Boîte à outils UxV

Mon, 01 Jul 2019 00:00:00 +0000

Vue d’ensemble

La boîte à outils UxV pour Matlab/Simulink fournit des scripts Matlab et des blocs Simulink pour les drones (UAV) pour traiter le protocole MAVLink, le GPS, les récepteurs RC et les protocoles de télémétrie.

Scripts Matlab pour l’analyse des données après vol (MAVLink).
Blocs Simulink pour concevoir un pilote automatique à partir d’un modèle (prototypage rapide des commandes avec Simulink).

Ces outils de conception et d’analyse fondés sur un modèle accélèrent les allers-retours entre les essais expérimentaux et la simulation.

Scripts Matlab pour MAVLink

Trois scripts principaux permettent de décoder les messages MAVLink, de créer un modèle Simulink de simulation à partir des données enregistrées, et de générer la trace de la trajectoire sur une carte à partir des messages GPS.

Script	Entrée	Sortie	Fonction
(1) mavlink2mat	Journal Mavlink	.mat	analyse dans Matlab
(2) mavlink2simulink	Journal Mavlink	.mat / .mdl (.slx)	simulation à partir de données réelles
(3) mavlink2kml	Journal Mavlink	.kml	tracé de la ou des traces GPS sur une carte
mavlink2gui	Journal Mavlink	GUI	exploration graphique d’un journal MAVLink

Le script mavlinkgui ouvre une interface graphique (GUI) pour explorer les données MAVLink. Il liste les messages MAVLink présents dans un fichier journal et trace les {message - valeur} sélectionnés. Le script de tracé est personnalisable : l’utilisateur peut ainsi aller au-delà d’un simple tracé. L’interface donne accès aux trois scripts mentionnés ci-dessus.

Blocs Simulink

10 blocs ajoutés apportent les fonctions essentielles d’un UAV pour mettre en œuvre un pilote automatique sur un DSC dsPIC. Ces blocs complètent les blocs MPLAB pour Simulink de Microchip, qui fournissent les blocs de périphériques pour la génération de code. Ils s’appuient sur MathWorks Embedded Coder. Les fonctions ajoutées sont les suivantes :

GPS
- GPS Parser pour décoder les messages NMEA
MATH
- Quaternion to Cardan FxPt pour convertir un quaternion en angles de Cardan en virgule fixe (similaires aux angles d’Euler)
MAVLink :
- SEND (envoyer un message)
- RECEIVE (recevoir un message)
- MAVLink Data (données de points de passage)
- MAVLink Parser (décode le message d’entrée et met en œuvre les protocoles WayPoint¹ et Parameter²)
Récepteurs-Télémétrie
- S.BUS reçoit les canaux RC
- Smart Port envoie les valeurs de télémétrie
- F.Port reçoit les canaux RC + envoie la télémétrie
- Sensor for Smart.Port or F.Port définit les valeurs à envoyer par télémétrie³

À l’exception du bloc MATH, ces blocs se connectent généralement aux blocs UART Rx/Tx du dsPIC pour envoyer ou recevoir le flux de données d’un GPS, d’un récepteur ou d’une liaison radio.

Installation

Ces blocs sont développés par Lubin Kerhuel et diffusés gratuitement avec les MPLAB device blocks for Simulink de Microchip.

Installer les MPLAB Device Blocks de Microchip
Saisir pinInfo, puis cliquer sur go to Third Part Tools folder
Exécuter le script UxV_Blockset_Installer.p dans le dossier UxV_blockset.

Le protocole Way Point sert à définir et à lire des points de passage (WayPoint) depuis une station au sol compatible MAVLink. ↩︎
Le protocole Parameter règle, depuis n’importe quelle station au sol MAVLink, les paramètres ajustables de Simulink, habituellement modifiés avec l’External Mode ou lors d’une simulation Processor In the Loop (PIL). ↩︎
Le bloc Sensor for Smart.Port or F.Port s’utilise avec le bloc Smart Port ou le bloc F.Port. Ces protocoles renvoient des paquets de télémétrie vers l’interface de la radiocommande (RC). Il est ainsi possible d’émuler aisément des capteurs Frsky (tension et courant de batterie, variomètre, vitesse air, GPS) et d’ajouter des fonctions à la radiocommande. Il est également possible d’émuler la télémétrie BetaFlight. Utilisés avec un script LUA, ils ajoutent des fonctions telles que l’horizon artificiel, la vitesse air, la vitesse verticale, la distance au point de départ et d’autres fonctions (évalué avec les scripts LUA yaapu). ↩︎

bloc récepteur & télémétrie : S.BUS, Smart Port, F.Port

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Trois blocs ajoutent la prise en charge de trois protocoles présents sur les récepteurs. Un récepteur traditionnel à sortie PWM se traite directement avec le périphérique Input Capture ou Change Notification : il n’exige pas de bloc spécifique.

S.BUS, Smart Port et F.Port

S.BUS, Smart Port (également appelé S.Port) et F.Port sont trois protocoles disponibles sur les récepteurs RC FrSky et compatibles. Les trois protocoles reposent sur le périphérique UART avec des réglages différents. Chacun remplit un rôle propre :

S.BUS est un protocole unidirectionnel du récepteur vers un équipement externe, qui fournit les valeurs des canaux et le RSSI¹ (c.-à-d. la qualité de la liaison radio).
Smart Port (S.Port) est un protocole bidirectionnel. Le récepteur interroge (ping) les différents capteurs connectés et acquiert les mesures à envoyer par télémétrie à la radiocommande.
F.Port est un protocole bidirectionnel dans lequel le récepteur communique les valeurs des canaux et le RSSI, et obtient les valeurs des capteurs connectés pour les envoyer par télémétrie à la radiocommande.

Les deux protocoles bidirectionnels Smart Port et F.Port utilisent un seul fil pour Tx et Rx. La communication s’effectue en mode half duplex (semi-duplex).

Les récepteurs FrSky existent en deux variantes (modèles livrés avec le Smart Port : x4r, rx4r, x6r, s6r, rx6r, x8r, s8r, xsr, xsr-m, r-xsr …) :

S.Bus & Smart Port (d’origine), disponibles sur deux ports à trois broches distincts
F.Port disponible sur un unique port à trois broches, qui remplace le Smart Port

Un récepteur d’origine possède deux ports : S.BUS et Smart Port. Le passage à un F.Port unique s’effectue en installant un micrologiciel alternatif fourni par FrSky. Ce micrologiciel supprime le port S.BUS et convertit le Smart Port en F.Port.

Réglages UART et mise en œuvre

S.BUS, S.Port et F.Port ont des réglages UART différents, définis dans le tableau :

	Débit (baud)	Duplex	Logique	Parité	Bits de stop	Contrôle de flux
S.BUS	100000	Rx seul	3,3V inversée	paire	2	non
Smart Port	57600	Half	3,3V inversée	aucune	1	non
F.Port	115200	Half	3,3V inversée	aucune	1	non

La mise en œuvre sur dsPIC avec le bloc MPLAB pour Simulink a donné des résultats satisfaisants avec les réglages ci-dessous, définis dans le bloc UART Configuration :

	Mise en œuvre	Taille du tampon	Priorité d’interruption
S.BUS Rx	Circular Buffer	64	5
S.BUS Tx	None	-	-
Smart Port Rx	Circular Buffer	32	5
Smart Port Tx	Circular Buffer	32	6
F.Port Rx	Circular Buffer	32	5
F.Port Tx	Circular Buffer	64	5

Connexion des blocs Simulink S.BUS, Smart Port et F.Port à l’UART Rx & Tx

Les blocs S.Bus, F.Port et Smart Port xxx prennent le flux de sortie du récepteur pour en extraire les valeurs de commande envoyées par la radiocommande. Le flux d’entrée est un vecteur dont la longueur est définie par l’utilisateur. Toutes les valeurs du vecteur n’ont pas à être renseignées. Le bloc utilise le scalaire N, longueur d’entrée, pour savoir combien d’octets du vecteur d’entrée sont des valeurs reçues et doivent être traités. Le vecteur d’entrée du bloc peut recevoir des paquets de données partiels. Le paquet complet du récepteur peut être découpé dans le temps et envoyé au fur et à mesure que le MCU reçoit les valeurs ; ces blocs reconstituent le paquet avant de le traiter.

Protocole S.BUS

Configuration de l’UART :

Seul le canal Rx est utilisé, avec les paramètres suivants :

100 000 bauds/s
Logique Rx inversée (l’état de repos est le niveau bas), 3,3V
Parité paire
2 bits de stop
Pas de contrôle de flux

Rx utilise un Circular Buffer de 64 octets, avec une priorité d’interruption de 5.

Le bloc UART Rx est échantillonné à 1kHz (1ms). La taille du vecteur de sortie, réglée sur « inherited via internal rule », prend la valeur 10 (pas plus de 10 octets ne peuvent être reçus en 1 ms à 100000 bauds/s avec deux bits de stop).

Dans l’interface graphique du bloc S.BUS, on sélectionne les sorties à décoder et la mise à l’échelle de chaque canal décodé.

Interface utilisateur du bloc Simulink S.BUS

Ce bloc Simulink décode le flux d’entrée S.BUS. On choisit la mise à l’échelle de chaque canal RC de sortie.

Schéma du bloc UART Rx connecté au bloc S.BUS.

Schéma de décodage du S.BUS pour un dsPIC

Schéma de centrage et de mise à l’échelle des canaux S.BUS en sortie dans [-1000 1000]

Les valeurs brutes du S.BUS ne sont ni centrées ni mises à l’échelle par une puissance de 2.

Protocole Smart Port

Le Smart Port (S.Port) utilise un UART dont les broches Rx et Tx sont affectées à la même broche, en logique inversée (1 est le niveau haut). Un seul fil est utilisé, en communication half duplex.

Configuration de l’UART :

57600 bauds/s
Half duplex
Logique Rx et Tx inversée (l’état de repos est le niveau bas), 3,3V
Pas de parité
1 bit de stop
Pas de contrôle de flux

Mise en œuvre :

Rx utilise un Circular Buffer de 32 octets, avec une priorité d’interruption de 5.
Tx utilise un Circular Buffer de 32 octets, avec une priorité d’interruption de 6.

Le bloc Smart Port décode les entrées provenant du récepteur et des autres capteurs connectés au bus à un seul fil.

Si une trame de capteur est reçue, elle est décodée et les valeurs sont disponibles en sortie du bloc.

Lorsqu’une requête du récepteur pour un identifiant de capteur est reçue et que cet identifiant est défini dans l’un des blocs Sensor du modèle, le bloc Smart Port génère la trame du capteur avec les dernières valeurs définies dans le bloc Sensor. Le message est envoyé par un bloc UART Tx.

Protocole F.Port

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