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Ein spannendes Interview von eevblog Macher Dave Jones über das Deep Space Network der NASA.
Ebenfalls lesenswert sie die technischen Details über die Kommunikation mit Voyager.

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Teil 1
Teil 2
Teil 3

Es ist November 2007. Die Winterzeit hat Einzug gehalten, es ist bereits Nacht wenn man nach der Arbeit nach Hause kommt. Was also liegt näher, als in den Keller hinabzusteigen und ein neues Bauprojekt in Angriff zu nehmen.

Das Projekt in diesem Winter heisst PC-6. Zuerst als kleine Variante mit 1200 mm Spannweite. Ein Bausatz der Firma E*STAR MODELS bringt mich nach Jahren der Abstinenz wieder zurück zu Balsastaub und Leimgeruch. Gerade richtig, um mich mit den Eigenheiten eines vom Laser geschnittenen Baukasten vertraut zu machen. Auf RC-Groups gibt es ein Review davon.

Das eigentliche Objekt ist eine PC6 mit doppelter Spannweite, gelasert von Martin Rousseau aus Kanada. Unter dem Label MR-Aerodesign vertreibt er verschiedene Modelle in diversen Grössen. Er hat mir extra einen Baukasten für 2m Spannweite gefertigt. Der Kasten sieht super aus, hat sehr viel Holz und eine tolle Dokumentation auf CD mit vielen Detailaufnahmen von Originalen dieses Flugzeugtyps.

Das Modell ist ein reinrassiger Holzbausatz der lasergeschnittene Bauteile und diverse Platten und Leisten enthält. Die Laserbearbeitung ist gut bis sehr gut und die Teile lassen sich meist sehr leicht aus dem Holz lösen. Ein Papprohr mit dazu passendem 16mm Alurohr als Tragflächenverbinder runden den Inhalt ab. Kleinteile, eine Motorhaube oder das Fahrwerk sind bei dieser Baukastenversion nicht vorhanden. Diese Modellgrösse ist eine Sonderedition und wird wohl nur in unbedeutenden Stückzahlen gefertigt.

Der Baukasten

Im Baukasten enthalten sind mehrere excellente Baupläne. Mit dabei ist ein Teileplan auf dem jedes Teil abgedruckt ist. Damit lassen sich im Reparaturfall leicht die benötigten Ersatzteile herstellen. Eine Mappe mit CAD Baustufenbildern und eine CD mit vielen Bildern einer PC-6 und weiteren Informationen zum Modell runden den Baukasten ab.

Der Bausatz setzt Kenntnisse im Bau und Auslegung von Modellen dieser Grössenklasse voraus. Es sind keine Angaben über die zu verwendenden Klebstoffe oder zum Einbau der Anlenkungen und Elektronik vorhanden. Wenn man einmal mit dem Bauen begonnen hat, kann man fast nicht mehr aufhören. Das gilt besonders für die Bausätze, bei denen man sichtlich weiterkommt und nicht dauernd über ungeklärte Details stolpert. Nun gut, dieser Bausatz ist nicht perfekt. An einigen Stellen passen die Schlitze nicht, und für das Rumpfgerüst wurde auschliesslich Pappelsperrholz verwendet. Trotzdem passt fast alles erstaunlich gut zusammen.

Der Rumpf wirkt bei bei diesem Bausatz extrem massiv und dadurch unnötig schwer. Nach Rückfrage bei MR hat auch er ein zu hohes Gewicht für diesen ersten Bausatz bestätigt. Meine Modifikationen betreffen daher hauptsächlich das Gewicht. Ich habe alle möglichen Sperrholzstücke zusätzlich gelocht und einige Spanten schmaler gesägt. Die Gewichtseinsparung beträgt rund 25%. Für einen bequemen Transport im Kombi wird der Rumpf teilbar ausgeführt. Darum kommt ein zusätzlicher Spanten dazu.

Der Bau des PC-6 ist zügig vorangeschritten. Gerade noch an den Hauptarbeiten am Rumpf, sind jetzt Seiten- und Höhenruder fertiggestellt. Die Flügel sind fast fertig und warten auf die Beplankung. Die Landeklappen und Querruder sind in der Endphase.

Stromversorgung

Zur Stromversorgung kommt ein DPSI-BIC zum Einsatz. Daran angeschlossen werden zwei Eneloop 5-Zellen Akkus. Erste Tests ergaben eine nutzbare Kapazität von rund 3500 mAh. Die PC-6 bekommt eine Beleuchtung. Zwei Positionslichter (rot/grün) an den Flügelenden, zwei Landescheinwerfer, ein ACL und ein Blinklicht auf dem Seitenruder erlauben sicher noch Flüge in der Abenddämmerung.

Im Dauerbetrieb müssen die Luxeon LEDs gekühlt werden. Ich habe sie auf rund 17mm lange Aluröhrchen mit 7mm Durchmesser geklebt. Zwei kleine Platinenstreifen führen die Anschlüsse nach hinten. Ein Stück Schrumpfschlauch isoliert gegen Kurzschlüsse.

Die Steuerelektronik von flugmodellbau.de habe ich speziell angepasst. Die Idee dabei ist, dass bereits beim Einstecken der Antriebsakkus die Positionlichter in den Flügeln leuchten. Das ist eine perfekte Kontrolle ob der Antrieb eingeschalten ist. Das Blinklicht auf dem Seitenruder wird zusammen mit der Empfängerversorgung aktiviert. Sobald am Sender der Motor per Schaltfunktion scharf gestellt wird, beginnt das ACL zu blitzen. Die Landescheinwerfer werden über eine Flugphase aktiviert.

Die Landeklappen der PC-6

Im Plan von MR-Aerodesign sind die Landeklappen mit Vorflügel gezeichnet. Dass es diese wirklich gibt, ist in der Scale-Dokumentation auf der mitgelieferten CD ersichtlich. Doch lohnt sich der Aufwand wirklich? Da ich nicht Scale baue, wohl eher nicht. Jetzt füllt ein Balsablock den ‘nicht benötigten’ Zwischenraum.

Zur Kontrolle ob das Profil stimmt, habe ich mir aus Resten einer Acrylglasplatte eine Schablone gefertigt, die den Profilverlauf vom Plans kopiert. Die untere ‘Gabel’ bestimmt die Position der Drehachse der Landeklappen.

Steckverbindung Flügel - Rumpf

Die elektrische Verbindung vom Flügel zum Rumpf ist bei jedem Modell eine Herausforderung. Die Vielzahl der im Handel erhältlichen Steckersysteme und die verschiedenen Anforderungen bezogen auf das betreffende Modell erschweren die Entscheidung für ein bestimmtes System manchmal. Ich habe für mich drei Systeme gefunden, die alle Bereiche abdecken können. Da wäre zum einen der klassische Servostecker. Gut für Ströme bis 2A Dauer erledigt dieses System die Versorgung von Slowflyern und kleineren Modellen mit 1-2 Servos pro Stecker. In der nächst höheren Kategorie verwende ich die bekannten grünen Multiplex Stecker / Buchsen. Damit lassen sich ohne Probleme 4 Servos pro Flügel inkl. Versorgung verbinden. Wenn es mehr Verbinungen braucht, verwende ich das System von XYZ.Natürlich sind diese Stecker und Buchsen nicht für den Modellflug konzipiert worden, lassen sich aber flexibel anpassen und bestücken. Das System besteht im wesentlichen aus Stecker und Buchsenkontakten mit den dazugehörigen verschiedenen mehrpoligen Gehäusen. Die Kontake gibt es passend für diverse Kabelquerschnitte. Gemäss Hersteller werden die Kontakte gecrimpt, für uns Modellbauer reicht auch löten, was mit den Kontakten wirklich sehr gut gelingt. Das System trägt die Bezeichnung Qikmate und stammt vom Hersteller Souriau. Die Gehäuse müssen für den Einbau in einen einfachen rechteckigen Ausschnitt etwas modifiziert werden.

Wer das Modell in der ursprünglichen Grösse vom 3.2m bestellt, bekommt eine passende GFK-Haube mitgeliefert. Bei meiner Grösse ist das leider wegen der Sonderanfertigung noch nicht der Fall. Die urprüngliche Idee, mit dem Bau einer Form für die GFK-Haube den Einstieg in die Laminier- und Harztechnik einzusteigen, habe ich nach dem Studium der Orininalfotos auf der CD verworfen. Die Haube hat eigentlich keine geschwungenen Fläche, alles lässt sich mit einfachen Kegeln und Flächen bequem in Holz nachbauen. Ein sehr nützliche Hilfe sind die im Plan enthaltenen Spanten für die Nase. Übertragen auf Papier, bekommt man schnell eine Vorstellung wie sowas in Holz aussehen wird. Die Spanten habe ich mit Ausschnitten versehen und mit Kiefernleisten verbunden, sowie zusätzlich diagonal mit Kohlestäben abgestützt. Das Ganze wurde anschliessend mit 2mm Balsa verkleidet.

Vorgeschichte

Beim Stöbern auf der Project share Seite im Forum von Spark.IO bin ich auf dieses Projekt gestossen. Die Grundidee ist, einen LED-Streifen mit den individuell programmierbaren WS2812 LEDs spiralförmig auf einen zylindrischen Tubus zu wickeln. Bei geschickter Anordnung ergibt sich eine leicht geneigte senkrechte LED Reihe. Mit entsprechender Software lassen sich ausser Farbmuster auch Texte anzeigen. Die im Projekt gezeigten Tuben waren mir aber etwas zu klein. Etwas Grösseres musste her….
Spezifikationen

Die Leuchtfläche der Lampe sollte etwa einen Meter hoch sein. Im Sockel wird das Netzteil, im Kopf die Elektronik platziert. Da der Spark.core über WiFi ansprechbar ist, soll die Lampe übers Internet bedienbar sein.
Elektronik

Kernstück ist ein Spark.core. Es wird derselbe Typ wie im Originalprojekt verwendet. Aufgrund der grösseren Dimension dieser Lampe müssen einige Einschränkungen in der Software wegen des RAM-Speichers gemacht werden. Der Core sitzt zuoberst in der Lampe um guten Kontakt zum WiFi zu haben. Der LED-Streifen wird von unten angesteuert. Als LED kommt die Type WS2812(B) zum Einsatz. Diese LED ist kaskadierbar. Daten am Eingang der LED werden angenommen und bei weiteren Daten die vorhergehenden an die nächste LED weitergegeben. Das Ganze funktioniert wie ein Schieberegister. Überschreitet die Lücke zwischen zwei Datenfeldern eine bestimmte Zeit, übeträgt die LED den zuletzt empfangenen Wert in ihr eigenes Steuerregister und steuert damit deren RGB LED an. Es kann somit jede LED mit einer eigenen Farbe und Helligkeit gesteuert werden. Einziger Nachteil ist die nötige hohe Bitrate von ca. 800 kHz für die Übertragung der Daten. Arduinos und kleinere Mikrokontroller haben zuweilen Mühe das Timing bei längeren LED-Streifen einzuhalten. Das Netzteil liefert 5V mit einer maximalen Leistung von 350W (70A). Um diese grosse Leistung an die LED zu übertragen, werden vier Einspeisepunkte verteilt entlang des LED-Streifens angebracht.
Hardware

Die Computerhardware mit dem Spark.Core fertig vorhanden und bedarf hier keiner weiteren Erklärung. Für die Lampe selber sind ein paar Erläuterungen hilfreich.

Die LED-Streifen sind selbstklebend. Idealerweise werden Sie auf ein Trägerrohr mit passendem Durchmesser geklebt. Dieses sollte einen Durchmesser haben bei dem die LEDs exakt zwischen Trägerrohr und Lampenglas passen. Als weitere Schwierigkeit kommt dazu, dass die LEDs idealerweise gerade in einer Kolonne und leicht schräg nach rechts zu liegen kommen. So wird eingespielter Text leichter lesbar. Da Text für mein Projekt nicht wichtig ist, habe ich die LEDs auf ein mit Styropormatte aufgedicktes Kartonrohr geklebt. Man kann auf den Fotos gut erkennen, dass es keine gerade Kolonne um unteren Bereich gibt. Das ist in der weichen Struktur der Styropormatte begründet.

Die Beschaffung eines durchsichtigen, Milchglas-artigen Rohres ist für Private durchaus mit hohen Hürden verbunden. Solche Rohre sind meist nur von Grosshändlern erhältlich, die kaum mit privaten Abnehmern geschäften wollen. Ausserdem ist der Preis kaum interessant.

Zu meinem Glück verkauft die Migros in der Sparte Micasa eine passende Lampe mit einem Durchmesser von 150mm und ca. 1.6m Höhe. Der Preis von CHF 150 ist zwar deftig, jedoch ist darin auch gleich ein metallener Sockel enthalten. Die Länge des Rohres war zu lang und wurde entsprechend gekürzt. Der Deckel, die Halterung des Lüfters und des Controllers wurde mittels eines 3D-Druckers hergestellt. Hier zeigt sich dessen Überlegenheit beim Konstruieren um Sonderformen in Kürze herzustellen.

Der Sockel wurde um eine CNC-gefräste Holzkonstruktion erweitert, die das Netzteil trägt und die Basis für das Rohr mit den LEDs bildet.

Software

Die ursprüngliche Software ist darauf ausgelegt, einen LED-Streifen mit ca. 720 LEDs zu steuern. Das ist momentan die maximale Anzahl LEDs die der Core bezüglich RAM verwalten kann, ohne auf weitere Features wie Text und Fackelanimation zu verzichten. Diese Variante geht hier einen etwas anderen Weg. Die Software generiert dynamische und statische LED-RGB-Daten. Dynamische Daten werden kurz vor Übermittlung noch modifiziert oder Aufgrund einer Simulation verändert. Statische RGB-Daten werden on the fly berechnet und übermittelt, benötigen daher kein RAM für jede LED.

Dazu zwei Beispiele:

Fackel-Modus: Die Software simuliert eine Fackel mit einer glühenden Basis und einer dynamischen Entwicklung der ‚Flammen‘ die nach oben steigen. Diese ist im Original rund 720 LED lang (Anzahl LEDs pro Umfang x Anzahl Wicklungen). Da diese Fackel mit 1200 LEDs ausgerüstet ist, behelfe ich mich mit einem Teilbereich aus den ersten 720 LEDs und hänge diesen an dessen Ende. Dieser Beschiss ist nur beim Starten der Lampe auffallend wenn der obere Abschnitt zeitgleich ebenfalls Licht ausstrahlt. Sind alle LEDs aktiv fällt das kaum mehr auf.

Cycle-Modus: Dieser Modus macht nichts anderes als alle Farben durch den LED-Streifen zu schieben. Man erhält somit eine bunte Säule in der viele Farben nach oben steigen. Da sich die Startparameter mit jedem Durchgang (10ms) etwas ändern, verändern sich auch die Farben für jede LED. Diese Ansteuerung ist statisch, da keine LED-RGB-Daten gespeichert werden müssen.

Dieser elektronische Schalter ist klein und hat ein separates Bedienpanel. Damit bleiben die Wege vom Akku zum Verbraucher kurz, und das Bedienteil kann an geeigneter Stelle im Modell montiert werden. Die Akkuspannung wird mittels zweier LED dauernd signalisiert und dank stromsparendem Mikroprozessor kann der Schalter dauerhaft am Akku verbleiben.

Ich wollte für meinen kleinen Segler einen Schalter, der mir neben dieser Grundfunktion auch noch Angaben über die momentane Spannungslage des Akkus machen kann. Zuerst sind die Eckdaten, wenn auch nur grob, festzulegen.

Pflichtenheft

Betriebsspannung 3.6-7V (Arbeitsbereich von 4-5 Zellen NiCd/Mh)
minimaler Strom 3A Dauer / 10A Peak - Statusanzeige der Akkuspannung über verschieden farbige LEDs (Grün-Rot)
einfache mechanische Herstellung wegen eingeschränkten Fertigungsmöglichkeiten (Einseitige Printplatte)
Einsatz vom SMD Technologie
Verwendung eines Mikrokontroller
als Besonderheit sollen der Taster und die beiden LEDs auf einer separaten Platine montiert sein und mit einem Kabel zur Hauptplatine verbunden werden.

Wunschliste

- stetiger Verbleib am Akku auch nach dem Flug und bei Lagerung im Hobbykeller
- Statusanzeige der Akkuspannung während der Lagerung
- Möglichkeit für den Betrieb mit anderen Akkutypen / Zellenanzahl

Entwicklungschritte

Als Mikrokontroller habe ich mir die Reihe ATTiny von Atmel ausgesucht. Für diese sind viele professionelle Programme verfügbar, die zuweilen mit limitierten Funktionsumfang auch kostenlos genutzt werden können. Im diesem konkreten Fall ist es der Atmel ATTiny13V. Was dieser uP zum Leben braucht ist schnell beisammen; Spannung zwischen 1.8 und 5.5V und ein bei der vorgesehenen Beschaltung den Pullupwiderstand für den Reset-Pin.

Der ATiny13V besitzt mit der Grösse von 8X8mm einen ausgewachsenen 8-Bit Prozessor, 1kB Flash-ROM für das Programm, 128 Byte RAM für temporäre Programmdaten, 128 Byte EEPROM für Daten die auch nach dem Auschalten erhalten bleiben (ich komme darauf zurück), sowie 5 A/D Wandler. Der Baustein besitzt noch weitere, hier nicht erwähnte Funktionen und dafür braucht er gerade mal acht! externe Anschlüsse (SOIC8).

Funktionsweise

Über einen Taster soll der Schalter bedient werden. Im eingeschalteten Zustand soll die eine LED (grün) diesen Betriebszustands mit Dauerlicht anzeigen. Die zweite LED (rot) signalisiert die aktuelle Spannungslage des Akkus. Damit während des Fluges und beim Hantieren mit dem Modell keine ungewollten Schaltzustände auftreten, muss der Schalter wie folgt aktiviert und deaktiviert werden;

- Einschalten: Taste länger als 0.5 sek. im ausgeschalteten Zustand drücken
- Ausschalten: frühestens nach 3 sek. ohne Tastendruck, den Taster drücken bis die grüne LED schnell zu blinken beginnt (1 Sek.), jetzt den Taster wieder loslassen und die zweite Blinkfrequenz abwarten. Dann nochmals den Taster drücken: AUS.

Bilder

Downloads

PCB Files
BASCOM Source

Kurz nachdem ich mich dazu entschlossen habe die Amateuerfunkprüfung zu absolvieren, bin ich auf das Projekt mcHF gestossen. Der englische Funkamateur M0NKA hat während zwei Jahren einen Transceiver entwickelt, der von 80m bis zum 10m Band sendet. Auf gerade mal zwei Platinen in der Grösse 186 x 66mm ist die ganze Elektronik verbaut.

Das Projekt ist Open-Source. Einzig die Platinenlayouts sind nicht frei verfügbar. Software und Schema aber schon. Bestellen kann man entweder die leeren Platinen oder das komplette Set mit allen Bauteilen. Mittlerweile sind auch teilbestückte Kits bestellbar. Ich habe mir einen Kit mit allen Bauteilen bestellt. Gerade in der Schweiz ist die Beschaffung von elektronischen Komponenten zum Teil schwierig, weil nicht jeder Distributor alle erforderlichen Teile führt.

Der Aufbau ist nicht zu unterschätzen. Es sind mehrere hundert Teile zu bestücken, davon einige die erst noch vorbereitet werden müssen. Wichtig ist eine gute Lötstation. Dazu gutes Lötzinn (0.5mm und 1.5 mm) und das richtige Flussmittel. Wer eine Heissluft-Lötstation hat, kann die ein/zwei schwierigen Bauteile fehlerfrei auflöten. Die Bauteile in meinem Kit kamen gruppiert verpackt in Ziplock-Säckchen mit einem Zettel darin welche Bauteilenummer enthalten sind. Also ein Säckchen mit R1-R3 mit 4k7, ein anderes mit R4,R8,R12 mit 10k und so weiter. Das ist eine grosse Hilfe beim Bestücken. Mittlerweile existieren diverse Modifikationen, die Fehler im Design beheben als auch Erweiterungen enthalten. Hier empfiehlt es sich, vorher in den unten genannten Foren nachzulesen. Mein mcHF hatte kaum Fehler im Aufbau (dank der guten Lötarbeit) und mittlerweile ist auch ein Gehäuse entstanden.

Preislich lohnt sich der Aufwand kaum. Ein Yaesu FT-817ND kostst in etwa dasselbe und bringt auch VHF/UHF mit . Natürlich fehlen dem die grafischen Anzeigen und die Erweiterbarkeit als Ganzes. Ich für mich habe das als Gelegenheit genommen, mich in die Funkhardware einzuarbeiten. Das mcHF wird für mich das Ferienfunkgerät werden, es ist kompakt, kann digitale Modes und passt auch mal in eine Wandertasche.