Hardware

Leider ist es nur mit sehr hohem Aufwand möglich, die Smartphone App unabhängig vom Betriebs­system (Windows, Apple, Android) zu erstellen. Aufgrund der kosten­losen Verfügbarkeit der Andro­id Entwicklungssoftware sowie der Dominanz von Android Geräten bei Schülern wer­den die Apps zur Steuerung nur für Android erstellt.

Die Hardware des ArduSmartPilot ist nach folgenden Gesichtspunkten ausgewählt:

  • Gesamtkosten klei­ner 60 € pro Flugzeug.
  • Plattformunabhängige Open Source Programmiersoftware.
  • Geringes Ge­wicht.
  • Mechanische und elektronische Robustheit.
  • Weite Verbreitung in der Do It Yourself (DIY) Szene.

Diesen Vorgaben entspricht am besten die Arduino-Plattform: Hier existieren eine Vielzahl unter­einander kompatibler Mikrocontroller-Platinen, mit unterschiedlicher Größe/Gewicht und Schnitt­stellen zum Pro­grammieren. Aufgrund des Open Source Hardwaredesigns gibt es weltweit viele Hersteller die­ser Platinen. Dies führt zu geringen Verkaufspreisen ab ca. 5 € für einen Arduino.

Arduino Platinen sind robust und weit verbreitet. Daher existieren zu allen auftretenden Problemen entsprechende Internetbeiträge. Zu­dem existieren für die Peripherie (Servos, Bluetooth-Modul usw.) fertige Bibliotheken.

Aus Gewichts- und Kostengründen wurde für dieses Projekt ein „Arduino Pro Mini“ (Atmega 328, 3,3 V, 8 MHz) ausgewählt. Bis auf die Prozessortaktrate ist dieser Arduino fast identisch zu einem „normalen“ Arduino Uno. Er besitzt aber keinen USB auf Seriell Konverter, den man benötigt, um ein Pro­gramm aus der IDE heraus via USB auf den Mikrocontroller zu übertragen. Dafür ist ein ex­terner Konverter (z.B. eine FTDI oder eine Foca Platine) notwendig. Die 3,3 V Variante des Ardui­no Pro Mini wurde gewählt, da die Bluetooth-Module wie auch die Sensoren diese Betriebsspan­nung ver­wenden.

Ebenfalls aus der DIY-Szene stammen die beiden Bluetooth-Module HC-05 und BTM222, die alter­nativ eingesetzt werden können. Sie unterscheiden sich in der Reichweite und im Antennenan­schluss: Das HC-05 Modul ist ein Class 2 Modul (nominelle Reichweite 10 m) mit integrierter An­tenne. Das BTM222-Modul ist ein Class 1 Modul (nominelle Reichweite 100 m) mit einer externen Antenne.

Da immer eine Sichtverbindung zum Flugzeug existiert, wird selbst mit dem Class 2 Modul eine ef­fektive Freifeld-Reichweite von ca. 80 m erreicht. Beide Module haben die Funktion die Daten der seriellen Schnittstelle des Arduino in Bluetooth-Signal zu wandeln bzw. umgekehrt.

Die Servos, der Akku, der Motorregler und der Motor sind wie die weiteren Kleinteile Standardbau­teile aus dem Flugzeugmodellbau.

Das Flugzeug selbst ist ein EPP (extrudiertes Polypropylen) Wurfgleiter des deutschen Herstellers Miniprop. Dieses Flugzeug besitzt ein sehr stabiles Flugverhalten und ist äußerst robust. Das EPP Material lässt sich sehr einfach mit einem Cuttermesser bearbeiten und - wenn es doch einmal bricht - mit Epoxykleber leicht wieder reparieren.

Neben den Motoraufnahme, den Aussparungen für den Akku und die beiden Servos erstellen die Schüler das Höhen- und Seitenruder inklusive der Mechanik für die Ruderanlenkung. Für die Ru­derflächen wird z.B. leichtes Sperrholz oder EPP-Material in Plattenform verwendet.