Electrónica Piloto automatico DIY (haztelo tu mismo)

[Zalata]

Aunque soy consciente de que para muchos la electronica es algo asi como eso-raro-que-hacen-otros, me apetece compartir algo que puede ser de utilidad para alguno. Mas de uno ya sabra que me gusta aplicar las cosas que hago para mi trabajo a los barcos, y un piloto automatico no va a ser menos.

Como empezo la cosa?

Cuando me compre el barco venia un piloto que habia ya conocido tiempos mejores, y que ya calzaba 25 años. Lo desmonte, le eche unas horitas, casi lo hice funcionar, pero el compas estaba muy mal. Solucion, me compre uno muy cutre de segunda mano (mas manos intuyo yo, pero bueno ) y con eso voy tirando (tiene personalidad propia, va a donde quiere).

Obviamente no me conforme. Me quede con la parte mecanica (husillo, soporte, engranajes y motor) y nos pusimos manos a la obra. Un alumno (Antonio) se puso en la tarea de "conectar" el motor a un microcontrolador, hacer un programa basico, y probarlo. Como las pruebas en el mar son de complicada logistica, las iniciales se estan haciendo en un carrito autopropulsado con planta en triciclo, donde el brazo del piloto va actuando sobre el eje de la rueda directriz.

Antes que nada, un par de videos:




Peeeero, esto que es lo que es?

Si habeis llegado aqui, me puedo permitir el lujo de describir que es lo que esta hecho y como. El alma del sistema es un microcontrolador llamado CJip, cuya caracteristica mas notable es que es directamente programable en Java (el microcodigo incorpora directamente partes de la maquina virtual). Dicho micro esta incorporado en modulo llamado SNAP, y este a su vez va montado en kit de evaluacion de Taylec. Por otro lado se utiliza un compas de estado solido TCM, que se conecta mediante un puerto serie TTL a la SNAP, y que tiene una precision por debajo del grado RMS, y trabaja a 10 Hz (esto es, proporciona informacion 10 veces mas rapido que el GPS y con mucha menos latencia). Esta compensado en inclinacion, y esa informacion tambien se transmite (puede ser interesante para otras cosas, como por ejemplo, el calculo del viento real. Esto lo dejamos para otro moemnto). Por ultimo el motor se controla mediante 4 MOSFET tamaño pequeño que van conectados a 4 salidas digitales de la SNAP. Adjunto el esquematico.

Por ahora funciona como un piloto normal de caña, pero mas simple. Con un boton se le dice que siga el rumbo actual del compas, y ya esta. El micro lleva un programita muy sencillo hecho en Java que realiza las siguientes operaciones en dos hilos (threads para el que conozca Java):

Hilo lectura. Se realiza lo siguiente cada 100ms

• Lee del puerto serie los datos que envia en continuo el compas TCM, y decodifica el ultimo rumbo (esto es, el mas reciente)
• Se incorpora el rumbo leido en un filtro FIR que, basicamente, amortigua las oscilaciones (para evitar que este el brazo reaccionando a cualquier cambio)

Hilo control. Se realiza lo siguiente cada 500 ms

• Se lee el rumbo filtrado (la salida del filtro FIR) y se compara con el rumbo deseado. Esto nos produce un valor que llamamos error
• El error se introduce en un PID incremental cuya salida es el tiempo que hay que activar el motor y el sentido
• Con los valores anteriores se activan por el tiempo necesario las salidas digitales del micro que actuan sobre los MOSFET

La parte critica aqui es ajustar los valores del PID para que se siga el rumbo y no haya sobreoscilaciones (que el piloto vaya muy "nervioso") y no vaya muy amortiguado (que el piloto vaya corrigiendo de forma perezosa). En los videos anteriores el sistema gobierna de forma perezosa (va muy amortiguado pero es lo mas seguro al empezar con las pruebas)

Vaaaale, pero ahora que?

Una vez que ya esta validado todo el sistema (parte electrica, parte electronica y programacion) ahora viene lo divertido, probarlo en el agua. Esto es lo siguiente, que reportare segun vayamos probando.

Y funcionara?

El esquema de control que he comentado es muy sencillo y medianamente funciona si no hay mucha ola y/o no la llevamos de popa. Esto es similar a lo que llevan los pilotos sencillos. Lo siguiente es cambiar el controlador por otro que sea capaz de adaptarse a los cambios del mar. La idea aqui es probar un modelo que hemos desarrollado y publicado que es capaz de adaptar la respuesta a la accion de la ola (si a alguien le interesa le paso el articulo). No es la panacea, pero debe de mejorar la respuesta bastante. Esto lo probaremos en cuanto tengamos listo el actual.

Hasta aqui nada del otro jueves, pero, bueno, es una forma de desmitificar algo que parece complejo, y lo hemos hecho nosotros mismos. Lo siguiente que haremos sera acoplar al sistema la medida de la posicion de timon y desarrollar otro controlador que sea capaz de funcionar bien con mares de popa (usando, ademas, la medida de la escora dada por el compas TCM).

Imagino que esto estara tirado de precio

Pues no, es mas barato comprarse el piloto hecho. Os paso una lista aproximada de los precios de los componentes si se adquieren por unidades sueltas:

SNAP 167 Eur
Taylec sobre los 150 Eur
MOSFET y chatarrillas varias menos de 20 Eur
TCM sobre los 1200 Eur

Como se ve lo caro es el compas. Hay otros mas baratos, con menos precision, pero solo nos valdran para jugar. Hemos usado este por que lo teniamos (lo usabamos para hacer pilotos automaticos para aviones no tripulados) y ademas tiene suficiente precision para usarlo tanto para el piloto como para la electronica.

Si alguien ha llegado aqui, cosa que dudo mucho, espero que haya sido interesante. Y que otro pague la ronda

[Nick]

Hay gente pa tó!!



ya pago yo lo que sea que tendrás la cabeza pa poco...
Salud

[KIBO]

Joder Zalata, eso de "haztelo tu mismo" lo dirás de coña ¿no?

Porque lo único que podría hacer yo mismo en todo este asunto, sería llamar a tus alumnos y que me hicieran uno

Muy "potito" pero poco práctico. Como tu dices, un excelente piloto con giróscopo incluido sale más barato

[Zalata]

Originalmente publicado por KIBO

Muy "potito" pero poco práctico. Como tu dices, un excelente piloto con giróscopo incluido sale más barato

La gracia de esto esta en que mejorando los programas tienes un piloto cada vez mas complejo, y el coste de los materiales es el mismo !! (que es lo que espero, hacer un piloto decente)

Y, ademas, el aprender no tiene precio (aunque si puede crear un pecio)

[TAMAMOANA]

Buenos y

Gracias por el aporte, lástima que valga más que mi barco entero y que si meto yo un soldador en el jp del hy del sp, salgan solo chisporroteos

Al final de tanta tecnología punta, lo más "cercano" a los mortales es la batería del carreful que habeis puesto

[kilinkala]

a todos

Esto ya es un BRICOMASTER

[jiauka]

Interesante!!!

Yo ando detrás de hacerme 1 en plan barato, barato.

Actuador de Antena parabolica (40€):


Fluxgate/acelerómetro en chip, tipo HMC5843 o similar (30€)
Microcontrolador tipo AVR, MOSFETs y electroncia adicional (30€)

Se podría completar con otro acelerómetro de 3 ejes en proa para mejorar la respuesta en portantes.

Te envio 1 privado con mi email, si puedes envairme el articulo del que hablas y a poder ser el fuente del código que tenéis , te lo agradeceré mucho.

[TAMAMOANA]

Buenos y

No olvideis de la CINTA AMERICANA. Sin ella no funcionan.

Hay que ver lo que os inventais, entre esto y el hidrogenerador, os van a dar el Nobel.

[TAMAMOANA]

JIAUKA, una pregunta de bobo total.

Que diferencia hay entre un piloto de viento del estilo que se hablaba hace unos dias en este hilo http://foro.latabernadelpuerto.com/s...ad.php?t=68163, que tiene el mecanismo del botijo, y uno hecho con el chirimbolo este que pones la foto.

Como ves, soy al conocimiento como un pez es a un protón.

[jiauka]

El "chirimbolo" que he puesto es para hacer 1 piloto electrónico con actuador al estilo de los Autohelm, etc....

El de viento actua con el viento y aunque parece simple, su trimaje no es nada fácil y mi experiencia me dice que es casi inútil en portantes, al menos lo que yo probé hace años, caseros pero bien construidos.

[Zalata]

Originalmente publicado por jiauka

Interesante!!!

Yo ando detrás de hacerme 1 en plan barato, barato.

Actuador de Antena parabolica (40€):
Fluxgate/acelerómetro en chip, tipo HMC5843 o similar (30€)
Microcontrolador tipo AVR, MOSFETs y electroncia adicional (30€)

Te envio 1 privado con mi email, si puedes envairme el articulo del que hablas y a poder ser el fuente del código que tenéis , te lo agradeceré mucho.

Me parece muy buena idea. Yo he partido del material que describo, porque ese es el que usamos. El HMC5843 esta muy bien para hacer un piloto simple, pero ten en cuenta que tendras dos inconvenientes (que los lleva resueltos uno como el que usamos):

a) no va compensado con escora automaticamente, por lo que has de hacer tu mismo los calculos (no son complejos, operar vectorialmente, pero en el Atmel da mas guerra)
b) no va calibrado, por lo que tendras que hacer algun programita para calibrarlo

Si no hay mucha ola, el punto a) no afectara sensiblemente. Y si va instalado bien a proa donde no haya muchos campos magneticos, el punto b) tampoco afectara sensiblemente

Por lo demas, enviame el privado y te paso lo que me pides. En cualquier caso, pondre en el hilo todas esa informacion

[jiauka]

Originalmente publicado por Zalata

b) no va calibrado, por lo que tendras que hacer algun programita para calibrarlo

De momento lo quiero para que siga 1 rumbo, dejaré el HW preparado para conectar algo NMEA en 1 futuro. Para seguir 1 rumbo, no creo que haya que calibrarlo a menos que sea muy alineal.

[Zalata]

Originalmente publicado por jiauka

De momento lo quiero para que siga 1 rumbo, dejaré el HW preparado para conectar algo NMEA en 1 futuro. Para seguir 1 rumbo, no creo que haya que calibrarlo a menos que sea muy alineal.

Es lo que comento, que el compas puede ser relativamente lineal, pero los campos magneticos en un barco haran que su salida no lo sea (por eso lo que comento de ponerlo lo mas a proa posible). La calibracion ideal de un compas es un circulo (a cada medida en grados le corresponden esos grados) y la calibracion real, si tienes suerte, suele ser una elipse (algunos rumbos que da corresponden a grados mas juntos y otros mas separados).

Si no se tiene en cuenta la calibracion, en funcion de la parte de la elipse en la que se trabaje el piloto respondera mejor o peor. Seguro que te controlara, pero digamos que la trayectoria seguida por el barco sera menos estable en algunos rumbos. Y se vera afectado mas por las olas.

[yoyete]

Interesantísimo hilo. Con esta base, y teniendo en cuenta como bien dices que la idea es conseguir un piloto con unas cualidades excelentes, seria bueno explorar el tema de conectividad NMEA y comunicación con programas de navegación, ya sea a través de PC o electrónica convencional.

En otro orden de cosas, por opinar, que no criticar, y aportar ideas, pienso que sería interesante probar otra versión sustituyendo el compás por otro sistema como por ejemplo una antena activa GPS. De todo lo que has usado, el compás eleva el precio una barbaridad, mientras que una antena activa ronda los 30 €. Respecto a la diferencia de velocidad de respuesta y latencias, bien es cierto que el compás es mucho mejor, pero dado que la dinámica de una embarcación respecto de un rumbo no posee constantes de tiempo tan pequeñas, quizás sea una buena solución y de al invento un aliciente económico.

Gracias por compartir este trabajo. Seguiré con interés el hilo.
Saludos y

[Zalata]

Originalmente publicado por yoyete

En otro orden de cosas, por opinar, que no criticar, y aportar ideas, pienso que sería interesante probar otra versión sustituyendo el compás por otro sistema como por ejemplo una antena activa GPS. De todo lo que has usado, el compás eleva el precio una barbaridad, mientras que una antena activa ronda los 30 €. Respecto a la diferencia de velocidad de respuesta y latencias, bien es cierto que el compás es mucho mejor, pero dado que la dinámica de una embarcación respecto de un rumbo no posee constantes de tiempo tan pequeñas, quizás sea una buena solución y de al invento un aliciente económico.

Siento decirte que la señal del compas de un GPS no sirve por dos motivos:

a) cuando la velocidad de desplazamiento es pequeña el GPS no calcula bien el rumbo. Esto es debido a que se utiliza la diferencia entre posiciones sucesivas para calcular el rumbo efectivo, y a baja velocidad el error de posicionamiento es de orden similar al del movimiento. Esto se puede mitigar filtrando la señal, pero conseguimos dilatar MUCHO en el tiempo los cambios de rumbo

b) la latencia del GPS es muy alta, y mucho mas el calculo del rumbo debido precisamente al filtrado, lo que hace que si la embarcacion cambia, digamos, 5 grados el rumbo el GPS tarde 2-3 segundos en reflejarlo. Y asi no hay forma de pilotar automaticamente un barco

Si esto no ocurriera, los fabricantes ya habrian sacado pilotos sin compas, ya que es el componente mas caro del piloto.

[Dr.Muñones]

Me parece superinteresante el invento. De hecho hace mucho tiempo que tengo en mente un invento que tiene que ver con éste.

Yo tengo un viejo Autohelm1000 que va de maravilla (No es la versión ST, sino el que no tiene seatalk). Tiene 6 botones:
+10
-10
+1
-1
auto
standby.

Y tiene una entrada para un mando a distancia. Este mando lo que hace es duplicar el teclado en un teclado externo conectado con cable.

Lo que me gustaría es enchufar un cable del piloto a la raspberry con openplotter y que me vaya gobernando el barco. Entiendo que hay algo por ahi llamado pypilot, pero creo que eso lo que hará será mandar secuencias seatalk y cosas de esas y yo necesitaria algo de hardware (relés) para que transforme las ordenes en pulsaciones de botón ¿estoy equivocado?

Lo que sería ya para nota alta, sería hacerlo por wifi sin cable. Parecería magia.

¿Sabeis si hay algo así ya desarrollado?

[gypsylyon]

Originalmente publicado por Dr.Muñones

Me parece superinteresante el invento. De hecho hace mucho tiempo que tengo en mente un invento que tiene que ver con éste.

Yo tengo un viejo Autohelm1000 que va de maravilla (No es la versión ST, sino el que no tiene seatalk). Tiene 6 botones:
+10
-10
+1
-1
auto
standby.

Y tiene una entrada para un mando a distancia. Este mando lo que hace es duplicar el teclado en un teclado externo conectado con cable.

Lo que me gustaría es enchufar un cable del piloto a la raspberry con openplotter y que me vaya gobernando el barco. Entiendo que hay algo por ahi llamado pypilot, pero creo que eso lo que hará será mandar secuencias seatalk y cosas de esas y yo necesitaria algo de hardware (relés) para que transforme las ordenes en pulsaciones de botón ¿estoy equivocado?

Lo que sería ya para nota alta, sería hacerlo por wifi sin cable. Parecería magia.

¿Sabeis si hay algo así ya desarrollado?

Esto lo puedes hacer sin problema. Tienes que conectar la salida de NMEA183 de la Raspberry (convertidor USB-NMEA183 bidireccional) con la entrada de NMEA del piloto. En OpenCPN tienes que poner una salida a la al IP de openplotter. Planificas una ruta con OpenCPN, activas la ruta. Enm el piloto pulsas auto y luego +10 y -10 a la vez y se activara el piloto para la ruta de OpenCPN

[Marcos Montesier]

Impresionante.

[Bonaire.]

Jod......Zalata . im-presionante. Me quito el sombrero.
Ahora bien, después de leer tu ladrillo ( enterito, que conste) y no enterarme de nada, te juro que cuando vaya a la tienda y me soplen 2.000 mortadelos por el piloto nuevo, me va a parecer hasta barato.
Tómate lo que quieras. Pago yo.

[peleon]

Este post es de hace mas de siete años.

[Dr.Muñones]

Originalmente publicado por gypsylyon

Esto lo puedes hacer sin problema. Tienes que conectar la salida de NMEA183 de la Raspberry (convertidor USB-NMEA183 bidireccional) con la entrada de NMEA del piloto. En OpenCPN tienes que poner una salida a la al IP de openplotter. Planificas una ruta con OpenCPN, activas la ruta. Enm el piloto pulsas auto y luego +10 y -10 a la vez y se activara el piloto para la ruta de OpenCPN

Pero mi piloto no tiene NMEA (si seatalk, ni nada de datos), tan solo una clavija para conectar un mando con botones (es decir una clavija para duplicar la botonera).

Yo lo que busco es algo que cuando le llegue la orden NMEA de variar el rumbo lo traslade a "pulsar un botón" del piloto. ¿Podrá el pypilot hacer eso? Supongo que habría que fabricar un pequeño circuito de hardware con optoacopladores o relés, ¿no?