Zurück zur Homepage

Zurück zur Übersicht Zurück zur Übersicht

433 Mhz Telemetrie System

Der Telemetriesender

Telemetrie Sender
Der Telemetriesender - wird in das Modell eingebaut ( Masse 80mm x 36,5mm ) - Das neue Layout ist mit Drahtantenne !
Fertig eingeschrumpft, zum Gebrauch
Der fertige Telemetriesender - Eingeschrumpft zum Einbau ins Modell. Die Version mit Drahtantenne !

Der Telemetrieempfänger

Telemetrie Empfänger
Der Telemetrieempfänger - wird an einen Computer ( Laptop ) angeschlossen ( Masse 86,5mm x 49mm ) - USB Version

Urheberrecht:

Alle Rechte für die hier beschriebene Schaltung inklusive Software liegen bei den Entwicklern des Systems, Jochen Ebert und Wilhelm Krug.
Ich gestatte die Verwendung der Schaltung, des Layouts sowie der Software ausschließlich für private Zwecke.
Eine kommerzielle Nutzung der Schaltung, des Layouts sowie der Software untersage ich hiermit ausdrücklich.
Jeder Privatanwender darf die Schaltung, das Layout sowie die Software seinen eigenen Bedürfnissen anpassen. Dabei muß der verwendete Quellcode und die Layouts immer frei bleiben.
Eventuelle Softwareänderungen -erweiterungen -verbesserungen können Sie mir, oder Jochen Ebert, zur Bereitstellung auf dieser Page gerne per E-Mail zusenden.

Haftungsausschluß:

Die Verfasser schließen alle Haftungsansprüche, die durch den Aufbau, die Benutzung und die Entsorgung,der hier vorgestellten Schaltung verursacht werden aus.
Die Haftung für eventuell auftretende Sach- Personen- und Umweltschäden liegt beim Erbauer, bzw. dem Betreiber der Schaltung.


Einsatzbereich:

Das System wurde für die Live Datenübermittlung aus einem fliegenden Modell entwickelt.
Als Empfänger sind von uns aus 2 Varianten vorgesehen.
1. Der Stand Allone Telemetrieempfänger, zum Anschluß an die USB Schnittstelle oder mit anderem Layout an der RS232 Schnittstelle
2. Das LiPo Voltmeter in dem auch ein Telemetrieempfänger eingebaut ist.
Das LiPo Voltmeter kann die Daten des Telemetriesystems direkt auf dem Display ausgeben, oder die Daten über die eingebaute USB Schnittstelle zum PC / Laptop übertragen.
Da es sich bei der Übertragung um ein FSK ( Frequency Shift Keying = Frequenzumtastung ) Protokoll mit den Eckdaten 2400Bit/s, 8 Datenbits, 1 Stoppbit handelt, können Sie auch andere Empfänger verwenden.
Als Übertragungsprotokoll wurde das Open Format von LogView verwendet. Da dieses aber auch ähnlich wie das .CSV Format von EXCEL aufgebaut ist, lassen sich geloggte Dateien auch ohne große Probleme mit EXCEL auswerten.
Ein Übertragungsframe sieht folgendermaßen aus:
$3;1;99;6000;5880;770;0;0;0;0;25;33;1520;2F<CR><LF>
$=Startzeichen für einen Datensatz
3=Aktueller Kanal ( 1+2 wird für das LiPo Voltmeter verwendet )
1=Modus
99=Zeitstempel von 0 aus aufsteigend
6000=Spannung 1 = 6V
5880=Minimalspannung 1 = 5,88V
770= Spannung 2 = 0,77V
0;0;0;0;0; = Dummies ( Füllstellen ) um kompatibel mit dem LiPo Voltmeter zu sein
25=Temperatur 1 = 25°C ( maximal 300°C möglich )
33=Temperatur 2 = 33°C ( maximal 300°C möglich )
1520=Drehzahl 1520 U/min, kann per DIP Fix von 1...4 Impuls pro Umdrehung eingestellt werden.
2F=Checksumme als EXOR über alle bisherigen Daten.
<CR><LF>=Carriage Return - Line Feed als Endekenner eines Datensatzes.
Der Telemeriesender generiert jede Sekunde einen solchen Datensatz. Der Zeitintervall ist nicht einstellbar !
Der Telemetrieempfänger empfängt die Daten des Senders, prüft die EXOR Checksumme und gibt nur bei gültigen Datensätzen die Daten über die USB Schnittstelle ( 38400,8,N,1) an den PC weiter.
Fehlerhaft erkannte Datensätze werden im Telemetrieempfänger verworfen und nicht zum PC weiter gegeben.
Ein Entwicklungsziel war es mit preisgünstigen Komponenten auszukommen, ohne dabei auf Funktionalität verzichten zu müssen.
Aus diesem Grund wurden auch die relativ preisgünstigen Sende / Empfangsmodule von Pollin verwendet, die dort unter der Bezeichnung RFM01 bzw. RFM02 für 4..5€ pro Stück verkauft werden. Pollin bietet seit neuem auch Module für das 868MHz Band an.
Will man diese 868MHz Module verwenden, müssen die Initialisierungsroutinen in der Software angepasst werden.
Ursprünglich war eine sog. Splatch Antenne des Herstellers "Antenna Factor" geplant ( Siehe erstes Bild oben ).
Allerdings zeigte sich im Praxiseinsatz, das ca.17cm versilberter Kupferdraht mehr Reichweite brachte.
Beim Sender, sowie beim Empfänger kommt ein normales Stück versilberter Kupferdraht mit ca. 17cm Länge zum Einsatz.
Beim LiPo Voltmeter wurde eine Gainflex-Antenne von Kathrein ( K7153216 )verwendet. Diese Antenne soll lt. Hersteller 3...4dB Gewinn bringen. In der Praxiserprobung waren das dann real ca. 50m Reichweitengewinn.
Die Antenne ist mit 26,-€ + Steuer ziemlich teuer, wer aber die Reichweite benötigt, sollte sich das Teil gönnen.
Unsere "Splatch"- Senderplatinen wurden hinter der Massefläche abgeschnitten und der Silberdraht direkt auf die, vom Lötstoplack befreite, Leiterbahn die zur Splatch- Antenne führte aufgelötet.


Aufbau:

Um die Abmessungen möglichst klein zu halten, wurden beim Telemetrie Sender überwiegend SMD Bauteile verwendet.
Als Herzstück der beiden Platinen fungiert ein Microcontroller der ATMEL AVR Reihe. Es wurde der ATMEGA 8 L8, einmal in der SMD Variante ( Telemetriesender ) und einmal in der DIL 28 Variante ( Empfänger ), verwendet.
Dieser Controller benötigt natürlich Software, die auf irgend eine Weise in den Controller eingespielt werden muß.
Aus diesem Grund befindet sich bei beiden Platinen ein sog. ISP ( In System Programmable ) Anschluß. Über diesen Anschluß kann, mit einem entsprechenden Programmer, die Software in den Controller geladen werden.
Der Telemetriesender benötigt ein Programm für den Flash ( .hex File ), sowie eine Datei mit den Kalibrierungswerten für die A/D Wandler, welche im EEPROM des Controllers abgespeichert werden ( .eep Datei ).
Der Telemetrieempfänger wurde wegen der einfacheren Verarbeitung mit bedrahteten Bauteilen aufgebaut.
Der Telemetrieempfänger kommt mit einer Programmdatei, also dem .hex File aus. Das EEPROM dieses Controllers ist ungenutzt.

Zur Programmierung der Controller werden die Anschlüsse +5V, MISO, MOSI, SCK, RESET und GND benötigt.
Ein paar Links zu den benötigten Tools sind auch auf unserer Seite zum PWM Schalt / Blink Modul zu finden.


Der aktuelle Entwicklungsstand:

Zur Zeit sind 3 Prototypen im Einsatz.
Die Übertragung als solches läuft relativ zuverlässig, das Erstellen einer Bedienungsanleitung ist der nächste größere Programmpunkt.
Jochen Ebert ist zur Zeit am Testen und Einstellen, wird aber leider durch das unbeständige Wetter und Zeitmangel aufgehalten.
Ich selber hab den Sender Anfang Mai 2009 auch getestet. Der optische Drehzahlsensor funktionierte nicht zufriedenstellend, die Beschaltung wurde etwas verändert - nun sollte es laufen ( So noch nicht getestet ).
Die Drehzahl zeigte auch Schwankungen an, obwohl keine vorhanden waren, daraufhin wurde dir Drehzahlerfassungsroutine noch einmal etwas umgestaltet.
Wenn dann alles läuft hat mir Jochen versprochen, sich über die Bedienungsanleitung herzumachen.
Ich selber hänge voll in anderen Projekten drin, deshalb komm ich auch nicht dazu.
Wir haben einige Versuche mit verschiedenen Antennen unternommen und dabei festgestellt, das eine 17cm lange Drahtantenne im Sender eine Reichweitensteigerung von ca 50% bringt.
Die Version mit der Splatch Antenne wurde daraufhin verworfen.
Für das Kalibrierungstool wurde eine neue Version eingestellt.

Die technischen Daten sind:
Betriebsspannung 3,6...16V (1LiPo bis 12 NiMH)
Stromverbrauch der Schaltung ca. 15mA Sender, ca.10mA Empfänger
Reichweite des Systems: 300m über dem Boden ca.380m in der Luft mit der Drahtantenne am Sender und der "Kathrein" Antenne im Empfänger.
Gewicht Sender 23g ohne Verkabelung und Schrumpfschlauch
Gewicht Empfänger 26g ohne Gehäuse


Die Hardware des Senders:

Schaltplan des Telemetrie Senders

Die Hardware besteht im Wesentlichen aus dem Microcontroller ATMEGA 8L 8 der Firma Atmel, dem Funk- Sendemodul RFM 02 und dem OP Amp TLC 272.
Im Prinzip werden für die Spannungs- und Temperaturmessung die internen A/D Wandler des ATMEGA 8 mit 10bit Auflösung verwendet.
Der Schaltungsteil rund um den OP-AMP IC1B stellt eine Spannungseinbruch - Erkennung dar. Der OP-Amp folgt der Spannung des Spannungseinganges VOLT1 und steigt bei einem minimalwert nur langsam wieder auf die normale Spannung von VOLT1 hoch. Das soll den Sinn haben kurzzeitige Spannungseinbrüche an einer Spannungsquelle sicher erkennen zu können ( z.B. Überlast an einer BEC ).
Die Beschaltung rund um den OP-AMP IC1A ist die Impulsaufbereitung für ein Drehzahlmesser Signal. Der Operationsverstärker arbeitet hierbei als Komperator. Über den Widerstand R6 wird dabei eine Hysterese bewirkt um saubere Signalflanken zu erhalten.
Für den Drehzahlsensor sind 2 verschiedene Typen möglich:
1. Ein Magnetfeldsensor vom TYP TLE4905L, der an die Anschlüsse SV3 Pin 1,3 und 5 angeschaltet wird und einen kleinen Magneten abfragt.
2. Ein Fototransistor vom Typ BPY62/III der an die Pins 3 ( C ), 4 ( B ) und 5 ( E ) angeschaltet wird.
Als Temperatursensoren haben wir die KTY84-130 verwendet. Andere Temperatursensoren mit ähnlichen Eigenschaften sollten aber auch funktionieren.
Will man wirklich Temperaturen über 150°C messen sollte man die Anschlüsse nicht mehr löten, sondern mit Quetschverbindern ausstatten.
Auf die Temperaturbeständigkeit des Sensor- Anschlußkabels, sowie des Isoliermaterials für die Pins muß man dann auch achten.
Geeignetes Material haben wir bei Buerklin gefunden.
Der Fototransistor sollte auf jeden Fall mit geschirmtem Kabel mit der Schaltung verbunden werden, da es sonst zu Einstreuungen über die Basis des Transistors kommen kann.
Eine besondere Beachtung sollte die Kalibrierung des Senders finden. Diese findet in 2 Schritten statt.
Als erstes wird die Sender_kalibrierung.eep Datei in den Controller eingespielt.
Nun werden an die 2 Spannungseingänge eine bekannte Spannung von etwa 12V eingespeist. Die dabei heraus gekommenen Werte werden in das EXCEL Tool eingegeben.
Bei EXCEL muss die Software für die Befehle DEZINHEX und HEXINDEZ nachinstalliert werden, sonst funktioniert das SCRIPT nicht !
Nun werden die beiden Temperatursensoren einer Temperatur von 0°C ausgesetzt. Auch diese beiden Werte werden in die EXCEL Tabelle eingetragen.
Anschließend setzt man die Temperatursensoren einer bekannten Temperatur >90°C aus ( z.B. kochendes Wasser ) und gibt auch diese Werte in die EXCEL Tabelle ein.
In der unteren Zeile der EXCEL Tabelle erscheinen nun die Werte die in ein neu zu erstellendes .eep File einzutragen sind.
Diese .eep Datei kann man mit AVR Studio 4 ( nicht ganz einfach ), oder einem anderen Editor der INTEL .hex Files generieren kann erzeugen.
Der einfachere Weg führt aber über die Kalibrierungsdatei von Jochen Ebert. Diese erzeugt dann direkt ein .eep File, das in den Controller eingespielt werden kann. Die Abgleichprozedur als solches verläuft aber hier genauso wie bei der Kalibrierung mit dem EXCEL Tool.

Die erzeugte .eep Datei wird dann per ISP in den Controller des Senders eingespielt und braucht dann bis zum Austausch von eventuell defekten, oder zusätzlichen Sensoren nicht mehr verändert zu werden.


Die Hardware des Empängers

Schaltplan des Telemetrie Empfängers

Die Hardware besteht auch hier aus dem Microcontroller ATMEGA 8L 8 und einem USB Bridge Baustein der Firma FTDI, dem FT 232RL, sowie dem Funk Empfangsmodul RFM 01
Die Daten die das Funkmodul RFM 01 empfängt werden im ATMEGA 8 gesammelt. Nachdem ein kompletter Datensatz empfangen wurde, wird die Checksumme geprüft und bei fehlerfrei erkanntem Frame, dieses zum FT232RL gesendet.
Hierbei kommt eine ganz normale serielle Datenübertragung zum Einsatz, mit den Eckwerten 38400 Bit / sek, 8 Datenbits, keine Parität, 1 Stoppbit.
Die komplette Anpassung an den USB Bus übernimmt der FT232RL, der hier mit den Treibern für einen Virtuellen COM Port arbeitet ( VCP Treiber ). Diesen Treiber kann man kostenlos von der Homepage von FTDI herunterladen.
Man kann auch unser LiPo Voltmeter verwenden, auch das hat einen Empfänger erhalten und kann die Daten des Telemetriesenders zusätzlich direkt auf einem 4X20 Zeichen Display ausgeben. Auch diese Schaltung wird eine USB Schnittstelle mit FT232RL zur Datenübertragung enthalten.
Vom Telemetrie Empfänger gibt es auch eine Variante mit einer normalen RS232 Schnittstelle. Diese Variante benötigt aber eine zusätzliche Stromversorgung. Die Controllersoftware für die USB und die RS232 Variante ist die gleiche.


Die Hardware:

Teileliste für Sender und Empfänger -nicht ganz aktuell !

Telemetrie Sender:

Schaltplan des Senders im EAGLE .sch Format
Layout des Senders im EAGLE .brd Format
C-Quellcode ( CodeVision AVR ) für den Sender
Project file für CodeVision AVR
.hex File zum Programmieren des Controllers ( Sender )
.eep Datei für die erste Kalibrierung des Senders
EXCEL Hilfstool für die Ermittlung der Kalibrierungswerte
Kalibrierungstool von Jochen Ebert als ausführbare .exe Datei

Telemetrie Empfänger:

Schaltplan des Empfängers USB im EAGLE .sch Format
Layout des Empfängers USB im EAGLE .brd Format
Schaltplan des Empfängers RS232 im EAGLE .sch Format
Layout des Empfängers RS232 im EAGLE .brd Format
C-Quellcode ( CodeVision AVR ) für den Empfänger
Project file für CodeVision AVR
.hex File zum Programmieren des Controllers ( Empfängers )
Logview.ini muss in den Ordner: C:\Dokumente und Einstellungen\|user|\Anwendungsdaten\LogView\Geraete\OpenFormat


Bezugsquellen:

Reichelt Elektronik
FTDI USB Treiber - es werden die VCP Treiber benötigt
Nessel Elektronik
Conrad Elektronik
Farnell in One
LogView - show your serial data
ATMEL: Software "AVR Studio 4", sowie die Datenblätter des Microcontrollers
hp info tech: Software "Code Vision AVR" als kostenlose Test und kostenpflichtige Vollversion
http://www.lancos.com/: Software "Ponyprog" sowie diverse Programmieradapter
Seite von S- Huehn: Sehr einfacher Programmieradapter für AVR.
EAGLE 4.xx: Leiterplatten Layoutprogramm in der Light Version kostenlos!


Die Firma Bruckner hat sich bereit erklärt die Beschaffung von Platinen zu übernehmen. Allerdings müssen schon ein paar Platinen zusammen kommen damit eine Nachbestellung lohnt. Deshalb kann eine Platinenbestellung auch etwas dauern.
Die Adresse lautet:
Klebetechnik Bruckner
Angelbergerstr. 2A
92345 Dietfurt/ Töging
Tel. 0 84 64/ 60 57 46


Wenn noch jemand eigene Ideen oder Verbesserungsvorschläge hat, kann uns gerne eine E-Mail schicken. Wir werden dann diese Vorschläge gerne mit einfließen lassen.
Jochen Ebert hat zu diesem Thema auch ein Forum eingerichtet das unter http://www.modellheliflieger.de erreichbar ist.
Über das Forum anzufragen ist sinnvoller, da dabei alle anderen Forumsteilnehmer mitlesen können !

updated 08,May 2009