Создание системы передачи данных вертолету о массе загруженных в навесное оборудование расходных материалов для Cassel Aero

Заказчик получил средство для точного учёта израсходованной селитры с точностью до килограмма. Отличительной особенностью системы является то, что она была интегрирована в уже имевшуюся аппаратуру без прокладки дополнительных кабелей согласно пожеланиям заказчика.

В один и тот же чан, подцепляемый к вертолёту, может быть закачано 725 ±20 килограммов селитры. Исходно бралась средняя масса, но это мешало заказчику вести точный учёт распыления, а также планирование размещения машин-заправщиков с селитрой по точкам. Платформа, на которой селитра перекачивается из машин в чаны, снабжена электронными весами, цель которых закрыть клапан и прекратить наполнение, когда масса превысила определённый предел. Для визуального контроля у заправщика имеется табло, на котором отображается масса в килограммах. Заказчик предложил считывать показания с этих весов, передавать их в вертолёт, а также вести учет при помощи программы, управляющей процессом распыления.

Блок весов исходно содержит цифровой выход для подключения внешних устройств. Протокол этого выхода описан в документации. Однако, сам блок расположен в нижней части платформы, в окружении нескольких слоёв металла. Передача данных в вертолёт подразумевает радиосвязь, но металл экранирует радиоволны. Класть дополнительный кабель по уже работающей платформе было неприемлемо для заказчика, поэтому пришлось подключаться в верхней части платформы, где нет штатных документированных каналов, но существует канал  для отображения цифр на табло.


При помощи осциллографа было выяснено, что табло подключено по шине I2C. При помощи логического анализатора были сняты и изучены логи, по ним был восстановлен логический протокол.

В качестве радиомодулей были взяты переходники UART-BlueTooth. Преобразователь из шины I2C в шину UART был выполнен на основе микроконтроллера AtMega8 фирмы Atmel. Кроме того, данный контроллер преобразовывал и логический протокол для более удобной передачи данных по эфиру (соединение нескольких I2C посылок в одну логическую, добавление синхропоследовательностей и контрольных сумм).

Во время работ возникла сложность: когда вертолёт будет находиться над платформой, его воздушный столб будет давить на чан и показания весов собьются. С другой стороны, необходимо было постараться исключить любые ручные операции со стороны пилота, что означало невозможность выбора им момента, когда показания актуальны, а когда искажены из-за того, что чан уже находится под воздушным столбом, и не могут быть использованы. Поэтому базовым сигналом на считывание данных был выбран факт появления радиосвязи (в это время чан уже заполнен и показания являются корректными). На случай работы вертолёта в зоне радиовидимости платформы был разработан целый ряд автоматических мер, а также на случай вмешательства как со стороны наземной группы, так и пилота (в случае, если во время сезона, когда внесение изменений в оборудование почти невозможно, выяснится, что автомат работает неверно).

Через два года эксплуатации было решено отказаться от модулей BlueTooth по двум причинам. Во-первых, при входе вертолёта в зону радиовидимости они слишком долго устанавливают связь друг с другом, вертолёт успевает подлететь и взять новый чан, что сбивает логику. Во-вторых, необходимость спаривания модулей затрудняет быструю замену вертолётов Cassel Aero и весов на платформах.

В результате анализа представленных на рынке устройств было решено не делать свой радиомодуль, а купить готовые. Выбор был остановлен на модулях HOPERF, подключаемых по шине SPI. Эти радиомодули работают в диапазоне, не требующем специальных разрешений, автоматически упаковывают данные в пакеты, снабжая преамбулой и CRC, автоматически выявляют преамбулу в эфире и собирают пакеты, проверяя CRC. Они также имеют возможность проверять силу сигнала и управлять мощностью излучения.

Так как микроконтроллеры Atmel программируются через шину SPI, первое поколение раций осталось на той же аппаратной базе, что и BlueTooth: модуль BlueTooth был изъят, а рация HOPERF была подключена к разъёму для программатора. Таким образом доработке подлежала только прошивка микроконтроллера. В дальнейшем, когда заказчик попросил сделать несколько запасных комплектов, были разработаны платы специально под модули HOPERF.

Вертолётный блок был переделан сразу: так как преобразователь BlueTooth-UART был подключён напрямую к COM-порту системы, то после перехода на рацию пришлось взять ранее разработанную схему программатора микросхем фирмы Atmel и использовать её как переходник из SPI в UART с собственной прошивкой.

Заказчик получил средство для точного учёта израсходованной селитры с точностью до килограмма. Отличительной особенностью системы является то, что она была интегрирована в уже имевшуюся аппаратуру без прокладки дополнительных кабелей согласно пожеланиям заказчика.