Supporto giroscopico GoPro

Ciao a tutti!
Io e dei miei amici abbiamo avviato un progetto che coinvolge Arduino e avremmo bisogno di qualche consiglio.

Ciò che abbiamo realizzato è un supporto giroscopico per action camera (es. GoPro), il progetto è costituito da
-Arduino Mega 2560 (semplicemente perché abbiamo comprato questo, nel caso andrebbe bene anche l’UNO)
-Un modulo accelerometro e giroscopio a 3 assi MPU-6050
-Un motore servo
-Led RGB
-Interruttore
-Batteria

L’MPU manda i dati relativi alle accelerazioni che vengono rielaborate da Arduino e trasformati in angoli, quindi il servo viene comandato in modo che ruoti nel senso opposto all’angolo di inclinazione rilevato dal sensore in modo che l’albero finale del servo resti sempre fisso relativamente all’orizzonte. L’interruttore serve ovviamente a comandare l’accensione del sistema, mentre il led deve segnalare la tensione della batteria.

Tutto funziona, abbiamo costruito un prototipo che funziona relativamente bene. A breve dovremmo incidere il nostro primo PCB con un ATMEGA328 che controlli lo stesso sensore e il servo, visto che dobbiamo contenere le dimensioni il più possibile (e non possiamo mettere un Arduino intero) dobbiamo costruire un prodotto a costo ridotto, di semplice utilizzo e resistente.
Ma abbiamo dei problemi da risolvere:

Di elettronica non sappiamo molto, abbiamo provato a buttare giù un’idea di PCB e vorremmo sapere se è fattibile e non ci sono errori nel circuito per favore non linciateci ahahah. Nell’immagine di Fritzing (vedi allegato) non considerate il colore dei tracciati (giallo/arancio), sarebbero tutti sulla stessa faccia.

Avremmo scelto il servo digitale TowerPro MG996R (Velocità : 0.13s / 60° (6V no load) | Coppia: 15 kg/cm 6V ), è sufficientemente potente per movimentare circa 300g non del tutto centrati rispetto all’albero?

Alimentazione: Avremmo due alternative: Li-Po e Li-Ion, preferiremmo Li-Ion per evitare il bilanciatore che serve per caricare le Li-Po, è giusto il collegamento mostrato nello schema di fritzing? Elettricamente funziona? Avevamo pensato di mettere due celle o due pile per un totale di 7.4V ma l’ATMEGA lavora a 5 V quindi ci serve un regolatore di tensione per il microprocessore, mentre il servo può lavorare a 7.2V, se collegassimo ai 7.4V si rovinerebbe?
In tal caso come agire con il regolatore così da ridurre la tensione a 5V?

Come possiamo calcolare il consumo dell’intero sistema? Andiamo a registrare le correnti su tutti i componenti e calcoliamo quanti mAh servono oppure è più semplice procedere empiricamente e provare con una batteria di una certa capacità e vedere quanto dura?

Per ora questi sono i dubbi principali.

Un sentito grazie a chiunque voglia aiutarci!!

P.S. Legenda
C1 e C2: condensatori ceramici da 22pF

XTAL1: Quarzo 16MHz

S2: interruttore

Dubbio ... UN servo ? ... quindi usate un solo asse per l'orizzonte, non un supporto giroscopico a due assi, giusto ?

Per le celle litio serve sempre un circuito di bilanciamento per la ricarica e la protezione, non importa se LiPo o LiIon ... ma si puo risolvere con una cosa tipo questa http://www.ebay.com/itm/Protection-Board-for-2-Packs-8-4V-Li-ion-Lithium-18650-Battery-O-P-7A-w-Balance-/261046784840?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item3cc799d348 o simile ...

Per i servo, dato che due celle possono arrivare a piena carica a 8.4V, metteteci un diodo in serie, che oltre a disaccoppiare l'alimentazione riduce anche la tensione, e qualche condensatore di filtraggio dopo il diodo ... tipo, 470uF piu 100nf in parallelo ...

Come regolatore di tensione per l'Atmel basta un qualsiasi regolatore lineare LDO (a bassa caduta), anche a bassa corrente dato che deve alimentare in pratica solo i sensori e la MCU ... cosi al volo mi vengono in mente LT1763, LP2954 (e' quello con la minore caduta, sui 60mV, ma da al massimo 250mA in uscita), L2980, ma ce ne saranno una cinquantina di modelli ormai, da diversi produttori ...

Ciao, innanzitutto grazie per la risposta!

Sì, usiamo un solo servo perchè ci serve un solo asse. Come coppia e velocità può garantire la massima fluidità di funzionamento per un oggetto da 300g?

Di elettronica purtroppo capiamo davvero poco. Che tipo di diodo intendi? Che tipo di condensatori e come? (parallelo-parallelo oppure serie-parallelo) Eventuali componenti aggiuntivi per il LP 2954?

Grazie di nuovo!

Secondo me il servo è sovradimensionato.

Il peso della camera è 0.3 kg e, ammesso che il braccio sia lungo 5 cm, la forza necessaria sarà 1.5 kg/cm.

Quindi un servo da 2 kg/cm è sufficiente.

I regolatori lineari tendono ad autooscillare se non gli si mettono condensatori in entrata ed in uscita, quindi di solito si usano due condensatori da 100nF (entrata ed uscita), con in parallelo degli elettrolitici per ridurre il ripple (dove c'e') e fare da "serbatoio" di energia ... nel tuo caso, dato che non servono correnti elevate, metterei 220uF in ingresso e 33 o 47 uF in uscita (da 25V vanno piu che bene) ... e per il servo, 470uF, con il solito 100nF in parallelo anche per lui ...

Dato che un regolatore lineare dissipa in calore tutto quello che deve "tagliare" dalla tensione di ingresso, e quindi necessita di poter dissipare quel calore, ti consiglio un regolatore in TO220, che anche se e' un po meno efficente, puo dissipare molta piu potenza degli SMD come l'LT ... se li trovi, sono buoni gli LM2931 a 5V fissi (attenzione che LM2931 e' una serie, non un singolo componente, a te serve quello in TO220 con solo 3 terminali ed uscita fissa a 5V, quindi e' da specificare al venditore), che con quel case possono dissipare 1W senza problemi anche senza aletta, oppure molto di piu con un'aletta ...

C'è anche un altro problema: bisogna inserire un regolatore a 3.3V per MPU6050.

cyberhs:
Secondo me il servo è sovradimensionato.

Il peso della camera è 0.3 kg e, ammesso che il braccio sia lungo 5 cm, la forza necessaria sarà 1.5 kg/cm.

Quindi un servo da 2 kg/cm è sufficiente.

Ricerchiamo la massima fluidità in ogni condizione, considerando anche le forze che agiscono su una moto che piega etc etc… sicuramente il servo è sovradimensionato, ma questo porta qualche problema?
Se non c’è nessun problema, il prezzo è comunque molto contenuto quindi lo metteremmo…
Se ciò invece causa dei problemi ne possiamo considerare uno meno potente. :slight_smile:

Vero anche il 3.3 V per l’MPU, ci stavamo giusto pensando.

Per il circuito elettrico, questa è una piccola bozza per capire solo se abbiamo inteso giusto. Metteremo poi lo schema completo.
È giusto? (tralasciando i ± sbagliati xD)

Grazie!

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Un servo più piccolo assorbe di meno ed ha uno corrente di spunto inferiore.

Come diceva il buon Etem, sono necessari non solo i condensatori elettrolitici da te indicati nello schema, ma anche quelli da 100n anti oscillazione, in parallelo ad essi e più vicino possibile ai terminali del regolatore.

ItalianBiker: Ricerchiamo la massima fluidità in ogni condizione,

Questa opzione non la ottieni certo con un servo da pochi Euro, se non spendi almeno un centinaio di Euro per un servo di fascia alta di Futuba o JR scordati la fluidità.

cyberhs: C'è anche un altro problema: bisogna inserire un regolatore a 3.3V per MPU6050.

Se ha un minimo di tolleranza, te la cavi con un paio di diodi al silicio in serie al +5V ;)

I condensatori da 100 nF erano nel disegno, ma prima di quelli elettrolitici.

Questo sarebbe lo schema:

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In alto a sinistra c'è il quarzo con i due condensatori ceramici, alla sua destra il led RGB con i relativi resistori; al centro l'ATMEGA; in basso a sinistra ci sono i poli della batteria, indicati con Battery; quindi l'interruttore INT e sotto il connettore USB per la ricarica; alla sua destra il condensatore elettrolitico e quello ceramico; quindi il regolatore di tensione; il condensatore ceramico e quello elettrolitico; a destra c'è il diodo D2 per abbassare la tensione per il servo, che è rappresentato dai 3 pin in verticale, a monte dei quali ci sono i due condensatori.

Più in alto ci sono due coppie di pin che sono quelli destinati a connettere l'accelerometro, in particolare SCL e SDA arrivano ai pin più in basso, mentre ai 2 pin in alto arrivano GND e circa 3.3V grazie ai diodi in serie.

C'è qualcosa da correggere?

Inoltre questi diodi vanno bene? http://www.ebay.it/itm/50-pz-Diodi-1N4148-diodo-raddrizzatori-ART-DG07-/230742747815?pt=Componenti_elettronici_attivi&hash=item35b956eaa7

Grazie mille di nuovo a tutti, apprezziamo molto il vostro aiuto!