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Digi-V

Marc Oberholzer

Ein neuartiges Variometer-Konzept für den RC-Modellsegelflug

Digi-V ist ein digitales Variometer für Modellsegelflugzeuge, das im 2,4 GHz ISM-Band arbeitet. Dank der 2,4 GHz-Technologie verfügt Digi-V über eine bidirektionale digitale Datenverbindung zwischen Flugmodul und Basisstation. Es werden also, im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, digitale Werte für z. B. Steig- und Sinkrate vom Flugmodul zur Basisstation übertragen. Das variometertypische Audiosignal wird durch die Auswertung dieser Daten in der Basisstation erzeugt.

Die Systemkonfiguration sowie das Auslesen der aufgezeichneten Höhendaten erfolgen ebenfalls über die Basisstation. Somit entfällt für diese Zwecke der mühsame Ein- und Ausbau des Flugmoduls aus dem Modell. Die Verlagerung der 'Intelligenz' in die Basisstation ermöglicht zudem vergleichsweise günstige Flugmodule, die auch für Piloten mit mehreren Modellen eine fixe Installation im Modell erschwinglich machen.

Überblick

Das Digi-V-System besteht aus einer Basisstation und einem oder mehreren Flugmodulen. Die Flugmodule können in den Modellen fest installiert werden und übermitteln die benötigten Messwerte über 2,4 GHz Digitalfunk an die Basisstation, welche die Steig- bzw. Sinkrate akustisch signalisiert, die Flughöhe und Empfängerakkuspannung anzeigt und per Sprachausgabe ansagt.

Eines oder mehrere Flugmodule sind logisch einer Basisstation zugeordnet ('gepaired'), d. h. über eine eindeutige digitale Kennung mit der Basisstation verbunden. Somit können mehrere Digi-V-Systeme unabhängig voneinander am selben Standort eingesetzt werden. Das System kann jederzeit um weitere Flugmodule erweitert werden. Auch lassen sich bereits zugeordnete Flugmodule nachträglich einer anderen Basisstation zuordnen.

Das Digi-V Variometer bietet dem Modellpiloten die folgenden Funktionen:

  1. Akustisches Variometer,
  2. Anzeige und Ansage der aktuellen Flughöhe,
  3. Anzeige und Ansage der aktuellen Akkuspannung,
  4. Anzeige der maximalen Flughöhe,
  5. Real-Time Ausgabe der aktuellen Flughöhe über eine serielle Schnittstelle,
  6. Aufzeichnung (logging) der aktuellen Flughöhe über die Zeit,
  7. umfangreiche Konfiguration über ein PC-Konfigurationstool (Windows) und
  8. Live-Konfiguration der wichtigsten Funktionen über einen Servokanal.

Komponenten

Flugmodul

Digi-V Flugmodul

Das Flugmodul besteht im Wesentlichen aus einem hochpräzisen barometrischen Drucksensor und einem 2,4 GHz-Kommunikationsmodul mit integriertem Mikrokontroller. Das Flugmodul wird standardmäßig mit Empfängeranschlusskabel und abgesetzter 2,4 GHz-Antenne ausgeliefert.

Der Mikrokontroller tastet den analogen Ausgang des Drucksensors 16 mal pro Sekunde ab. Aus den so gewonnenen und über eine gewisse Zeit gemittelten Werten werden nach der barometrischen Höhenformel die aktuelle relative Höhe über dem Startplatz sowie die aktuelle Steig- oder Sinkrate berechnet. Diese berechneten Werte werden zusammen mit der gemessenen Versorgungsspannung periodisch an die Basisstation übermittelt.

Die Stromversorgung des Flugmoduls geschieht standardmäßig über einen freien Steckplatz am Empfänger. Dies ermöglicht zudem die Kontrolle der wichtigsten Digi-V-Funktionen während des Fluges über einen Servokanal der Fernsteuerung.

Das Flugmodul misst 70x22x10 mm (ohne Kabel und Antenne) und wiegt 20 g (inklusive Kabel und Antenne). Die mittlere Stromaufnahme beträgt etwa 72 mA über den gesamten erlaubten Versorgungsspannungsbereich von 4 bis 10 V.

Basisstation

Digi-V Basisstation Vorderseite Digi-V Basisstation Rückseite

Die Basisstation beinhaltet das gleiche 2,4 GHz-Kommunikationmodul mit integriertem Mikrokontroller wie das Flugmodul. Zudem verfügt sie über ein 4 1/2 Digit LCD-Display, einen Kopfhöreranschluss mit Lautstärkeregelung sowie eine serielle Schnittstelle zum Anschluss an einen PC über ein standard FTDI USB Kabel (erhältlich als Zubehör).

Die Basisstation empfängt die vom Flugmodul gesendeten Daten und generiert daraus die variometer-typische akustische Ausgabe der Steig- oder Sinkrate. Zusätzlich werden die empfangenen Werte der aktuellen Höhe sowie der aktuellen Versorgungsspannung auf dem LCD-Display angezeigt und per Sprachausgabe dem Modellpilot vermittelt.

Die Basisstation misst 116x79x23 mm ohne Antenne, die Antenne ist 48 mm hoch. Das Gewicht der Basisstation beträgt 108 g ohne Batterie. Die mittlere Stromaufnahme beträgt ca. 75 mA über den gesamten erlaubten Versorgungsspannungsbereich von 5,3 V bis 10 V. Das Gehäuse weist rückseitig ein Batteriefach zur Aufnahme einer 9 V Blockbatterie auf.

Funktionsbeschreibung

Akustisches Variometer

Die momentane Steig- oder Sinkrate wird akustisch am Kopfhörerausgang ausgegeben. Dabei zeigen kurze, hohe Töne Steigen an. Frequenz und Abstände der Töne werden bei zunehmender Steigrate höher bzw. kürzer. Lange, tiefe Töne zeigen Sinken an. Bei zunehmender Sinkrate werden Frequenz und Tonabstände tiefer bzw. länger. Die Ansprechschwellen sind dabei für Steig- und Sinkrate individuell konfigurierbar.
 

Anzeige und Ansage der aktuellen Höhe

Die Flughöhe wird mit einem präzisen barometrischen Drucksensor gemessen und als relative Höhe über dem Startplatz angegeben. Als Starthöhe (0 m) gilt die absolute Höhe des Modells beim Einschalten. Der Höhenberechnung liegt die Internationale Standardatmosphäre zugrunde. Es kann also bei längeren Flügen und entsprechenden Luftrduckveränderungen dazu kommen, dass nach der Landung eine von 0 m abweichende Höhe angezeigt wird.
 

Anzeige und Ansage der aktuellen Bordspannung

Die Versorgungsspannung (BEC- oder Empfängerakkuspannung) wird abwechselnd mit der Flughöhe auf dem LCD-Display angezeigt. Ebenfalls erfolgt periodisch eine akustische Ansage bei unterschrittenem Mindestschwellwert. Der Mindestschwellwert ist über das PC-Konfigurationstool einstellbar. Zusätzlich kann die Spannungsansage jederzeit per Fernsteuerungskanal angefordert werden.
 

Anzeige der Maximale Flughöhe

Die maximale relative Flughöhe des vergangenen Fluges wird nach dem Flug (also nach dem Abschalten des Flugmoduls) auf dem LCD-Display der Basisstation angezeigt.
 

Real-Time Datenausgabe

Die aktuelle relative Flughöhe, die aktuellen Steig- und Sinkwerte sowie die Bordspannung werden laufend auf der seriellen Schnittstelle der Basisstation ausgegeben. Die Daten können mit einem standard FTDI USB Kabel (erhältlich als Zubehör) am PC im CSV-Format empfangen werden.
 

Flugaufzeichnung (logging)

Die Basisstation zeichnet das Höhenprofil der vergangenen 10 Flugstunden auf. Mit einem standard FTDI USB-Kabel (erhältlich als Zubehör) und dem PC-Konfigurationstool können diese Daten ausgelesen und dargestellt werden. Es ist somit kein mühsamer Ausbau des Flugmoduls notwendig.
 

Bedienung über Servokanal

Die Hauptfunktionen des Digi-V-Variometers können während des Fluges über einen freien Fernsteuerungskanal kontrolliert werden. Es stehen drei frei konfigurierbare Betriebszustände zur Verfügung, die über verschiedene PWM-Aussteuerungen (0%, 50%, 100%) kommandiert werden. Pro Betriebszustand können die Ausgabe des Variometertones, die akustische Höhenansage, sowie die Spannungsansage frei als ein- oder ausgeschaltet konfiguriert werden.
 

PC Konfigurationstool

Ein PC-Programm erlaubt die Konfiguration der Betriebsparameter des Digi-V-Variometers. Sämtliche Konfigurationen sowie das Auslesen der Höhenlogdaten erfolgen bequem an der Basisstation. Die aufgezeichneten Höhendaten können als CSV-Datei exportiert werden. Folgende Parameter sind konfigurierbar:

  • Ansprechschwelle des Variometertons für Steig- und Sinkrate,
  • minimale Ansagepause für Höhenwerte,
  • Schwellwert für die Ansage der Bordspannung,
  • Periode für die Ansage der Bordakkuspannung,
  • Funktionalität des Servokanals (frei definierbare Matrix).
Digi-V PC Programm
 

Über flightgadgets.ch

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Stand: 07.02.2010