Auteur: rbuysschaert

Projectidee in de koelkast

Vandaag de laatste dag werkveldstage. De voorbije weken raasden voorbij als een sneltrein. Ook de laatste week was super interessant. Het Battery Health System (BHS) werd verder ontwikkeld tot in een productierijp stadium en AndLights mocht nog een nieuwe collega verwelkomen, Victor.

Het BHS werd nog verder getest en de firmware verder aangepast. Eén van de testen die moest slagen is de ‘frigotest’… Het BHS moet tijdens de winter de Lithium-batterijen warm kunnen houden. Daarom zit er in het nieuw systeem een flexibel verwarmingssysteem. Maar lukt het om voldoende energie op te wekken?

De huidige temperaturen neigen eerder naar de 30°C dan naar de 0°C tijdens deze periode van het jaar, dus: ‘frigo here we come’. Heel het BHS in de koelkast dus. Via een desktop applicatie, geschreven in C#, kan de gewenste batterijtemperatuur ingesteld worden. Het is namelijk zo dat de specificaties van de Lithium-batterijen heel sterk dalen bij lage temperaturen. Net op dat punt schiet het BHS in actie.

Eerste poging? De gewenste batterijtemperatuur op 15°C. Koelkasttemperatuur op 5°C. Na anderhalf uur, blijkt de batterijtemperatuur nog steeds 15°C te zijn. Missie één: geslaagd.

Tweede test. Gewenste batterijtemperatuur 35°C, koelkasttemperatuur nog steeds 5°C. Na 1 uur staat de batterijtemperatuur mooi op 35°C… Dat is een temperatuurverschil van 30°C en zou voldoende moeten zijn om tijdens koude winterdagen, de batterij op een goede vliegtemperatuur te houden. Door die verwarmde batterijen, zal het voor de drones van AndLights mogelijk zijn om langer in de lucht te blijven als het koud is buiten. Het energieverlies nodig om de batterij op te warmen, is marginaal in vergelijking met de energie nodig om de drone te laten vliegen.

Gisteren, donderdag, heb ik ook de geüpdatet versie van het BHS gebouwd. Nu met PCB versie 2 en de laatste firmware geprogrammeerd.

Dit prototype zal de komende tijd als basis dienen om heel de drone-vloot van AndLights te voorzien van een BHS. Spannend!

De firmware van het BHS heeft er ook nog een extra ‘feature’ bij gekregen. Een kalibratiemodus die gebruik maakt van het flash geheugen in de microcontroller. Door die extra optie, wordt het mogelijk om data uit het werkgeheugen (RAM) permanent op te slaan in het flash geheugen (ROM). Om dit te realiseren, moeten heel wat parameters bijgesteld worden in de microcontroller.

Na het afronden van alle ontwikkelingen, werd het tijd voor een stevige handleiding. Het werd een 24-paginatellend document met de cruciale informatie om het ontwikkelde BHS verder te implementeren en installeren.

FPV

Deze week is ook Victor aan een vakantiejob begonnen in AndLights. Victor is student Elektronica-ICT (academische bachelor) in Gent en komt het AndLights team versterken om allerhande elektronica-gerelateerde projectjes uit te werken: een bestaande indoor drone upgraden, LED-modules ontwerpen, energieverdeelsysteem onderzoeken, …

Maar Victor is naast het ‘student zijn’, ook een heel getalenteerd FPV-drone-piloot. Als regerend Belgisch Kampioen, reist hij de wereld rond met zijn zelfgebouwde drones. In mensentaal: Victor kan heel goed drone racen! 😉

Enig idee van hoe zoiets eruit ziet? Zie Victor aan het werk via deze link naar een voorsmaakje: https://www.youtube.com/watch?v=1fFpsUnpXwc.

FPV is de afkorting van First Person View. Een camera op de drone maakt beelden die live naar een videobril gestuurd worden. Op basis van dat beeld, kan een FPV-racer dan zo snel mogelijk een parcours vliegen. Een drone-specialisatie op zich. Eén waarvan ik maar weinig van wist tot nu toe. Maar daar komt verandering in :-). Het begint heel hard te kriebelen om mezelf ook zo’n drone te bouwen… De flight controller is al besteld en geleverd… Voel ik daar een nieuw projectje komen?

Retard

Ook in Londen was het een toppertje deze week. Het Vives Eco team heeft daar met succes deelgenomen aan de Shell Eco-marathon! En dat is een topprestatie! De studenten en lectoren zetten hun beste beentje voor om beter te doen dan vorig jaar, toen technische mankementen roet in het eten gooiden. En dat is hun aardig gelukt! Met hun elektrische futuristische wagen haalden ze 44,94 km/kWh. Er is nog marge voor verbetering, maar zeg nu zelf: hoe zuinig rijdt jouw zelf ontworpen elektrische wagen? 😛

Proficiat aan de studenten en lectoren die eraan meewerkten! Ik ben trots op onze samenwerking bij het ontwerpen van de elektronische motorsturing. Het was heel dikwijls hard werken op de meest onmogelijke tijdstippen en we beleefden spannende momenten, maar dat maakt het alleen maar mooier!

Meer info op deze link.

Tijd om af te ronden. Mijn werkveldstage was een heel leerrijke ervaring. Ik ontmoette boeiende collega’s en vertrek met een hoop projectideetjes… Onze Vives studenten Elektronica-ICT zullen zich schrap moeten zetten in Kortrijk en omstreken… 😉

Bedankt aan Vives en AndLights voor deze kans!

5 juli 2019

Ruben Buysschaert

Firmware BHS

Vanaf dinsdag heb ik doorgewerkt aan de firmware. Alles begint nu goed vorm te krijgen. De firmware is uitgegroeid tot een stevige brok C-code, die van een ‘ordinaire’ Lithium-batterij een echt intelligent batterijpak kan maken.

Uiteraard moeten nog verschillende praktische testen uitgevoerd worden, maar de basis is meer dan gelegd.

PCB BHS V2

Om later alles te kunnen voeden via een externe voeding, werd het printontwerp aangepast naar versie 2. Ondertussen is die ook besteld, in de hoop die volgende week nog te kunnen ontvangen en testen.

3D-ontwerp

Het Battery Health System (BHS) omvat niet alleen een printontwerp en firmware, maar ook een 3D-ontwerp voor de realisatie van een behuizing. Aan het tekenen van dit ontwerp, startte ik deze morgen (vrijdag).

Hieronder enkele afbeeldingen van wat de eerste versie zou moeten worden. Dit weekend of begin volgende week, probeer ik de (rode) stukken te printen (in PLA). Merk op: het donkergroene gedeelte is een vereenvoudigde voorstelling van de reeds gemaakte print ‘BHS V2’.

Maandag was het zover! Een testvlucht met een zwerm drones. Samen met collega’s Hannes en Vincent, laadden we kort voor de middag alles in om te vertrekken naar een testvliegveld. De temperatuur ging letterlijk en figuurlijk de hoogte in. Het was een tropische dag met een loden zon.

Eenmaal aangekomen op het vliegveld, kon het opstellen van de meer dan 40 drones beginnen. Omdat de drones compact en veilig moeten worden vervoerd, kunnen de props (= stoer woord voor propellers ;-)) en de batterij pas ter plaatste gemonteerd worden. Dat was werk voor Vincent en mezelf. Ondertussen zette Hannes alle computer- en communicatiemateriaal klaar. Een hele opdracht. Maar na iets meer dan een uur stond alles te blinken, piepen en blazen in de zon…

Vooraleer er gevlogen kan worden, moeten de drones een heel aantal testen doorstaan. Net zoals bij commercieel verkrijgbare drones, gaat het dan bijvoorbeeld over: GPS-test, kompas kalibratie, spanningsniveau batterij controleren, communicatie met grondstation ok, …

Daarna kreeg ik de kans om ‘manueel’ te gaan vliegen met één van de drones. Het is namelijk zo dat de drones in zwermen kunnen vliegen, maar dat je er ook mee kan vliegen op de ‘klassieke’ manier:  met een ‘drone-piloot’ en een handzender. Deze keer kon ik dus de drone-piloot zijn. Om de juiste toelatingen te bekomen en legaal te vliegen onder het huidige Koninklijk Besluit, heb ik het voorbije jaar een cursus drone-piloot gevolgd en zo mijn licentie drone-piloot klasse 1 (rotary wing) behaald. Die licentie komt hier dus goed van pas…

De door AndLights ontwikkelde drones, zijn een plezier om mee te vliegen. Ze kunnen dermate afgeregeld worden dat ze in GPS-mode heel nauwkeurig gaan vliegen. Of ze staan manueel ingesteld en dan kan je er heel sportief mee vliegen…! Ik had het niet door, maar ook de tijd vliegt. Landen geblazen. Alweer een vliegervaring erbij ;-).

Na de test van enkele individuele drones, was het tijd om een kleine zwerm drones op te laten. En het moet gezegd: fenomenaal om te zien. Het vliegen van lichtshows gebeurt uiteraard in het duister. Maar omdat het hoofddoel het testen was van enkele soft- en hardware aanpassingen, gebeurde alles nu bij daglicht. En toch is het ongelooflijk fascinerend om te zien dat er niet langer een mens hoeft te zijn om de drones te besturen. AndLights stuurt de drones aan vanuit een mainframe… Alle mogelijke figuren kunnen tegen de hemel uitgezet worden. Je bekomt een gecoördineerde zwerm hoogtechnologische drones. Een echt spektakel.

Het hoeft niet veel uitleg om in te zien dat AndLights, als start-up, de details van de ontwikkelingen die ze doet, confidentieel wil houden. Ook om die reden kan ik hier geen beeldmateriaal van de testen tonen. Ben je toch benieuwd? Nog even geduld, misschien is er binnenkort wel een volledige show bij jou in de buurt… Het loont zeker de moeite!

C-hinees

Na de beslissing om een BHS (Battery Health System) te bouwen, kon ik verder aan de slag. Eind vorige week werkte ik het schema en de tekening van de print af. Omdat de print perfect moet passen bovenop de gebruikte drone-batterijen, werd de breedte vastgezet op 35 mm.

Nog de vrijdag van de eerste week, konden we de digitale bestanden (Gerber files) van de getekende print doorsturen naar een PCB-fabrikant (China). Tot zolang de printen niet geleverd werden, kon ik beginnen aan de voorbereidingen voor het schrijven van de firmware (= software voor in een microcontroller).

Hoewel de print heel compact is, bevat het ontwerp toch vele verschillende ‘features’…

• onboard AD-converters voor het meten van de batterijspanning(en),
• een 1-wire bus voor de koppeling met (twee) temperatuursensor(en),
• PWM-uitgangen voor het aansturen van een ventilator en een vermogenweerstand,
• een seriële poort,
• een drukknop,
• …

Alle voorgaande moet stapsgewijs ‘tot leven gebracht worden’, via het schrijven van de juiste firmware. Dé job van een Elektronica-ICT’er. 🙂

Het programmeren gebeurt in C-taal. Dat is een tekstuele programmeertaal die dikwijls gebruikt wordt bij embedded systemen. Kan je uitzoeken wat onderstaande doet…?

Woensdagmiddag werden de prototype printjes geleverd! Vijf dagen na de online bestelling in China… Nog tegen woensdagavond was één print gesoldeerd.

Op de foto herken je duidelijk de witte connectoren om de batterij aan te koppelen. De connectoren aan de rechter kant, zijn dan weer voor de seriële poort en de vermogensturing.

Als ‘brain’ van heel het systeem, wordt een PIC microcontroller van de nieuwste generatie gebruikt. De PIC16F15345. Die microcontroller is super veelzijdig en heeft tal van ‘peripherals’ aan boord. Ook voor mij is dit nieuw terrein… Na het programmeren van de eerste stukken firmware ziet het er alvast veelbelovend uit. Come and see next week.

Come fly with me

De afgelopen week zijn we ook 2 keer ‘gaan vliegen’. Een vernieuwde drone moest getest worden op stabiliteit, werking en betrouwbaarheid. Daarvoor werden verschillende vluchtjes gemaakt, onder het goedkeurend oog van… mezelf ;-).

Als alles goed gaat, worden volgende week nog meer testvluchten gevlogen. En als het weer meezit, wordt dat misschien wel een zwerm drones deze keer… De spanning stijgt!

hands-on

“Treed eens buiten je comfort zone”, klinkt het soms. Na meer dan 10 jaar hard werken en rondzwerven in het onderwijslandschap, lijkt een ‘hands-on’ werkveldstage wel iets voor mij. Ik ben dan ook heel verheugd dat Vives en AndLights de win-winsituatie van zo’n stage met beide handen willen grijpen en aan mij die kans geven.

Op dinsdag 11 juni 2019 startte mijn stageperiode. De eerste dag ging  bijna volledig op in het leren kennen van het bedrijf en hun producten. AndLights is een Gentse start-up die lichtshows met drones maakt. Deze specifieke tak in de drone-wereld was tot nu toe onbekend voor mij. AndLights ontwerpt en realiseert hun eigen hard- en software voor het vliegen met grote groepen drones. Heden ten dage zijn er reeds testvluchten geweest met bijna 100 drones… Het ultieme doel? 2000 drones op hetzelfde moment de lucht in!

Game, set, match

Waarom AndLights? De combinatie van ontwikkelingen op hard- en softwarevlak zijn een perfecte match met de opleiding Elektronica-ICT, waarin ik binnen Vives les geef. AndLights is steeds op zoek naar mogelijkheden om hun drones te verbeteren. Op de eerste stagedag werden verschillende projecten voorgesteld waaraan ik kon werken:

• Ontwerp en realisatie van een ‘Battery Health System’.
• Verbetering van een bestaande LED-sturing voor onder de ‘drone fleet’.
• Ontwerp en realisatie van een ‘drone docking station’.
• Debuggen van een bestaand LED-systeem voor op een ‘indoor drone’.

Samen met Hannes, de zaakvoerder, hebben we beslist om eerst volledig in te zetten op het Battery Health System (BHS). Dat systeem moet de toestand van de Lithium batterij gaan monitoren zowel vóór, tijdens als na de vlucht.

Lithium batterijen zijn duur en hun levensduur en prestaties kunnen best zo nauwlettend mogelijk in de gaten gehouden worden. Bij extreme koude bijvoorbeeld, zal de schijnbare interne weerstand stijgen waardoor je bij een bepaalde ontlaadstroom een lagere uitgangsspanning hebt. Zou het niet goed zijn mochten we de batterijen (elektrisch) kunnen opwarmen…?

Aan de andere kant is het té warm worden, tijdens vluchten in de zomer, ook een gevaar. Kan de temperatuur laag genoeg gehouden worden met geforceerde koeling?

Lithium batterijen bestaan ook meestal uit meerdere in serie en/of parallel geschakelde cellen. Daarom is het ook van belang om de ‘gezondheidstoestand’ van elk van die cellen te monitoren. Ook hier zou het BHS moeten op inzetten.

Het nog te ontwerpen BHS, moet ook gekoppeld worden met de bestaande flight controller van AndLights. Hoe pakken we dat aan?

De planning voor de komende dagen is:

• Bedenken van het concept voor het BHS.
• Tekenen van een schema.
• Tekenen van het PCB (Printed Circuit Board).
• Voorbereidingen treffen voor het schrijven van (test) firmware.
• Bestukken (solderen) van de PCB’s.
• …

Op dinsdag 11 juni 2019 start mijn 4 weken durende werkveldstage bij AndLights in Gent. AndLights ontwikkelt hard- en software voor drones die in grote groepen moeten vliegen (formatievliegen) en geeft daarmee ‘drone light shows’.

Binnenkort ontdek je hier alles over mijn ‘avontuur’ ;-). Stay tuned.