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