Příběh prvních dvaceti kouzelných krabiček

V půlce května dorazila z Apamy konečně šablona tolik očekávaných tištáčků. Ty se postupně přesouvaly z jedné krabice do druhé, pak třetí a tak pořád dokola, dokud se z toho nezamotaly. A toto je dokumentace jejich cesty.

Rozlámání desky bylo radostí a potěšením.

Následovala podrobná vizuální kotrola každého kusu jak z vrchu, tak i zespodu.

První osazený napajecí zdroj & MCU, oživování a zároveň i první zkouška nabíjení a napájení z baterie druhé revize PCB.

Osazování MCU. Jeden je v pohodě, pět ještě jde, ale mějte trpělivost s 20 kusy.

Osazování konektorů.

V tuto chvíli jsou včechny SMD součástky na desce a půjdeme na moduly.

Tlaková čidla znamenají zapájet jen 20 x 6 = 120 nožiček. Pohoda 🙂

Modré zuby seřazeny a připraveny jít jako další.. tentokát ovšem zespodu.

GPS moduly a rádia.

A první plně osazený OGN tracker je tu! Volejte všichni sláva! 🙂

Pomalu se to tu začíná plnit..

.. až jich je úplná hromada!

Každá z dvaceti antén byla zabalena ve svém malém igelitovém sáčečku.. ekologie rulezz!

No nevypadají roztomile? 🙂

A každému trackeru patří i malá ale výkonná baterie (nic pro bubnující králíky; ti žerou ovšem značně víc). Týpek v obchodě se na mě díval divně, když jsem jich chtěl 22. Nebo 23? Já už z toho všeho ani nevím..

A jak to všechno dopadlo? To se dozvíte příště, milé děti. Jedno je však jisté:

 

OGN Cube TWO – létající prototypy

Trvalo to nějakou dobu, ale čekání se snad vyplatilo. První dva prototypy OGN Cube TWO byly ověřeny jak na zemi, tak ve vzduchu a v tuto chvíli už mohu hrdě ohlásit, že fungují spolehlivě za všech rozumných podmínek a mohou být směle vypuštěny do luftu mezi kumuly! 🙂

Krabičky jsou navrženy a postaveny ve dvou variantách. Ta první je určená speciálně pro závody a obsahuje interní baterii. To vyžadovalo vymyslet a odladit obvod pro nabíjení a její ochranu což bylo zárověň způsobilo zdržení a vyústilo v takto pozdní vypuštění až v téměř třetině sezóny.

OGN Cube TWO „Competition“ se zabudovanou baterií

Závodnický tracker má na čelní straně přepínač určený k zapínání a vypínaní  a mikro USB konektor pro nabíjení baterie z 5V zdroje či nabíječky na telefon. Ze dvou indikačních diod loňského modelu se stala jedna, která plně dostačuje k zobrazení stavu zařízení (GPS fix, vysílání & příjímaní). Kapacita baterie je 1070mAh a při plném nabití vydrží přibližně 30 hodin.

Druhá varianta je určena pro pevné zabudování do letadla. Je napájena přes standardní konektor RJ45, přičemž je možné použít přímo palubních 12V z baterie. K dispozici je dále možnost ovládání vysílacího režimu přes třípolohový přepínač – normální režim vysílání, závodnický režim (competition flag) a pro případ nutnosti i zákaz vysílání s tím, že příjem není omezen.

K výše popsanému přibyl navíc slot pro mikro SD kartu pro záznam letů, pro zálohu a případné další využití – například jako logbook. Nicméně tato funkcionalita není ještě implementována a přijde s některým budoucím updatem firmwaru.

Obě verze jsou pak vybaveny modrým zubem (= bluetooth) pro možnost připojení k navigaci v telefonu či PDA a zobrazení informací o okolním provozu přímo v navigačním softwaru. BT je taktéž využit i pro snadnou a jednoduchou instalaci aktualizací OGN krabičky.

Prototyp OGN Cube TWO je na cestě

Před pár lety jsem říkávával „S novým rokem, nové V poli“ a taky to tak fungovalo. Teď bych mohl to samé zopakovat, ale tím bych si asi na sebe přivedl kledbu nekonečné práce, proto teď jen říkám omezeně – je načase se vytasit s OGN CUBE druhé generace 🙂

Co bude tedy jinak, nové a samozřejmě lepší?

Předevím, a úplně na prvním místě – na desce bude co nejméně čínských součástek. Ač je to tak neskutečně lákavé, v předchozích dvou letech jsem se hodně spálil s nespolehlivostí materiálu ze země za velkou zdí a už s nimi nechci mít (moc) společného. Ovšem i tak musím použít dva kusy, protože z ověřených zdrojů je prostě získat nejde (BMP & BT).

Stařičký GPS přijímač bude nahrazen GPS/GLONASS modulem Quectel L86 s 33 kanály a anténou s větším ziskem. Rádio nahradí RFM69HCW a na místě barometrického senzoru bude osazen modul BMP280.

Zadní stranu desky obsadí bluetooth modul, který bude mít dvě úlohy. Jeho zásadním použitím bude update firmwaru (neboť jedinnou možností jak to provést u CUBE 1 je rozlousknout krabičku a za pomocí programátoru to tam flashnout). Ten (prozatím) bude probíhat pythoním skriptem z notebooku, časem přímo z netu za použití androidího telefonu (ne, žádné ovoce nebude). Druhou funkcí modulu je přenos informací o okolním provozu do navigace a případná konfigurace OGN krabičky.

Druhá novinka na zadní straně je socket na micro SD kartu, kam bude možné ukládat záznam letu a případně ještě kdoví co dalšího).

Krabička je připravovaná ve dvou verzích – závodnické a přeletářské. První jmenovaná půjde poznat podle micro USB konektoru, přes kterou se bude nabíjet zabudovaná (BL-4C / BL-5CB) baterie. Jde o hojně používanou baterii z telefonů Nokia, která je a ještě tu (snad) dlouho bude všude snadno k sehnání. O její správné nabíjení se pak postará obvod MCP73811T a celé to šílensví kolem něho.

Druhá varianta je určena pro pevné zabudování do hříbku, osazena festovním konektorem RJ45, který už máme ve všem možném a jenž umožní připojení externího přepínače se třemi polohami pro ovládání závodnického režimu (flagu do-not-track), zakázání vysílání (no TX) a normálního módu.

Nová destička si taktéž vyžádá novou krabičku. Ta bude o něco větší, zato snadno rozdělávatelná pro případné zájemce o tuning či změny a vylepšení (nepravděpodobné). K dispozici budou navíc dvě varianty – plastová z ABS a různých barev podle zájmu a hliníková s případným černým eloxem.

No bude to dokonalost sama. Takže se těšte! 🙂

OGN Cube 1.5

„Jak to vidíš s trackery na příští sezónu?“, zeptal se mě jednoho večera kdosi na letištním baru.  V tu chvíli jsem nad tím už taky nějakou dobu přemýšlel a v rukávu měl pár nápadů, kam je posunout dál a jak je tak trochu poladit a vylepšit.

Prvním z nich je potřeba propojení se zbytkem letadla, respektive s ostatními krabičkami, které již na palubě jsou, nebo mohou být. Konektory RJ-12 nebo RJ-45 se tak nějak staly standardem v našem rybníčku létání pro radost a jsou úspěšně a spolehlivě používané v mnoha (i sakra drahých) zařízeních. Jejich stinnou stránkou je však (z mého pohledu) jejich neskutečná obludnost. Na druhou stranu, mikroUSB konektor ušetří spoustu místa, ale dává uživateli falešný pocit přítomnosti USB rozhraní, které tam fakticky není. MiniUSB konektor na Cube ONE byl primárně určen jen pro napájení, přičemž piny D+ a D- byly připojeny jen k debugovací sériové lince (a doporučoval jsem je nikam nezapojovat).

Druhou důležitou věcí, kterou je potřeba vyřešit jsou aktualizace firmwaru. Chyby v kódu jsou normální i u nejlepších programátorů a nové funkce a vlastnosti se ne moc dobře přidávají, když je krabičku nutné rozdělat a připojit k ní specializovaný programátor.

Protože se mi v krabičce z loňska ještě válelo pár součástek, doobjednal jsem zbytek a jal se postavit meziverzi „1.5“ pro experimentování. Je o 5mm kratší než první model a má více součástek ze spodní strany (čemuž jsem se chtěl vyhnout, ale už prostě nebylo místo).

Takže tu to je – velký konektor RJ-12 z horní strany desky s piny pro napájení a další funkce, jako například informaci o poloze ostatních letadel/trackerů v blízkém okolí.

Značnou nevýhodou je výška konektoru, který nebetyčně vyčnívá nad ostatními součástkami a nepěkně přesahuje krabičku. Možností by bylo použití konektoru RJ-45 s nízkým profilem, který je sice o něco širší, ale vlezl by se. To ale přináší jiný problém – nestandardní konektor na kabelu, který v našich končinách není běžně k mání. Třetí možností je použít do desky zanořený RJ-45 (těžko se popisuje), jehož cca třetina je pod PCB, čímž se výška vyrovná. Nepříjemností pak je, že zespodu nemůže být mikroUSB, protože tam žádné zespodu není. Jak to tedy udělat? Nekonečné dilema..

Nový, lepší a vymazlený tracker by tedy měl mít:

  • jiný konektor. RJ-12 nebo zanořený RJ-45?
  • matoucí mikroUSB, které vlastně vůbec není USB?

Těžko rozhodnout.

Jisté je, že většina zásadních komponent bude vyměněna:

  • čínské součástky za ty z legitimních zdrojů,
  • GPS za 33 kanálovou Quectel L-86 se ziskovější anténou,
  • rádio za menší a výkonnější RFM69HCW.

Ze spodní strany bude bluetooth modul pro přímé spojení s PDA (vetšina z rozšírených a používaných nich BT má) pro aktualizaci firmwaru,  případnou konfiguraci a hlavně již zmiňovaná data o poloze okolních letadel.

Konfigurací mám na mysli následující záležitost: V určitých případech, jako například na závodech, může být vhodné vysílat data o poloze s nastaveným do-not-track flagem, případně se může hodit vypnout vysílání i z jiného důvodu. To můžeme obecně udělat dvěma způsoby – z PDA, přičemž by to musel navigační SW podporovat (přepokládám, že do LK8000 by nebylo složité takovou funkci přidat), nebo využít neobsazené piny na RJ-45, ke kterým by se jednoduše připojil třípolohový přepínač zapnuto – dnt – vypnuto. Otázkou je, zda by byla taková funkčnost užitečná, či vůbec vhodná.

Tož poraďte 🙂

Porovnání dosahu OGN Cube ONE a FLARMu

Jedna z prvních otázek, kterou jsem dostal (hned po té „A fakt to jako funguje, jo?“) byla jaký má OGN krabička dosah v porovnání s FLARMem. Zpočátku to byla dost zapeklitá a zákeřná záležitost, protože to nikdo prostě neveděl.

Jak víme už z mateřské a základní školy, vlivů na šíření signálu je mnoho a občas není úplně jednoduché to změřit. V době, kdy už bylo jakž takž rozhodnuto o velikosti, tvaru a poloze protiváhy jsem ještě sháněl rozumnou anténku, nejlépe s kloubem (a našel!), která by umožňovala umístit tracker tak, aby moc nezavazel, anténa byla vertikálně a GPS anténa směrovala nahoru k obloze.

Měření jsme zpočátku prováděli tak, že za neplachtového dne jsme s pekárníkem Martinem skočili do (tehdy jeste létajícího) Foxe a letěli od letiště, dokud nám PKčko po rádiu nezavolal, že jsme se mu ztratili z trackingu. Následně jsme létali po roztodivných tratích zpět směrem k letišti až jsme se mu opět ukázali na monitoru. Težký život experimentátorů 🙂

Až o něco později jsme narazili na  KTRAX Range Analyzer kde se dá vyčíst dosah mnohem lépe, přehledněji a hlavně – snad i objektivněji.

Jak daleko jde tedy vidět pokusná a historicky první krabička?

Pekelně daleko! 🙂 Síla signálu se drží vysoko nad průměrem (horní obrázek – zelená čára je průměrná síla signálu v OGN síti). Samozřejmě záleží na přijímači (kde Sauronovo oko či Křešín tomu hodně napomáhají, jak umístěním, tak použitou anténou, případně dodatečným LNA). Nicméně záznam z KTRAXu údajně vychází z dlouhodobější statistiky, takže tento vliv snad vylučuje. 20dB na 40km se zdá být jako velmi pěkný výsledek!

A jak jsou na tom FLARMy? Popravdě řečeno – težko tak od boku hodnotit. Ze zaznamenaných dat jsem náhodně vybral cca 30 různých ID a podíval se na jejich charakteristiky a našel v nich hodně rozdílů.

Za typický příklad jsem vybral id DD932F, ale klidně bychom mohli uvažovat i DD94DD nebo DD9A1C. Ve 40km na hranici 10dB.

V tuto chvíli bych se odvážil vyslovit, že dosah je tak poloviční 🙂 Takže buď se tu jedná o dobře odvedenou práci na OGN krabičce, nebo jen špatně interpretuji, co je zde vlastně zobrazeno – můžete mě případně opravit v diskuzi?

Kdo kdy viděl anténu a vnitřnosti FLARMu by se možná až tak nedivil. Pogumovaný kus drátu připojený k tišťáku, který by mohl, ale kdoví, jak moc, sloužit jako protiváha (soudím tak podle velikosti GND na zadní straně PCB).  Ale protože uznávám, že mám v tomto oboru značné mezery, radio záležitosti jsou černá magie a soudruzi ze Švýcarska si za to nechávají velmi dobře zaplatit, tak asi vědí, co dělají.

Velmi taky záleží na umístění antény. Na závodech jsem viděl anténu dvěmi pásky přichycenou k železné trubce, nebo schovanou pod uhlíkovou haubnou – tam bych ani u krabky za bratru 900 ojro nepočítal, že bude k něčemu užitečná. A u jednoho borce z Křižanova jsem viděl i kombinaci obojího :D.

Za velmi slabé ukázky bych uvedl například DDEB14 a DDDDC9, kde je signál ovlivněn jak umístěním, tak zřejmě i pilotem. A najdou se i horší případy.

Jak bude čas a síla, pokusím se udělat analýzu signálu z dat nasbíraných během léta (mám toho nějakých 20GB) a statisticky porovnat jak dosah FLARMů, tak i OGN Cube ONE krabiček a samozřejmě i ostatních trackerů, které jsou ke spatření na našem nebi (data jsem ukládal pro kluzáky  do vzdálenosti 150km od LKKA).

Pokud byste měli někdo chuť takovouto analýzu provést (za účelem větší nestrannosti, neboť statistice, kterou si sami nezfalšujete, se přece nedá věřit), dal bych data volně k dispozici (samozřejmě jen důvěryhodným jedincům 😉 ).

Závodění s OGN trackery na PMRG2017

Se vzrůstající závodnickou horečkou, tempem příprav na Plachtařské mistrovství regionů 2017 v Křižanově a hlavně rychle blížícím se termínem přišel nápad postavit trackery pro závody.

Jal jsem se tedy dávat dohromady vše potřebné, především tedy součástky. A tam jsem opět drsně  narazil. Tentokrát naštěstí ovšem ne s dostupností, ale jen s dodacími lhůtami. Předpokládal jsem totiž, že „Overnight shipping“, jak jej Arrow inzeruje znamená doručení přes noc. Ve skutečnosti se balíček potuloval kolem zeměkoule dvacetkrát déle a tak jsem stihnul termín závodů jen tak tak. Musím však uznat, overnight shipping skutečně fungovalo, ovšem tak, že zásilku poslali každou noc (většinou letadlem) někam jinam 🙂

Protože jsem již neměl k dispozici Laďovu 3D tiskárnu, musel jsem se uchýlit k jiné, záložní, a to znamenalo i používat zbytky různých materiálů různých kvalit a vlastností. Tím vznikla i závodnická série trackerů z bílého ABS a deklíků různých barev, aby krabičky byly trošičku veselejší. Šroubky z mikroskopu již došly, změnil jsem tedy návrh tak, aby šel deklík do krabičky vlepit. Zobáček na zacvaknutí by byl lepší, ale tak malý detail už tiskárna není schopná udělat.

Zde přišel na řadu i průsvitný materiál PETG (polyethylene terephthalate glycol-modified). Nedal se se však vyhladit acetonem, brousit tak, aby zůstal průsvitný a rozumně lepit, tak jsem nakonec zůstal u bílého ABS na krabičky a červeného, zeleného a modrého ABS na deklíky.

Původní mini-usb konektor na krabičce jsem zaměnil za pevný kabel, protože u některých trackerů docházelo k uvolňování konektoru z krabičky. Na druhé straně bylo ponecháno napájení z USB „power banky“ přes klasický USB-A konektor. To, co se mi na začátku jevilo jako nevýhoda – dvě věci volně spojené kabelem, se nakonec ukázalo jako dobrá věc – baterie se dá schovat někam do kapsičky či pod batoh, krabička trackeru se umístí do centroplánu navrch hromady věcí tam uskladněných a jak organizátoři, tak závodníci jsou spokojeni.

Osm nových trackerů se tak dostalo mezi závodníky, kde spolehlivě sloužily až do poslední disciplíny, posleního přistání a prvního vypitého Antoše.

OGN Cube ONE přichází!

Na přelomu dubna a května se už pomalu schylovalo k bombastickému úspěchu – první tišťák (z deseti) byl osazen, rozfungován a dokonce zaletěn jedním okruhem ve Foxovi. Zbýval poslední krok ve vývoji, který se však ukázal být tím, který měl být jako první – do jaké krabičky tracker zapouzdřit?

Úchyty na pcb byly navrženy především pro uchycení protiváhy antény ze spodní strany desky. Rozměry se nevejdou do žádné známé a dostupné krabičky, případně existující krabičky jsou buď strašlivě hamatné (rozuměj velké a ošklivé), nebo neskutečně drahé (a pořád taky veliké / tlusté, e.g. Fischer elektronik AKG 55 24 xx – tu jsem koupil a ne, není to ono).

Čirou náhodou šel kolem kamarád Laďa a ríká – „Vole, co řešíš, já ti ji vytisknu!“ A tak jsme začali pasovat destičku trackeru do krabičky ze 3D tiskárny.

Naproprvé to nebylo úplně ono, ladili jsme materiál (PLA nebrat, ABS, ASA, později i experimentálně PETG) a hlavně způsob, jak držet odděleně tišťák od kovové protiváhy, aby se na desce nic nezkratlo. Zároveň bylo i potřeba krabičku nějak zavřít, k čemuž sloužily tři dvojky šroubky vykuchané z ukořistěné kamery k mikroskopu. Šedý ASA (acrylonitrile styrene acrylate) se rychle chytil jako kvalitní a vysokým teplotám odolávající materiál a tak první dvě krabičky létají v této podobě.

Boj byl taky sveden s anténou. GPS modul je na desce připájen naležato a měl by směřovat nahorů k obloze, potažmo vesmíru. Proto musí být krabička umístena GPS anténou ve stejné poloze („obrázkem nahoru“,  ve starších verzích obrázkem dolů – je to tam napsané). Anténa OGN rádia by však zase měla být polarizována stejně jako anténa přijímačů, takže svisle – je potřeba sehnat anténu s kloubem.

To se mi podařilo až po téměr roce hledání, čirou náhodou při návštěvě Ampéru 2017, kde vystavovatelé nechtěli pochopit, že si ji chci odnést již dnes a ne ji objednávat někde z eshopu a čekat na ni týden..

Ale je dokonalá, no ňi? 🙂

Kam se podíváš, všude lezou brouci

Dubnové debugování postupně přešlo v highway to hell. Už přes dva týdny je tam někde problém s SPI a schovává se tak dobře, že ani kolega MacGyver ve spojení s Chuckem Norrisem by měli problémy.

Za všechno může kvapný přechod z F042 na F103 a s ním související změna architektury a přepisování knihoven. Nasadil jsem vše co mám a ještě jsem si půjčil, ale furt nic. Na starém to jede, na novém ani ťuk. Ani bž.

Asi se dám na včelaření..

(Před)produkční krabička

S koncem roku roku 2016 projevilo několik dalších lidí zájem mít tracker na palubě, proto jsem začal přemýšlet, jak postavit více kusů v pěknější, neřkuli profesionální podobě.

Množství kódu a jeho složitost narůstala, uz nestačilo nejen 8kB  ale ani 32KB FLASH. S 1000 bajty RAM by se jestě dalo přežít, nicméně se začaly projevovat různé těžko odhalitelné problémy – především občasné memoryleaky následované očekávanými restarty od watchdogu. Bylo načase „po letech“ opustit Atmel a přesunout se někam, kde lze kód debugovat jinak než jen primitivnímy výpisy do sériové konzole.

Vznikla destička založená na mocném 32bitovém mikrokontroleru STM32, konkrétně STM32F042 – 32 stále ještě snadno pájitelných nožiček, 64kiB FLASH, 32 kiB RAM, až 48MHz, prostě dokonalost sama a hlavně..  Didaktik hadra. Do chvíle než začalo být 64k FLASH málo.

Po dlouhém hledání, uvažování a porovnávání jsem vybral už větší, výkonnější, dokonalejší, (atd.) STM32L152. Jedná se low power mikropočítač (což se v při napájení hodí), 128kiB FLASH, 32kiB RAM, ovšem už se 48 značně menšími a hůře pájitelnými nožičkami.

Během ledna a února 2017 jsem v Kicadu jsem nakreslil dokonalé schéma, v pcbnew jeste dokonalejší layout, poměřil velikosti všeho, co jsem měl k dispozici, objednal a čekal. Jakmile tišťáčky dorazily, jal jsem se objednávat součástky. Ten den bude vepsán do historie, protože milý pan Farnell, který je (L151ky) měl až do onoho rána skladem v nepřeberném množství mi volal, že již nejsou a backorder je na 6 mesíců a jestli je chci objednat (= asi vyrobit).

A nastala (hardwarová) panika, protože jsem v tu chvíli potřeboval sehnat IC, který by měl naprosto totožný footprint, který by seděl na již vyrobené a z poličky se pěkně zubící tišťáky. Naštěstí nejsou soudruzi z STM až tak úplně hlůpí, takže jsem mohl dosud neosazenou díru vyplnit (zdá se všudepřítomným) F103.

A nastala (i softwarová panika), protože F042 je architektura Cortex-M0, zatímco F103 je Cortex-M3. Takže je potřeba přepsat všechny knihovny aby správně zacházely s registry, sběrnicemi a kdoví čím ještě té či oné zpropadené architektury.  Tomu se říká dvojí naběhnutí si na widle.

Navíc je březen, začíná sezóna a na všechno je tak málo času..

První prototyp

První prototyp vznikl v dubnu 2016. Zpočátku byl postaven na mikrokontroleru ATMEGA8. Jakmile se však kód nevlezl do do paměti, musel jsem vše presunout kod na ATMEGA328 (na kterém je postaveno i Arduino) – byla to doba boje s registry časovačů, SPI a I2C, které se mezi řadou 8 a 328 celkem dost zákeřně liší, a to především v nepatrných detailech..

Dva trackery v drátované podobě s radiomoduly na dlouhých nožičkách jdou spatřit v popředí.  Čtvrtvlná drátová anténa čučí nahoru, téměř půlvnou protiváhou se stala jedna z noh. První tracker stále ještě s M8 codebase, druhý již na M328. Byl to lehce chaos, ale účel světí prostředky, nebo ne?

Ostatní klubka drátů v pozadí jsou další prototypy,  pokusy, úkroky bokem, logický analyzátor, programátory a různé spojky a propojky.

A protože vše fungovalo, bylo načase dostat tracker do letadla.

Univerzální napájení z USB kabelu zůstalo až dodnes, nicméně ostatní komponenty (kromě rádia) byly vyměněny za jiné. Především GPS modul od „pekárníka“ z Křižanova, tlakový senzor z pokusného variometru, univezální destička z tvrzeného papíru a krabička od mýdla.. byl a je to prostě prototyp 🙂 Tracker se však výtečně osvědčil  a funguje dobře a spolehlivě.

Pod kumuly, dekou i v čisté jej dnes můžete spatřit pod výsostným znakem „PK“.