电子开伞系统教程(1、基于箭体姿态开伞与飞行数据的采集系统)
最近火箭版忒冷清,上点货。
自从开始玩火箭,就感觉坛子里小火箭占多数,大火箭和稍有点其它设备在箭上的很少,主要火箭打出去找不回来,即使找回来也摔的不成样,很多东西都成了一次性的消耗品。自己在这方面也深有体会,损失了一些设备。受坛子里一些朋友的启发开始摸索电子开伞系统。从构想到上箭发射,前后两月有余。
程序一个半月前就出来了,只是没有上箭试验,不知是否可行,一直没有贴出来,经过今天上箭试验,证实是可靠的,现将成果与大家分享。

提示:MPU6050_6Axis_MotionApps20.h这个库文件系统不自带,要自己下载放到库文件目录里
呃,文件上传到哪?上传文件类型不匹配,传不了。从这里下载:MPU6050库文件

先上连接图
NANO3.png

再上程序。
这个小程序所实现的功能一开始是基于ADXL345模块和L3G4200D模块结合相应的滤波算法实现,但是系统整体运行速度和过滤杂波的效果及抗震动性能实在不敢恭维。直到发现MPU6050这个神器,直接整合了上述两个模块,还自带DMP,运算速度那真是杠杠的!

/*此版程序作为自己发射火箭测试用,将一些保险验证代码都去掉了,所以一开始定义的一些变量常量没用到,最简单的才是最可靠的。经实际发射,证实此程序识别开伞点可靠。用这个程序请让火箭在发射架上(一定要用发射架,防止火箭在打开电源后发射前倾倒导致意外开伞)就位后再打开系统供电电池电源(9V电池盒自带开关,火箭上掏个小洞对着电池盒上开关,发射前用牙签拨开开关就行),电源打开后由于系统要加载以及要识别SD卡,所以过五秒后再点火。
另外,这个小程序开源,大家想用就用,不反对将此程序用于利润低于30%的商业行为,同时欢迎有兴趣的朋友对这个程序进行改良。另外用此程序发射火箭的朋友请遵守国家的相关法律,本人对用此程序发射火箭所带来的后果不承担任何法律责任。*/
#include "Wire.h"
#include "I2Cdev.h"
#include "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h"
#include "SD.h"

#define Vertical_acceleration_judgment_value 15 //设置加速度为多少时判断火箭为已发射的值,本人经验值为15.
#define Launched 1                              //用来描述火箭状态为已发射.
#define Not_launched 0                          //用来描述火箭状态为尚未发射.
#define Parachute_ignition_switch 3             //用来定义火箭开伞继电器IN1口接在NANO的D3口上
#define Connect HIGH                            //开伞点火器接通值.
#define Disconnect LOW                          //开伞点器断开值.
#define Open_the_parachute_inclination -10       //设置箭体与地平线的倾角达到多少度时开伞,可以根据你想要的开伞角度来调整该数值,-10度时火箭刚刚过顶点开始下降约五、六米左右
#define The_correct_flight_angle_limit_of_rocket 30 //设置火箭正常发射的角度极值

unsigned long time;
int16_t ax, ay, az;//三轴加速度
const int chipSelect = 4;  //设定SD_CS接口

int OPEN;

int rocket_status;                              //该变量代表火箭当前的状态,分别为未发射或已发射。
float inclination[3];                           //箭体三轴倾角,是一个数组,inclination[0]  inclination[1]  inclination[2] 分别代表三个轴的倾角
int zz,yy,Current_rocket_inclination;                 //该变量代表火箭与地平线的倾角.zz和yy是后加上去了,三个轴都采集了,可以再现火箭整个飞行过程中的箭体三维姿态。
int16_t Vertical_acceleration;                  //火箭垂直加速度,用来判断火箭是否已发射.
int last_rocket_inclination=0;                  //上一次通过传感器获得的火箭倾角.
//下面为计算三轴角度的一些中间变量
MPU6050 mpu;        
uint8_t a1;
uint16_t a2;
uint16_t a3;
uint8_t a4[64];
Quaternion a5;
VectorFloat a6;
//上面为计算三轴角度的一些中间变量

void setup()
{

    OPEN=0;
    pinMode(Parachute_ignition_switch,OUTPUT);          //设置NANO上D3口作为开伞点火开关的输出口.
    digitalWrite(Parachute_ignition_switch,Disconnect); //将开伞点火开关初始化为断开.
    Wire.begin();
    Serial.begin(115200);
    Init_MPU_6050();                                    //初始化MPU6050.
    rocket_status=Not_launched;                         //将火箭状态初始化为未发射.
    SD.begin(chipSelect);
}

void loop()
{
  zz=Get_Current_Rocket_Inclination(0);
  yy=Get_Current_Rocket_Inclination(2);
  Current_rocket_inclination=Filter_Current_Rocket_Inclination(1);//取得火箭当前的倾角,参数这里取值为1,代表X轴.
  Vertical_acceleration=mpu.getAccelerationX()/2048;//还是因为传感器安装位置的关系,火箭垂直轴为X轴。这里表示的是当前火箭的垂直加速度,程序里用作判断火箭是否已经发射。其实就是表示X轴的当前加速度
  File dataFile = SD.open("data.txt",FILE_WRITE);
  if (dataFile)
    {
      dataFile.print(int(Current_rocket_inclination),DEC);  //将箭体倾角数据写入文件
      dataFile.print(",");
      dataFile.print(int(yy),DEC);  
      dataFile.print(",");
      dataFile.print(int(zz),DEC);  //箭体姿态的另外两个轴数据写入文件
      dataFile.print(",");
      dataFile.println(Vertical_acceleration,DEC);   //将火箭垂直加速度写入文件
      dataFile.close();
    }    
                  if(Current_rocket_inclination<Open_the_parachute_inclination)//判断箭体倾角是否达到程序开头所设置的开伞倾角,如果达到开伞倾角,则进入下面的倾角再判断。
                      {
                          Current_rocket_inclination=Filter_Current_Rocket_Inclination(1);  //再通过传感器获得一次倾角数据。
                          if(Current_rocket_inclination<Open_the_parachute_inclination)//通过第二次获得的倾角数据来重复上面的判断,防止他妈的传感器发抽风病输出有问题的数据导致误开伞,这里基本能把所有的噪波都过滤了。如果达到开伞倾角,则进入下面最后一步的判断。
                                 {
                                     Current_rocket_inclination=Filter_Current_Rocket_Inclination(1);
                                     if(Current_rocket_inclination<Open_the_parachute_inclination)//第三次对当前的倾角进行判断,经过三次在不同时间点上对火箭倾角取值应该可以把所有的错误数据都过滤了,下面可以开伞了
                                            {
                                                  digitalWrite(Parachute_ignition_switch,Connect);//接通开伞点火开关。
                                                  if(OPEN==0)
                                                  {
                                                  File dataFile = SD.open("data.txt",FILE_WRITE);
                                                  if (dataFile)
                                                       {
                                                        dataFile.println("Opened");   //在数据文件中写入开伞的标记点
                                                        dataFile.close();
                                                       }
                                                   OPEN=1;
                                                  }
                                            }          
                                 }
                       }
}

int Filter_Current_Rocket_Inclination(int b)
{
  int temp;
  temp=Get_Current_Rocket_Inclination(b);
  if(temp==0)
     {
       return last_rocket_inclination;
     }
  else
     {
       last_rocket_inclination=temp;
       return last_rocket_inclination;
     }
}
/*上面的函数是过滤传感器传回的无效值,参数b可以为0,1,2,分别代表传感器的Z,X,Y三个轴,本程序中取X轴,如果用其它轴来判断,则部分程序需要相应的修改*/

float Get_Current_Rocket_Inclination(int c)
{
    float rocket_inclination=0;
    a1=mpu.getIntStatus();
    a3=mpu.getFIFOCount();
    if (a1&0x02)
         {
          while (a3<a2) a3=mpu.getFIFOCount();
          mpu.getFIFOBytes(a4, a2);
          a3-=a2;
          mpu.resetFIFO();
          mpu.dmpGetQuaternion(&a5, a4);
          mpu.dmpGetGravity(&a6, &a5);
          mpu.dmpGetYawPitchRoll(inclination, &a5, &a6);
          rocket_inclination=inclination[c]*180/M_PI;
          return rocket_inclination;
         }
}
/*上面的函数是通过传感器来获得当前X轴与地平线的倾角数据,由于不可知的原因,获得的数据可能有噪点,不能拿来直接使用,需要进行适当的过滤.参数c可以为0,1,2,分别代表传感器的Z,X,Y三个轴,本程序中取X轴,如果用其它轴来判断,则部分程序需要相应的修改*/      

void Init_MPU_6050()
{
    mpu.initialize();
    mpu.setFullScaleGyroRange(3);
    mpu.setFullScaleAccelRange(3);
    mpu.setDLPFMode(6);
    mpu.setDHPFMode(1);
    mpu.dmpInitialize();
    mpu.setDMPEnabled(true);
    a2 = mpu.dmpGetFIFOPacketSize();
}
/*上面的函数是对MPU6050进行初始化和一些必要的设置*/

重点注意:
一、由于程序是以X轴作为箭体,所以请注意MPU6050的安装方向,如图所示,安装时做到两点就行,1、模块上的小芯片面向自己;2、小芯片上的圆点在左。
mpu.JPG
二、由于电磁继电器的固有缺点,安装时请将继电器倒置,可以避免在高过载情况发生误动作。有电子知识基础的朋友可以换成固态继电器,MOS管之类的。(反正我不懂这个[s:274]                       ,还望懂的朋友画个图科普一下。 )
三、为可靠发火,请不要用一块电池同时作为设备和点火头的电源。
四、为了提高数据采集的频率,请尽量用高速SD卡。
五、设备做好后,自己多测试几次,做到心里有数。

[修改于 3 年前 - 2017-01-15 23:59:04]

+1  科创币    ironfly   2013-02-28   可以标明一下各个电路板用途名称吗?
+50  科创币    delete   2013-03-01   不错 啊,我又忍不住加分了
+25  科创币    kight11   2013-03-01   应该加学术分
+200  科创币    拔刀斋   2013-03-01   非常详细的教程,很有参考价值
+5  科创币    模型爱好者1   2013-03-01   彩虹,大赞!真羡慕你的踏实劲儿,一步一步的都有成果,羡慕!
+25  科创币    佛面   2013-03-01   虽明觉厉
+50  科创币    game00over   2013-03-11   不错啊~~~
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来自:航天航空 / 喷气推进
 
9
2013-11-23 14:22:08
51楼
能在此基础上加上气压 温湿度 有毒空气检测模块最好了
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2013-11-23 14:23:55
52楼
彩虹有现成的航电吗 有意购一套
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53楼
本帖最后由 fuwen0202 于 2013-11-23 17:54 编辑

呃,建议不要使用继电器,继电器又重体积又大,建议使用三极管+光耦,arduino nano也是,可以用arduino mini来替代

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2013-12-15 18:12:57
2013-12-15 18:12:57
54楼
很好,我也在实验,准备用楼主的这个开伞系统,准备假期发射科探二号火箭。[s:1][s:1]
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2013-12-16 09:56:45
55楼
在LIUNX上可以编写程序吗
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2013-12-19 13:53:18
2013-12-19 13:53:18
56楼
请问彩虹,您可以帮我把您的程序发到我的邮箱吗?邮箱:55483985@qq.com        ,非常感谢您,我自己弄得把网页代码过滤了,还是编译不了,不知为何。
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2013-12-21 20:06:04
2013-12-21 20:06:04
57楼
经过研究,终于解决了。原因是main.cpp中的代码重复,非常感谢彩虹做这么好的教程。[s:1][s:338][s:251]
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2013-12-24 23:26:03
2013-12-24 23:26:03
58楼
楼主厉害啊  好贴
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2013-12-25 01:10:48
59楼
......... 发表于 2013-3-3 21:06
也就是说,要深入下去,放弃arduino平台是必然的.
至于具体用说明MCU,这个取决于个人习惯啊.
当然也看过ardui ...


arduino还有挖掘余地,如YT5方案招标论证帖子里提到的microduino,现成的航电功能,现成的叠板式安装结构。
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60楼
fuwen0202 发表于 2013-11-23 17:40
呃,建议不要使用继电器,继电器又重体积又大,建议使用三极管+光耦,arduino nano也是,可以用arduino min ...


感谢提醒使用microduino和手机,两个都是好方案。手机要另配开伞航电。
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2014-02-02 14:06:56
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61楼
无标题.png
我遇到的问题,不知道是什么原因。头文件已经找完
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2014-02-15 22:21:48
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62楼
怎样才可以滤去HTML代码
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63楼
怎样才可以滤去HTML代码
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64楼
可以将你的MPU6050库文件打包上传到论坛吗
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2014-02-17 21:52:12
2014-2-17 21:52:12
65楼
你这个程序可行性不高啊。
如果火箭出现翻滚,那陀螺仪的数据会相当的混乱,可能落地了伞都打不开。
你这个程序也就是在火箭直上直下的情况下可以发挥作用。
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2014-07-18 21:46:13
2014-7-18 21:46:13
66楼
替换了几个文件,为什么会有这样的提示: QQ截图20140718214634.jpg
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67楼
感谢彩虹的教程,终于把问题解决了。。。

我发现这个继电器绿灯灭的时候和氢离子的那个情况是一样的,把Y轴当箭体的话,只有一个固定的角度灯能灭,如果芯片上小圆片对自己,以x轴当箭体的话,每个方向都没法是绿灯灭。。这是什么情况??谢谢! @氢离子 (和你的情况一样。。。)
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2014-07-22 01:02:36
2014-7-22 1:02:36
彩虹之巅(作者)
68楼
twoone 发表于 2014-7-18 22:46
感谢彩虹的教程,终于把问题解决了。。。

我发现这个继电器绿灯灭的时候和氢离子的那个情况是一样的,把 ...


这样放置.png
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69楼
本帖最后由 twoone 于 2014-7-22 11:07 编辑

彩虹之巅 发表于 2014-7-22 01:02

嗯,正是这样安装的。可不可以用氢离子那样的方法在地面直接靠倾斜箭体来检测这套系统是否正常运行呢?程序里面有一个过程是检测X轴上的加速度达到15,才会进行下一步的动作,那是不是要给它这样的加速度氢离子的这种检测实验才会成功?谢谢~
也就是这样的: QQ截图20140722110544.jpg
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2014-08-17 07:38:50
2014-8-17 7:38:50
70楼
为什么usb供电运行正常,换电池之后就不行了呢
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2014-10-14 22:47:25
2014-10-14 22:47:25
71楼
重新整理了一下代码http://pan.baidu.com/s/1i3giDlr和库文件http://pan.baidu.com/s/1i3EEADf     不知道对不对。希望对那些和我一样找这个方法的人有帮助。
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72楼
整个mpu6050库文件http://pan.baidu.com/s/1mgt9Gpy
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1
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73楼
整个i2cdevlib库文件 包括mpu6050
http://pan.baidu.com/s/1gd49nHp
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2020-04-21 11:18:56
2020-4-21 11:18:56
74楼

厉害

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