Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:prj2026:atoader:stefan.oprea1711 [2026/05/17 01:04]
stefan.oprea1711 [Jurnal]
+++ pm:prj2026:atoader:stefan.oprea1711 [2026/05/24 23:12] (current)
stefan.oprea1711 [Software]
@@ Line 93: / Line 93: @@
 Direcția de rotație a fiecărui motor este setată o singură dată la inițializare prin pinii de direcție ai driverelor MX1616H, nu prin PWM. Algoritmul PID modifică doar viteza (registrele OCR), nu și direcția — motoarele brushed pe o dronă nu își inversează sensul în zbor normal.
-===== Software Design =====
+==== Software ====
+Am implementat mai multe functionalitati pentru drona si pentru sistemul de control radio.
-<note tip>
+=== Drona ===
-Descrierea codului aplicaţiei (firmware):
-  * mediu de dezvoltare (if any) (e.g. AVR Studio, CodeVisionAVR)
-  * librării şi surse 3rd-party (e.g. Procyon AVRlib)
-  * algoritmi şi structuri pe care plănuiţi să le implementaţi
-  * (etapa 3) surse şi funcţii implementate
-</note>
-===== Rezultate Obţinute =====
+  * drona detecteaza inclinarea in timp real prin intermediul senzorului MPU6050 si corecteaza automat pozitia prin controlul individual al celor 4 motoare
+  * la pornire, motoarele cresc viteza proportional de la 0 la valorile de hover (227/235/245/255) astfel incat drona sa ramana echilibrata pe toata durata accelerarii
+  * daca drona primeste comanda 'x', toate motoarele sunt oprite imediat indiferent de starea curenta
+  * sistemul de control ruleaza la 100Hz (o iteratie la fiecare 10ms), asigurand corectii rapide ale pozitiei
+  * fiecare motor are un trim hardware individual care compenseaza diferentele fizice dintre motoare
-<note tip>
+=== Telecomanda ===
-Care au fost rezultatele obţinute în urma realizării proiectului vostru.
-</note>
+  * telecomanda trimite comenzi prin NRF24L01 catre drona sub forma de caractere individuale
+  * comanda 'm' declanseaza calibrarea MPU6050 (500 de esantioane) dupa care drona este gata de zbor
+  * comenzile 'k' si 'j' cresc sau scad throttle-ul in trepte de 4 unitati
+  * comenzile 'w', 'a', 's', 'd' aplica un trim directional pe motoare cu revenire automata la pozitia neutra dupa 200ms de la ultima comanda directionala
+  * comanda 'x' opreste imediat toate motoarele si reseteaza throttle-ul la 0
+=== Biblioteci si Headere folosite ===
+  * **Wire.h** - biblioteca Arduino folosita pentru initializarea comunicatiei I2C cu senzorul MPU6050
+  * **SPI.h** - biblioteca Arduino folosita pentru comunicatia SPI cu modulul radio NRF24L01
+  * **nrf24/RF24** - biblioteca clasica folosita pentru initializarea, trimiterea si receptia de informatii prin modulul radio NRF24L01
+  * **jrowberg/MPU6050** - biblioteca folosita pentru initializarea senzorului inertial si citirea datelor brute de acceleratie si giroscop prin getMotion6()
+  * **stdint.h** - folosita pentru tipuri de date cu dimensiunea in biti specificata (ex: int32_t, uint8_t)
+  * **avr/interrupt.h** - folosita pentru definirea ISR-urilor si controlul intreruperilor hardware
+=== Element inedit ===
+Drona foloseste un controler PID implementat exclusiv cu aritmetica in virgula fixa (fixed-point integer), eliminand complet operatiile float din bucla de control. Pe ATmega328P, care nu dispune de FPU hardware, fiecare operatie float consuma 20-100 de cicli de ceas, in timp ce operatiile pe int32_t consuma 2-4 cicli. Aceasta optimizare permite rularea buclei de control la 100Hz in loc de 20Hz, imbunatatind semnificativ stabilitatea dronei.
+O alta noutate fata de implementarile clasice este rampa proportionala la pornire: fiecare motor porneste de la o valoare mica si creste cu o rata diferita, calculata astfel incat toate cele 4 motoare sa ajunga la valoarea lor de hover exact simultan, mentinand drona echilibrata pe toata durata accelerarii.
+=== Functionalitati din laborator ===
+  * folosesc Timer2 in mod CTC cu prescaler 64 pentru a genera o intrerupere la fiecare 1ms, implementand un systick global folosit pentru masurarea intervalului dintre iteratiile buclei de control
+  * PWM-ul motoarelor este implementat manual folosind Timer0 (Fast PWM 8-bit pe OCR0A si OCR0B) si Timer1 (Fast PWM 8-bit pe OCR1AL si OCR1BL)
+  * directia de rotatie a fiecarui motor (CW/CCW) este setata direct prin registrii DDR si PORT la nivel hardware
+  * modulele folosite comunica prin SPI (NRF24L01) si I2C (MPU6050)
+  * dt-ul real dintre iteratii este masurat folosind contorul incrementat de ISR, astfel PID-ul este precis chiar daca bucla variaza ca durata
+=== Scheletul proiectului ===
+Proiectul este structurat pe 4 niveluri: main.cpp gestioneaza bucla principala, comenzile radio si masurarea timpului; Drone.cpp orchestreaza logica de zbor, mixarea motoarelor si apelul PID; Engine.cpp abstractizeaza fiecare motor individual cu suport pentru directii diferite de rotatie; PID.cpp implementeaza controlul in feedback cu termenii P, I si D.
+Interactiunea dintre module: ISR-ul Timer2 incrementeaza un contor la fiecare 1ms; bucla principala verifica daca au trecut 10ms si apeleaza computeAngles() urmat de stabilize(); stabilize() ruleaza PID pentru roll si pitch, aplica trimurile hardware si trimite valorile finale la fiecare motor prin setSpeed().
+Mai multe detalii sunt disponibile in codul sursa al proiectului.
+=== Demo video ===
+Un scurt demo in care prezint functionalitatile proiectului.
+{{https://youtube.com/shorts/7ig5vDZfT6g?feature=share}}
+=== Calibrare senzoristica ===
+  * pentru a obtine valori precise de roll si pitch, se realizeaza o calibrare automata la pornire prin medierea a 500 de esantioane cu drona complet nemiscata pe o suprafata plana; valorile mediate reprezinta offset-ul sistematic al senzorului si sunt scazute din toate masuratorile ulterioare
+  * pe axa az se scade suplimentar valoarea de 1.0f reprezentand acceleratia gravitationala, astfel incat axa verticala sa fie referentiata corect
+  * filtrul complementar combina giroscopul (98%) cu accelerometrul (2%) pentru a elimina drift-ul pe termen lung al giroscopului si zgomotul accelerometrului
+  * antenele NRF24L01 sunt initializate in modul RF24_PA_LOW pentru a reduce consumul si interferentele la distante scurte de test
+=== Optimizari ===
+  * PID-ul foloseste exclusiv aritmetica int32_t cu gainuri scalate cu factorul 100, eliminand toate operatiile float din bucla critica de control
+  * filtrul complementar foloseste aproximarea ay/az in loc de atan2() si sqrt(), eliminand functiile transcendentale costisitoare pe AVR
+  * derivata PID este calculata pe masurare si nu pe eroare, prevenind spike-urile la schimbarea brusca a setpoint-ului
+  * integratorului i se aplica anti-windup prin limitare la +/-5000, prevenind acumularea excesiva cand motoarele sunt saturate
+  * trimurile hardware per motor sunt aplicate inaintea corectiei PID, astfel incat PID-ul opereaza in jurul unui punct de echilibru real si nu trebuie sa compenseze dezechilibre mecanice
+===== Rezultate Obtinute =====
+Am obtinut o drona capabila sa decoleze si sa zboare controlata prin comenzi radio, cu un sistem de corectie in timp real bazat pe datele furnizate de senzorul inertial MPU6050. Comunicatia radio functioneaza stabil, motoarele raspund corect la comenzi iar filtrul complementar produce valori corecte de roll si pitch validate prin Serial.
+Nu am reusit sa finalizez calibrarea gainurilor PID pentru un zbor complet stabil. PID tuning-ul este un proces dificil in absenta unei structuri rigide de testare: fara un cadru care sa tina drona pe loc si sa permita observarea comportamentului la fiecare modificare de gain, este aproape imposibil sa izolezi efectul unui singur parametru. Principalele bottleneck-uri intampinate au fost: motoarele nu sunt identice si introduc dezechilibre greu de compensat doar software, vibratiile motoarelor introduc zgomot in datele IMU afectand termenul D al PID-ului, iar fiecare test necesita resetarea intregului sistem ceea ce ingreuneaza iteratia rapida asupra gainurilor.
+Implementarea software actuala este functionala ca platforma, iar o posibila imbunatatire ar putea aduce un zbor complet autonom stabil. As putea spune ca am creat o platforma hardware capabila care ar putea fi extinsa cu filtre mai avansate (ex. Kalman), autotunare PID sau chiar control de altitudine prin barometru, daca s-ar investi timp suplimentar in calibrare si testare.
 ===== Concluzii =====
-===== Download =====
+Proiectul a fost foarte antrenant si am invatat foarte multe lucruri noi pe parcursul acestuia. A fost prima mea experienta cu constructia unui sistem embedded complex cu mai multe module care interactioneaza in timp real, dar si prima incercare de a implementa un controler PID pe hardware real, unde am realizat ca diferenta dintre teorie si practica este semnificativa.
-<note warning>
+Timpul a fost destul de limitat, iar PID tuning-ul s-a dovedit a fi cel mai mare obstacol al proiectului. Fara o structura de testare dedicata si fara motoare identice, gasirea gainurilor corecte devine un proces iterativ foarte lent. Daca as relua proiectul, as investi mai mult timp in alegerea unor motoare mai bine matchuite si as construi un cadru de testare fix inainte de a incerca primul zbor liber.
-O arhivă (sau mai multe dacă este cazul) cu fişierele obţinute în urma realizării proiectului: surse, scheme, etc. Un fişier README, un ChangeLog, un script de compilare şi copiere automată pe uC crează întotdeauna o impresie bună ;-).
+In ciuda faptului ca nu am atins zborul complet stabil, consider ca am construit o platforma hardware si software solida, pe care o inteleg in profunzime, si care poate fi imbunatatita in continuare.
+===== Download =====
-Fişierele se încarcă pe wiki folosind facilitatea **Add Images or other files**. Namespace-ul în care se încarcă fişierele este de tipul **:pm:prj20??:c?** sau **:pm:prj20??:c?:nume_student** (dacă este cazul). **Exemplu:** Dumitru Alin, 331CC -> **:pm:prj2009:cc:dumitru_alin**.
+GitHub Repo: [[https://github.com/stefan18-ux/Drone]]
-</note>
 ===== Jurnal =====