Onderwerp: Bluetooth Autopilot App - Video

Afgelopen lente hebben wij onze eerste boot gekocht en een van de eerste projecten was een stuurautomaat maken. Onze boot heeft een Hydraulisch stuursysteem, waarvoor de kosten wel wat hoog werden.

Afhankelijk begon ik met PyPilot/openplotter maar was geen out-of-the-box fit. Aangezien ik toch moest programeren, dan maar helemaal zelf. Ik ging zelf aan de slag met de soldeerbout maar merkte dat ik meer tijd bezig was met de hardware fixxen dan de code te schrijven. Ik had toen tijdelijk een telefoon app gemaakt die de compass+gyro van de telefoon gebruikt om dit door te geven aan de ESP32. Later besloot ik de ESP32 niets meer te laten doen behalve een bluetooth commando ontvangen hoe de motor aan te sturen. Het was immers veel gemakkelijker de telefoon app te updaten dan de ESP32.

De voordelen van de telefoon wil ik nog meer gaan benutten. Het eerste wat ik ga doen is het beter kunnen tweaken van de control parameters en deze kunnen opslaan als profielen. Daarna wil ik gaan werken met sturen op basis van GPS input. Vervolgens is het een makkelijke stap om op een kaart je bestemming/route te selecteren en de boot deze vervolgens te laten volgen.

Waarschijnlijk zijn er nog meer nog meer dingen te verzinnen wat je makkelijk in de app zou kunnen stoppen, hier ben ik vooral benieuwd naar jullie input. Natuurlijk kent de telefoon ook tekortkomingen ten opzichte van traditionele autopilots. Waarschijnlijk gaan jullie daar over beginnen, maar dat voegt niet zo veel toe want dat weet iedereen wel.


Broncode esp32: github.com/pieteroskam/autopilot
Android app: play.google.com/apps/testing/c...iltactical.autopilot (nog niet beschikbaar)

Wat uniek; leuk dat je dit deelt! Dus je gebruikt de IMU van je smartphone en hebt daarin ook het stuuralgorithme gebouwd? Voor het eerst dat ik dat zie, maar klinkt heel logisch eigenlijk

Waarom BLE en geen WiFi?

Kun je de pypilot code niet 1:1 naar jouw omgeving overzetten? Daar zitten wat handige trucks in om, als je straks onregelmatig beschikbare NMEA data gaat gebruiken (wind bv), tussen deze samples door te interpoleren op basis van continue beschikbare data uit je telefoon.

Pypilot doet ook PID, maar heeft nog DD (hoekversnelling) en PR (wortel uit koersfout)

Qua telefoon: wordt het kompas daarin verstoord wanneer deze wel/niet geladen wordt? Sowiezo is een vaste positie op de boot nodig; paar klemmetjes ergens?

Ik weet niet wat een smartphone doet met z’n kompascalibratie; als die telkens verandert wanneer je met die telefoon op stap bent (ik weet of dat zo is…), moet je daar iets mee doen; calibratieprofiel “boot” opslaan oid? Mss geen issue hoor!

Nachtvlinder schreef : Klopt helemaal. IMU en PID controller zitten in de smartphone
Nachtvlinder schreef : BLE is meer gericht op device<>device en wifi niet. Het maakt in principe niet uit welke methode aangezien ze beide net zo betrouwbaar zijn. Voordeel van Bluetooth is low power en je kan telefoon nog in een wifi netwerk hangen, om bijvoorbeeld de google maps kaarten zometeen te kunnen downloaden. Je kan ook de wifi gebruiken voor data van een multiplexer oid.

Nachtvlinder schreef :
Nee, de taal van Pypilot is deels C++ e deels phyton. Beide talen die je niet in apps gebruikt. De app is nu gemaakt met Flutter waardoor het werkt op Android en IPhone. Ik heb zelf geen windmeter aan boord. Ik heb de code van Sean (pypilot) wel aandachtig bekeken maar wel mijn eigen interpretatie gedaan. Zo zijn mijn gains bijvoorbeeld getallen tussen 0 en 100 en niet van 0.1 tot 0.001. Ik heb P,I,D, DD. ik ga de overige wel toevoegen want dat is heel weinig werk en met gain 0 staan ze uit.

De redenering waarom PR gebruikt wordt snap ik niet helemaal. Ik zou juist het tegenovergestelde doen. de koersfout in het kwadraat. Bij grotere afwijkingen, gaat de PID controller meer corrigeren.
Nachtvlinder schreef : Door laden wordt het kompas niet verstoord, wel door ijzeren objecten in de buurt, zoals mijn koffiemok, telefoon of handheld VHF. Dit gebeurt pas als die objecten praktisch naast de telefoon liggen. Ik ga wel een houder maken. De app werkt nu zo dat onafhankelijk van de oriëntatie van de telefoon het compass + gyro goed blijft werken. Het compass van de telefoon is stabieler dan de pypilot en veel makkelijker te kalibreren. Kalibratie is geen issue op android, dat gaat op de achtergrond. Uiteindelijk ga ik GPS gebruiken, dus dan heb ik hier geen last van. Door sensor fusion te gebruiken met de Gyro krijg je alsnog een zeer nauwkeurige en responsieve koers op basis van GPS.

Goed bezig Pieter!

Interessant!

Erg gaaf initiatief met mooie resultaten! Wat zit er tussen je esp32 en je drive - dat kastje dat in het filmpje zichtbaar is? De broncode van de esp32 suggereert dat het een oude versie is waar je nog een IMU, display en knoppen aan je esp32 had hangen. Ga je de android code ook nog delen?

Als je de pypilot code hebt bestudeerd dan zitten daar genoeg aanwijzingen in. Ik zou op wifi een listener implementeren waar je wind, gps en apb berichten heen kunt sturen, zodat je navenante modi kunt selecteren. Voor de performance op alle koersen is deviatiecorrectie voor helling en pitch toch wel nodig; ik denk niet dat dat ingebouwd zit in de smart phone stack.

De PR gain ("nog effe niet stoppen") is wel degelijk logisch, omdat het doorstuurt tot dichtbij de gewenste koers; met een kwadraat van de error_angle zou hij te vroeg stoppen met corrigeren en zouden de laatste ugh graden te lang duren.

ironman schreef : Een dual H brdige motor driver. de motor driver stuurt een hydrauliek pomp aan. Dat is het oude kastje waarin in het scherm en de knoppen had. Heb hier ook wel wel video's van. De broncode werkt nu zo dat je hem met je telefoon kan bedienen maar ook met knoppen en een intern kompas.
ironman schreef : Nee, dit heb ik eerder wel gedaan van apps. Kost mij te veel tijd voor vragen en issues. Diverse apps heb ik inmiddels betaald gemaakt, want zonder inkomsten het allemaal onderhouden is het niet waard. Als jonge vader van 2 kinderen en een baan is het niet te doen. Ik wil ook af en toe nog zeilen
ironman schreef : Ga ik maken, ik heb dit zelf nu niet aan boord dus zal dit niet snel maken. Ik heb alleen een nmea GPS aan boord voor de marifoon. Op wind sturen lijkt mij voor aan de windse koersen wel fijn. Alleen die krengen zijn zo duur. Als je bijvoorbeeld iets weet waardoor ik die wifi data zou kunnen simuleren, dan is het wel goed te ontwikkelen.
ironman schreef : Het Compass wat ik nu in de telefoon heb corrigeert voor helling en pitch, dit werkt heel goed. Het was inderdaad niet standaard. Het belangrijkste element voor de autopilot is een gyroscoop die corrigeert voor helling en pitch, dit werkt ook goed.
ironman schreef : Ik ga alle PyPilot dingen er in zetten en de gebruikers kunnen dan zelf tweaken en profielen opslaan. Mijn autopilot werkt toch iets anders waardoor die mooi geleidelijk naar de ingestelde koers beweegt zonder overshoot.

Pieter Oskam schreef :
Misschien heb je hier wat aan github.com/marcobergman/ais_si...tion#wind-simulation

geweldig knap zeg! petje af hoor ! wel érg cool dat je dat kan hoor !

Gaaf project! Heb je toevallig ook een andere autopilot aan boord zodat je kan vergelijken? Ben wel benieuwd wat het verschil in stuurgelag is met bijvoorbeeld een rasmarine stuurautomaat.
Interessant idee om een telefoon te gebruiken voor het rekenwerk, dan blijft er voor het boord deel eigenlijk alleen de aan-uit schakelaar over.

HotSnail schreef :
Helaas geen andere pilot, maar anders was ik hier ook niet aan begonnen. Ik heb zelf in de afgelopen 3 jaar wel 3x een week gevaren met een boot met stuurautomaat. Ik merkte dat hoe groter de boot hoe fijner die stuurautomaten werken.

Ikzelf heb een catamaran, wat totaal niet representatief is voor de andere 99% van de boten. Opzich wil ik wel wat modules versturen naar andere zeilers als ze geïnteresseerd zijn. De kostprijs aan materiaal is slechts 10 euro. Je kan de controller parallel zetten aan je bestaande stuurautomaat. De enige voorwaarde is, is dat je niet 2 stuurautomaten tegelijk aan hebt staan.

Ik kan er wel een printplaatje voor ontwerpen pieter. Kunnen we het ook wat robuuster maken.

Ik vind het installatie technisch toch de eenvoud zelf.

Pieter, heb je soms ook foto's van de overige hardware, zoals de bridge met de pomp?
Ik neem aan dat de 5 draden + en - zijn en Links en rechts met massa?

Leuk dit! Tijd terug ook zelf een autopilot gebouwd. Maar daar is nog wat ruimte voor verbetering. Helaas ben ik daar al een tijd niet aan toegekomen. Zo te zien heb ik dezelfde componenten gebruikt (esp32 en een hbridge en een oude autohelm wheel drive). Wil deze opzet wel een keer testen. Leuk als dat zou kunnen.

arneh schreef :
Welke of wat voor Hbridge heb je gebruikt? Ik wil dat ook gaan doen met een (oude) wheeldrive.
Die laatste zoek ik nog.

In mijn laatste opzet heb ik een cytron md10c r3 gebruikt, werkt goed. Maar eerder ook succes gehad met een bts7960 van AliExpress zoeken op IBT-2.

arneh schreef : Tuurlijk kan dat.

esp32 code staat op github. De app wordt hopelijk goedgekeurd door Google binnenkort. Meer heb je in principe niet nodig.
Calidris schreef : Speciaal voor jou een video gemaakt. Dat kastje had allemaal extra draadjes voor zaken die ik nu niet meer gebruik. Naar de ESP32 lopen 3 draden naar de motor driver. Links, rechts en current draw.
Roozeblij schreef : Dat zou heel gaaf zijn. Ik zal nog wel iets door ontwikkelen. Ik denk aan een 12v->5v (of 3.3v) voor de ESP op de printplaat.
Inputs die nog extra moeten komen:
Clutch pin om een ander type stuurautomaat te kunnen ontkoppelen. moet 12volt signaal zijn denk ik dus komt er een relay/mosfet bij.
current draw moet met een voltage divider en een condensator. Ik gebruik het nu niet maar wil dit graag. ik heb geen condensators liggen. Ik heb nu een digital filter op de current draw zitten.
input voor een roerstandgever. Dit is volgens mij vaak een ohmse weerstand?? dus dan weer een voltage divider?

Ik ben absoluut geen expert met printplaten

Pieter Oskam schreef :
Aha, een "Double BTS7960 43A H-bridge", da's mooi.

@jCalidris: verouderd en niet leverbaar..
Deze is dan beter: www.digikey.nl/nl/products/det...emi/FDMF3035/5209195
of deze : www.digikey.nl/nl/products/det...533CD-T1-GE3/6708935

@Pieter, ik heb verschillende projecten gedaan met de Wrover.
Deze is overigens wel leverbaar en ook nog erg goedkoop.

Niets inhoudelijks toe te voegen, maar hele leuke ontwikkeling dit!

@roozeblij dat zijn goede tips. Zelf ook al wel een een pcb geprobeerd te ontwerpen maar liep onder ander vast op selectie van geschikte h-bridge / motor driver. Heb dan ook weinig ervaring met het ontwerpen van pcbs. Maar als je misschien iets ontwerpt ook een imu toevoegen. Zelf goede ervaringen met een bno080 van Bosch. Maar die is ook niet leverbaar. Weet je daar nog een goed alternatief voor?

IMU deze bijvoorbeeld: www.digikey.nl/nl/products/det...nse/MPU-6500/4385412

Er zijn nog wel anderen. Probleem met sommige van de chips is wel dat deze pads zo verrekte klein zijn.Bij bosch bijvoorbeeld 0.2 x0.25 mm met 0.4 mm pitch... En na assemblage zijn ze niet meer te bereiken. Die van de link is goed te solderen.

en dan moet je een oplossing zoeken voor correctie tegen meetfouten door de beweging van de boot. Wellicht twee 180 graden gedraaid tegen mekaar inzetten?

dus ja er is wel wat leuks te ontwerpen.

Puntje is wel dat je moet rekenen met print productie kosten. Dat betreft dan de printplaat en de pasta stencil.
Je moet altijd wel rekeken op minimaal 300 euro. Of je er dan 2 of 10 maakt dan niet echt uit. Hoe meer hoe goedkoper uiteraard.

Met de MPU92500 heb ik ervaring. Deze MPU9250 werd eerder ook gebruikt in Pypilot en zit nog steeds op de mortesier hat van openplotter volgens mij. Het kalibreren van dit ding was voor mij een crime. En soms kon ik hem niet meer vinden over de I2C... Maar dit waren ook imitatie MPU9250's geloof ik. De MPU9250 werkt wel goed, ook enkelvoudig. Compenseren voor bootbewegingen is wel gelukt voor zowel de magnetometer als gyro.

Het grootste nadeel van de telefoon IMU gebruiken is natuurlijk dat je telefoon stil moet liggen, dat los je op met een interne MPU. Ik weet alleen niet in hoeverre de motor driver de magnetometer verstoort. In dat geval zit je al weer vast aan 2 kastjes.

Wat is jullie visie dan, een IMU er op en wel de telefoon altijd gebruiken voor het scherm en bediening? een Behuizing maken die waterdicht is met knoppen en er gelikt uit ziet is best prijzig en kent heel veel uitdagingen. Ik zou best eens willen proberen of hier genoeg interesse in is en te verkopen. Voordeel van de telefoon als bediening is dat je met weinig moeite/kosten toch een gelikte interface kan maken.



De wrover lijkt me prima om te gebruiken overigens. Het enige waar ik tegenaan liep bij de ESP32 was de memory. Ik had eerst OTA wifi updates, maar na het toevoegen van BLE werd de sketch te groot. Dit was aanleiding om simpelweg alles op de telefoon te doen zodat de ESP32 niet meer geüpdatet hoefde te worden.

De Wrover zijn voordeel is de prijs. Voor de rest is hij vrij beperkt vind ik, qua I/O en ook nog een vrij hoog stroomverbruik.

De Bluetooth heb ik nog niet gebruikt. wel de wifi, als browser voor software updates en instellingen van de embedded microcontroller die ernaast lag op de print. dat gaat allemaal erg goed en is simpel te integreren.

en die gelikte interface, sja, daar kan je ook over discussieren.
Als je het dan over een kleurenlcd als de multiview hebt wordt dat inderdaad vrij duur. en water is erg dun. Kan alleen maar uit als je 1000 kastjes of meer maakt. (Ben toevallig net bezig met spuitgiet kastjes voor een project. En daar zit nog geen acrylaat venster in.) Niet te doen dus.

Je kan een waterdicht kastje kopen en die dan gaan frezen, en er een membraanfolie voor doen. Dan zit je met een duur kastje, en een 2 a 3 duizend aan kosten voor een de folie. ( met lcd venster en weer bestendig)
Maar het ziet er dan al gauw er achterhaald uit, vind ik.

Een andere prio kan zijn het stroomverbruik te verlagen, wat bij velen toch wel belangrijk is.
Dan moet je eigenlijk naar een monochoom lcd. Of zelfs een epaper. Als je toch niet zovaak een update doet is dat best low power. En buiten goed leesbaar...

Je kan ook het hele GUI opgeven en gewoon een paar knoppen en een paar leds in een behuizing zetten.
Dan is het al snel waterdicht, goedkoop en functioneel. en goed voor lage aantallen. Maar dan ziet het er niet zo flitsend uit natuurlijk.

smartphone zou dan weer niet mijn voorkeur hebben. Maar misschien is dat omdat ik het niet geprobeerd heb.

Ik zou voor de doosje met knoppen en leds gaan denk ik. Zo gebruik ik mijn raymarine in feite ook.

Display kijk ik eigenlijk nooit naar. Gebruik alleen de STANDBY, AUTO en + / - 1 en 10 knoppen. Kan ik met ogen dicht bedienen.
Wat overigens regelmatig gebeurt, als ik binnen zit en even m'n hand naar buiten schuif om te corrigeren.

De eenvoud van de opzet met de telefoon als brain en verder enkel een esp met motor driver spreekt me erg aan. Hoe eenvoudiger hoe beter meestal.

Maar als je toch een custom pcb ontwikkeld is een imu misschien niet gek. Een oplossing ala cptautopilot.com/ lijkt me ook best handig.

Een nrf52 is misschien ook een optie ipv van de esp32. Dacht dat die iets zuiniger is. Recent wat ervaring met het bestellen bij jlcpcb, 2 bestukte pcbs voor onder de 200e. Voor hobby nog te doen. Leveren trouwens ook mooie 3d prints voor een redelijke prijs.