo rozumiem.
Potrzebuje WS2803 żeby wygenerować sygnały PWM dla serw i serwonapędów. WS2812B to dioda RGB ze sterownikiem (lub na odwrót). Fajnie bo obsługuje się nią przez 1wire ale nie widzę pinu z którego mógłbym sobie wyciągnąć PWM'a (?)

Tak sobie czytam o zapisie na kartę microSD i wychodzi na to, że zajmuje to całkiem sporo czasu. Mam taką obawę że może mi to utrudniać kontrolę nad robotem (opóźnienia, zawieszenia) nie wspominając już konflikcie WS2803 i modułu kart microSD w komunikacji SPI.
W tej sytuacji coraz bardziej skłaniam się do rozdzielenia zadań związanych ze sterowaniem i ze zbieraniem oraz przetwarzaniem pomiarów między dwa mikrokontrolery.

Rozdzielenie jest niezły pomysłem, ale spróbuj jednak dać wszystko na raz Magistrala SPI ma dlatego taką nazwę, że jeden master (uC) może kontrolować parę slave'ów i to różnych - rozpoznawalnych po ich adresach. Jak zrobisz parę odrębnych układów to one i tak muszą jakoś gadać ze sobą a to oznacza wymianę danych, synchronizacje i różne takie. Więc warto spróbować upchać wszystko w jednym.

Masz rację tylko, że ja to traktuje trochę jako kompromis. Z jednej strony daje wszystko na jeden uC ale będę sporo siedział nad programowaniem z ryzykiem, że czegoś nie uda mi się uruchomić bo poruszam się w tym wszystkim po omacku - jakby nie patrzeć.
Z drugiej strony zrobię mniej profesjonalnie, może nie wykorzystam w pełni możliwości uC, ale uruchomię wszystko co chcę powiedzmy bez problemów.

Rozdzielenie ma dla mnie sens bo jeszcze nie wiem gdzie mnie to wszystko (ten projekt) zaprowadzi i co tam jeszcze kiedyś podłącze do mikrokontrolera odpowiedzialnego za sterowanie (bo teraz jest nawrzucane po brzegi z pomieszaniem - jak dla mnie).

Co do komunikacji zwrotnej z uC pomiarów do uC sterowania to niekoniecznie musi wystąpić. W pracy mam do czynienia z maszynami gdzie jeden sterownik PLC ogarnia wejścia/przyciski/tryb auto i steruje napędami pneumatycznymi, a drugi zapewne też z rodziny PLC tzw moduł bezpieczeństwa zbiera stany z czujników bezpieczeństwa, ale w razie nieprawidłowości nie wysyła sygnału do PLC głównego tylko sam np. blokuje siłownik własnymi zaworami. W efekcie główny sterownik PLC maszyny daje sygnał "zamknij" - świeci się kontrolka przy wyjściu na sterowniku ale siłownik nie działa bo blokuje go system bezpieczeństwa.

W moim przypadku takie rozwiązanie wydaje się całkiem rozsądne ułatwia mi część programową, powoduje jednak rozbudowę części sprzętowej mojego sterownika - coś za coś.

Zdecydowałem, że jednak spróbuję powiesić wszystko na jednym mikrokontrolerze.
Wymęczyłem projekt płytki dwustronnej







Teraz męczę się nad przeniesieniem tego na miedź metodą termotransferu.
Odbijanie płytek jednostronnych nie jest dla mnie problemem bo ciepło rozchodzi się od żelazka przez laminat do miedzi która podgrzewa toner, a ten przywiera do metalu. Jednak przy płytce dwustronnej (metodą koperty) zawsze pojawiają się bąble lub fale na kartce z wydrukiem która początkowo była między płytką, a żelazkiem. Dodatkowo kierunek przepływu ciepła przez kartkę, toner do miedzi również nie pomaga. Ogólnie to od której strony bym nie zaczął zawsze jedna wyjdzie źle, a druga prawie idealnie. Temperatura jest ok, matowienie i odtłuszczenie też.

Próbowałem nawet wytworzyć ciepło bezpośrednio w miedzi poprzez płytę indukcyjną ale ona nic nie widzi i się wyłącza

A dlaczego nie zrobisz tej płytki na dwa razy? Robisz jedną stronę normalnie zelazkowo, drugą stronę zabezpieczasz lakierem. Potem kąpiel w wytrawiaczu, następnie zmywasz lakier, zelezkujesz te druga stronę i dla odmiany pierwszą tą z gotowymi ścieżkami malujesz lakierem. Znów kąpiel w wytrawiaczu i na koniec czyszczenie całości otwory ustalające pomogą zgrać obydwie strony płytki.

Podpowiem tak.
Od bardzo dawna używam zamiast żelazka przerobionego trochę laminatora.
Sprawdza się idealnie i nigdy jeszcze nie zdarzył mi się żaden bąbel
Jak chociaż co jakiś czas będziesz korzystał to z pewnością docenisz taki patent.
Nie pokażę jak wygląda mój bo wstyd straszny czymś takim się pochwalić

Potwierdzam słowa Huberta, i nawet śmiem twierdzić że to jedyna słuszna metoda przy płytkach dwustronnych. Poza możliwością dokładnego spasowania masz jeszcze jeden plus - robiąc pierwszą stronę tak długo podchodzisz do prasowania aż będziesz miał pewność że ścieżki wyszły idealnie, i dopiero trawisz - ale co ważniejsze masz taką samą możliwość z drugą stroną. Przeróbka laminatora - najpierw trzeba mieć laminator, więc żelazko górą
I jeszcze jedno - nie pamiętam jak się toto nazywa, ale po rozpuszczeniu nabiera niebieskawego kolorku. Chlorek żelazowy jest zbyt agresywny, zaś owo coś trawi o wiele delikatniej i bez podtrawień. Może Hubert będzie kojarzył nazwę?

Nadsiarczan Sodu B327

Oooooooo widzisz, dokładnie to:)

Ok, teraz zrobię tak jak Hubert to opisał. Tylko pytanie jaki lakier do zabezpieczenia tej drugiej strony? Kojarzę, że to chyba była taki do paznokci? Da się czymś rozcieńczyć pod natrysk? Czy coś innego?

Mój wytrawiacz po rozrobieniu jest bezbarwny dopiero w trakcie trawienia robi się niebieskawy, ale mam wrażenie że mówimy o tym samym. Dzisiaj sprawdzę nazwę.

Zwykły lakier do paznokci, nanosisz pędzelkiem i po 5 minutach gotowe - zaś co do wytrawiacza to może faktycznie niebieskawy robi się później, teraz już nie pamiętam dokładnie..

Tak wytrawiacz zmienia kolor w kierunku niebieskiego im więcej ma w sobie zjedz onej miedzi tym kolor głębszy.

Sprawdziłem, mój wytrawiacz to również nadsiarczan sodu B327.

Wytrawiłem płytkę tak jak radziliście. Metoda bardzo praco i czasochłonna ale efektywna. To najważniejsze.
Wydaje mi się że, wyszło mi lekkie przesunięcie, ale i tak wiertło 0,6 i 0,8mm samo potrafi pójść z ukosa podczas wiercenia więc nie ma co narzekać. Otwory w obrębie padów więc nie będzie problemów z montażem.

Po trawieniu znalazłem kilka zwarć do usunięcia i jedna przerwana ścieżka ( jak sie okazało nie wychwyciłem przerwy po odbijaniu).

Dziękuję wszystkim za pomoc i zapytam jeszcze czy robiliście soldermaski? (czytałem o metodzie odbijania padów z toneru i malowaniu farbą do szkła link

No jestem pod wrażeniem - nie tylko samego trawienia, ale i ścieżkologii
Fajnie Ci to wyszło, a te kilka baboli o których wspomniałeś - jak na taką płytkę to naprawdę zerowe koszta własne, gratuluję

Jak realizujecie przelotki w płytce dwustronnej?

Kiedyś robiłem specjalne pady, ale później poszedłem na łatwiznę i po prostu szykując wydruk kończyłem ścieżkę po jednej stronie, i po drugiej zaczynałem od tego samego miejsca. Później cienkie wiertełko i kawałek kynarka lutowany wprost do ścieżek (oczywiście wygięty w zetkę). Póki używałem elementów przewlekanych prowadziłem ścieżki tak by przelotką była nóżka oporniczka czy kondensatorka, i szczerze mówiąc nawet teraz czasem specjalnie przewiduję użycie nóżkowego oporniczka by skorzystać z tej metody (od jakiegoś czasu na co dzień używam smd).

Krzyśku brawa! Płytka gęsta i trudna więc tym większe!

Robiłem nadruki (soldermaskę) w taki sam sposób jak ścieżki czyli metodą żelazkową. Wychodzą bardzo ładnie a jedyny mankament to kolor no bo może być tylko czarny. Można w ten sposób nawet cały panel przedni do czegoś zrobić z opisem przycisków & innych takich.

Do przelotek kiedyś używałem takich wkładek do przelotek z ebay a teraz po prostu kawałek drutu - odpadu np z nogi rezystora zlutowany do obu stron

Rumcajs - dziękuję, ale na prawdę pogratulujemy sobie jak ja to polutuję i będzie działać Jeśli chodzi ścieżkologię to i tak miałem dużą swobodę. Wszystko to sygnały, ewentualnie zasilanie, żadnych częstotliwości, stopni mocy, zakłóceń, szkodliwych pojemności i całego tego bajzlu no chyba, że zafundowałem sobie jakiś problem o którym jeszcze nie wiem.

Szymon - niestety jeśli chodzi o mnie to nic innowacyjnego tu nie będzie. Metalizacji otworów nie zrobię. Raczej to co piszą koledzy, a przy listwach kołkowych będę musiał coś wymyślić.

Hubert - Dziękuję przy elementach przewlekanych też robiłem warstwę opisową termotransferem. Tu, przy SMD, z tego rezygnuję, chciałem zrobić tylko pokrycie ścieżek izolacją, oprócz padów oczywiście. Przy przewlekanych było łatwo bo na całość natryskiwałem płynną kalafonie, lutowałem, a potem zmywałem wszystko bo po lutowaniu nie było zbyt estetyczne. Po zmyciu natryskiwałem kalafonie po raz drugi na gotowo jako izolator. Teraz mam i ścieżki i elementy po tej samej stronie więc kiszka.

Płytkę możesz zabezpieczyć lakierem w spray'u Plastik 70. Lecisz po laminacie i elementach - obie strony. Trzeba przed malowaniem zabezpieczyć przed zaciapaniem wszelkie złącza, listwy zaciskowe, goldpiny, trymery, potencjometry itp. Preparat ten zabezpiecza znacznie lepiej niż kalafonia.

Robert dzięki, chyba rzeczywiście tego typu preparatu użyję. Z tego co czytałem to chyba najlepsza opcja jak na moje potrzeby
Tymczasem dotarł sprzęt do części elektronicznej mojego warsztatu oraz większość elementów elektronicznych