CrazyFlie, il più piccolo quadricottero al mondo

Con il circuito stampato sfruttato come struttura portante e con i quattro bracci realizzati nello stesso modo, CrazyFlie è probabilmente il più piccolo quadricottero al mondo. Lo hanno realizzato i progettisti della svedese Daedalus Projects, controllata dalla società di consulenza Epsilon.
CrazyFlie pesa appena 20 grammi, misura 12×12 cm ed ha un’autonomia di circa 5 minuti: alcuni giorni fa sono stati presentati i dettagli del progetto ed un video nel quale si vede il modello volare all’interno del laboratorio del team svedese.
Ecco il video che mostra il prototipo in volo:

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Come evidenziato nello schema a blocchi, il progetto utilizza le seguenti risorse:
• CPU STM32 Cortex-M3 a 64 MHz
• accelerometro a 3 assi
• Giroscopio X Y Z
• RTX 2,4GHz della Nordic (nRF24L01)
• Motori e batterie X-Twin della Silverlit

La CPU acquisisce i dati provenienti dai giroscopi e dall’accelerometro e provvede a mantenere stabile il volo del quadricottero regolando opportunamente la velocità dei quattro motori. Il sistema è in grado di leggere i dati provenienti dai sensori 250 volte ogni secondo e provvedere alla variazione degli impulsi PWM che controllano i motori; nel contempo la CPU comunica anche col ricetrasmettitore a 2,4 GHz utilizzato per la telemetria e per il controllo remoto.
Il software utilizzato per sviluppare il progetto si basa su Windows e su Linux; due dei tre progettisti hanno lavorato con Linux, il terzo con Windows. L’impiego di software Open Source ha reso più semplice il progetto: come compiler è stato utilizzato CodeSourcery, GNU Make per utilizzare al meglio le risorse e Mercurial per il codice e per l’interfaccia USB, programmi che, girando sia sotto Windows che Linux, hanno reso più agevole lo sviluppo.

La parte superiore della scheda contiene la CPU, i sensori e la scheda di comunicazione a 2,4 GHz:
– il connettore seriale permette di programmare e debuggare il microcontrollore;
– la CPU STM32 Cortex-M3 si trova al centro della scheda ed utilizza un clock a 64 MHz con oscillatore interno;
– il giroscopio a due assi (X-Y) è un modello IDG500 della InvenSense con uscita analogica che è connesso ad un ingresso ADC della CPU;
– il giroscopio a un asse (Z) è un modello ISZ500, sempre della InvenSense e sempre connesso ad una porta ADC della CPU;
– il ricetrasmettitore a 2,4 GHz utilizza una scheda SparkFun che si basa sul chip Nordic Semiconductor nRF24L01e che comunica con la CPU tramite una porta SPI;
– l’accelerometro a tre assi è un SMB380 della Bosch che comunica con la CPU tramite un bus I²C.
La piccola batteria LIPO da 3,7V 110mAh montata nella parte inferiore è stata recuperata da un modello X-Twin della Silverlit (società specializzata in micro modelli volanti) ed attualmente consente un’autonomia di 4 minuti e mezzo.
Sotto la basetta c’è quella che possiamo considerare l’elettronica di potenza del quadricottero:
– il connettore al quale vanno applicati i 5V utilizzati per la ricarica;
– il selettore col quale è possibile scegliere se alimentare il quadricottero con la tensione esterna o con quella fornita dalla batteria;
– l’alimentatore step-up che consente di ottenere i 5V partendo dalla tensione, più bassa, della batteria;
– due regolatori lineari che consentono di ottenere le due tensioni a 3,3 volt che alimentano, separatamente, la sezione digitale e quella analogica dell’elettronica. Le due differenti linee sono necessarie per evitare che all’elettronica analogica (tipicamente ai giroscopi) giungano i disturbi provenienti dalla sezione digitale;
– quattro transistor che controllano i motori. Le alimentazioni di potenza vengono fatte passare sopra e sotto i bracci che sorreggono i motori.
A fianco dei due regolatori lineari a 3,3 volt abbiamo anche un chip MAX1555 che ha il compito di controllare la carica della batteria LIPO.

Il circuito di step-up consente di ottenere una tensione più stabile anche quando la batteria è quasi scarica e di ridurre il rumore introdotto dai motori. Quasi sicuramente nelle successive versioni questo stadio sarà eliminato e verranno utilizzati dei regolatori lineari a 2,8 volt.
Per quanto riguarda motori e eliche, anche queste provengono da alcuni modelli dalla linea X-Twin della Silverlit.
http://www.daedalus.nu/