A. Dei

An der Hochschule Bremen wurden in den letzten Jahren Autopiloten aufgebaut und erprobt um Mikrofluggeräte automatisch zu betreiben, die mit einem Infrarot-Lagemesssystem ausgestattet waren. Das leichteste Fluggerät hatte eine Abflugmasse von 195g, eine Spannweite von 40cm und erreichte auf einem internationalen Wettbewerb anlässlich der EMAV08 eine zweite Platzierung. Bei der Erprobung stellte sich heraus, dass es in Norddeutschland oft Wetterlagen gibt, bei denen das Lagemesssystem über Temperaturdifferenzmessungen mit Infrarotsensoren nicht zuverlässig funktioniert. Weiter wurden Prototypen von Autopiloten für Schwebefluggeräte entwickelt, die durch Einsatz von mikroelektronischen Drehraten- und Beschleunigungssensoren eine Lagebestimmung durchführen. Diese Prototypen sind für den Einsatz in Mikrofluggeräten zu groß und zu schwer. Um beide genannten Probleme zu lösen, beschreibt die Diplomarbeit die Entwicklung, den Aufbau und die Inbetriebnahme einer miniaturvisierten inertialen Messeinheit (kurz IMU Inertial Measurement Unit), sowie eines neuen Autopiloten für den Einsatz in Miniatur Schwebe- und Flächenfluggeräten. Die Eignung des Autopiloten und der erstellten Software wird durch Anwendung in einem neu entwickelten Quadrokopters praktisch nachgewiesen. Insgesamt entsteht die vollständige Instrumentierung und die Integration der Systeme zum automatisierten Schwebeflug wie Lagemesssystem, Autopilot, manuelle Fernsteuerung, Bidirektionale Telemetrieeinrichtung, Stromversorgung, Motorensteller, Antriebe, Tragwerk und GPS. Es wird eine Abwägung durchgeführt um den geeigneten Mikrokontroller-Signalprozessor für den Autopiloten auszuwählen. Die Entscheidung fällt auf einen ARM7-Mikrokontroller, wobei durch die Verwendung von drei Analog-Digital-Umsetzern mit 16 Eingängen bei 16-Bit-Auflösung und einem Eingang mit 24-Bit-Auflösung für die Höhenmessung Anschlüsse des 32-Bit Mikrocontrollers LPC2148 für weitere Aufgaben genutzt werden. So sind gegenüber der bisherigen Lösung zusätzliche JTAG-, I2C- und SPISchnittstellen nutzbar. Diese Schnittstellen können in Zukunft für Rechnerkopplungen und zusätzliche Sensoren der Flugmission genutzt werden. Um die Entwicklungsziele des neuen Autopiloten zur erreichen wird eine Marktanalyse von Drehraten-, Beschleunigungs-, Luftdruck- Differenzdruck-, Magnet- und Temperatursensoren durchgeführt und besonders geeignete Sensoren ausgewählt. Bei den Beschleunigungssensoren können unterschiedliche Sensoren bezügliche Achsenzahl und Messbereich bestückt werden, um verschiedenen Anforderungen zu erfüllen. Da viele moderne MEMS-Sensoren nicht von Hand verlötet werden können, da es sich um pinlose Gehäuse handelt, wird ein Verfahren entwickelt und erprobt, sie unter Laborbedingen zu verlöten. Somit gelingt die Herstellung der Prototypen ohne Fremdhilfe oder Einschaltung eines Bestückungsunternehmens. Bei der Anordnung der Sensoren und des Mikrocontrollers wird eine Realisierung auf zwei getrennten Leiterplatten gewählt um die Funktionen Messen und Verarbeiten räumlich zu trennen. Durch die Nutzung des SPI-Busses sind nur wenige Verbindungen zur Kommunikation zwischen den beiden Leiterplatten nötig. Es werden Treiberprogramme für die neue Hardware entwickelt und getestet und Ausrüstungen und Verfahren ersonnen, um die Sensoren zu kalibrieren. Weiter werden bestehende Steuer- und Regelprogramme für den automatischen Flug des neu aufgebauten Quadrokopters angepasst sowie die Teilsysteme zu einem Fluggerät mechanisch und elektrisch integriert. Die Eignung der Entwicklungen wird durch Demonstrationsflüge nachgewiesen.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2010

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress Tagungsband - Manuskripte, 2010, 2010, ; S.241-250; 2010; Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn

NA

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2010