MikroKopter

Aufbau einer unbestückten Flight-Ctrl


Einleitung

Diese Seite gibt Hilfestellung, Hinweise und Tipps zum Aufbau einer unbestückten Flight-Ctrl-Platine. Es wird sowohl das Löten der Hardware wie auch die Installation der Software erläutert.

Diese Anleitung bezieht sich auf die Versionen 1.0 bis 1.3 der Flight-Ctrl-Platine. Die im einzelnen unterschiedliche Bestückung wird in der Stückliste (am Ende dieses Beitrags) erläutert.

Material und Werkzeuge

Zunächst sollte man sicherstellen, dass sämtliche Bauelemente vorhanden sind. Es ist ratsam, von den kleinen Widerständen, Kondensatoren, etc. mehr als notwendig zu haben. Wenn diese Teile mal runterfallen, findet man sie kaum wieder. Eine vernünftige, wackelfreie Arbeitsfläche und kleine Schachteln für die Teile ist von Vorteil. Desweiteren ist ein kleiner Elektronikerschraubstock empfehlenswert (alternativ muss man sich etwas anderes zum Festhalten besorgen).

Folgende Dinge sind notwendig:

Bestückungsplan

Bestueckung_oben.png
Bestueckung_unten.jpg

FC 1.3 Bestückungsplan im Detail:

http://gallery.mikrokopter.de/main.php/v/tech/FC1_3+Bestueckungsplan.jpeg.html

FC-ME Bestückungsplan im Detail:

http://gallery.mikrokopter.de/main.php/v/tech/FC_ME+Bestueckungsplan.jpg.html

FC-ME v2.1 Bestückungsplan:

BestückungsPlanME21_Ae0.1.png

Schaltpläne

FlightCtrl V1.0:

attachment:FlightCtrl_Schaltplan.gif

(Klicken für hohe Auflösung)

FlightCtrl V1.1/V1.2:

attachment:FlightCtrl_V1_1_Schaltplan.gif

(Klicken für hohe Auflösung)
Schaltplan und Bestückungsplan V1.2 als PDF

Stückliste V1.2 als TXT

FlightCtrl V1.3:

attachment:FlightCtrl/FC_V1_3.gif

(Klicken für hohe Auflösung)

Schaltplan und Bestückungsplan V1.3 als PDF

Stückliste V1.3 als TXT

Hinweise zur Bestückung

Es empfiehlt sich, sauber und in Ruhe zu arbeiten. Die Löttemperatur sollte beim Löten ca. 380°C und beim Entlöten mit Entlötlitze ca. 400°C sein. Schief eingelötete Bauelemente sollte man aus- und wieder neu einlöten. Es ist darauf zu achten, nicht zu wenig und nicht zu viel Lötzinn zu verwenden. Eine trübe oder matte Lötstelle muss neu erhitzt werden, sie muss beim Erkalten glänzen.

Reihenfolge

Die Reihenfolge der Bestückung ist nicht zwingend vorgeschrieben, aber folgende Beschreibung erleichtert die Arbeit.
Zuerst sollte die Platine hinsichtlicht Kratzer auf der Oberfläche untersucht werden. Evtl. durchtrennte Leiterbahnen können für unliebsame Überraschungen sorgen.

Das erste Bauelement ist der ATMega644(P). Hierbei ist mit großer Sorgfalt vorzugehen. Der Chip muss sauber auf den Lötpads platziert und die Markierung (Punkt in der Ecke) ausgerichtet sein. Der Lötvorgang sollte zügig erfolgen, da eine Überhitzung tötlich sein kann. Ist er aufgelötet, sollte man nochmals eine Sichtkontrolle hinsichtlich durch Lötzinn kurzgeschlossener Pins durchführen. Dieses Zinn ist mit der Entlötlitze zu entfernen. Jetzt kommen die anderen Chips (Beschleunigungssensor und Operationsverstärker) dran.

Tip: Das Löten von SMD-Chips sollte man vorher mit anderen Bauteilen (Chipmuster, Resten) auf Musterplatinen üben.

Nach dem Chip sind zuerst sämtlich Widerstände, dann die SMD-Kondensatoren, danach die LEDs dran. Als nächstes sind die Transistoren an der Reihe.

Tip: Für eine gerade Ausrichtung wird zuerst ein Pad verzinnt. Dann fasst man das Bauteil mit der Pinzette und richtet es aus. Nun erhitzt man das verzinnte Pad und schiebt das Bauteil auf die richtige Stelle. Notfalls kann man es nochmal erhitzen und besser ausrichten. Danach die andere Seite anlöten.

Nun kommen die nächstgrößeren Bauteile, wie die Spule, der etwas größere SMD-Kondensator und die Diode dran. Gerade bei der Spule sollte man genau hinsehen.

Hinweis: Bei V1.0 ist die Diode bedrahtet, bei V1.1 und V1.2 ist sie in SMD-Ausführung. Es ist _unbedingt_ auf die Ausrichtung des Ringes achten.

Jetzt können der 3V-Spannungregler, die Stiftleisten, der Quarz sowie die GyroScope aufgelötet werden (optional kommt jetzt der Höhensensor dran). Anschließend kommen der 5V-Spannungsregler und die Elkos (auf Polung achten) dran. Wie man den Summer mit der Platine verbindet, hängt davon ab, ob ein elektronischer Kompass eingesetzt werden soll. Da der Summer einen Magneten hat, beeinflusst er den Kompass. In diesem Fall sollte man ihn mit einem Kabel verlegen. Nicht zu vergessen ist bei der Platine V1.0 die Drahtbrücke von C3. Den Abschluss bildet der Schalter.
Nun ist die Bestückung der Platine fertig. Es kann zur Überprüfung der Elektronik gehen.

Ausrichtung spezieller Bauteile

Im Folgenden wird kurz die Ausrichtung der Chips und Dioden beschrieben.

GierGyro1.jpg GierGyro2.jpg

Hinweis:Auch die SMD-Version des Gier-Gyros wird hochkant befestigt, aber nicht direkt auf der Platine. Der Punkt am Gehäuse der SMD-Gyros zeigt nicht immer Pin 1. Besser Pin 2 mit Durchgangsprüfer suchen: Gehäuse ist auch Masse!

Pin 1 ist bei den SMD-Gyros auf der Unterseite markiert. Das entsprechende Lötpad ist an einer Ecke abgeschrägt und mit der Lupe gut zu erkennen. Zur Sicherheit kann man natürlich, wie oben angemerkt, noch einmal Pin 2 mit dem Durchgangsprüfer kontrollieren.

http://gallery.mikrokopter.de/main.php/v/uploads/smd_gyro_pin_1.jpg.html

Elektrische Inbetriebnahme

Bevor die Software aufgespielt und die Platine verkabelt wird, sollte man die Spannungen und Kondensatoren sowie Widerstände übersprüfen.

Hinweise

Als ein Minimum an Ausstattung benötigt man ein Multimeter, das sowohl Spannungen als auch Widerstände messen kann. Desweiteren ist ein strombegrenzendes Netzteil dringend ratsam. Ferner ist natürlich ein Oszilloskop wünschenswert (aber nicht unbedingt nötig).

Passives Messen

Um sicher zu gehen, dass man keine ungewollten Lötbrücken beim Bestücken in die Versorgung eingebaut hat, prüft man mit einem Durchgangsprüfer die 5V gegen GND (es gibt zwei Lötpads, die mit „5V“ und „GND“ beschriftet sind). Man sollte auch gleich die 3V-Versorgung auf Kurzschluss prüfen (z.B. auf Durchgang über C16).
Bei diesen Durchgangsmessungen muss ein Widerstand deutlich über 0 Ohm gemessen werden, bzw. der Durchgangsprüfer darf nicht 'piepen'. Sollte sich doch ein Kurzschluss eingeschlichen haben, sind Lötbrücken an den 100nF-Kondensatoren häufig die Ursache. Bei Verwendung von Lötpaste gilt: weniger ist mehr.

Messen der Spannungen und Ströme

Vor dem Anschluss der Betriebsspannung sollte ein weiteres Mal der richtige Einbau des Spannungsreglers IC4 (µA7805) und der Diode D1 überprüft werden. Die Betriebsspannung wird an den Anschlüssen J1 (Markierung „+“ am Schalter) und am Anschluss J2 (Markierung „-“ neben dem Schalter) angeschlossen. Es wird dringend empfohlen, ein strombegrenztes Netzteil zu verwenden, bis man weiß, dass alles richtig funktioniert. Ein Steckernetzteil mit Gleichspannungsausgang von ca. 9–12V leistet hier bereits gute Dienste. Die Gesamtstromaufnahme der nackten Platine sollte um die 65..70mA liegen. Das ist ein wichtiges Indiz für intakte, richtig eingelötete Bauelemente.

Abgleich der Gyros

An den Ausgängen der Gyro-Verstärker (Pins 8, 7 und 1 des IC2) sollte im unbewegten Zustand eine Spannung von ca. 1,2-1,8V (idealerweise 1,5V) anliegen. Da das Ausgangssignal der Gyros werksseitig bereits leicht variiert, muss das Signal ggf. leicht justiert werden.

Dazu müssen die Widerstände R9 (für Nick - TP4), R13 (für Roll - TP5) und R17 (für Gier - TP3) zum Anheben des Signals nachbestückt werden (je niedriger der Widerstandswert, desto höher das Ausgangssignal). Oder die Widerstände R29 (für Nick - TP4), R20 (für Roll - TP5) und R15 (für Gier - TP3) zum Absenken des Signals (je niedriger der Widerstandswert, desto niedriger das Ausgangssignal).

Eine ausfürliche Anleitung findet man hier: GyroAbgleich

Aufspielen der Software

Hinweise

Es empfielt sich, die Software noch vor der Verkabelung einzuspielen. Bei Verbindungsproblemen kann man so schneller die Platine überprüfen.

Hier gibt es eine komprimierte Kurzübersicht zum Thema Flashen und Updaten

Installieren des Bootloaders

Zunächst muss der Bootloader installiert werden. Dafür muss ein Atmel-Programmer mit einem ISP6 Anschluss mit dem ISP Anschluss der Platine verbunden werden. Das geht am einfachsten mit unserem seriellen Konverter (SerCon), in dem die ISP-Schaltung bereits eingebaut ist. Zum Programmieren muss der PC über eine „echte“ serielle Schnittstelle verfügen. USB-auf-Seriell/Parallel-Wandler oder ähnliches gehen definitiv nicht! Der Seriell-Konverter wird über ein Flachbandkabel an den 6-poligen Stiftleisten verbunden. Die Betriebs-LED auf dem Konverter muss dabei nicht leuchten. Die Flight-Ctrl muss zum Programmieren mit Spannung versorgt sein.

Tip: Die Spannung (5V) kann man leicht aus einem USB-Anschluss abgreifen. Dazu zerschneidet man ein USB-Kabel und lötet an Rot und Schwarz eine Buchse (für die Stiftleisten). Dabei steckt man Rot (Plus) an Pin 2 vom ISP1-Stecker und Schwarz (Masse) an Pin 10. Damit versorgt die SerCon den Controller auf der Flight-Ctrl.

Mit dem MikroKopter Tool

Mit AVR-Studio

Mit avrdude unter Linux

Installieren der Firmware

Die Firmware wird nun seriell über das SIO Interface mit dem MK-Tool eingespielt. Eine Anleitung findet man hier: MikroKopterTool - Programm-Update

Alternative: Einspielen des Programms mit PonyProg v2.6g

Alternativ lässt sich die Software auch mit PonyProg einspielen.

Problembehebung, wenn Zugriff auf den Prozessor fehlschlägt

Ist nach falschem Setzen der Fusebits oder nach einem fehlgeschlagenen Programmieren mit avrdude kein weiterer Zugriff auf den Prozessor mehr möglich, so kann dieser evtl. mit einem Oszillator wiederbelebt werden. Siehe dazu den Beitrag AVRWiederbelebung.

Test von Gyro- und Beschleunigungssensor

Die Platine wird in die waagerechte Position gebracht und eingeschaltet bzw. resettet und die Scope-Funktion im MikroKopter-Tool wird gestartet. Falls diese schon lief, sollte sie kurz gestoppt werden, damit der Zoom-Bereich zurückgesetzt wird. Es werden hier zunächst nur die ersten fünf Analogwerte beobachtet. Die restlichen Analogwerte können über den Reiter „Scope“ im MikroKopter-Tool abgeschaltet werden, falls sie das Bild unübersichtlich machen.

Nun wird die Platine möglichst flüssig um ca. 45 Grad in der Nickachse gekippt. (Der Pfeil auf der Platine zeigt nach vorne). Auf dem Scope beobachtet man die Signale der Messwerte. Dabei sollten das Signal des Nick-Integrals und das des Nick-Beschleunigungssensors (hier rot und gelb) einen deutlichen Ausschlag zeigen. Wichtig ist, dass die Linien weitestgehend deckungsgleich sind.

Das selbe prüft man auch auf der Rollachse (hier blau und grün):

Screenshot_Scope.png

Danach wird der Gier-Gyro überprüft. Dabei wird die Platine um die Gierachse gedreht und das Signal des Gyrosensors beobachtet. So lange sich die Platine dreht, gibt es dabei einen Ausschlag, der wieder zu Null wird, wenn die Platine wieder stoppt.

Im virtuellen Display werden nun die Offsetwerte der Gyros überprüft (die Werte in Klammern):

GyroMenue.png

Dazu blättert man mit den Tasten in das entsprechende Menü. Die Offsets sollten bei den Gyros etwa um 500 (±100) liegen. In diesem Beispiel hat der Gier-Gyro ein Problem (178). Es muss entweder nachgetrimmt oder ausgetauscht werden.

Nun wird noch der Beschleunigungssensor überprüft:

ACC-Sensor.png

Für Nick und Roll sollten sich Werte von 465...563 und für Hoch von 651...788 ergeben. Genaues siehe BeschleunigungsSensor.

Wichtig: Die Platine bzw. der Kopter sollte dabei gerade stehen, die Erdanziehungskraft würde sonst auf die anderen Achsen wirken und müsste mit berücksichtigt werden.

Test des Empfangssignals

Im virtuellen Display lassen sich die Fernbedienungswerte ablesen:

Menue_Kanaele.jpg

Mit der Fernbedienung lassen sich die Werte im Bereich von ca. -120 bis +120 verändert.

Test der Spannungsmessung

In einem Menü kann der Wert der Spannungsmessung kontrolliert werden:

Anzeige_Menue.png

In diesem Beispiel ist das 11,3V.

Der Empfangspegel ist 0, weil kein Empfänger angeschlossen ist.

Hinweise zur Inbetriebnahme des Mikrokopters

Ausführliche Anleitungen zum Kalibrieren der Gyros findet man im MikroKopterEinstieg. Alles rund um die Verkabelung hier: ElektronikVerkabelung

Bauteilelisten

(!) Tipp: Es empfiehlt sich, beide Seiten der unbestückten Platine zunächst einzuscannen oder zu fotografieren. Das macht es später einfacher ungewollte Lötbrücken und ähnliche Fehler aufzuspüren.

FC V1.0 - V1.3


Die Bauteile sollten in der Reihenfolge eingebaut werden, wie sie in dieser Liste stehen. Dann hat man es mit der Bestückung einfacher.

Kursiv aufgelistete Teile befinden sich auf der Unterseite

Menge

Reichelt-Best.Nr.

Hinweis

Teil

Name

1

ATMEGA 644-20 AU

für FlightCtrl V1.0

AVR-RISC-Controller

IC1

1

ATMEGA 644P-20 AU

für FlightCtrl V1.1

AVR-RISC-Controller

IC1

1

TS 914 I SMD

Markierung beachten / Siehe FAQ: Wo Pin1?

Rail to Rail Op-Amp

IC2

5

NPO-G0805 22P

Kondensator

C1, C2, C28, C29,C30

5

X7R-G0805 22N

Kondensator

C9, C15, C17, C31, C27

17

X7R-G0805 100N

Kondensator

C5, C6, C8, C12, C13, C16, C18, C19, C20, C21, C11, C22, C14, C23, C24, C25, C26

5

X7R-G0805 1,0

FC V1.3

Kondensator

C4, C32, C33, C34, C36

5

SMD-0805 1,00K

SMD-Chip-Widerstand

R2, R5, R6, R7, R4

5

SMD-0805 100

SMD-Chip-Widerstand

R24, R27, R28, R32, R33

5

SMD-0805 10,0K

SMD-Chip-Widerstand

R8, R12, R16, R1, R3

1

SMD-0805 100K

SMD-Chip-Widerstand

R11

3

SMD-0805 100K

für FlightCtrl V1.0

SMD-Chip-Widerstand

R10, R14, R18

3

SMD-0805 47K

für FlightCtrl V1.1

SMD-Chip-Widerstand

R10, R14, R18

1

SMD-0805 220K

SMD-Chip-Widerstand

R26

1

SMD-0805 2,20K

SMD-Chip-Widerstand

R25

1

SMD-0805 6,80K

SMD-Chip-Widerstand

R21

3

SMD-0805 18,0K

SMD-Chip-Widerstand

R22, R30, R31

1

SMD-0805 680

SMD-Chip-Widerstand

R9, R13, R19

1

SMD-LED 0805 GN

Pfeil auf der Unterseite

CHIP-Leuchtdiode grün

LED1

1

SMD-LED 0805 RT

Pfeil auf der Unterseite

CHIP-Leuchtdiode rot

LED2

2

BC 817-25 SMD

Richtung beachten

CHIP-Transistor

T1, T2

1

LQH3C 100µ

SMD-Induktivität

L1

1

--

--

entfällt

C3

1

1N4001

Markierung beachten! nur FC 1.0

Diode

D1

1

SMD 1N4001

Markierung beachten! nur FC 1.1

Diode

D2

1

20,0000-HC49U-S

Standardquarz 20,0MHz

Q1

1

LP 2950 ACZ3,0

Markierung beachten

Spannungsregler +3,0V

IC5

1

µA 7805

Markierung beachten (für FC V1.3 2 Stück)

Spannungsregler

IC3, IC4

1

MCP1700T-3002E/TT

gibt es nicht bei Reichelt

Spannungsregler 3V

IC7

2

RAD 330/16

Polarität beachten

Elektrolytkondensator

C7, C10

1

MS 500F

Seitlich einlöten

Kippschalter, 2-polig

SW1 ggf. Drahtreste der Diode zusätzlich verwenden

1

SL 2X10G 2,54

In 2*3 und 2*5 zerlegen

Stiftleiste

SV1, SV5

1

SUMMER TDB 05

Polarität: Plus zum Platinenrand

Summer

SP1

Sensoren

1

LIS3L02AS4

Nur bis Version 1.2

Beschleunigungssensor

IC3

1

LIS344ALH

Version 1.3 und ME

Beschleunigungssensor

IC3

2

ENC-03JA oder ENC-03JB

Richtung beachten

Gyros Nick und Roll

GY_N, GY_R

1

ENC-03JA

Richtung beachten

Gyros Gier

GY_G

Optional für Höhenregelung

1

MPX 4115A

Metallseite zur Platine

Motorola-Drucksensor

V1

1

1uF SMD1206

Leider nicht bei Reichelt verfügbar, Conrad Best.-Nr. 445475-62 alternativ:

Z5U-5 1,0µ (bedrahtet)

C4

Widerstände zum Abgleich der Gyro-Signale

R9, R13, R17 bzw. R15, R20, R29

3

SMD-0805 470K

Siehe Beschreibung zur Inbetriebnahme

SMD-Chip-Widerstand

3

SMD-0805 150K

Siehe Beschreibung zur Inbetriebnahme

SMD-Chip-Widerstand

3

SMD-0805 220K

Siehe Beschreibung zur Inbetriebnahme

SMD-Chip-Widerstand



FC-ME

Bauteileliste FC - ME

Name

Stck.

Wert

Bauform

Reichelt

MK-Shop

HBE-Shop

Best.-Nr.

Best.-Nr.

Best.-Nr.

IC1

1

ATMEGA644P - 20AU

TQFP-44

MEGA644P

IC2

1

TS 912 ID

SO-8

TS 912 D

IC3

2

µA7805

TO-220

µA7805

IC5

1

74HC4017PW

TSSOP-16

1753501

IC7

1

MCP1700-3002E-TT

SOT-23

1331482

IC9

1

LIS344ALH

LGA-16

LIS344ALH

IC_N, IC_R

2

ADXRS610BBGZ

ADXRS610_ADAPT

IC_G

1

ADXRS610BBGZ

BG-32-3

z.B. www.sander-electronic.de

V1

1

MPX4115A

867-08

MPX 4115A

T1, T2

2

PDTC143TT

SOT-23

8737231

Q1

1

Quarz 20MHz

HC49U-S

20,0000-HC49U-S

D2

1

SM4004

Melf

1N 4004 SMD

LED1

1

Grün

0805

SMD-LED 0805 GN

LED2

1

Rot

0805

SMD-LED 0805 RT

L1

1

LQH3C100

1210

LQH3C 100µ

C1, C2

2

22 pF

0805

NPO-G0805 22P

C61

1

33 nF

0805

X7R-G0805 33N

C23, C27, C31, C40

4

22 nF

0805

X7R-G0805 22N

C3, C11, C12, C14, C19,
C20, C21, C22, C24, C25,
C26, C28, C32, C36, C39,
C41, C43, C44, C57

19

100 nF

0805

X7R-G0805 100N

C4, C5, C6, C8, C33,
C34, C38, C42, C56, C58

10

1 µF

0805

X7R-G0805 1,0/25

C7, C10, C18, C35, C37, C48,
C51, C52, C53, C54

10

10 µF / 16V

B

1457436

C55

1

330 µF / 16V

RM 3,5

RAD FC 330/16

R24, R27, R28, R32, R33

5

100 R

0805

SMD-0805 100

R19

1

680 R

0805

SMD-0805 680

R2, R4, R5, R6, R7

5

1 K

0805

SMD-0805 1,00K

R25

1

2,2 K

0805

SMD-0805 2,20K

R21

1

6,8 K

0805

SMD-0805 6,80K

R1, R3

2

10 K

0805

SMD-0805 10,0K

R22

1

18 K

0805

SMD-0805 18,0K

R8, R9, R12

3

33 K

0805

SMD-0805 33,0K

R11

1

100 K

0805

SMD-0805 100K

R16

1

150 K

0805

SMD-0805 150K

R26

1

220 K

0805

SMD-0805 220K

SP1

1

TDB-05

Raster 7,6

SUMMER TDB 05

SV1

1

10-pol

2x5 Raster 2,54

WSL 10G

SV2, SV3, SV4, SV5

1

6-pol

2x3 Raster 2,54

SL 2X36G 2,54

Leiterkarte

FC_ME

LK-FC_20ME

C13, C16, C17, C29, C30,
C47, C49, C50

8

100 nF

0805

X7R-G0805 100N

auf Gyro-Adapterplatinen

C9, C15, C45, C46

4

22 nF

0805

X7R-G0805 22N

auf Gyro-Adapterplatinen

C59, C60

2

33 nF

0805

X7R-G0805 33N

auf Gyro-Adapterplatinen

Bestellhinweise

Reichelt Stückliste für FlightCtrl V1.0

Reichelt Stückliste für FlightCtrl V1.1 (ohne Controller & Abgleichwiderstände, mit Diode in SMD Ausführung)

Reichelt Stückliste für FlightCtrl V1.3 (ohne Controller & ACC-Sensor, Gyros, DAC)


MikroKopter: FCAufbauUnbestueckt (zuletzt geändert am 24.05.2013 16:35 durch LotharF)