Dílna, konstrukce, nápady

Delší dobu jsem měl v plánu zabudovat do mé MX-20 vysílací modul FrSky. Jednak kvůli ceně a pak také kvůli tomu, že již před koupí Graupnera jsem měl FrSky nastrkáno ve všech letadlech. Telemetrii hodlám řešit externě a to v telefonu pomocí bluetooth. V tomto článku hodlám řešit jak na to. Postup úprav bude uveden pro MX-20, ale ve vztahu k zabudování modulu by se ostatní vysílačky MX-12 a MX-16 neměly lišit.

Přeskočit teorii a šup rovnou na to

Situace v MX-12/16/20

Nejprve popis situace. FrSky se zabudovává do vícero vysílačů. V podstatě jsou to jen tři dráty. Plus, mínus a signál (často označované jen "PPM"). U MX-?? je situace složitější. Většina vysílačů funguje na 6-8 NiXX článků či 2S LiPo. Ty dodávají do vysílačky napětí kolem 7-10 voltů. Moderní vysílačky však takové napětí nepotřebují. Procesory obvykle pracují na napětí 3.3 V (nebo dokonce nižším). Displej je obvykle na 3.3 V a diody na podsvětlení si také s třemi volty vystačí. Proto je z hlediska vysílače zbytečné plýtvat použitím vysokého napětí, protože nižší napětí se vždy získává se ztrátami. Graupner ve vysílači použil jen 4 NiMH články či (pokud si ji zakoupíte extra) jednočlánkovou LiPo/LiIon baterii. K dispozici je tedy napětí zhruba 5 nebo 3.7 voltů. Zde přichází naše komplikace. FrSky DHT modul funguje od minimálně 6.0 V a to ve vysílačce k dispozici není.

Řešení problému napájení

1) Použití extra aktumulátoru

Nejjednodušší řešení problému je použít extra baterii. Stačí nějaká menší dvoučlánková LiPo baterie. Do vysílače pak podle postupu níže zapojíte jen mínus a ppm. K baterii pak plus a mínus (mínus tedy k baterii i k vysílačce). Nevýhodou tohoto řešení však je, že se musíte starat o dvě baterie. Nesmíte ji zapomenout nabít. Nebudete vědět, jak je baterie nabitá. A nakonec ještě budete potřebovat extra vypínač pro vypínání FrSky modulu od baterie.

2) Napájení vysílače z 2S LiPo přes stabilizátor

Teoreticky by vysílač měl vydržet napájení přes dvoučlánkovou baterii, je tam jen nějaký stabilizátor a ten se bude jen více hřát. Tak tomu ale není. Během úprav jsem ve vysílačce zahlédl několik součástek, které jsou na maximálně šest voltů a dle dešifrování spojů na desce není před nimi zapojen žádný stabilizátor. S největší pravděpodobností by tedy došlo k poškození vysílačky. Pak by tedy nezbývalo než použít extra stabilizátor třeba na 5 V. Pustit do vysílačky 5 V z extra stabilizátoru přes oddělovací diodu (aby vysílačka nezkoušelä baterii nabíjet) a pro FrSky modul vzít napájení přímo z baterie před stabilizátorem. Byla by použita jen jedna baterie, která by se musela hlídat. Vysílačka by totiž ukazovala napětí 5 V za stabilizátorem, takže by se baterie musela pravidelně měřit extra měřákem.

3) Napájení vysílače z 2S LiPo s odbočkou

Další možností napájení je použít dvoučlánkové LiPo baterie a vytáhnout si jeden článek z balančního konektoru. Pak bude vysílač napájen prvním článkem baterie a FrSky modul oběma články. Stav prvního článku bude možné sledovat na displeji vysílače a jelikož bude tento článek zatěžován více než druhý, šlo by o dostatečné hlídání, kdy baterii dobít. Pouze v případě, že by se druhý článek nějak poškodil a napětí na něm kleslo, mohl by nastat problém. Akumulátor by stále nešlo nabíjet přímo ve vysílači a muselo by se vždy použít nabíječky s balancérem, protože kvůli rozdílnému zatěžování článků by byly dost rozhozené. Přesto je toto asi nejlepší z jednoduchých řešení.

4) Napájení FrSky modulu z DC-DC měniče

Předposlední zmíněnou možností bude použití zvyšujícího DC-DC měniče. Měnič se bude napájet přímo z vysílačové baterie a bude vyrábět napětí pro modul. Výhodou je, že zůstává jen jedna originální baterie, kterou umí vysílačka sledovat i nabíjet. Nevýhodou je použití poměrně složitého prvku, kde je vyšší pravděpodobnost selhání než použití oodbočky z 2S LiPo díky tomu, že s použije více součástek. Nekvalitní měnič také může generovat do napájení "bordel", který může způsobit chybné chování vysílače či modulu. Je tedy třeba použít kvalitního měniče a pokud možno ještě napájení filtrovat.

5) Upravení FrSky modulu pro napájení z 1S LiPo

FrSky modul obsahuje procesor i VF modul napájený 3.3 V (neověřená informace). Mělo by tedy stačit povrtat se v modulu a nahradit použitý stabilizátor za nízkoúbytkový na 3.3 V. To však znamená vrtat se v modulu, který ale je VF zařízením a musí tedy splňovat určitou certifikaci. Do takovéhoto zařízení není povoleno zasahovat, jinak certifikaci ztratí. Přestože by tedy úprava modulu byla řešením, tak z hlediska možných právních komplikací se ji věnovat nebudu. Také tato metoda komplikuje připojení periferií (displeje FLD-02) a aktualizaci firmware v modulu.

Osobně mi jsou nejevíce sympatické možnosti 3) a 4), ze kterých jsem si nakonec vybral variantu 4), tedy použití měniče.

Který FrSky modul použít

V podstatě jsou dvě možnosti, jaký FrSky modul použít. Buď lze použít FrSky DHT modul nebo FrSky DHT-U modul. První modul je samostatný a musí se nacpat do vysílače či umístit do krabičky, která se připevní ze spodní strany vysílačky. Druhý modul je rovnou s displejem a slotem pro sd kartu na záznam telemetrie. Zároveň na něm je umístěna anténa, takže není potřeba řešit její umístění. První modul je bez displeje, bez slotu na sd kartu a o umístění antény se musí každý postarat sám. Lze k němu pouze připojit zobrazovací jednotku FLD-02. I v tom případě ale chybí možnost záznamu na sd kartu. Vypadá to, že DHT-U modul s displejem je jasná volba. Má však také jednu nevýhodu. První modul je vybaven seriovým portem, ke kterému se připojuje zobrazovací jednotka. Místo zobrazovací jednotky však lze připojit bluetooth převodník a telemetrická data zpracovávat v mobilním telefonu. Program v mobilním telefonu umožňuje mít rúzné alarmy, hlasový výstup a další vymoženosti, o kterých se zobrazovací jednotce či DHT-U modulu ani nesnilo. DHT-U modul totiž není vybaven seriovým rozhranním, sám jej totiž vnitřně využívá.  Každý si může zvolit, co mu vyhovuje lépe. Já dám přednost zpracování telemetrie v mobilu.

 

Co budete potřebovat

• DC-DC měnič schopný z 3.5-5.5 V vytvořit 6.5 V, například tento
• FrSky modul, buď DHT modul nebo DHT-U modul
• resistor 4k7

 

Kde se v rádiu co najde

Ještě než se pustíte do rozebírání rádia, tak malé upozornění - nezapomeňte vyndat microSD kartu, jelikož brání rozdělání krytu.

Jak již bylo uvedeno, pro zapojení modulu potřebujeme tři dráty.. Plus, mínus a signál. Při prvním měření se dají všechny nalézt na malinké destičce nesoucí jack konektor pro připojení simulátoru.

To je ovšem jen na první pohled. Při první realizaci jsem si tam vzal PPM signál a vytáhl odtamtud napájení pro měnič. Ještě jsem si tam přidal mikrocontrolér attiny85, který spínal měnič při detekci PPM signálu, aby FrSky modul neběžel, když není potřeba. Při zapínání se však mikrokontrolér restartoval dokola znovu a znovu. Když totiž zapl měnič, tak prudký odběr měniče (bere 2x tolik, co dává) spolu s nabíjením kondenzátorů vedlo k velkému poklesu napětí a resetování mikrokontroléru. Později se měřením zjistilo, že k poklesu dochází pouze zde. Napájecí napětí zde není přímo od baterie a není vůbec zatížitelné, jinak velmi znatelně padá. Jedna teorie říká, že ve vysílačce je slabý měnič na 5 V (údajně při napájení vysílačky 1S LiPo je zde napětí blízké 5 V, tedy vyšší, než je napětí baterie. Sám jsem ale neověřoval.)

Napájecí napětí je tedy nutné si přitáhnout od hlavní desky.

Při vedení drátů po hlavní desce je potřeba dát pozor, aby se dráty pokud možno nekřížily. Mezi deskou a spodním krytem vysílačky (s boxem pro baterii) je minimum místa a vysílačka by pak nemusela jít složit.

Na přivedené napěťové dráty se připojí DC-DC měnič a za něj přes vypínač FrSky modul. Vzhledem k nabíjení výstupních kondenzátorů měniče tam při zapnutí měniče teče nezanedbatelný proud. Je tedy lepší aby případný pokles napětí nastal při zapnutí vysílačky a ne až při zapnuté vysílačce při zapínání FrSky modulu. Samotný odběr měniče na prázdno je celkem zanedbatelný, takže jelikož běží na prázdno stejně jen při zapnuté vysílačce, není třeba si s tím jakkoliv dělat těžkou hlavu. Já jsem měnič ještě upravil tak, že jsem nastavil napětí 8 V, změřil hodnotu odporového trimu a pak jej nahradil pevným odporem. To z důvodu snažší montáže - snížení profilu měniče.

Původně jsem použil dvojitý vypínač s úvahou, že možná budu chtít přepínat i PPM signál, kvůli nutnosti použití odporu (bude zmíněno později), ale nakonec jsem to nevyužil.

S mechanickou částí si podle mě každý poradí sám, proto tyto části nebudu nijak komentovat. Pouze v případě možných záludností na ně upozorním. Anténu mi vyšlo vhodné umístit co nejblíže originální anténě, do spodního krytu a co nejvýše, aby se pod koax antény vešel FrSky modul a nekolidovali spolu.

Nejdůležitější pin je pro nás PPM signál, kde je signál pro modul (či simulátor). Signál je dostupný na DSC pinu, pokud je v základním nastavení modelu nastaven modul EXT. Právě tak to asi Graupner zamýšlel, akorát jen nedotáhl do použitelnosti. Pokud je nastaven modul Hott, tak je zde signál pouze v případě, že byl vysílač zapnut zastrčením konektoru do zdířky pro připojení simulátoru. V případě "normálního" provozu s modulem HoTT zde signál není.

Kvalita PPM signálu je ale prachbídná. Amplituda je velmi malá a některé logické obvody mají velký problém s ní pracovat (mají totiž práh, kde napětí menží než X je považováno za 0 a větší než Y (kde Y je obvykle nepatrně větší X) je považováno za 1). Těmto obvodům napěťové úrovně PPM dodávaného Graupnerem zrovna moc nevyhovují. Po připojení FrSky modulu se objevil další problém. Jelikož FrSky modul nějako netěsní a prosakují tam elektrony, tak po jeho zapnutí se to celé posune o 3 V. Takže zatímco původně je tam amplituda skoro jeden a půl voltu, tak se to pak změní na pulzy měnící napětí z 3 na 4.4 V a zpět. S tímto se FrSky odmítal bavit, čemuž se není co divit. Běžný práh pro 0/1 je kolem 0.7 V, takže FrSky modul tam vidí stálou 1. Je tedy třeba tam připojit odpor mezi PPM a zem a napětí tak stáhnout dolu. Odstranění posunu způsobeného FrSky modulem je snadné, ale jelikož je výstup PPM signálu vysokoimpedanční, tak jakékoliv zatížení znatelně sníží amplitudu, což je problém. Nakonec jako zlatá střední cesta vyšlo použití rezistoru 4k7 zapojeného mezi PPM signál a zem. Abychom zbytečně nesnižovali amplitudu pro připojení k leteckému simulátoru, či pro použití vysílače jako žáka, je lepší použít dvojitý posuvný spínač. Přivést PPM na něj a teprve až za spínačem připojit odpor mezi PPM a zem. Tím pak při vypnutí FrSky modulu dojde i k odpojení odporu.

Při připojení většího odporu je posun stále příliš velký a modul signál nepobere, při zapojení menšího odporu je amplituda již příliš snížená a modul signál opět nepobere.

Celé ještě jednou stručně:

Tohle je tak základní varianta, která je snadno realizovatelná a celkem funkční. Má však jeden problém. Modul je připojen na DSC port, který se používá i pro simulátor (tam je to jedno) a i v režimu učitel - žák. V režimu žáka je nám to taktéž jedno. V režimu učitele je ale problém. V tomto režimu vysílač neposílá na DSC port žádný signál, naopak je tam trvale signál od žáka. Signály tam samozřejmě nejde mít oba najednou. Nelze tedy v režimu učitele řídit letadlo s FrSky. V celé vysílačce se však nikde další PPM signál nenachází. Dříve vysílačky posílaly PPM signál do svého vlastního RF modulu, ale poslední dobou čím dál častěji posílají jen digitální data. Toto je samozřejmě z hlediska použití originálního modulu mnohem lepší varianta (spolehlivější přenos, lepší stabilita signálu, nižší latence přenosu). Z hlediska zabudování neoriginálního RF modulu to však situaci neusnadňuje (to výrobci samozřejmě nevadí).

Vysílačka v nastavení RF modulu kromě Hott a EXT umožňuje volbu SP. Tato volba není (kromě německého manuálu) příliš zdokumentovaná. V případě volby SP vysílač posílá data ve Spektrum protokolu na datový konektor na spodní straně vysílače (hned vedle DSC konektoru). K tomuto protokolu se mi podařilo vytvořit dekodér, který dle těchto dat vytváří PPM signál. Všechno ale opět není tak ideální, jak by se mohlo zdát. Data na tomto portu jsou digiální, desetibitová. Každému kanálu tedy odpovídá stav 0 až 1023. Při stavu 511 (střed) je servo ve středové poloze a při stavu 0 v jedné krajní a při stavu 1023 v druhé krajní. Teoreticky. Z neznámého důvodu se používá jen rozsah 85 až 938, čímž se přichází o krajní polohy serva. Navíc je to ještě horší. Opět z neznámého důvodu Graupner mapuje data tak, že při 0 % (střed) posílá hodnotu 511 ve spektrum protokolu. To je správně. Při 100 % ale posílá hodnotu 911 a při -100 % posílá hodnotu 111. Nárůst o sto procent je tedy nárůst hodnoty o 400. Střed je 511 a maximum 938. Již na první pohled je tedy jasné, že 150 % ve spektrum protokolu nejde dosáhnout. Když je nárůst o  100 % nárůst o 400 , tak nárůst o 150 % by byl nárůst o 600. 511+600 = 1111 a to je již daleko za maximem 938, které se posílá. Lze tedy dosáhnout jen rozsahu -106,5 až 106,5 %. Zbylé krajní polohy jsou nedosažitelné.

I toto se podařilo nakonec vyřešit, ale něco za něco. Ve volbách RF modulu lze nastavit "SP" a dále pak 1 nebo 2. Tyto hodnoty nastavují příznak ve spektrum datech, jestli má (zamýšlený spektrum) modul použít protokol DSM2 nebo DSMX. Vytvořil jsem tedy převodník tak, že při použití SP 1 se posílají data oříznutá o kraje, jen v rozsahu +- 106,5 % a při volbě SP 2 se data natáhnou tak, že pokud nastavíte 106 % výchylku, tak je to jako byste měli u Hottu výchylku 150 %. Procenta jsou pak ale "delší" a pokud byste chtěli v modelu měnit přijímače  FrSky za Hott a zase zpátky, museli byste pokaždé změnit rozsahy výchylek v nastavení vysílačky.

V případě, že se rozhodnete použít dekodér, není potřeba použít výše zmíněný 4k7 odpor na PPM signálu. Zároveň je pak signál na výstupu plně v rozsahu 0 V / 5 V (dle aktuálního napájecího napětí vysílače). Takže data jsou pro RF modul výrazně kvalitnější. Jako bonus jsem přidal do dekodéru detekci dat. Takže pokud vysílač začne posílat data (vybrali jste model, co má používat FrSky modul), tak se na jedné nožičce objeví napájení. Lze tam přes odpor připojit darlingtonův tranzistor a zapínat tím FrSky modul místo vypínače, který pak není vůbec potřeba. Ušetří se tím místo, kterého ve vysílačce není zrovna moc.

Pro zájemce o konstrukci dekodéru uvádím schema zapojení:

A program pro mikrokontrolér ATTINY2313V-10PU. Fuse mají být nastaveny takto: lfuse=0xDE, hfuse=0xDF, efuse=0xFF. Procesor mohu zaslat naprogramovaný za cenu 60,- Kč plus cena pošty. Napište mi a domluvíme se.

Firmware pro ATTINY2313V, verze 1.1

Opět stručná verze pro shrnutí

Závěr

Celková instalace nebyla tak snadná, jak jsem si zprvu představoval. Objevilo se dost komplikací, které bylo třeba překonat, čímž značně vzrostla časová náročnost. Aktuálně, kdybych prováděl novou úpravu, nepoužil bych již vypínač, ale spínání pomocí tranzistoru. Kdo chce kromě FrSky modulu zabudovat i audiozesilovač a repráček, pro toho možná bude vhodnější vše zabudovat do extra krabičky na připevněné na spodní stranu vysílače. Uvnitř vysílačky není zrovna nadbytek místa.