General
Banner
Home | Artikelen | English

Algemene beschouwing | Mechanische constructie | Electronica | Visual Basic Program | Conclusie

 

Het zelf bouwen van vliegtuiginstrumenten voor Flight Simulator:

Al geruime tijd was ik op zoek naar de ontbrekende motor instrumenten voor mijn dakota.
Wat ik nodig had waren instrumenten met twee naalden die vanuit het centerpunt bewegen.
Zoals gewoonlijk is er momenteel geen fabrikant die deze veel gebruikte instrumenten aanbied.  Bovendien zijn al de andere dingen allemaal nogal prijzig.  Dus zelfbouw was weer de oplossing. Na wat zoekwerk op het net ben ik op een boek gestoten “Building Simulated aircraft Instrumentation” van de Amerikaanse schrijver Mike Powell.
Zelf een gewezen piloot en fervent cockpitbouwer.

book1

Na het lezen van zijn website (http://www.mikesflightdeck.com) waarin een voorbeeld wordt beschreven van de bouw van een instrument. Besloot ik maar het er op te wagen en heb ik het boek besteld.
In het boek wordt gebruik gemaakt van verschillende wijze om instrumenten aan te sturen.
Er wordt gebruik gemaakt van Air-core-, servo- en stappenmotoren. De sturing van deze instrumenten gebeurt zowel op analoge wijze als met PIC(Programmable Integrated circuit) of te wel programeerbare IC’s. Dit laatste was volledig nieuw en baarde me eerlijk gezegd wel wat zorgen omdat dit een volledig onbekende materie is. Bovendien ken ik ook niemand die wel met deze materie vertrouwd is en mij hiermee eventueel zou kunnen helpen indien het niet zou lukken. Maar ja een mens moet af en toe een risico nemen en zich aan het onbekende wagen.  Maar als het lukte zou dit wel een aanzienlijke kostenbesparende factor betekenen, niet onbelangrijk.

Genoeg intro, aan de slag nu maar.
Het instrument dat ik gebouw heb is een manifold pressure meter. Het principe is gelijklopend met dat van het “ADF/RMI instrument met stappenmotoren” uit het boek.  Echter aangepast aan de voor mij beschikbare materialen.
De sturing is gelijkaardig aan dat in het boek.

Mechanische constructie.

Alle voorbeelden in het boek moeten worden aangepast aangezien alle afmetingen in inch en duim zijn.  Ik heb dus eerst een nieuwe technische tekening gemaakt van het geheel.
Grote verschilpunt met het voorbeeld uit het boek zijn de stappenmotoren.  De door mij gebruikte stappenmotoren zijn er een met een tandwielkast.(Mots1 van Velleman).

Ik heb dus geen extra vertraging nodig om de naalden per graad te kunnen bewegen.

techintsr1

Het geheel bestaat uit aluminium plaat van 1,25 mm, doorzicht acryl plaat van 3 mm en 6 mm,
Draadstang van M3 en verschillende buisjes met een diameter variërend van 2 mm tot 5 mm.
Voor zij die de volledige technische tekening in detail uitgewerkt wensen te zien heb ik een pdf gemaakt.Dual Needle instrument.pdf
In realiteit ziet het er dan zo uit zonder de stappenmotoren en tandwieloverbrenging en electronia.

instr1

Voor de tandwieloverbrenging heb ik gebruik gemaakt van de tandwielen die ik zelf gegoten had uit epoxy voor mijn radiostack.  Deze waren niet te groot en moesten enkel in twee gedeeld worden en voorzien worden van een center as.
De verschillende assen waaraan de naalden verbonden zijn draaien netjes in elkaar.
De tandwielen worden door middel van 2-componenten epoxyhars lijm aan elkaar gekleefd. (Verkrijgbaar in elke goed modelbouw winkel).
De bussen waarin de assen draaien bestaan uit Ertalon. Deze worden eveneens met 2-componenten epoxy aan de aluminiumplaat gekleefd. Zodanig dat alles netjes soepel draait met zo min mogelijk weerstand.
De stappen motoren worden aan de assen verbonden door een plastik buisje. (vb luchtslang voor een aquariumpompje) dit om een flexibele koppeling te maken die zeer efficiënt is en zeer goedkoop is.
De wijzerplaat is gemaakt met een tekenprogramma en uitgeprint op fotopapier.  De wijzers zijn gevijld uit 1,25mm alu.

instr2 instr3

Het mechanische gedeelte is met wat geduld vrij gemakkelijk in elkaar te steken.
Nu het elektronica gedeelte en de sturing van de stappen motoren nog in elkaar boksen.

Top

Elektronica.

Eerst heb ik het schema overgenomen en aangepast met onderdelen die plaatselijk verkrijgbaar zijn. Dan ben ik dit gaan omzetten naar printplaten en heb dan alles bestukt.

schema1
Mike Powell©

Ook heb ik een PIC programmer & expriment board(K8048) van Velleman gekocht om de PIC die in dit project voorkomt, te kunnen programmeren. Kan ook wel op een andere manier maar dit is iets zekerder dacht ik.
De elektronica bestaat uit twee delen.  Eerste deel is het communicatie gedeelte met de seriële poort (COM) dit verloopt met een omvormer die de RS232 omzet naar een RS422.  Dit alles om het mogelijk te maken de verschillende instrumenten in een ketting aan elkaar te hangen zonder telkens elk instrument parallel te moeten verbinden met de RS232 COM poort.  Dit bespaart een hoop bekabeling en houd de zaak iets overzichtelijker.
Tweede deel is het deel dat in het instrument zelf is ingebouwd.  Dit is het hart van het instrument zelf.  Het bestaat uit een communicatie gedeelte (ontvanger RS422) en een besturing voor de stappenmotoren met een PIC16F628

Het initialiseerd het instrument,  reset de stappenmotoren bij opstart en  identificeert en verwerkt de binnenkomende of uitgaande signalen

print1

Het programmeren van de PIC gebeurt met het programma MPLAB IDE v7.20 gratis te downloaden bij Microchip(de fabrikant van de PIC16F628)
De Firmeware voor dit project staat in detail beschreven in het boek van Mike en beslaat meer dan 25 bladzijde.  Geen eenvoudige klus om dit even om te zetten in een werkbare HEX file.  Elke punt of komma, kleine of hoofdletter is van belang.  Bovendien verschilt de versie van MPLAB met de versie die de auteur origineel heeft gebruikt.  Wat maakt dat er kleine verschillen inzitten. Als je niets van deze materie af weet is het bijna onbegonnen werk.  Tenzij je er tijd genoeg voor over hebt om het programmeren in Assembler onder de knie te krijgen.
Dankzij de goede hulp van de auteur heb ik via e-mail de originele hex file toegestuurd gekregen en ben zo verder geraakt. Want ik was ondertussen al drie weken een poging aan het doen om het PIC programma rond te krijgen, echter zonder veel succes.
Steeds opnieuw foutmeldingen maar geen bruikbare hex file.
Na het flashen van de firmeware in de PIC kon ik starten met de eerste testen.
De stappenmotoren moeten beginnen draaien naar het nulpunt, aangegeven door opto- interrupters, zodra de stroom wordt aangezet.  Dit is een eerste test om te zien of de PIC en bijhorende elektronica wel goed aangesloten zijn.  Wat dacht je?  Zoals gewoonlijk draaiden de stappenmotoren van geen kant.  Nadat de eerste frustratie een beetje weggeëbd was en de klare ratio weer de bovenhand had. Zijn we begonnen aan het uitzoeken van de mogelijke fouten. Het schema werd weer ter hand genomen en vergeleken met het originele.  Op het eerste zicht niet veel mis mee behalve de ceramische resonator met interne condensatoren.
Deze had ik vervangen door een cristal van dezelfde waarde maar zonder condensatoren.  Na dit rechtgezet te hebben. Tweede test, nog steeds zonder enige beweging. Na wat meten met de oscilloscoop bleek echter dat er wel signalen waren die uit de PIC kwamen maar dat deze enkel werden doorgestuurd naar 1 uitgang van de stappenmotoren. Na een grondige studie van de onderdelen bleek inderdaad dat er toch nog een foutieve interpretatie van het schema oorzaak was van het niet werken van de stappenmotoren.  Namelijk de binaire stroom van gegevens werd niet doorgeven van de ene flipflop naar de andere van de eerste  74LS374.
Zodat telkens maar de eerste bit werd doorgestuurd naar de stappenmotoren i.p.v. 8 bits.
Hierdoor kon het natuurlijk niet werken. Na het rechtzetten van deze fout draaiden de stappenmotoren zonder fout naar het nulpunt. Er kwam leven in het instrument.

Nu kon alles definitief geassembleerd worden. Stilaan konden we beginnen denken aan het programmeren en sturen van data naar het instrument via de seriële poort.

instr4

Top

Visual Basic programma.

Het programmeren van de seriële poort was voor mij ook een volledige onbekende.
Eerst ben ik beginnen zoeken op het Internet naar voorbeeldprogramma’s en een testprogramma.
Deze waren nogal snel te vinden. Helaas was er niets beschreven in het boek over het maken van een dergelijk programma. Het enige wat er in staat is de Command summary.  Een beknopte omschrijving van de te sturen commando’s naar de PIC om bepaalde zaken te doen werken. Dus weer voor een leek in deze materie een onbegonnen zaak om dit tot een goed einde te brengen. Tenzij hij of zij ook weer veel tijd steekt in het aanleren van deze materie.
Na enige testen met het testprogramma was ik er al in geslaagd de motoren te reseten via het programma en de naam (unieke identificatienaam) te wijzigen van het instrument.
Het sturen van de positionering data leek maar niet lukken.
Het probleem zat hem allemaal in de interpretatie van de gestuurde data.
Het identificatie nummer van het instrument is in ASCII code
Het commando nummer is ook in ASCII (vb 1 in ascii is binair 00110001 en niet 00000001)
De data echter moeten rechtstreeks in binair of de het equivalent in ascii. (vb 0 moet 00000000 of NUL in ascii, onzichtbaar karakter.) bovendien moet de high byte en de low byte gedraaid worden.
Na een aantal pogingen en een verhelderende uitleg van Wim Roscam ben ik er dan toch in geslaagd met een eigen gemaakt testprogramma de stappenmotoren te positioneren op de juiste plaats.
Na een zondagje doorwerken was het geïntegreerde programma voor de cockpit en instrumentsturing klaar voor de eerste testen.  Met succes.
Nog een kleine verbetering aan de voltregulator die wat te warm werd naar mijn mening en het instrument is klaar voor gebruik.

Top

Conclusie.

Het is dus perfect mogelijk om zelf je eigen vliegtuiginstrumenten te bouwen aan de hand van het boek van Mike Powell. Ik zou zelf durven zeggen het is een boek dat in elke kast zou moeten staan van elke zichzelf respecterende cockpitbouwer, al was het maar als inspiratiebron.
Je moet zelf wel de afmetingen aanpassen aan het metrische stelsel want anders is het hier niet erg praktisch om mee te werken. Vooral de boorgaten in duim zijn een groot opstakel, aangezien dit bij ons zo goed als niet vinden is.
Verder wordt het mechanisch te bouwen gedeelte zeer goed in detail uitgelegd.
De elektronische schema’s zijn in het algemeen zeer duidelijk, enkel in sommige gevallen bevatten ze dingen die voor foutieve interpretatie vatbaar zijn en kunnen leiden tot problemen (zoals in mijn geval).  Het zou daarom beter geweest zijn indien er bij de schema’s ook een board lay-out zou zijn voor het maken van prints. Hiermee zit je van de eerste maal goed.
De firmeware is voor een leek een ware nachtmerrie. Het staat allemaal wel woord voor woord in het boek. Maar bij het minste verschil in versie of bij het ingeven van het programma in de programmeersoftware kan er zoveel misgaan waar je geen raad mee weet.
Het is niet erg raadzaam om hier  zelf aan te beginnen als je geen hulp van professionelen hebt. Tenzij je zelf zoveel tijd en geduld hebt om het zelf te leren.
Gelukkig is Mike Powell wel erg behulpzaam en kan je wel op het juiste pad zetten.
Je zou eventueel de analoge werkwijze die ook voor sommige instrumenten gebruikt wordt en in dit boek staan kunnen toepassen maar dit neemt meer plaats in en is door het gebruik van meer materiaal een stuk duurder.
Als laatste de koppeling met FS en het sturen van data via de seriële poort naar het instrument. Over deze materie staat ook niets beschreven in het boek. Als je zelf ook al weer niet op de hoogte bent van het programmeren in C++ of VB kan je ook maar beter niet aan de zelfbouw beginnen.  Natuurlijk als cockpitbouwer wordt je vroeg of laat toch wel met deze materie geconfronteerd.  Je kunt misschien zelf hierin wat tijd investeren om te leren programmeren in C++ of VB.  Of misschien ken je wel iemand in clubverband of in je kennissenkring die je hiermee kan helpen.

Ik heb daarom aan Mike Powell voorgesteld om bij zijn boek een CD-rom toe te voegen met daarop alle Hex files van de beschreven instrumenten. Voor het programmeren van de PIC’s
Bijgevoegd ook de nodige printboard lay-outs om fouten in circuits uit te sluiten.
Als laatste een testprogramma waarbij je zelfs waarden kan ingeven en zo elk van de verschillende instrumenten kan testen of ze naar behoren werken.
Als ik de tijd vind zal ik zelf wel eens een testprogramma schrijven dat bruikbaar is voor het testen van de instrumenten. Dan kan je dit downloaden via mijn website

Niet tegenstaande al deze obstakels ben ik dankzij de goede hulp van een aantal mensen waaronder Mike Powell, Florant van Vlasselear en Wim Roscam tot een goed werkende, bijna niet van een echte te onderscheiden, soepel lopende Manifold pressure meter gekomen. Bedankt mensen voor de hulp en ondersteuning.

Top

< Vorige | Home | Artikelen | Volgende >

 

© Verley Jan 2007-2017 original text from 2006