Max Ushakov: Technology

Почти полетел!

2011-06-22T23:54:00.000+04:00

Я стал (спасибо Славе!) изучать поведение квадрокоптера по одной оси, и, кроме прочего, обнаружил, что если дёрнуть ручку вбок, скажем, то квадрокоптер реагирует только примерно через 75мс. Мне это показалось очень уж большим временем задержки. Я порылся в интернете и обнаружил, что народ советует ставить винты полегче. Взвесил свои винты -- они оказались по 22г! Зато очень прочные и жёсткие:) К счастью, у меня были припасены другие, семиграммовые (но менее эффективные, кажется).

Я поставил их, немного покрутил коэффициенты, и, о чудо! Мне удалось держать квадрокоптер без биений по одной оси! (Я привязывал верёвкой два луча, так, что он мог шататься вокруг этой оси.)

Потом я привязал его опять верёвочкой за середину, и немного полетал -- вроде получается, но немного его всё-таки шатает из стороны в сторону. То ли надо ещё увеличить коэффициент обратной связи, то ли ещё какая бага. А пока -- батарейка села, надо заряжать :)

Ещё испытания квадрокоптера

2011-06-07T23:06:00.000+04:00

Все уехали на дачу, поэтому я теперь испытываю квадрокоптер дома. Вот так:

К белому USB-кабелю подключается нетбук (раз уж XBee не работает в присутствии моего передатчика). Летает он очень странно, пытаясь всё время то почти полностью включить, то почти полностью выключить двигатели, в результате получают довольно рваные танцы.

Теперь бы понять, почему... Кто-нибудь понимает, как можно рассматривать записанную телеметрию, если там 18 каналов и частота ~300Гц? То есть данных много! Есть идеи?

Quadcopter

2011-05-17T00:56:00.000+04:00

Продолжение про квадрокоптер (начало в https://sites.google.com/site/ushmax/quad).

Я настроил, наконец, параметры, так чтобы не возникали колебания -- теперь оно взлетает довольно хорошо, но я пока не умею удерживать его на одном месте. Правда, пока я пользовался только гироскопами, поэтому стабилизиловались лишь угловые скорости. Теперь думаю подключить и акселерометры, благо код с BaronPilot для этого есть, хотя я его плохо понимаю.

Из развития -- приделал "телеметрию": плату XBee Pro, которая передаёт всякие параметры на землю (где стоит вторая плата XBee Pro). Выглядит это теперь так -- квадрокоптер (со снятыми балками винтов):

и плата наземной станции:

Для будущих проектов накупил барахла, но его ещё пилить и пилить:

это -- новые улучшенные сенсоры: трёхосевой гироскоп, трёхосевой акселерометр и трёхосевой магнетометр (он же компас). Такое сочетание должно позволить без накопления ошибки вычислять своё положение в пространстве (три угла).

это -- модуль GPS, с обновлением 5Гц. С ним должен выйти настоящий автопилот (правда, я скорее поставлю его на самолёт, чем на квадрокоптер, но это посмотрим).

это -- плата с ARM-контроллером (LPC2148) -- мне надоело думать, как сопрягать все эти 3.3-вольтовые штуки с пятивольтовыми AVR (AVR умеют работать от трёх вольт, но только на частоте 8МГц, а я боюсь, этого не хватит).

О мегапикселах и фотонах

2011-04-12T22:17:00.000+04:00

Пытался я как-то разобраться, насколько можно увеличивать чувствительность матрицы фотоаппарата (друзья говорили, что сейчас получается так, что на один пиксел попадает какое-то конечное число фотонов, и дальше уже ничего улучшить нельзя). Вот мои рассчёты: (пригодилась чудная библиотека sympy)

1. Свет и всякое.

Все считают освещённость в люксах, или в foot-candle (1fc примерно 10lux). Люкс -- это сколько света прилетает на единицу площади, то есть люмен на квадратный метр. Люмен, в свою очередь, это световой поток, попадающий в данную точку, что измеряется в канделах * стерадиан (потому как свет приходит откуда-то:).

Проблема в том, что дальше преобразовывать некуда, ибо кандела -- базовая единица СИ. Базовая -- потому, что измеряется не вся сила света, а только в той степени, в какой свет воспринимается глазом. Есть даже "формула":

I_\nu(\lambda) = 683.002 y(\lambda) I(\lambda),

где I_\nu(\lambda) -- сила света в канделах, I(\lambda) -- излучаемая мощность в Вт/стерадиан, а y(\lambda) -- функция перехода, более-менее соответствующая чувствительности глаза.

Я этак посмотрел на эту функцию на странице http://en.wikipedia.org/wiki/Candela и решил, что если положить её равной 0.5, для наших целей сойдёт. Получился коэффициент пересчёта:

cd2power = 0.00294117647058824 Вт/(кд*ср)

2. Какой-какой у нас угол зрения?

Рассчитаем угол зрения фотоаппарата. Для примера решим, что у нас полный кадр, фокусное расстояние 50мм. Получаем угол зрения по вертикали vfov=0.47108996рад, по горизонтали hfov=0.69111116рад.

Дальше у меня шарлатанство. Рассмотрим шаровой слой, соответствующий углу зрения по вертикали, и посчитаем площадь его сферической поверхности (сфера радиуса 1): высота hs = 2*sin(vfov/2)*1=0.4667459, значит, площадь ss=2*pi*1*vs = 2.932651.

Теперь посмотрим, какую долю от этого составляет собственно кадр:

hfov/(2*pi) * ss = 0.3225733

Вроде бы это и есть телесный угол в стерадианах.

3. Так сколько же света попадает на матрицу?
Dave Etchells (который imaging-resource.com) говорит, что ночью на городской улице освещённость 1foot-candle. Быстренько применяем нашу теорию, и получаем, что это означает

0.0316588235294118 Вт/кв.м

У моего объектива диаметр передней линзы равен 67мм, значит, площадь 0.00352565235549115 кв.м -- мощность, которая приходит в объектив, таким образом, есть

111.618005748549 мкВт

Весь этот свет приходит, надо думать, например, на пластинку, лежащую на улице -- то есть со стороны одной полусферы. Считая, что со всех сторон приходит одинаковое количество света, умножаем это на телесный угол, отнесённый к полусфере (2*pi), и получаем:

5.73037188837750 мкВт

4. Что такое фотон?

Возьмём какой-нибудь свет, похожий на ночной уличный, то есть примерно жёлтый -- 630нм. Энергия фотона

hc/lambda = 3.15308809586651e-19 Дж

5. И сколько получается фотонов?
Пусть выдержка -- 1/60с, тогда за это время со светом приходит

9.55061981396250e-8 Дж энергии,

что соответствует

302897335043.785 фотонам.

Если у аппарата, скажем, 12Мпикс, то на один пиксел приходится 25241 фотона.

Вывод, вроде такой: до момента, когда шум будет определяться квантовыми эффектами (в один пиксель попадает совсем уж конечное число фотонов), ещё далеко -- и, видимо, нынешний шум на матрице происходит от каких-то других вещей.

Что вы по этому поводу думаете?

Update:

Другая идея, и, кажется, более правильная -- брать не площадь передней линзы, а фокусное расстояние, делённое на диафрагму. Посколько радиус передней линзы 67мм, f=50мм, а диафрагма, скажем, 2.8, то получается, что света падает в (67/(50/2.8))^2 = 14 раз меньше, то есть фотонов на пиксел уже всего 1802, и квантовые эффекты не за горами... (И они уже совсем тут, если речь идёт о компактном фотоаппарате с f=10 и диафрагмой 3.5 -- там получается 45 фотонов)

2010-02-13T23:29:00.001+03:00

Вот, выложил передатчик в github: http://github.com/ushakov/TX

Передатчик

2010-02-13T00:29:00.000+03:00

Давно не писал :) С тех пор немало нового: построил самолёт, повесил на него фотоаппарат, и даже второй самолёт как бы построил.

Поскольку мне не хотелось тратить сразу кучуденег, я покупал разные дешёвые китайские штуки (которые отлично работают для моих нужд, всем рекомендую). В частности, передатчик у меня очень китайский, за $40. ("Настоящий", "как у больших", стоит от $300 до +\infty.) Без настроек на нём самом, с ограниченным набором настроек, которые можно выполнять на подключённом компьютере. А мне для разных мечт хотелось побольше настроек (микшеров в основном).

В общем, я собрал свой собственный кодер для передатчика. Передатчик состоит из двух основных частей -- одна снимает показания с ручек и кнопочек, и собирает сигнал для передачи. (Заодно применяя все микшеры и проч.), вторая этот сигнал передаёт по радио. Вот эту вторую я оставил, а первую переделал.

Выглядит так:

From Tech

Тут тоже нет настроек на приборе, потому что мне было слишком лень возиться с хардвером. Зато есть программа настройки, написанная на Python + GTK, причём мне вполне понравилось на нём писать. Как-нибудь выложу на GitHub всё это хозяйство.

Исходники кодера тоже выложу, он сделан по мотивам коллективной разработки российских моделистов, которую обсуждают вот тут на форуме (длинно! читать, может, стоит с конца :).

SleepWell: Update

2009-01-06T01:11:00.000+03:00

По частям вроде всё собрал для записи показаний акселерометра на microsd. Разные наблюдения и новости:

1. MicroSD не обязана поддерживать режим SPI. Моя карточка Kingston на 2Гб поддерживает, но как знать?

2. Такое ощущение, что этой карточке хочется чего-то большего, чем 3в. На стенде от 3.3в работает весьма хорошо, но от литиевой батарейки на 3в (2032; ну или куда она там просаживается под нагрузкой?) карточка не отвечает...

3. В процессе отладки извёл два процессора (!). Кажется, дело было в том, что я питал процессор от 3.3в, а программировал пятивольтовыми сигналами. В спецификации написано, что напряжение на ножках не может быть больше, чем Vcc+0.5в -- может, дело и в этом. Оба процессора ведут себя одинаково: не видны программатору, при опросе на выходной ножке у них какая-то фигня невнятной формы (болтающаяся возле границы между логическими 0 и 1). Выпаивать tqfp это занятие то ещё...

Новые программы уже на github, enjoy :)

Первая запись про Sleep-Well

2009-01-03T15:05:00.000+03:00

Нашёл в сети заметку про часы, которые будят человека в правильной фазе сна. От этого, говорят, не так противно просыпаться. Они меряют движения руки (на которой надеты всю ночь), и таким образом понимают, когда человека можно будить.

Решил попробовать такую штуку сделать. Но почему-то сначала стал мерить не движения, а пульс. Оказалось, что это не так просто, и попробовав так и этак, я это дело (временно?) забросил, а вместо него стал ловить всё-таки движения руки. Пока, правда, не поймал. Но вот что получилось, могу показать.

А получилось пока вот что. Во-первых, платка с акселерометром, который может ловить эти самые движения. Выглядит вот так:

From SleepWell

Умеет измерять ускорения по трём осям в двух режимах: от -2g до +2g или от -6g до 6g, с разрешением 12 бит. Общается по протоколу SPI, ест 2.16...3.6в. Зовут LIS3LV02DL. Тестовая программка рисовала мне чудесные трёхцветные графики :)

Эта штука умеет выдавать более точные цифры редко (40Гц) или менее точные часто (2560Гц), ну и пара промежуточных вариантов ещё есть. Само по себе чудо техники! Всё думаю, куда её ещё можно применить...

Вторая штука -- для экспериментов, только сегодня сделал. Вот такая:

From SleepWell

Содержит микроконтроллер (внизу) ATMega8L и слот для карточки MicroSD. Надеюсь на эту карточку писать логи с акселерометра и потом рассматривать, чтобы понять, когда можно меня будить. Пока не работает как следует -- программировать её удаётся, но почему-то при попытке обратиться к карточке всё виснет. Надо изучать, но это уж на будущий год.

Для заинтересованных -- материалы выложены на github: git://github.com/ushakov/sleep-well.git -- там есть схемы этих и других штук (в gschem), печатные платы (в pcb) и разный исходный код (на C для gcc).