Stabilizátor 2X BaseCam AlexMos

11. února 2018 v 19:20 | Chuck |  Mix
Po prvním prototypu gyroskopicky stabilizované platformy jsem si ověřil, že je to užitečná a potřebná věc. Ke stabilizaci se využívá odstředivá síla roztočeného rotoru a kloubová konstrukce závěsu. Princip je přesně stejný jako u dětské hračky "káča" která se po roztočení sama udrží ve svislé poloze. Na stejném principu fungují inerciální jednotky pro určení polohy v prostoru. Používal to von Braun na raketě V2, používá se to v družicích a je to skoro ve všech letadlech jako analogový umělý horizont.

Video ze zkoušky gyro stabilizátoru:

Z videa je vidět, že stabilizace obrazu mocně prospěla. Teď už jen přidat stabilizaci další osy a bylo by to použitelné. Jenže představa na natáčení s těžkým krámem, kde rotují plotny 7200 otáček za minutu není nic moc. Zvuk byl rušený a úhel kamery pevně daný vyvážením a seřízením.


2 osý aktivní stabilizátor BaseCam (Alex Mos)
Narazil sem na stabilizátory pro RC modeláře. Malá relativně lehká platforma s řídící deskou a dvěma střídavými motory se v česku prodávala kolem 5500kč. Tak sem v čínském eshopu objednal kopii za 85usd (2000kč) a doufal, že to bude nějak fungovat. Je to připravené pro montáž pod koptéru, takže se nabízela možnost koupit jen samotný HW a vše si udělat sám. Jenže cena kompletu byla nižší než samotné díly, tak nebylo co řešit. Číňan sliboval "ready to use", fungující hned po vybalení z krabice. Při rozbalování rozmáčklé krabice byla chvíle napětí, ale gimbal tam opravdu byl a dokonce bez újmy.

Promáčklé místo šlo přesně do prázdného prostoru:


Kameru jsem provizorně uchytil gumičkou a připojil napájení. Kamera během sekundy najela do vodorovné polohy, kde udržovala polohu při pohybu stabilizátoru. Super, funguje to! Až na to že kamera nebyla doopravdy v rovině, ale padala trochu z kopce. To se dalo dočasně vyřešit podložením kamery. Motory byly tiché a jen s uchem přímo u motoru bylo slyšet spínací frekvence v řádech kHz. Oproti servo-motorům to je vskutku rozdíl!
Další nepříjemnost byla v konfiguraci gimbalu. Byl připravený pro umístění kamery naopak než sem chtěl. Takže motor byl vpravo přesně tam, kde má kamera vstupy a výstupy. Číňan měl na obrázku všechno přesně tak, jak sem potřeboval. Kdo má s čínou zkušenosti ví, že nic není jisté. Vše šlo dobře rozebrat a motor přehodit nalevo. Ploška pro kameru měla vyfrézované otvory pro uchycení kamery. Ty teď byly na opačné straně než objektiv, takže bylo nutné plošku otočit a kvůli tomu vyřezat nové závity.

Mechanické zpracování
Platforma stabilizátoru se dá lehce přišroubovat díky různým otvorům v nosné části. Horní a spodní část, mezi kterou je řídící deska je spojená silikonovými silent-bloky. Ty jsou určeny k tlumení vibrací od motorů koptéry. Výhoda takového řešení je, že horní díl může zůstat pevně na místě a v případě potřeby se dá gimbal rozebrat vytažením silent bloků.
Aby se to celé dalo držet v ruce, musel jsem to nějak mechanicky uchytit. Na Al profil sem připevnil gimbal, extérní mikrofon, grip pro držení a baterii s měničem na 12V. Kvůli minimalizaci rozměrů jsem zvolil koncepci "zavěšení" gimbalu. Šel by umístit i nahoru a kamera by byla jako nejvyšší bod systému. Jenže by nešlo natočit záběry pořádně "od podlahy" a v případě vybití baterky by kamera sama nedržela rovně. V případě zavěšeného gimbalu je kamera vcelku vyvážená a drží rovně i bez zapnutého stabilizátoru.

Centrální AL profil se svislým gripem. Měnič na 12V a beta verze extérního mikrofonu:


S tímto bastlem jsem natočil nějaké zkušební videa a byla znát chybějící třetí osa stabilizace. ( Aviatický den v Poličné, Let Kunovice) Držení za svislý centrální grip bylo hodně náchylné na roztřesení obrazu do stran. Musel sem doplnit další Al profil, který se s hlavním nosným kříží o 90°. Na konce nového profilu jsem vyřezal závity a doplnil další dva gripy. Teď je stranová stabilita mnohem lepší a výsledek je dobře znát. Tenhle koncept sem nakonec zachoval až do teď i když to zabírá zbytečně moc místa. Na druhou stranu mechanická tuhost konstrukce zaručuje relativní odolnost proti nehodám.
Gripy jsem vyrobil svojí standartní metodou jako ve videu "stěna na zbraně". Do nařezaných pvc trubek jsem natloukl dlouhý šroub s maticí. Výsledkem je pvc trubka s trčícím závitem pro našroubování do Al profilu. Aby se grip dobře držel, koupil jsem v cyklo obchodě pěnové návleky. Prodávají se po kusech s cenou 20kč. Jestli někdo nechápe, proč to mají po jednom kusu a ne v páru jak běžné gripy, tak je to určené pro různé dětské peklo stroje.

Připojení k PC
Podle potisku na desce jsem našel software pro změnu nastavení. Nešlo to hned a vyzkoušel jsem asi 10 verzí, než sem našel tu svoji. Číňan varoval před připojováním k PC, aby nedošlo ke ztrátě funkce. Co si pod tím představit že? Jenže kamera byla " z kopce" a to mi nedalo spát...
Moje verze SW je SimpleBGC v2.2b
Připojení proběhlo bez problémů a ovladač se automaticky nainstaloval. Vzhledem k tomu, že sem vůbec netušil, co vše to umí nebo neumí, sem se toho vůbec nebál. Výsledek se brzo dostavil, takže sem si smazal komplet nastavení kontroléru, aniž bych měl nějakou zálohu. Dobrý začátek! Nejvyšší čas stáhnout někde manuál. Vycházel sem z příručky "Simple BGC Software User Manual" kde je vše vysvětleno a nakresleno včetně blokových schémat.

PID parametry které nějak zhruba fungovaly:

Varování: Při násilném odpojení od PC často vyskočila modrá smrt (BSOD). Před fyzickým odpojením je nutné odpojit kontrolér kliknutím na "Disconnect" a pak ještě zavřít SimpleBGC. Od té doby sem BSOD nikdy neměl.
Neoriginální desku z čínské produkce není možné aktualizovat na nejnovější Firmware (FW). Musíte se smířit s tím, že čínský pajc je takový jak jste to koupili. Což je škoda, protože vyšší verze FW a SW mají plno nových možností a nastavení. Největší přínos je možnost doplnit stabilizaci 3. osy.

Kalibrace
Pro dlouhodobě přesnou polohu bylo nutné udělat kalibraci IMU jednotky. Podle návodu jsem IMU zkalibroval v 6 bodech. Výsledek kalibrace jsem uložil do eeprom paměti, díky čemuž je možné stabilizovat kameru ihned po zapnutí napájení. Bez uložení kalibrace do eepromky je nutné po zapnutí kameru držet v pevné pozici po dobu několika sekund. Po dokončení inicializace se kamera bude držet právě v této poloze, takže je vhodné si ji nastavit vodorovně.

Nemá cenu dělat precizní kalibaci, dokud není IMU jednotka dokonale rovně a pevně na šroubech:

Odrušení sběrnice I2C
Během pokusů sem ve stavovém okně viděl množící se I2C chyby. (I2C nebo jinak IIC je sběrnice vymyšlená pro komunikaci modulů na jedné desce- praxe je žalostně jiná. Sběrnice se často používá i na několik metrů a většinou nachytá hodně rušení - až k nepoužitelnosti). Přes I2C komunikuje IMU jednotka přilepená na platformu s kamerou. Pokud stabilizátor ztrácí data od IMU tak je lidově řečeno pěkně v prdeli. Snaží se regulovat něco o čem nemá páru. Pak dochází k záškubům, trhání a různým vibracím.
Nabízelo se použít to nejjednodušší a nejlevnější řešení. Tím jsou odrušovací feritové kroužky, které se navléknou na kabely od motorů. Zdrojem rušení jsou pravděpodobně motory, ale prakticky to je celá trasa od výkonového budiče až k cívce motoru. Kroužky jsem vybral v EZK s cenou asi 2kč za kus. Abych je navlékl, musel sem vytahat piny ze servo-konektorů a postupně je protáhnout. Koupil jsem si malé kroužky, a proto tam mám jen jeden nebo dva závity. Ideální by bylo aspoň 5 závitů a víc. V principu to funguje tak, že elektromagnetické pole okolo vodičů se "zarazí" na feritovém kroužku a dál nepokračuje. Toto vedení pak mnohem míň "svítí" (vyzařuje elektromagnetické pole). Úprava pomohla a od té doby sem neviděl jedinou chybu na I2C sběrnici. Oproti původnímu stavu kdy jich byly tisíce za minutu to je absolutní zlepšení!

Ferity na kabelech k motorům:



Extérní mikrofon
Po nastavení nových PID parametrů jsem se už nikdy nedostal na stejnou hodnotu hluku jako předtím. Do motorů posílám větší výkon (více síly) a nastavení není úplně ideální. Pokud se natáčí nepřetržitý zvuk, motory slyšet nebyly. Jenže ve chvilkách ticha bylo slyšet cvrlikání. Tím, že je kamera hned vedle motoru to nejde nijak odstínit.
Na řadu přišel extérní mikrofon. Nejdřív jsem koupil elektretové vložky s tím, že si jej postavím sám. Pak sem vyhrabal kupovaný stereo mikrofon k PC a bylo to bez práce.

Mikrofon bylo potřeba zatlumit proti okolnímu rušení při dotyku s mikrofonem nebo za větru.
Použil jsem k tomu nařezanou pěnovou izolaci na rozvody teplé vody. Po otestování jsem celek zamotal do černé silonky a na konci zavázal. Mikrofon je umístěný nad řídící deskou a má tak dobrý odstup od "zpívajících" motorů. Zlepšila se prostorovost záznamu tím, že mikrofony jsou dál od sebe než ty v kameře.
Připojení ke kameře nebylo bez komplikací. Gopro Hero3 má na sobě 10 pinový mini usb konektor. Něco takového tady snad vůbec nekoupíte, takže jsem hledal přímo u zdroje - u číňana. Na eshopu jsem koupil sestavu pro FPV. Cena kolem 3usd (75kč) V zapojení bylo vyvedeno napájení pro kameru a AV obrazový výstup. Já jsem to potřeboval jen kvůli konektoru, takže jsem všechno odpájel a šel vyrobit vlastní kabeláž.

První zapojení extérního mikrofonu:


Mikrofon v pěnové izolaci:

Aby kamera brala extérní mikrofon, musí se na jeden vstup přivést napětí. K tomu se používá tzv. Pull-up odpor. Je zapojený mezi +5V a ten aktivační pin. Podle Gopro má mít odpor hodnotu 100Kohm. S tím mi to nefungovalo - bylo nutné to snížit. Zkusil jsem odpor 47K a s tím taky žádný úspěch. Nakonec to funguje až při hodnotě 33kohmu. Odpor se nedá snižovat donekonečna a pořád přes něj teče nějaký proud. V mém případě je to I=U/R takže 5/33000=0,15mA což je zanedbatelný proud proti odběru kamery cca 1A (1000mA).

Pullup odpor:

Zapojení první verze Pullup odporu:

Mini usb konektor měl u sebe maličkou desku s vyvedenými ploškami pro pájení. To bylo super a díky tomu sem to zvládl zapájet trafopájkou s dřevorubeckým hrotem. Po pár hodinách používání se nestalo nic jiného, než že odpor upadl. Použil jsem sice miniaturní, ale i tak dost rozměrný odpor, který se působením sil utrhl a vzal sebou obě plošky. Konektor byl na vyhození a musel jsem koupit další. Příště jsem použil malý SMD odpor pro povrchovou montáž. Velikost pouzdra byla 0805, takže se odpor dal napájet přímo mezi cestičky na desce (trafopájkou ). Tím mi zůstaly pájecí plošky víceméně volné. Už zbývalo jen připájet vstup L+R mikrofonu a stínění. Na přívod jsem použil tenké stínění kablíky pro každý kanál zvlášť. To proto, aby se lépe ohýbaly a nestěžovaly práci stabilizátoru. Stabilizace moc nepočítá s extérními vlivy na kameru, a proto do motorů posílám větší výkon než je potřeba. To aby byla nějaká rezerva.

Extérní monitor
Při natáčení bez monitoru se často stalo, že v záběru bylo něco nechtěného. Buď rušivé okolí, nebo část platformy stabilizátoru. Takže bylo potřeba připojit extérní monitor. U číňana sem koupil 7" LCD s rozlišením 800x400 (nebo tak nějak) asi za 500kč. Displej má sluneční clonu a nijak oslnivý kontrast, takže se hodí. Vývod kompozitního videa jsem napájel opět stíněným kablíkem na volné plošky mini usb konektoru. Teď už do kamery vedou 3 drátky a někdy to dost ovlivňuje stabilitu kamery. Výsledná služba to bohatě vyváží.

Světlo
Světla není nikdy dost a sportovní kamery nemají kdovíjak citlivý snímač. Proto sem stabilizátor doplnil osvětlením z led pásků. Světlo se skládá ze dvou pásků - neutrálně bílý + teplý bílý. To kvůli vyvážení bílé barvy. S bílým páskem je vše moc bledé a s teplým zase moc žluté. Napájení pásků je přes vypínač přímo z 12V.
Pro více světla jsem osadil dvě výkonnější led z řady Cree. Podle údajů by měly mít cca 3W při plném napájení. Ledky napájím proudovým zdrojem s omezením výstupního napětí. Jsou řazeny paralelně pro případ poruchy jedné z nich. Výstupní proud sem nastavil na 700mA takže se o něj ledky podělí. Proud sem nastavil podle svitu led (podle oka). Vyšší proud než 350mA už nijak zásadně nezvyšuje světelný výkon, kdežto teplotu ano. V případě poruchy (přerušení) jedné led se 700mA dostane na tu zbývající. Ledky jsou uchycené na centrálním Al profilu pomocí M3 šroubů. Chladící plochy jsou potřené teplo-vodivou pastou.

První verze světla- led pásky teplá a normální bílá celkem 2x0,5W:

Druhá verze světla- prodový zdroj a Cree ledky cca 2x1W:


Propojovací kabely
Pro použití jiné kamery bylo nutné vyrobit propojovací kabely ke kameře. Kabely mám na konektoru, abych mohl použít i Hero2 s jinými konektory. Napájení řeším vnitřní baterií, takže ke kameře vedu jen L+R od mikrofonu a kompozitní video pro monitor. Mikrofonní vstup je na klasickém 3,5mm Jacku, zatímco výstupy jsou na 2,5mm Jacku se čtyřmi piny. Konektor jsem musel objednat z číny a pak složitě pájet - kvalita čínského kovu je pochybná- nic na tom nedrží.

Propojovací pětí-pinový konektor PSH:
 


Aktuální články

Reklama