Drone Flight Test System Design with Microcontroller

Abstract

Unmanned aerial vehicles have become daily use devices with the widespread use of sports and commercial use. Production has become easier with the developing technology and due to academic, hobby etc. It has enabled the production of unmanned aerial vehicles in places, such as homes or schools. Some undetected hardware or software problems and errors may occur during the production of unmanned aerial vehicles. Poor adjustments of flight parameters, deviation of centre of gravity, errors that can be encountered in electrical connections are some of the problems. Common situations like these can cause unmanned aerial vehicles to crash; it can damage the vehicle and the living creatures around it. A system was required which can detect the errors hence provide the unmanned aerial vehicles to fly stable without being damage. Thanks to our work, a 3-axis controlled flight test rig has been prepared for rotary wing unmanned aerial vehicles. Flight detection parameters can be observed with the microprocessor-controlled circuit on the test setup and the mobile application prepared for setup. While axis information is obtained with “IMU” sensors, communication between the smartphone and the device is provided by “Bluetooth” technology. This setup is specifically designed to control developing rotary wing unmanned aerial vehicles. Unmanned aerial vehicle can simulate the basic scenarios during the flight with this system. It ensures that possible situations, such as calibration errors, imbalance in the propulsion system, balance, and determination during the flight, deviation of centre of gravity are observed before the flight.

Keywords

• Unmanned Aerial Vehicles
• Flight Simulation
• IMU Sensors
• Rotary Wing Uav

Mikrodenetleyicili İHA Uçuş Test Düzeneği Tasarımı

Abstract

İnsansız hava araçları, sportif ve ticari amaçlı kullanımının yaygınlaşması ile günlük hayatta sıkça rastladığımız cihazlar haline gelmiştir. Teknolojinin de gelişmesi ile üretim yolları kolaylaşmış ev, okul vb. yerlerde hobi, akademik vb. nedenlerle insansız hava araçları üretiminin yapılması daha kolay hale gelmiştir. İnsansız hava aracının üretimi sırasında fark edilemeyen yazılımsal veya donanımsal problem ve hatalar meydana gelebilir. Uçuş parametrelerinin iyi bir şekilde ayarlanamaması, ağırlık merkezinin sapması, elektrik bağlantılarında yaşanabilecek hatalar bunlardan yalnızca birkaç tanesidir. Bunlar ve benzeri sıkça yaşanan durum uçuş aşamasına gelindiğinde insansız hava aracının kaza yapmasına; araca ve çevresindeki canlılara zarar vermesine neden olabilir. Hataların tespiti, dolayısıyla insansız hava aracının zarar görmeden kararlı uçuş sağlayabilmesi için test edilmesini sağlayacak bir sisteme ihtiyaç görülmüştür. Yaptığımız çalışma sayesinde döner kanatlı insansız hava araçları için üç eksen kontrollü (x, y ve z eksenlerindeki denetim) uçuş test düzeneği hazırlanmıştır. Uçuş denetim parametreleri test düzeneği üzerinde bulunan mikroişlemci kontrollü devre ve test sistemi için tasarlanan mobil uygulama sayesinde izlenebilmektedir. Eksen bilgisi “IMU” sensörleri sayesinde elde edilirken uçuş test düzeneğinin akıllı telefon ile olan iletişimi “bluetooth ” teknolojisi ile sağlanmıştır. Bu düzenek özellikle proje geliştirme aşamasındaki döner kanatlı insansız hava araçların kontrolü için tasarlanmıştır. Bu uçuş test sistemi ile insansız hava aracı, uçuş esnasındaki temel senaryoları gerçekleştirilebilmektedir. Kalibrasyon hataları, itki sistemindeki dengesizlik, uçuş esnasındaki denge ve kararlılık, ağırlık merkezinin sapması gibi olası durumların uçuş öncesinde gözlemlenmesine imkân sunmaktadır.

Keywords

• İnsansız Hava Aracı
• Uçuş Simülasyonu
• IMU Sensörü
• Döner Kanatlı İHA

References

1. Yüzgeç, U., Ökten, İ., Üçgün, H., Gün, A. R., Türkyılmaz, T., Kesler, M., ... & Uçar, G. (2016). Development of the Test Platform for Rotary Wing Unmanned Air Vehicle. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 3(2), 18-24
2. Ökten, İ. (2016). Dört rotorlu döner kanat insansız hava aracı test düzeneği geliştirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bilecik.
3. Euraka Dynamic, 5 Reasons Your Company Needs a FFT GYRO. https://eurekadynamics.com/2021.12.10.5-reasons-your-company-needs-a-fft-gyro/, (Erişim tarihi: 08.12.2020)
4. Euraka Dynamic, FFT GYRO 250. https://eurekadynamics.com/fft-gyro-250/, (Erişim tarihi: 08.12.2020)
5. Özkan, O. (2019). Sensör Füzyonu Algoritmaları ile Açısal Konum Referans Sistemi Tasarımı. Bayburt Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 2(1), 93-103.
6. Özkan, E. (2010). Üç Boyutlu Uzayda Hareket Algılama, Tespit ve Kestirimi İçin Genişletilebilir Bir Donanım Tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Bilişim Enstitüsü, İstanbul.
7. Biroğul, S., Sönmez, Y., & Güvenç, U. (2007). Veri füzyonuna genel bir bakış. Politeknik Dergisi, 10(3), 235-240.
8. Okudan, M. E. (2019). Navigasyon hassasiyetini arttırmak için ataletsel ölçüm birimine tamamlayıcı filtre uygulanması. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

9. Altın, C. (2013). Dört rotorlu insansız hava aracının yükseklik ve konum kontrolü. Yüksek Lisans Tezi. Yozgat Bozok Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yozgat.
10. IMU Sensörüne ait Veri Yaprağı, 2016, MPU9250, Invensense
11. Tran, L. D. (2017). Data Fusion with 9 degrees of freedom Inertial Measurement Unit to determine object’s orientation.
12. DJI, (2020). https://developer.dji.com/mobile-sdk/documentation/introduction/flightController_concepts.html. (Erişim tarihi: 08.12.2020)
13. Altın, C. & Er, O. (2015). Complementary Filter Application for Inertial Measurement Unit. Electronic Letters on Science and Engineering, 11(2), 20-25.
14. Colton, S. (2007). The balance filter: a simple solution for integrating accelerometer and gyroscope measurements for a balancing platform. Chief Delphi white paper, 1.
15. Pınar, D. (2017). İvmeölçer sinyallerinin ileri yöntemlerle analizi, Yüksek Lisans Tezi, Başkent Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.