ProtoSpeedMeter (Pitot sensor)

[protomax]

Ciao a tutti,

dopo un po' di sporadiche apparizioni per via del cambio lavoro
, che si sta normalizzando riappaio sulla scena con qualche novita' .

Recentemente ho avuto modo di provare il servizio samples di FREESCALE per via di un idea lanciatami da alcuni amici volatori .

Quello di cui vi andro' a parlare e' un semplice ed afficace SpeedMeter basato sul metodo di misura del tubo di PITOT.

In pratica per misurare in campo aeronautico la velocita' nel mezzo aria si utilizza un particolare tubo detto di PITOT che permette tramite una formula matematica di trasformare una misura di Pressione (differenziale) in una misura' di velocita'.

Sto semplificando molto per non annoiarvi ma cerchero' di fornirvi tutte infomazioni necessarie a capire il sistema di misura... e chiedo anche agli altri frequentatori di arricchire dove necessario

In pratica il sistema che penso di relaizzare prevede l'utilizzo di un sensore di pressione differenziale in pratica di tipo a due prese collegato al tubo di pitot e la conseguente memorizzazione dei dati di volo su supporto SD/MicroSD.

Utilizzero' per questo circuito un micro ARM7 di Philips molto duttile e cui sto implementando anche il Protometer DUE.

Vi posto qui sottto una foto esplicativa del tubo di pitot tratta da WIKIPEDIA dove potrete trovare infomazioni piu' dettagliate.

Tubo di Pitot - Wikipedia

[marcosinatti]

Il sevizio sample FREESCALE è eccezionale, i sensori idem.
Hanno dei sensori di pressione differenziale studiati apposta per il tubo di pitoti.
Io ne ho utilizzato uno di pressione assoluta per fare l'altimetro, deve essere ben curato il condizionamento del segnale prima di intrare nell'A/D ma con un paio di operazionali a basso rumore ho tolto l'offset, ho amplificato a filtrato ottenendo una risoluzione di 50cm di altitudine, ovviamente viene influenzato dalla pressione atmosferica, ma basta azzerare gli offset nel momento in cui inizi ad utilizzarlo.
Nel caso del tubo di pitot le variazioni di pressione atmosferica non ti danno noia dal momento che ti interessa il differenziale, credo.

Ciao

[protomax]

Noto con piacere che l'argomento e' stato affrontato da altri e ci sono gia' delle sperienze sul campo.

Io per uanto riguarda il sensore differenziale mi sono affidata ad un "modulo" che incorpora gia' il condizionamento, il sensore per la pressione differenziale e' il MPXV5010DP un piccolo sensore che integra gia' tutta la circuiteria per poter far arrivare il segnale all'A/D.

Questo sensore ha una doppia presa connettibile direttamente al tubo di pitot che in questo caso e' la cosa piu' difficile da realizzare visto la scala dei fori e dei tubi

Grazie marcosinatti, sarei molto felice che tu postassi le tue esperienze anche qui su questo tread , potrebbe essere motivo per integrare e capire diversi approcci al metodo della misura barometrica assoluta anche se qui avro' modo di proporvi una soluzione di logger per la "differenziale".

Io penso di non condizionare il segnale proveniente dal sensore per via del fatto che optero' piu' che altro a leggere i dati e sovracampionare (giacando un po' con la matematica) per poi mettere i dati letti su supporto SD in modo da poter essere poi letti a fine volo direttamente su Pc o palmare senza troppi problemi.

Lo studio che ne verra' fuori servira' per eventualmente proporre un articolo da postare sul barone nel caso il progetto abbia ampio interesse.

Per ora sono allo stadio di progettazione e a breve vi postero' qualche ragguaglio.

A presto e continuate a seguire il tread

[marcosinatti]

Ho realizzato un flylogger con un pic 18f2423 con A/D a 12 Bit.
Leggo tensione, corrente, 2 temperature, giri rotore e altitudine, e registro i dati su una eeprom, poi collegando il circuito alla seriale di un pc scarico i dati registrati sulla eeprom.
Momentaneamente ho usato un lm358 per la lettura della corrente ricavandola dalla caduta di tensione generata da un pezzetto di filo da 1mm lungo 2cm (so che ci vorrebbe un vero shunt, ma può andare!), le temperature le leggo tramite sonde digitali 1wire ds18s20, i giri li ricavo tramite un sensorino induttivo che legge un grano avvitato sul collarino che tiene l'albero del rotore e che invia il segnale ad un ingresso gestito in interrupt ed infine leggo l'altitudine ricavandola dalla pressione rilevata da un MPXAZ4100A.
La pressione è circa:
livello mare = 101Kpa
1000 metri = 90Kpa
Il sensore ha una sensibilità di 54mV/Kpa, significa che per ogni metro si hanno circa 0,54mV, quindi per aver maggiore definizione ho tolto un certo offset con un operazionele e poi ho amplificato il segnale con un'altro, in modo da avere una scala che parte da 300 metri e arriva a circa 1300.
Se non ricordo male sono arrivato ad avere 3mV a metro e questo mi permette con un AD a 12Bit di avere circa 40cm a bit.
Come operazionale ho usato un lm358, ma mi sono procurato gli OP7, basso rumore e minore deriva termica.
Ovviamente la misura dell'altitudine tramite la pressione è influenzata dalle condizioni atmosferiche, ma ho fatto un piccolo artifizio, ogni volta che accendo il dispositivo lui fa delle letture mediate per 20 secondi e poi prende la pressione corrente come altitudine 0, quindi è un altimetro che misura rispetto al piano dove sono a radiocomandare.

Sfortunatamente è qualche mese che sono fermo ma prima o poi ci rimetterò mano...

Mi interesserebbe sapere come fai ad aumentare i bit di un A/D usando artifizi matematici.

Grazie

[protomax]

In verita' il mitico LM358 e' un po' un integrato da battaglia ma come operazione fa il suo sporco lavoro si trova di meglio e di piu' raffinato ma secondo me se no lo si porta a lavorare al limite e' un buon punto di inizio.

Per la matematica posso dire che non e' nulla di trascendentale e' la conosciutissima tecnica detta di OVERSAMPLING, la stessa she si usa nei convertitori dei cd (vecchioo stampo dove per fare 16bit si lavorava di numero).

Non voglio essere OT rispetto al titolo ma esemplifico solo la teoria con un semplice esempio , il piu' semplice.

Supponiamo di avere un A/D a 10 bit e di effettuare 4 campionamenti successivi e di sommarli tutti ...al valore max avro':

1023+
1023+
1023+
1023=
-------
4092

dividendo ora per il fattore 2 otterro'

2046 che e' a meno di 1 unita' proprio (2^11)-1 cioe' il max valore rappresentabile da un A/D a 11 bit.
Il gioco prosegue pero' il valore dei campioni sale vertiginosamente con legge esponenziale.

Per avere l'equivalente di un A/D 12 bit bisognera' fare 16 campionamenti e poi dividere per 4 e cosi' via ...

per ottenere 16Bit si dovranno fare 4096 sample e dividere per 64.

Ricordo a tutti che in questi casi bisogna avere a disposizione variabili INT LONG che permettano di sommare tutti i valori e poi dividere.

TRUCCHETTO ON
in questo caso lavorando con interi ricordo che dividere e sciftare sono la stessa cosa. e si risparmiano cicli processore
TRUCCHETTO OFF

Bhe ora che vi ho svelato come sovracampionare fruttate i vostri A/D all'osso l'unica cosa che serve e' un A/D veloce perche' piu' sovracampionate e minor SAMPLE RATE avete .

PS: questa tecnica oltre ad offrire vantaggi sul da punto di vista risoluzione mitiga anche molto gli effetti del rumore che si minimizza all'uscita dell'operazione finale.

[protomax]

Ora partiamo con il core che utilizzero' per questo logger.

Come gia' annunciato sulla mia firma ho messo le mani sulla serie ARM7 di Philips. La potenza di calcolo della MPU rispetto al progetto ProtoMeter ver. 1.0 e' notevole questo chip puo' lavorare fino a 60MHz e lavora a 32Bit le prestazioni sono notevoli e la presenza di due canali A/D permette di lavorare sulle grandezze analogiche sfruttando a pieno la tecnica matematica che vi ho elencato sopra.

Di seguito vi posto la scheda su cui faro' gli esperimenti del ProtoSpeedMeter, e' basata su core ARM7 Lpc2138 ha a disposizione due seriali UART, doppio canale A/D 8+8 ADC in, bootloder gia' precaricato per upgrade veloci via seriale, e connettore SD per memorizzare i dati loggati.
Gestisce la FAT32 e legge correttamente SD fino a 2GB.
Pprogrammazione in C freeware tramite il gcc WINARM in distribuzione sul sito : ARM projects

Mentre sotto l'immagine della piccola board con lettore SD incorporato.