Silesian University of Technology

Transkrypt

1 Raport Aktywności Międzywydziałowe Koło Naukowe High Flyers Silesian University of Technology

2 Spis treści: O Międzywydziałowym Kole Naukowym High Flyers... 3 Skład MKN High Flyers... 4 Opiekunowie koła naukowego... 4 Współpracownicy i członkowie honorowi... 4 Zarząd koła naukowego... 4 Członkowie zwyczajni koła naukowego... 4 Członkowie wspierający koła naukowego... 4 Rekruci... 5 Projekty POKL... 6 Badanie czujników inercyjnych oraz opracowanie czujnika AHRS... 6 Analiza, testowanie oraz przygotowanie czujników dla bezzałogowych platform latających High Flyers: GCS Dobór i badania modułów nawigacji satelitarnej z przeznaczeniem do bezzałogowych platform latających Projekt stanowiska sterowania komorą podciśnieniową Dobór i badania modułów komunikacji bezprzewodowej High Flyers: Wizja Dobór i badania silników, serwomechanizmów oraz układów zasilania z przeznaczeniem do bezzałogowych platform latających Autopilot I Naziemna stacja kontroli lotu GCS I Projekt: Igry 2012, Gliwice Projekt: MIWL 2012, Bezmiechowa Współpraca z przemysłem Praktyki, lipiec, sierpień i wrzesień 2012: Rekrutacja oraz kurs elektroniki Wyjazdy, seminaria, prezentacje, wykłady Seminaria Prezentacje Wykłady Plany na rok 2012/

3 O Międzywydziałowym Kole Naukowym High Flyers W listopadzie 2010 roku, z inicjatywy studentów Politechniki Śląskiej, powstało Koło Naukowe High Flyers. Celem organizacji jest poszerzanie specjalistycznej wiedzy z zakresu projektowania, budowy i eksploatacji autonomicznie sterowanych obiektów latających typu UAV (ang. Unmanned Aerial Vehicle). Organizacja skupia studentów pasjonujących się elektroniką, mechaniką, informatyką, modelarstwem lotniczym, modelowaniem i projektowaniem CAD oraz analizą obrazów cyfrowych. Studenci mogą wykorzystać zdobytą wiedzę i doświadczenie w realizowanych projektach (np. prace przejściowe, prace dyplomowe, itp.) oraz biorąc udział w zawodach, które są świetną okazją do porównania własnych umiejętności z innymi zespołami. Udział w tego typu przedsięwzięciach prowadzonych w ramach koła naukowego jest dużym wyzwaniem dla młodych ludzi, ale zarazem doskonałą okazją do sprawdzenia swoich umiejętności i poszerzenia wiedzy technicznej. Interdyscyplinarny charakter koła naukowego High Flyers pozwoli na godne reprezentowanie Politechniki Śląskiej na arenie międzyuczelnianej i międzynarodowej, oraz zaprezentowanie potencjału i pasji jej studentów. Międzywydziałowe Koło Naukowe High Flyers Instytut Automatyki Politechnika Śląska ul. Akademicka Gliwice POLSKA 3

4 Skład MKN High Flyers Opiekunowie koła naukowego 1. Dr inż. Roman Czyba 2. Mgr inż. Grzegorz Szafrański Współpracownicy i członkowie honorowi 3. Przemysław Tomków 4. Artur Zolich 5. Grzegorz Przybyłek Zarząd koła naukowego 6. Prezes: Dominik Wybrańczyk 7. Wiceprezes ds. projektów: Marcin Kolny 8. Wiceprezes ds. finansów: Marek Burzanowski 9. Wiceprezes ds. kontaktów zewnętrznych: Tomasz Siwy 10. Wiceprezes: Agnieszka Ziebura Członkowie zwyczajni koła naukowego 11. Mateusz Pawłucki 12. Tomasz Targiel 13. Michał Ożga 14. Mateusz Markowicz 15. Monika Ceglarek 16. Piotr Holeksa 17. Krzysztof Jaskóła 18. Jakub Kała 19. Korneliusz Osmenda 20. Krzysztof Płatek 21. Marcel Smoliński 22. Paulina Wilk 23. Michał Zachwieja Członkowie wspierający koła naukowego 24. Łukasz Bandurowski 25. Ewa Biernacka 26. Maksymilian Byliński 27. Lucjan Cichoń 28. Marcin Cierniak 29. Mateusz Drost 30. Piotr Dyga 4

5 31. Tobiasz Heller 32. Kamila Iwańska 33. Karol Jabłoński 34. Marcin Janik 35. Jacek Janta 36. Jacek Kałuża 37. Tomasz Konrad 38. Tomasz Korzyniec 39. Karol Kulig 40. Oliver Kurgan 41. Aleksandra Nadziejko 42. Patryk Nocoń 43. Michał Pawlikowski 44. Artur Piernikarczyk 45. Dominik Piętka 46. Bartosz Stołtny 47. Łukasz Szczurowski 48. Adam Szewczyk 49. Andrzej Szmajnta 50. Jan Tlałka 51. Jacek Tomiczek 52. Piotr Tracichleb 53. Michał Waruga 54. Marcin Wenglorz 55. Wojciech Widenka 56. Łukasz Wójtowicz Rekruci Aktualnie Koło Naukowe High Flyers prowadzi rekrutację wśród studentów Wydziału Automatyki Elektroniki i Informatyki oraz Wydziału Mechanicznego Technologicznego. 5

6 Projekty POKL Od października 2011 roku Koło Naukowe jest uczestnikiem Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego, w ramach, którego studenci realizują poniżej opisane projekty. Wiedza i doświadczenie projektowe wizytówką absolwenta kierunku automatyka i robotyka na Wydziale Automatyki, Elektroniki i Informatyki Politechniki Śląskiej POKL /10 Program Operacyjny Kapitał Ludzki POKL współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego Badanie czujników inercyjnych oraz opracowanie czujnika AHRS Czas trwania: Grudzień 2011 Luty 2012 Skład sekcji: Patryk Nocoń lider projektu, Jan Tlałka, Wojciech Widenka, Adam Szewczyk, Marcin Wenglorz, Mateusz Markowicz konsultant Cel projektu: Przebadanie czujników inercyjnych oraz stworzenie kompletnego układu AHRS. Opis: Projekt zakładał wykorzystanie powszechnie dostępnych na rynku układów czujników trzyosiowych: akcelerometrów, żyroskopów i magnetometrów oraz mikrokontrolera z rodziny AVR. Wynikiem realizacji projektu było powstanie algorytmów oraz prototypu czujnika AHRS. Projekt również znacząco przyczynił się do poszerzenia wiedzy osób realizujących projekt w zakresie miernictwa, cyfrowego przetwarzania sygnałów oraz układów regulacji. AHRS Attitude and Heading Reference System: Jest to urządzenie dostarczające informacji o położeniu przestrzennym obiektu względem punktu odniesienia. Informacją zwrotną są kąty przechylenia, pochylenia oraz kurs magnetyczny. Tego rodzaju pomiar umożliwia integracja trzech czujników trzyosiowych: akcelerometru, magnetometru i żyroskopu. Wszystkie obliczenia wykonywane są w oparciu o czterowymiarową algebrę (kwaterniony). Takie podejście pozwala wyeliminować szkodliwe z punktu widzenia obliczeń całkowanie kątów, zależnych od funkcji trygonometrycznych (możliwe dzielenie przez 0). Moduł MinIMU-9: Realizacją pomiarów zajmuje się moduł MinIMU-9 zawierający 3-osiowy akcelerometr, 3-osiowy magnetometr, 3-osiowy żyroskop. Interfejsem komunikacyjnym jest magistrala I²C. Moduł posiada standardowe złącza kołkowe, co ułatwia obsługę układu. 6

7 Mikrokontroler ATMEGA 32: W projekcie AHRS mikrokontroler realizuje: komunikację z modułem MinIMU-9 poprzez magistralę I 2 C konwersję, przetwarzanie danych pomiarowych wyświetlanie na ekranie LCD danych pomiarowych algorytmy umożliwiające użytkownikowi posiadanie realnego wpływu na proces otrzymywania danych pomiarowych (obsługa przerwań) Proces komunikacji MinIMU-9 < I²C > ATMega32A Komunikacja między modułem MinIMU i mikrokontrolerem odbywa się przez protokół komunikacyjny I²C. 7

8 Badanie układu żyroskopów Na poniższym rysunku przedstawiono konwencję kątów Eulera przyjętą dla obiektów latających. Badanie układu akcelerometrów W celu wyznaczenia istotnych kątów rozrysowano wektor przyspieszenia w trójwymiarowym układzie współrzędnych. Utworzona funkcja realizuje obliczanie kątów α i β, które jednoznacznie opisują zmianę kierunku wektora przyspieszenia w odniesieniu do stanu pierwotnego, gdy obiekt się nie porusza a jedyną składową przyspieszenia stanowi przyspieszenie ziemskie. Badanie układu magnetometrów Magnetometr pozwala uzyskać wektor natężenia pola magnetycznego Ziemi. 8

9 Schemat blokowy program zrealizowany w języku C służący do obsługi mikrokontrolera ATmega32A: Program komputerowy zrealizowany w języku programowania C# Program zawiera: I. Obsługę komunikacji z mikrokontrolerem w celu otrzymywania danych pomiarowych II. Przetwarzanie otrzymanych danych i ich analizę III. Graficzną prezentację danych pomiarowych otrzymanych z akcelerometru, magnetometru, żyroskopu w czasie rzeczywistym 9

10 Schemat blokowy programu: Analiza, testowanie oraz przygotowanie czujników dla bezzałogowych platform latających. Czas trwania: Grudzień 2011 Luty 2012 Skład sekcji: Tomasz Targiel lider projektu, Ewa Biernacka, Kamila Iwańska, Jacek Janta, Piotr Holeksa, Łukasz Wójtowicz, Karol Jabłoński Cel projektu: Przetestowanie, analiza działania oraz przygotowanie wybranych czujników do wykorzystania dla potrzeb sterowania bezzałogowych obiektów latających. Czujnikami poddanymi analizie były: BMP085 firmy Bosch - czujnik ciśnienia MinIMU-9 firmy Pololu - moduł zawierający czujniki położenia: akcelerometry, żyroskopy, magnetometry Opis: W wyniku przeprowadzonych prac uzyskano charakterystyki statyczne i dynamiczne pracy czujnika ciśnienia. Przetestowano również skuteczność opracowanych algorytmów wyznaczania orientacji obiektu na podstawie danych z akcelerometrów, żyroskopów i magnetometrów. 10

11 Czujnik ciśnienia Czujnik BMP085 firmy Bosch pozwala na bardzo dokładny pomiar ciśnienia oraz temperatury. Pomiary te można wykorzystać do określenia wysokości obiektu latającego. Komunikuje się za pomocą interfejsu I 2 C. Projekt składał się z dwóch elementów: oprogramowanie dla mikrokontrolera ATmega16 komunikującego się z czujnikiem przez interfejs I 2 C oraz oprogramowanie dla komputera PC, którego zadaniem było odbieranie i prezentacja danych z mikrokontrolera. Dane odebrane z czujnika prezentowane były w aplikacji okienkowej napisanej w języku C#, w czasie rzeczywistym w postaci wykresów. Czujnik położenia Pierwszym etapem badań nad czujnikiem było przetestowanie go na gotowej platformie sprzętowej za pomocą gotowego oprogramowania. Posłużył do tego zestaw Arduino wraz z aplikacją pobraną ze strony producenta. 11

12 Kolejnym krokiem było połączenie czujnika przez interfejs I 2 C z samodzielnie zaprogramowanym mikrokontrolerem ATmega16, natomiast pozyskiwane w ten sposób dane były przesyłane do aplikacji napisanej w języku C# poprzez interfejs USART. Do badania czujnika zostało wykonane stanowisko pozwalające odczytać jego położenie ze skali, a następnie porównać rezultat z wynikiem uzyskanym z aplikacji. 12

13 High Flyers: GCS Czas trwania: Listopad 2011 Luty 2012 Skład sekcji: Paulina Wilk lider zespołu, Aleksandra Nadziejko, Monika Ceglarek, Michał Pawlikowski, Marcin Kolny konsultant Cel projektu: Stworzenie naziemnej stacji kontroli lotu aplikacji do komunikacji z bezzałogowym obiektem latającym. Zdobycie praktycznych umiejętności w programowaniu aplikacji w C# w środowisku Microsoft Visual Studio oraz zapoznanie się z problematyką komunikacji bezprzewodowej. Opis: Projekt został podzielony na cztery moduły projektowe: Graficzny Interfejs Użytkownika, Obsługa zewnętrznych map, Obsługa komunikacji bezprzewodowej oraz Obsługa kamery. Każdy z członków zespołu był odpowiedzialny za inną część stacji kontroli naziemnej. Graficzny Interfejs Użytkownika (GUI) Celem tego modułu było zaprojektowanie wyglądu aplikacji oraz stworzenie kontrolek wizualizacji lotu takich jak: prędkościomierz, wysokościomierz czy sztuczny horyzont. Obsługa zewnętrznych map W ramach tego zadania został przygotowany komponent odpowiedzialny za wyświetlanie mapy wczytanej z pliku zewnętrznego, który posiada również funkcje kalibracji mapy, dodawania punktów kontrolnych oraz rysowania toru pojazdu. Obsługa kamery Komponent kamery umożliwia przechwycenie obrazu z kamery umieszczonej na pokładzie platformy latającej. Posiada funkcje wyboru konkretnej kamery (z listy dostępnych w danej chwili) oraz zatrzymanie obrazu 13

14 Obsługa komunikacji bezprzewodowej Celem tego modułu było stworzenie klasy udostępniającej prosty interfejs komunikacji między dwoma urządzeniami bezprzewodowymi. Do komunikacji z BOL wykorzystano interfejs RS232. Projekt High Flyers: GCS miał głównie na celu wprowadzenie nowych rekrutów w tematykę programowania aplikacji zdolnych do bezprzewodowej komunikacji z urządzeniami peryferyjnymi. Z tego powodu oprogramowanie powstałe w trakcie tego projektu nie jest dalej rozwijane ani wykorzystywane w Kole. Jednak członkowie zespołu zdobyli niezbędne umiejętności, które pomogły im w następnym projekcie przy tworzeniu bardziej zaawansowanego oprogramowania do nadzorowania i sterowania bezzałogowym obiektem latającym Projekt: Naziemna stacja kontroli lotu GCS1. Poniżej znajdują się zrzuty ekranu obrazujące działanie aplikacji napisanej w ramach realizacji projektu: 14

15 Dobór i badania modułów nawigacji satelitarnej z przeznaczeniem do bezzałogowych platform latających Czas trwania: Grudzień 2011 Luty 2012 Skład sekcji: Agnieszka Ziebura lider projektu, Andrzej Szmajnta, Łukasz Szczurowski, Oliver Kurgan, Piotr Dyga, Michał Ożga - konsultant Cel projektu: Zaprojektowanie, wykonanie i testowanie uniwersalnych modułów umożliwiających wykorzystanie nawigacji satelitarnej w projektach koła naukowego. Opis: Wynikiem przeprowadzonego projektu jest uniwersalny moduł sprzętowo-programowy będący podstawą dla testowania algorytmów nawigacyjnych opartych o system GPS. Moduł pozwala również na jego bezpośrednią implementacje w innych projektach koła naukowego. Projekt został podzielony na trzy zasadnicze etapy: GPS dla PC, GPS dla AVR, Nawigator GPS-AVR. GPS dla PC Zadanie to polegało na stworzeniu aplikacji okienkowej w języku programowania C# obsługującej moduł GPS. Pierwszym etapem było zaprojektowanie interfejsu graficznego użytkownika. Kolejny etap to napisanie parsera GPS, który jest niezbędny do wydobycia interesujących nas informacji przesyłanych przez moduł GPS. Jednocześnie staraliśmy się zapewnić prostą wielowątkowość aplikacji. Informacje, które odczytuje program: aktualna długość i szerokość geograficzna, prędkość, 15

16 także ilość obecnych połączeń z satelitami. W interfejsie wyświetlany jest również nieprzetworzony ciąg NMEA, informacja o FIX-ie GPS oraz mapka pokazująca rozmieszczenie satelitów. GPS dla AVR Zadanie polegało na utworzeniu modułu GPS składającego się z 8-bitowego mikrokontrolera z rodziny ATmega i odbiornika GPS - FGPMMOPA4. Oprogramowanie dla mikrokontrolera AVR umożliwiało podejrzenie aktualnych danych nawigacyjnych na dołączonym wyświetlaczu LCD, obsługę interfejsu użytkownika składającego się z wyświetlacza LCD oraz przycisków funkcyjnych, a także zapisanie przebytej trasy na zewnętrznym nośniku danych. Poprzez wykorzystanie systemu przerwań mikrokontrolera aplikacja działa w sposób asynchroniczny. W projekcie wykorzystaliśmy płytkę uruchomieniową EvB 4.3 v4: 16

17 Wyniki przeprowadzonych testów dataloggera: Projekt stanowiska sterowania komorą podciśnieniową Czas trwania: Listopad 2011 Luty 2012 Skład sekcji: Marcin Cierniak lider projektu, Lucjan Cichoń, Dominik Piętka, Piotr Tracichleb, Michał Waruga, inż. Mateusz Markowicz konsultant Cel projektu: Celem było stworzenie projektu stanowiska dającego możliwość stabilizowania podciśnienia wykorzystywanego przy pracach nad wykonywaniem elementów laminatowych w technologii podciśnieniowej. Opis: Idea stanowiska zakłada podział na następujące elementy: sterownik element wykonawczy komora podciśnieniowa Główne prace w ramach projektu skupiały się na wykonaniu działającego na zasadzie włącz-wyłącz sterownika próżni wykorzystującego mikrokontroler ATmega16. Sterownik wyposażony został w interfejs składający się z wyświetlacza, diod oraz przycisków, przy pomocy, których użytkownik ustawiać może zadany przedział ciśnienia: 17

18 Informacji na temat ciśnienia w komorze dostarcza różnicowy czujnik ciśnienia zasilany napięciem 5V: Elementem wykonawczym jest pompa podciśnieniowa zasilana napięciem zmiennym 230V: 18

19 Projekt ten umożliwił rozwój umiejętności programowania mikrokontrolerów AVR oraz na zastosowanie teoretycznych wiadomości z zakresu elektroniki w praktyce. Dodatkowo stworzone stanowisko w przyszłości ułatwi wykonywanie samolotów bezzałogowych. Dobór i badania modułów komunikacji bezprzewodowej z przeznaczeniem do bezzałogowych platform latających Czas trwania: Grudzień 2011 Luty 2012 Skład sekcji: Jakub Kała lider projektu, Korneliusz Osmenda, Tomasz Korzyniec, Tobiasz Heller, Jacek Kałuża, Marcin Janik, Dominik Wybrańczyk konsultant Cel projektu: Zapoznanie się ze specyfikacją i możliwościami technicznymi dostępnych modułów komunikacji bezprzewodowej, przetestowanie każdego z modułów oraz dobór najlepszego do zastosowań w projektach realizowanych przez koło naukowe. Opis: Przeprowadzono testy, mające na celu sprawdzenie poprawności działania, jakości połączenia i zasięgu poszczególnych modułów w różnych warunkach eksploatacji. Komunikacja modułów z PC: W pierwszej kolejności zapoznano się z zasadą działania interfejsu UART oraz ze sposobem podłączenia modułu Bluetooth BTM-222 oraz MmsmartGSM, w sposób, który umożliwia bezprzewodową komunikację z komputerem. Testy obu modułów wyłoniły faworytów odpowiednio pod względem prostoty działania i konfiguracji (Bluetooth) oraz zasięgu (GSM). Moduł MMCC1100 używa do komunikacji interfejsu SPI i wymagał on użycia układu pośredniczącego, czyli np. mikrokontrolera AVR. Komunikacja modułów z AVR: W projekcie wykorzystaliśmy płytkę uruchomieniową EvB 4.3 v4 oraz interfejs USB-UART FT232RL. Członkowie koła naukowego mogli poszerzyć wiedzę dotyczącą programowania mikrokontrolerów i obsługi interfejsu UART. High Flyers: Wizja Czas trwania: Grudzień 2011 Luty 2012 Skład sekcji: Krzysztof Jaskóła lider zespołu, Paulina Wilk, Mateusz Drost, Tomasz Konrad, Marcin Kolny konsultant Cel projektu: Zyskanie przez uczestników projektu wiedzy i doświadczenia w dziedzinie analizy obrazów przeprowadzanej w czasie rzeczywistym. Członkowie zespołu zapoznali się z podstawowymi algorytmami operującymi na obrazach oraz z filtrami analizującymi obrazy pod kątem odnajdywania danych. 19

20 Opis: W ramach prac nad wizją zespół podzielił się na dwie podsekcje zajmujące się: przetwarzanie obrazów oraz sztuczną inteligencją. Przetwarzanie obrazów Początkowo, w celu zapoznania się z tematyką przetwarzania i analizy obrazów, zadaniem tej podsekcji było zaimplementowanie w języku C++ filtru medianowego oraz filtru uśredniającego. Następnie grupa zajęła się bardziej zaawansowanymi metodami przetwarzania napływającego obrazu. Zespół był także odpowiedzialny za wybór właściwej kamery do powierzonego zadania. Obraz musiał być wysokiej jakości, a sama kamera odporna na zakłócenia występujące blisko pozostałej elektroniki w bezzałogowcu. Przy użyciu oprogramowania Adaptive Vision Studio, uzyskanego dzięki nawiązaniu współpracy z firmą Future Processing stworzono program, który realizował poszczególne etapy misji bezzałogowca związanych z analizą obrazów. Sztuczna inteligencja Celem drugiej podsekcji było stworzenie sieci neuronowej, której zadaniem, jako końcowy etap przetwarzania obrazu, było rozpoznanie występującego wzorca np. litery alfabetu. W tym celu podsekcja musiała przebadać różne typy budowy sieci neuronowych oraz możliwe sposoby nauki sieci, aby ta bezbłędnie wykonywała powierzone zadanie. Jedna ze stworzonych sieci potrafi oddzielić na płaszczyźnie punkty, w których wartość przyjmuje się ujemną od tych, w których wartość jest dodatnia, jedną prostą, pod warunkiem, że ta prosta istnieje. Na poniższym rysunku zobrazowano wymieniony przykład. Dobór i badania silników, serwomechanizmów oraz układów zasilania z przeznaczeniem do bezzałogowych platform latających Czas trwania: Grudzień 2011 Luty 2012 Skład sekcji: Artur Piernikarczyk lider zespołu, Maksymilian Byliński, Jakub Kała, Korneliusz Osmenda, Dominik Wybrańczyk - konsultant 20

21 Cel projektu: Wykonanie przeglądu i wybór optymalnych pod względem kosztu i specyficznego zastosowania silników i serwomechanizmów, które stanowią element wykonawczy bezzałogowych platform latających. Zapoznanie się z elektroniką, systemami sterowania oraz samymi elementami mechanicznymi i silnikami stosowanymi w przemyśle oraz w zastosowaniach hobbystycznych. Wykonanie przeglądu i wybór odpowiednich układów zasilania dla elementów wykonawczych oraz elektroniki sterującej. Zapoznanie się z różnymi typami przetwornic impulsowych prądu stałego: buck, boost, flyback itp. Opis: Projekt był podzielony na trzy zadania: prace dotyczące silników, serwomechanizmów oraz przetwornic. W wyniku realizacji projektu otrzymaliśmy pełną dokumentację na temat optymalnych pod względem kosztów i parametrów silników i serwomechanizmów oraz pełną dokumentację parametrów przetwornic dostępnych na rynku, a także tej wykonanej podczas prac nad projektem. Założeniem projektu było ograniczenie zakresu prac do silników elektrycznych prądu stałego o mocy do 500W i serwomechanizmów w zastosowaniach modelarskich. Natomiast typ badanych przetwornic to przetwornice obniżające napięcie. Silniki Realizacja projektu mostka H - projekt został wykonany w darmowej wersji programu Cadsoft EAGLE. Pozwala on na sterowanie silnikami do 20A Przedstawione poniżej schematy wykonano w programie EAGLE: ideowy i montażowy mostka H ideowy mostka H z wykorzystaniem drivera HIP

22 Układ (mostek H) jak i silnik zostały wykorzystane do sterowania pojazdem znajdującym się w laboratorium udostępnionym na potrzeby testów (MobilCam). Układ płynnie regulował prędkością pojazdu, jak i jego kierunkiem poruszania. Serwomechanizmy Serwomechanizm sterowany jest przez impulsy o standardowej częstotliwości 50 Hz. Zależnie od podanego czasu impulsu, serwomechanizm ustawia się pod odpowiednim kątem oraz utrzymuje tą pozycje do momentu zmiany zadanego sygnału. Schemat podłączenia serwomechanizmu do mikrokontrolera: 22

23 Przetwornice Przetestowano przetwornice dostępne na rynku. Wyznaczono parametry przetwornic. Zrealizowano projekt przetwornic obniżających napięcie: Przetwornicę typu step-down z zewnętrzną indukcyjnością opartą na układzie SIC413 Przetwornicę typu step-down ze zintegrowaną indukcyjnością opartą na układzie LMZ12001/LMZ12002/LMZ12003 Przetwornicę typu step-down opartą na module DC/DC ISL8201/ISL8204/ISL8206 Zdjęcia przetwornic opartych na układzie LMZ12001 oraz LMZ12003: Zdjęcia przetwornicy opartej na układzie SIC413: Zmontowano i uruchomiono układ przetwornicy Testowano wykonane przetwornice. Wyznaczono parametry przetwornic Opracowano wyniki pomiarów w postaci wykresów Porównano parametry przetwornic dostępnych na rynku z przetwornicami wykonanymi podczas prac nad projektem. Utworzono odpowiednią dokumentację. 23

24 Autopilot I Czas trwania: Marzec 2012 Wrzesień 2012 Cel projektu: Zaprojektowanie, wykonanie i testowanie układu elektronicznego autopilota dla platformy latającej. Wykorzystanie autopilota do zbierania danych z lotu platformy. Ze względu na dużą ilość osób uczestniczących w tym projekcie utworzone zostały cztery zespoły każdy odpowiedzialny za inną część projektu. Organizację pracy przedstawia poniższy schemat: Układ elektroniczny dla platformy Zaprojektowanie prototypu platformy Układ autopilota dla platformy latającej Testy autopilota z wykorzystaniem platform latających Pozycja i orientacja platformy Opis prac poszczególnych zespołów: Zaprojektowanie i wykonanie układu elektronicznego dla prototypowej platformy latającej Skład zespołu: Maksymilian Byliński kierownik prac, Korneliusz Osmenda, Artur Piernikarczyk, Jakub Kała Głównym zadaniem zespołu było wykonanie układu elektronicznego dla bezzałogowca umożliwiającego jego bezawaryjne sterowanie i komunikowanie się z naziemną stacją kontroli lotu. Zaprojektowanie prototypowej platformy latającej Skład zespołu: Patryk Nocoń kierownik prac, Jan Tlałka, Wojciech Widenka, Marcin Wenglorz, Adam Szewczyk Zespół był odpowiedzialny za zaprojektowanie platformy latającej zdolnej do wykonania wszystkich misji, do których została przeznaczona. Projekt ten powstaje w oparciu o specjalne programy komputerowe obliczające wytrzymałość zastosowanych materiałów oraz symulujące zachowanie platformy latającej podczas lotu. 24

25 Testowanie autopilota z wykorzystaniem platform latających Skład zespołu: Tomasz Targiel kierownik prac, Ewa Biernacka, Kamila Iwańska, Jacek Janta, Piotr Holeksa, Łukasz Wójtowicz, Karol Jabłoński Zadaniem zespołu było przeprowadzenie testów układu elektronicznego autopilota przy wykorzystaniu samolotu depronowego. Wyniki testów są niezbędne do sprawdzenia wykonanego układu autopilota oraz do podjęcia ewentualnych działań korygujących. Implementacja i testowanie funkcji autopilota odpowiedzialnych za wyznaczenie pozycji i orientacji platformy latającej w przestrzeni Skład zespołu: Oliver Kurgan kierownik prac, Agnieszka Ziebura, Andrzej Szmajnta, Łukasz Szczurowski, Piotr Dyga Zespół ten był odpowiedzialny za obsługę i oprogramowanie systemu nawigacyjnego opartego o GPS oraz systemu określającego orientację obiektu w przestrzeni (AHRS). Systemy te są niezbędne do wykonania w pełni autonomicznej platformy latającej. Moduł autopilota: 25

26 Naziemna stacja kontroli lotu GCS I Czas trwania: Marzec 2012 Wrzesień 2012 Cel projektu: Przygotowanie stacji bazowej oraz stworzenie aplikacji do nadzorowania i sterowania bezzałogowego obiektu latającego. Rozbudowa oprogramowania o dodatkowe funkcje pozwalające na rozpoznawanie wybranych obiektów stacjonarnych z użyciem systemu wizyjnego. Wykorzystanie aplikacji w projekcie MIWL Ze względu na dużą ilość osób uczestniczących w tym projekcie, zostały utworzone cztery zespoły, każdy odpowiedzialny za inną część projektu. Organizację pracy przedstawia poniższy schemat: Stacja nadawcza do sterowania BOL Testy łącza radiowego Naziemna stacja kontroli lotu - GCS1 Oprogramowanie stacji kontroli Naziemna stacja Poniżej znajduje się krótki opis prac poszczególnych zespołów. Stacja nadawcza do sterowania BOL Skład zespołu: Marcin Cierniak lider podsekcji, Lucjan Cichoń, Michał Waruga, Dominik Piętka, Piotr Tracichleb Zespół był odpowiedzialny za napisanie i zainstalowanie stworzonego w ramach projektu oprogramowania na stacji kontrolnej. Do zadań tego zespołu należała również nauka obsługi i test aparatury modelarskiej. Testy łącza radiowego Skład zespołu: Jakub Kała lider podsekcji, Tobiasz Heller, Jacek Kałuża, Tomasz Korzyniec, Korneliusz Osmenda Głównymi zadaniem było ustalenie ramki danych oraz aplikacja wybranych modułów radiowych na obiekcie latającym oraz na stacji naziemnej. Zespół określił również rzeczywisty zasięg modułów. 26

27 Oprogramowanie stacji kontroli naziemnej Skład zespołu: Paulina Wilk lider podsekcji, Monika Ceglarek, Aleksandra Nadziejko, Michał Pawlikowski Zespół był odpowiedzialny za stworzenie aplikacji w języku C# zapewniającego komunikację między BOL a osobą odpowiedzialną za jej obsługę z ziemi. Oprogramowanie zawierało m.in. klasę RS232 do komunikacji z obiektem latającym, wizualizację parametrów lotu, wskazywanie położenia BOL na mapie. Analiza i przetwarzanie obrazu Skład zespołu: Krzysztof Jaskóła lider podsekcji, Mateusz Drost, Tomasz Konrad, Paulina Wilk Zadaniem tej grupy było zapoznanie się z tematyką sieci neuronowych oraz analizy i przetwarzania obrazów cyfrowych, implementacja wybranych algorytmów wizji komputerowej w języku C++ z wykorzystaniem biblioteki OpenCV (m. in. detekcja krawędzi i rozpoznawanie obszaru o danym kształcie). Do rozpoznawania znaków alfanumerycznych zastosowano algorytm bazujący na sieciach neuronowych. Ponadto w projekcie uczestniczyli (jako konsultanci) następujący członkowie Koła: Marcin Janik, Marcin Kolny, Mateusz Markowicz, Dominik Wybrańczyk. Zrzut ekranu działającej aplikacji: 27

28 Projekt: Igry 2012, Gliwice Czas trwania: Maj 2012 Miejsce: Lotnisko Aeroklubu Gliwickiego Cel: Uatrakcyjnienie imprezy masowej, zaprezentowanie osiągnięć i możliwości koła naukowego. Opis: Uczestnictwo w IGRACH 2012 było kontynuacją ubiegłorocznego przedsięwzięcia, czyli projektu IGRY Osobą odpowiedzialną za udział koła naukowego w imprezie był wiceprezes High Flyers Tomasz Siwy. Po raz kolejny High Flyers przedstawiło zastosowanie Bezzałogowych Obiektów Latających do monitoringu imprez masowych, tym razem rozszerzając program o transmisję wideo na żywo. Dzięki temu przedsięwzięciu zespół High Flyers wzbogacił się o cenne doświadczenie w zakresie organizacji wydarzeń lotniczych i współpracy z Uczelnianym Zarządem Samorządu Studenckiego Politechniki Śląskiej. Najważniejsze ustalenia, bezpieczeństwo: Został specjalnie wytyczony pas startowy znajdujący się poza terenem imprezy na lotnisku Wydzielono odpowiednią strefę lotów Osiągnięto gotowość do wykonania lotu w każdy dzień imprezy, zależnie od pogody i oświetlenia Bezpieczeństwo i obsługę techniczną w strefie zapewniali wydelegowani członkowie koła naukowego High Flyers, liczba osób zaangażowanych: 13 Bezpieczeństwo lotu zapewniał doświadczony pilot członek koła naukowego Marcel Smoliński 28

29 Sprawozdanie z przebiegu projektu: Koło naukowe pokryło wszystkie koszty związane z oblotem tj. sprzęt, logistyka, zasoby ludzkie Koło naukowe dysponowało samolotem RC wyposażonym w kamerę rejestrującą obraz w jakości HD oraz nadajnik radiowy 5,8 GHz Loty zostały wykonane w momencie wejścia barwnego korowodu studentów na lotnisko, także pomiędzy występami artystycznymi Obraz transmitowany był bezpośrednio na telebimach znajdujących się obok sceny Zdjęcia oraz film z oblotów zostały udostępnione na stronie oraz Samorządowi Studenckiemu Politechniki Śląskiej Materiał filmowy oraz zdjęcia są dostępne na oficjalnej stronie koła naukowego oraz pod poniższymi odnośnikami: Plany: Zastosowanie wielowirnikowców do monitoringu imprez masowych oraz innych wydarzeń kulturalnych, a także sportowych. Celem jest uzyskanie bardziej dynamicznych ujęć z bliższej odległości. 29

30 Projekt: MIWL 2012, Bezmiechowa Międzyuczelniane Inżynierskie Warsztaty Lotnicze to najbardziej prestiżowa konferencja młodych konstruktorów lotnictwa w Polsce i jednocześnie jedyne zawody samolotów bezzałogowych w Europie Wschodniej. Zawody polegają na prowadzeniu przez samolot bezzałogowy misji polegającej na identyfikacji celu w trybie pełnej autonomii lotu. Celem warsztatów połączonych z zawodami UAV jest zachęcenie uczestników do poszukiwania nowoczesnych rozwiązań w obszarze bezpilotowych statków latających. Projekt MIWL 2012 to już drugi wyjazd zespołu High Flyers na Warsztaty w Bezmiechowej. Zawody BSL W tym roku Koło przygotowuje się także do konkursu na Bezzałogowy Statek Powietrzny, gdzie zaprezentuje swój pierwszy samolot UAV budowany od podstaw - POLSL HF-1 Orzeł. Samolot bezzałogowy "Orzeł" powstaje na bazie doświadczeń zespołu High Flyers z poprzednich lat. Budowa kadłuba jest zainspirowana modelem udźwigowym Falcon (zawody Air Cargo Challenge 2011), natomiast skrzydła zostały zaprojektowane specjalnie na potrzeby konkursu. Cały czas trwają prace nad Orłem : Na system pokładowy składają się: Napęd - silnik AXi 4130/20, regulator Jeti SPIN 75 OPTO 30

31 Odbiornik RC Moduł Autopilota Kamera HD wraz z modułem radiowym Spadochronowy system odzysku Oświetlenie - cztery diody Power Led firmy Cree XLamp XP wraz ze sterownikiem Centrala aerometryczna "Pelikan 2" Używane częstotliwości: Moduł komunikacji radiowej: xbee Pro 2,4GHz Link radiowy kamery HD: 5,8GHz, zapasowy 2,4GHz Aparatura: 2,4 GHz Moduł Autopilota Projekt modułu Autopilota został wykonany przez Marcina Janika w środowisku Altium Designer. Moduł składa się z następujących elementów: Dwa czujniki położenia (AHRS ang. Attitude and Heading Reference Systems) gotowy moduł CHR- UM6 firmy CH Robotics oraz zestaw czujników minimu9, który dostarcza tylko surowe dane z akcelerometrów, żyroskopów i magnetometru. Protokoły komunikacyjne UART i I2C. Czujnik ciśnienia zastosowano czujnik BMP085 firmy Bosch, który pozwala na pomiar ciśnienia atmosferycznego i obliczenie wysokości na której znajduje się bezzałogowy obiekt latający. Protokół komunikacyjny I 2 C. Moduł GPS wykorzystano GPS firmy Ublox, który w kompleksowy sposób dostarcza bieżących informacji geolokacyjnych dla jednostki centralnej. Protokół komunikacyjny UART. Moduł RC-Switch pozwala na niezależne od jednostki centralnej przełączenie sterowania z trybu automatycznego na manualny i na odwrót. Moduł komunikacji radiowej wybrano moduły xbee PRO, które zapewniają komunikację stacji naziemnej z bezzałogowym obiektem latającym. Protokół komunikacyjny UART. Jednostka centralna została zbudowana z mikrokontrolera STM32F103 wyposażonego w rdzeń Cortex-M3. Zainstalowano system czasu rzeczywistego FreeRTOS dzięki czemu na miniaturowym kontrolerze osiągnięto możliwość zaprojektowania bezpiecznego, stabilnego i wielowątkowego systemu operacyjnego. Oświetlenie samolotu RC System oświetlenia samolotu RC (ang. Radio control) został zaprojektowany przez Olivera Kurgana. System oparty na diodach Power LED ma zapewnić dobrą widoczność sygnalizacji nawet podczas lotów w trakcie dnia. Wbudowany mikrokontroler steruje pracą diod w zaprogramowany sposób. Na sekwencje oświetlenia można wpływać manualnie poprzez zamontowany na płytce PCB przełącznik lub poprzez komunikację z mikrokontrolerem poprzez port szeregowy lub sygnał PWM. 31

32 Tegoroczne Międzyuczelniane Inżynierskie Warsztaty Lotnicze odbędą się w terminie września w Akademickim Ośrodku Szybowcowym w Bezmiechowej. Współpraca z przemysłem Czas trwania: Lipiec 2012 Wrzesień 2012 Cel: Celem praktyk oraz stażów w przemyśle jest zapoznanie się z komercyjnymi rozwiązaniami stosowanymi w przemyśle oraz możliwość dodatkowego rozwoju członków koła naukowego. Opis: Współpracę z przemysłem w roku 2011/2012 można podzielić na staże oraz na praktyki studenckie. Poniżej znajduje się opis współpracy High Flyers z przemysłem. Praktyki, lipiec, sierpień i wrzesień 2012: Skład osobowy: Mateusz Drost, Piotr Holeksa W celu poszerzenia horyzontów i zdobycia doświadczenia zawodowego, członkowie High Flyers zorganizowali praktyki w siedzibie Flytronic. Wysokie standardy działu IT pozwoliły na zapoznanie się z możliwymi ścieżkami rozwoju zawodowego. W ramach praktyk studenci poznali zasady działania i administrowania sieci wewnętrznej w firmie, a także zostali wdrożeni w prace związane ze współpracą z Politechniką Śląską nad budową bezzałogowego samolotu. W ramach tego projektu praktykanci musieli wykazać się umiejętnościami z dziedziny programowania i elektroniki w trakcie budowy radaru wyszukującego i śledzącego cel. Rekrutacja oraz kurs elektroniki Czas trwania: 2 miesiące (po 1-2 spotkania w tygodniu) Cel projektu: Celem projektu było wprowadzenie rekrutów koła w ciekawy świat elektroniki cyfrowej, programowania mikrokontrolerów oraz propagowanie samodzielnego rozwijania swojej wiedzy o elektronice, automatyce i informatyce. Opis: Pod koniec roku akademickiego 2010/2011 MKN High Flyers przyjęło 45 nowych rekrutów, spośród których większość stanowili studenci kierunku zamawianego Automatyka i Robotyka. W celu wdrożenia ich w działalność koła oraz wyrównania ich poziomu wiedzy z zakresu elektroniki oraz programowania zorganizowany został dla nich kurs. W czerwcu i lipcu oraz od października do grudnia odbył się szereg spotkań, podczas których starsi członkowie High Flyers dzielili się swoją wiedzą i zainteresowaniami z osobami rozpoczynającymi działalność w kole. Kolejne spotkania poruszały następującą tematykę: 1. Wstęp do elektroniki. 2. Programowanie mikrokontrolerów AVR w symulatorze i w praktyce. 3. Programowanie: Podstawowy C++ - cz Obsługa Eagle CAD i wstęp do projektowania płytek PCB. 5. Programowanie: Podstawy C++ - cz. 2 32

33 Wiedzę z zakresu elektroniki prezentował Dominik Wybrańczyk, mikrokontrolery AVR w teorii i praktyce prezentował Michał Ożga, natomiast przedstawienie tajników programowania było zadaniem Marcina Kolnego. Kurs cieszył się bardzo dużą popularnością, zarówno ze względu na interesującą tematykę, potencjalnie ułatwiającą dalsze studia, jak i przystępny sposób prowadzenia. Na przełomie listopada i grudnia wszyscy rekruci dysponowali już wiedzą i umiejętnościami pozwalającymi brać czynny udział w realizacji projektów. Zostali więc przydzieleni do poszczególnych sekcji, na które podzielone jest koło w celu usprawnienia swojej działalności. Poszczególne sekcje to: Wizja AHRS Model GPS Radio GCS Zasilanie Czujniki Wyjazdy, seminaria, prezentacje, wykłady Seminaria Członkowie High Flyers uczestniczyli w seminarium obejmującym zastosowania i najczęstsze aplikacje produktów firmy Freescale na terenie Katowic. Kinetis Tour 2012, Katowice: Michał Ożga, Agnieszka Ziebura, Oliver Kurgan, Łukasz Szczurowski, Piotr Tracichleb, Piotr Dyga. Prezentacje Zespół High Flyers wielokrotnie prezentował swoje projekty przed studentami Politechniki Śląskiej między innymi uczestnicząc w imprezie masowej IGRY oraz w Międzyuczelnianych Inżynierskich Warsztatach Lotniczych Dodatkowo drużyna High Flyers prezentowała postępy swoich prac przed opiekunami Romanem Czybą i Grzegorzem Szafrańskim oraz przed firmami zewnętrznymi, które zgodziły się zostać naszymi sponsorami (pokazy przed firmą Flytronic). W październiku 2011 roku zespół High Flyers brał udział w Dniu Otwartym Kół Naukowych zorganizowanym na Wydziale Automatyki, Elektronik i Informatyki. W dniu 19 czerwca 2012 roku przeprowadzono prezentację koła naukowego dla studentów II roku kierunku Automatyka i Robotyka. 33

34 Wykłady R. Czyba, G. Szafrański: Udział w projekcie POKL, , Instytut Automatyki, s R. Czyba, G. Szafrański, M. Smoliński, K. Płatek: Sterowanie obiektami latającymi samolot, quadrotor, sterowiec, , Instytut Automatyki, aula B. Plany na rok 2012/2013 Plany zespołu High Flyers na rok 2012/ Kontynuacja projektów POKL: Autopilot II oraz Naziemna stacja kontroli lotu - GCSII. 2. Rekrutacja dla studentów elektroniki oraz informatyki. 3. Przeprowadzenie kursów dla rekrutów: a. Wprowadzenie do elektroniki b. Programowanie mikrokontrolerów AVR c. Programowanie obiektowe d. Programowanie mikrokontrolerów STM32 (w planach). 4. Projekt budowy sterowca. 5. Udział w projekcie IGRY Wyjazd na IX Międzyuczelniane Inżynierskie Warsztaty Lotnicze do Bezmiechowej z autonomicznym samolotem. 7. Wyjazd na seminaria dotyczące aktualnie stosowanych podzespołów elektronicznych, jak: a. Freescale b. STMicroelectronics c. Analog Devices 8. Wyjazd na zawody Air Cargo Challenge 2013 w Portugalii. 34