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UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS (ICAI)
MANDOS DE VUELO PARA SIMULADOR DE HELICÓPTERO
Autor: Luis Javier Isasi Guerrero
Directores: Sadot Alexandres Fernández, Daniel Muñoz Frías
Madrid Julio 2014
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS Luis Javier Isasi Guerrero
Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Autorización
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Autorizada la entrega del proyecto del alumno:
Luis Javier Isasi Guerrero
EL DIRECTOR DEL PROYECTO
Sadot Alexandres Fernández
Firmado: Fecha: 21/07/2014
Visto Bueno del Coordinador de Proyectos
Álvaro Sánchez Miralles
Firmado: …………………. Fecha: 22/07/ 2014
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Autorización
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AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN ACCESO
ABIERTO ( RESTRINGIDO) DE DOCUMENTACIÓN
1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma.
El autor D. LUIS JAVIER ISASI GUERRERO , como ALUMNO de la UNIVERSIDAD PONTIFICIA
COMILLAS (ICAI), DECLARA
que es el titular de los derechos de propiedad intelectual, objeto de la presente cesión, en
relación con la obra MANDOS DE VUELO PARA SIMULADOR DE HELICÓPTERO, Proyecto de Fin
de Grado1, que ésta es una obra original, y que ostenta la condición de autor en el sentido que
otorga la Ley de Propiedad Intelectual como titular único o cotitular de la obra.
En caso de ser cotitular, el autor (firmante) declara asimismo que cuenta con el consentimiento
de los restantes titulares para hacer la presente cesión. En caso de previa cesión a terceros de
derechos de explotación de la obra, el autor declara que tiene la oportuna autorización de dichos
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derechos en la forma prevista en la presente cesión y así lo acredita.
2º. Objeto y fines de la cesión.
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más adelante se detallan) por todos los usuarios del repositorio y del portal e-ciencia, el autor
CEDE a la Universidad Pontificia Comillas de forma gratuita y no exclusiva, por el máximo plazo
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a los únicos efectos de lo dispuesto en la letra (a) del apartado siguiente.
3º. Condiciones de la cesión.
Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesión de
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otro trabajo que deba ser objeto de evaluación académica
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como incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e incorporar “marcas de agua” o
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accesible de modo libre y gratuito a través de internet.2
(d) Distribuir copias electrónicas de la obra a los usuarios en un soporte digital. 3
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por medio de su registro en el Repositorio Institucional tiene derecho a:
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cualquier medio.
c) Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada. A tal fin deberá ponerse
en contacto con el vicerrector/a de investigación (curiarte@rec.upcomillas.es).
d) Autorizar expresamente a COMILLAS para, en su caso, realizar los trámites necesarios para la
obtención del ISBN.
2 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría redactado
en los siguientes términos:
(c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo institucional,
accesible de modo restringido, en los términos previstos en el Reglamento del Repositorio
Institucional
3 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría
eliminado.
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d) Recibir notificación fehaciente de cualquier reclamación que puedan formular terceras
personas en relación con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos de
propiedad intelectual sobre ella.
5º. Deberes del autor.
El autor se compromete a:
a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningún
derecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual o cualquier otro.
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intereses a causa de la cesión.
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6º. Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional.
La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y respetuoso
con los derechos del autor, según lo permitido por la legislación aplicable, y con fines de estudio,
investigación, o cualquier otro fin lícito. Con dicha finalidad, la Universidad asume los siguientes
deberes y se reserva las siguientes facultades:
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de las obras no conforme con la legislación vigente. El uso posterior, más allá de la copia
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del autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados del
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Universidad por las formas no ajustadas a la legislación vigente en que los usuarios hagan uso
de las obras.
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- La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra en un futuro.
b) Derechos que se reserva el Repositorio institucional respecto de las obras en él registradas:
- retirar la obra, previa notificación al autor, en supuestos suficientemente justificados, o en caso
de reclamaciones de terceros.
Madrid, a 21 de Julio de 2014.
ACEPTA
Firmado
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Resumen
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Resumen del Proyecto
MANDOS DE VUELO PARA SIMULADOR DE HELICÓPTERO
Autor: Isasi Guerrero, Luis Javier.
Directores: Alexandres Fernández, Sadot. Muñoz Frías, Daniel.
Entidad Colaboradora: Simloc Research S. L.
El proyecto presentado a continuación trata sobre el diseño de unos mandos de vuelo de tipo joystick
y se basa en un dispositivo microcontrolador PIC que responde a las características de vuelo de un
helicóptero.
Introducción
La entidad colaboradora de este proyecto ofrece horas de vuelo en simuladores. El objetivo de este
proyecto es comenzar con el diseño y la construcción de los mandos de un simulador de helicóptero
Eurocopter EC-135.
La oferta de mandos para simulación se extiende desde los mandos de ordenador y videoconsolas, que
son los mandos más económicos, hasta réplicas exactas de la aeronave a simular. El objetivo de este
proyecto es conseguir un parecido con el helicóptero EC-135.
Los simuladores tienen como misión ofrecer al piloto un entrenamiento de cara a pilotar la aeronave
real sin los inconvenientes de seguridad y económicos que tiene esta. El precio de unos mandos de
helicóptero para simulador puede alcanzar los 2000€.
Por tanto, la motivación de este proyecto es ayudar a la entidad colaboradora a cubrir la demanda de
simuladores del Eurocopter EC-135.
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El primer objetivo es crear un joystick con funciones básicas. Después se añadirán más botones y ejes
para cubrir los grados de libertad de un helicóptero. Una vez teniendo una base sólida, el último
objetivo es mejorar la configuración de los mandos con respecto al simulador.
Metodología
El primer paso de este proyecto ha sido buscar información útil sobre métodos para implementar las
ideas a desarrollar. Para conseguir el funcionamiento de los mandos primero se ha diseñado una placa
de circuito impreso usando el microcontrolador PIC18F2550 de Microchip. Este dispositivo se
conecta vía USB a un ordenador. Una vez el ordenador reconoce el PIC como dispositivo USB
cuando este se enchufa, el siguiente paso es que el ordenador reconozca el tipo de dispositivo USB.
En este caso se ha programado el PIC con un gestor de arranque y los descriptores correspondientes
para que fuera reconocido como un joystick. Se añaden los potenciómetros y botones necesarios al
circuito del PIC que se corresponden con los ejes y los botones del joystick. El siguiente paso es
trabajar con el simulador Microsoft Flight Simulator para las pruebas en Simloc Research y Prepar3D
para pruebas en ICAI, para simular el comportamiento de unos mandos reales de un helicóptero.
Finalmente se moldea con resina el cuadro de mandos de un EC-135 para dar realismo al sistema.
Resultados
El proyecto ha cubierto la primera parte correspondiente al diseño electrónico de la placa de circuito
impreso conectando el microcontrolador, simulando y reconociendo el dispositivo como joystick. En
este paso se ha invertido más tiempo del programado debido a problemas con el hardware de
integración del PIC durante el desarrollo de la placa. La parte de integración con el simulador de
mandos no se ha llegado a implementar.
Conclusiones
Se ha cubierto la primera fase del proyecto y parcialmente los objetivos planeados inicialmente en el
proyecto. Se ha desarrollado el módulo hardware e integrado la placa de circuito impreso y el software
necesario para su funcionamiento como joystick. La segunda fase del proyecto no se ha desarrollado,
ésta se corresponde con el módulo de integración al simulador.
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CONTROLS FOR HELICOPTER FLIGHT SIMULATOR
Author: Isasi Guerrero, Luis Javier.
Directors: Alexandres Fernández, Sadot. Muñoz Frías, Daniel.
Collaborating Institution: Simloc Research S. L.
PROJECT ABSTRACT
The project presented here is focused on the design of a joystick type flight control based on a PIC
microcontroller, responding to the characteristics of a helicopter flight.
Introduction
Simloc Research provides flight hours in simulators. The target of this project is to start with the
design and construction of a Eurocopter EC-135 simulator controls.
The simulation controls supply embraces videogame joysticks (the most economics) and exact aircraft
replicas. The objective of this project is to achieve a resemblance to the EC-135 helicopter.
The simulators are used to provide pilots training sessions without the security and economic
inconvenience flying has. The price of helicopter controls can easily reach 2000€.
Therefore, the motivation of this project is to help Simloc Research to meet the demand of helicopter
simulators.
The first objective is to create a joystick with basic functions. Then, more buttons and axes can be
added to cover the freedom degrees of the helicopter. After having a strong base, the last goal is to
improve the configuration of the controls regarding the simulator.
Methodology
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The first step on this project has been to find useful information about methods to deploy the ideas to
develop. The first thing was to design an electronic circuit for the PIC18F2550 so it could
communicate via USB. Once the computer recognized the PIC as a USB device when it is plugged in,
the next type was to make the computer recognize the type of USB device. In this case, with the
bootloader and the descriptors the PIC was programed to be recognized as a joystick. After getting the
computer to recognize the joystick, potentiometers and buttons that correspond to the axes of the
joystick are welded to the PICs circuit. The next step implies working with Microsoft Flight Simulator
testing the controls in Simloc Research and Prepar3D in case the tests were to be at University. The
potentiometers would be calibrated so the movements of the helicopter in the simulator are as they
should be. Finally, the dashboard of the EC-135 would be molded with resin to give more realism to
the system.
Results
The first part of the project has been covered corresponding to the electronic design of the printed
circuit board, connecting the microcontroller, simulating and recognizing the device as a joystick.
This step has spent more time than scheduled due to hardware problems of integration with the PIC on
the printed circuit board. The part of integration with the simulator has not been implemented.
Conclusions
The first phase of the project has been covered and the initial objectives of the project have been met
partially. The hardware module has been developed and the circuit board has been integrated, as well
as the software required for its operation as a joystick. The second phase of the project, which
corresponds to the integration module with the simulator, has not been developed.
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Índice
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Índice
RESUMEN DEL PROYECTO............................................................................................................................................. 7
ÍNDICE ............................................................................................................................................................................... 11
ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................................................................... 13
ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................................................................................................ 14
DOCUMENTO I: MEMORIA .......................................................................................................................................... 15
PARTE I: MEMORIA ....................................................................................................................................................... 15 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................................................ 15
Estado del Arte................................................................................................................................................................................... 17 Proyecto Fundación ONCE ............................................................................................................................................................................................... 18 Universidad Politécnica de Cataluña ........................................................................................................................................................................... 19 Industria Casera .................................................................................................................................................................................................................... 20
Motivación ........................................................................................................................................................................................... 22 Objetivos ............................................................................................................................................................................................... 23 Metodología y Actividades ........................................................................................................................................................... 24
Partes del Proyecto .............................................................................................................................................................................................................. 25 Recursos ................................................................................................................................................................................................ 25
Artjoy Narod ........................................................................................................................................................................................................................... 27 Diolan ......................................................................................................................................................................................................................................... 27 Connectable Software Systems (CSS) ......................................................................................................................................................................... 28 Dr. Dobbs .................................................................................................................................................................................................................................. 29 MicrochipC ............................................................................................................................................................................................................................... 29 Moyano Jonathan .................................................................................................................................................................................................................. 30 Sprut ........................................................................................................................................................................................................................................... 30
ELECTRÓNICA ................................................................................................................................................................ .................. 33 Diseño de hardware ........................................................................................................................................................................ 33
Fritzing ...................................................................................................................................................................................................................................... 35 Componentes electrónicos ............................................................................................................................................................................................... 39 El oscilador .............................................................................................................................................................................................................................. 40
Microchip Libraries for Applications (MLA) ........................................................................................................................ 42 MPLAB® Starter Kit for PIC18F MCUs ................................................................................................................................... 46 Configuración del microcontrolador ....................................................................................................................................... 46
HARDWARE ................................................................................................................................................................ ...................... 49
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COMUNICACIÓN CON EL SIMULADOR ........................................................................................................................................... 49 Microsoft Flight Simulator ........................................................................................................................................................... 49 FSUIPC ................................................................................................................................................................................................... 50
RESULTADOS .................................................................................................................................................................................... 51 CONCLUSIONES ................................................................................................................................................................ ................ 51 FUTUROS DESARROLLOS ................................................................................................................................................................ 51 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................................................................. 52
PARTE II: ESTUDIO ECONÓMICO ............................................................................................................................. 55
ANEXOS ............................................................................................................................................................................. 57 MICROCONTROLADOR PIC18F2550 .......................................................................................................................................... 57 SOFTWARE ................................................................................................................................................................ ........................ 57
DOCUMENTO II: PLANO ............................................................................................................................................... 59
DOCUMENTO III: PRESUPUESTO ............................................................................................................................. 61 RECURSOS ......................................................................................................................................................................................... 61 PRESUPUESTO GENERAL ................................................................................................................................................................ 62
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Índice de Figuras FIGURA 1: SIMULADOR DEL A-320 DE SIMLOC RESEARCH. .................................................................................................................................. 16 FIGURA 2: SIMULADOR DEL F-18 DE SIMLOC RESEARCH. ...................................................................................................................................... 16 FIGURA 3: SIMULADOR DEL B-737 DE SIMLOC RESEARCH.................................................................................................................................... 17 FIGURA 4: MANDOS JOYSTICK PARA PERSONAS CON MOVILIDAD REDUCIDA. ...................................................................................................... 19 FIGURA 5: SIMULADOR CESSNA 150 DE LA UPC. .................................................................................................................................................... 20 FIGURA 6: YOKE CASERO DE MADERA CONSTRUIDO A PARTIR DE UN RATÓN DE PC. ......................................................................................... 21 FIGURA 7: SISTEMA DE EJES PARA RATÓN DE PC MEDIANTE HILOS. ..................................................................................................................... 22 FIGURA 8: ADAPTACIÓN DE UN TECLADO NUMÉRICO A UN JOYSTICK. ................................................................................................................... 22 FIGURA 9: HELICÓPTERO AMBULANCIA DE LA EAAA (EAST ANGLIAN AIR AMBULANCE). ............................................................................ 23 FIGURA 10: CRONOGRAMA DEL PROYECTO. ............................................................................................................................................................. 25 FIGURA 11: PROGRAMADOR PICKIT 3 DE MICROCHIP. .......................................................................................................................................... 26 FIGURA 12: GENERADOR DE ONDAS DG1022, DE LA MARCA RIGOL. ................................................................................................................ 26 FIGURA 13: DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UN JOYSTICK DE DOS BOTONES Y TRES EJES SEGÚN ARTJOY NAROD. .......................................... 27 FIGURA 14: DIAGRAMA DE BLOQUES DE LOS MICROCONTROLADORES PIC18F4455 Y PIC18F4550 DE MICROCHIP. ........................... 29 FIGURA 15: DIAGRAMA DE BLOQUES DE LOS MICROCONTROLADORES PIC18F2455 Y PIC18F2550 DE MICROCHIP. ........................... 31 FIGURA 16: PIZARRA DEL TALLER DE SIMLOC CON EL DIAGRAMA ESQUEMÁTICO. ............................................................................................. 34 FIGURA 17: IMAGEN DEL PRIMER PROTOTIPADO DEL PIC Y EL RESTO DE COMPONENTES. .............................................................................. 35 FIGURA 18: DISEÑO EN FRITZING DE LA PLACA QUE ALOJA EL PIC. ..................................................................................................................... 35 FIGURA 19: DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL DISEÑO EN FRITZING DE LA PLACA QUE ALOJA EL PIC. ............................................................... 36 FIGURA 20: IMAGEN SUPERIOR DEL FRITZING IMPLEMENTADO............................................................................................................................ 37 FIGURA 21: IMAGEN INFERIOR DEL FRITZING IMPLEMENTADO. ........................................................................................................................... 37 FIGURA 22: IMAGEN SUPERIOR DEL ÚLTIMO PROTOTIPO. ...................................................................................................................................... 38 FIGURA 23: IMAGEN INFERIOR DEL ÚLTIMO PROTOTIPO. ....................................................................................................................................... 38 FIGURA 24: CONECTOR USB DE TIPO B JACK. .......................................................................................................................................................... 39 FIGURA 25: ESQUEMA DE RELACIÓN DE LOS ARCHIVOS DE CABECERA USADOS DEL MLA. ............................................................................... 44 FIGURA 26: ESQUEMA DE RELACIÓN DE LAS FUNCIONES Y EL CÓDIGO FUENTE RECICLADOS DEL MLA. ........................................................ 45 FIGURA 27: MPLAB STARTER KIT PARA PIC18. ................................................................................................................................................... 46 FIGURA 28: PANTALLAZO DE LA VENTANA DE AJUSTES DEL FSUIPC. ................................................................................................................. 50
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Índice
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Índice de Tablas TABLA 1: LISTA DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS. ................................................................................................................................................ 39 TABLA 2: BITS DE CONFIGURACIÓN DEL PIC. ........................................................................................................................................................... 47 TABLA 3: RECURSOS...................................................................................................................................................................................................... 61 TABLA 4: PRESUPUESTO GENERAL DE RECURSOS DE HARDWARE Y SOFTWARE. ................................................................................................ 62 TABLA 5: PRESUPUESTO GENERAL DE RECURSOS HUMANOS. ................................................................................................................................ 62
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Introducción
15
Documento I: Memoria
Parte I: Memoria
Introducción
Este proyecto ha sido parte de los desarrollos en conjunto por la empresa Simloc Research y la
Universidad Pontificia de Comillas. Simloc Research es una pequeña empresa con sede en el
aeródromo de Cuatro Vientos que ofrece como servicio horas de vuelo en sus simuladores,
además de ofrecer a sus clientes la oportunidad de comprar uno de estos simuladores. En el
momento de inicio de este proyecto Simloc tiene en operativo el simulador de Airbus A-320 full
motion (el simulador es capaz de imitar los efectos de movimiento de la aeronave) de la Figura
1, el simulador de McDonnell Douglas F/A-18 Hornet de la Figura 2 y el simulador de Boeing
737 de la Figura 3.
El objetivo de este proyecto, para Simloc, es adelantar la fecha de implementación en la empresa
de un simulador del helicóptero Eurocopter EC-135, uno de los más comunes del mercado.
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Introducción
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Figura 1: Simulador del A-320 de Simloc Research.
Figura 2: Simulador del F-18 de Simloc Research.
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Figura 3: Simulador del B-737 de Simloc Research.
Estado del Arte
A día de hoy la simulación de aeronaves es un mercado muy extendido ya sea como ocio o como
entrenamiento de pilotos reales. Las necesidades que los mandos del simulador cubren
dependen del fin que se le vaya a dar al simulador y de la inversión disponible. La mayoría de los
mandos de aviación desarrollados están diseñados para ser utilizados en el ámbito del ocio, por
lo que se suelen etiquetar como joysticks y mandos para juegos de ordenador o de videoconsola.
Estos mandos suelen ser los más económicos, y aun así ofrecen un gran nivel de realismo. En el
otro extremo se sitúan los mandos específicos de aeronaves, que son réplicas exactas de
aeronaves concretas con el objetivo de aumentar la sensación de realidad y servir al usuario
como entrenamiento de cara a pilotar la aeronave real.
Los simuladores surgieron para satisfacer estas necesidades de entrenamiento de los pilotos.
Además de por razones de seguridad obvias, otra de las ventajas que goza volar en simulador es
la económica, puesto que una hora de vuelo de una avioneta convencional se sitúa alrededor de
los 150€[7] mientras que una hora de vuelo de simulación en Simloc Research de un Airbus A-
320 cuesta entorno a los 80€[1]. Estos números traducidos a un helicóptero pasan a ser de
360€/h[2] de vuelo real y 200€/h de vuelo en simulación.
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En el sector de la simulación de aviación existen dos empresas que destacan: Indra y
Bombardier. Concretamente para el EC-135, La misma Eurocopter[3] tiene un simulador propio
para entrenar a pilotos. Aunque suene paradójico intentar competir contra la propia creadora
de la nave simulada, son multitud de empresas pequeñas las que también ofrecen estos
servicios. Suele ser muy común entre estas pequeñas empresas aquellas con carácter de
asociación de pilotos o academia de vuelo.
En el ámbito de los mandos para simulador el líder es Saitek, puesto que su mercado principal
es el de los videojuegos y abarca gran parte de la oferta de joysticks. Pero como la simulación
está más extendida para aviones que para helicópteros la oferta para estos últimos está más
limitada, y no hay un líder claro en el mercado.
Los mandos principales de un helicóptero se componen de cíclico, colectivo y pedales. Una
palanca de colectivo cuesta entorno a los 400€[4], unos pedales de gama media-alta 600€ y un
joystick con forma de cuello de cisne para asemejarse a uno real tiene un precio de 1000€.
Proyecto Fundación ONCE
En Junio de 2013 se presentó en la Fundación ONCE[5] un proyecto de conducción de automóvil
mediante mandos joystick para personas con movilidad reducida. Dado que el número de
grados de libertad de un helicóptero es mayor que el de un automóvil, a primera vista resulta
que este último es más sencillo, pero como se puede ver en la Figura 4, los mandos están
completamente integrados en el vehículo y esto dificulta el proyecto.
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Figura 4: Mandos joystick para personas con movilidad reducida.
Universidad Politécnica de Cataluña
En 2003, un profesor de la UPC[6] tuvo la idea de reciclar el fuselaje C152 de un viejo avión
Cessna 150 que ya no estaba en condiciones de volar para potenciar la inspiración de alumnos.
Desde la adquisición, profesores de la Escuela han ido construyendo el simulador de vuelo de la
Figura 5 con el fuselaje, y han sido ayudados por alumnos que han dedicado su proyecto de fin
de carrera a esta idea, centrándose cada proyecto en una parte concreta del simulador.
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Figura 5: Simulador Cessna 150 de la UPC.
Industria Casera
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Figura 6: Yoke casero de madera construido a partir de un ratón de PC.
El coste que supone adquirir unos mandos de avión para un simulador han motivado a muchos
particulares a construirse un mando propio a partir de elementos básicos de informática que no
suponen un esfuerzo económico. Como ejemplo pueden servir el joystick que se muestra en la
Figura 6, el sistema de ejes de la Figura 7 y la adaptación de la Figura 8 de un teclado de
ordenador a dos ejes de un joystick convencional.
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Figura 7: Sistema de ejes para ratón de PC mediante hilos.
Figura 8: Adaptación de un teclado numérico a un joystick.
Motivación
La motivación de este proyecto reside en Simloc Research. Esta empresa pequeña ofrece el
servicio de horas de vuelo en sus simuladores del Airbus A-320, McDonnell Douglas F-18 y
Boeing 737, además de ofrecer la posibilidad de comprar uno de estos simuladores. La
rentabilidad en el negocio es muy alta puesto que su valor reside en la mano de obra, no en el
material. Por esta razón Simloc Research descarta la compra de los simuladores y decide
crearlos caseros.
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Lógicamente, la demanda de simulación de vuelo de helicópteros no está tan extendida como la
de aviones, pero aún así no se abastece suficientemente este mercado. Por ello, Simloc Research
ha decidido comenzar un proyecto para crear un simulador de helicóptero. A la hora de elegir el
modelo de helicóptero se eligió el Eurocopter EC-135 por estar entre las naves civiles más
comunes.
Figura 9: Helicóptero Ambulancia de la EAAA (East Anglian Air Ambulance).
Usuarios comunes de estos helicópteros son los medios de comunicación y la Guardia Civil.
Además de en España, servicios de emergencia y de policía de los países siguientes también
tienen acceso a este modelo de helicóptero: Alemania, Canadá, Croacia, República Checa,
Eslovenia, Estados Unidos, Holanda, Japón, Lituania, Noruega, Polonia, Reino Unido (en la Figura
9), Rumania y Suecia.
Objetivos
El valor de este proyecto reside en su electrónica, por ello se dará más importancia al avance en
este campo frente al avance en el software y en la comunicación con el ordenador.
El objetivo primario es crear un joystick convencional de ordenador con un botón habilitado. A
este joystick se le añaden los dos primeros ejes, que harán la función de joystick cíclico.
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El siguiente objetivo es dotar al joystick del mismo número de potenciómetros y grados de
libertad que el propio helicóptero real, incluyendo pedales y colectivo.
Un tercer objetivo es dotar por lo menos del mínimo de botones para poder volar sin el teclado
del ordenador. Esto es, encendido de motores y movimiento del helicóptero, omitiendo radios,
GPS y demás “extras” no necesarios para volar. Para ello harán falta un botón, tres
potenciómetros para pedales y colectivo, y el joystick cíclico con sus dos potenciómetros
correspondientes.
Por último el cuarto objetivo es añadir más botones y funcionalidades y empezar a asemejar los
mandos a la cabina real del helicóptero.
Metodología y Actividades
El primer paso de todo proyecto es buscar información útil sobre métodos para implementar las
ideas a desarrollar. Para conseguir el funcionamiento de los mandos primero se diseñará un
circuito para el microcontrolador PIC18F2550 para que pueda comunicarse vía USB. Una vez el
ordenador reconozca el PIC como dispositivo USB cuando este se enchufe, el siguiente paso es
que el ordenador reconozca el tipo de dispositivo USB. En este caso se programará el PIC con un
archivo descriptor para que sea reconocido como un joystick de dos ejes y botones.
Después de conseguir que el ordenador reconozca el joystick, se soldarán potenciómetros al
circuito del PIC que se corresponderán con los ejes X e Y del joystick. En el siguiente paso ya se
trabajará con el simulador (Microsoft Flight Simulator en el caso de hacer las pruebas en Simloc
Research y Prepar3D en el caso de probar en ICAI), se adecuarán los movimientos del joystick
para que simulen el comportamiento de unos mandos reales de un helicóptero. En este paso se
pueden empezar a añadir los botones más imprescindibles del helicóptero. Finalmente, quedará
moldear con resina un cuadro de mandos de un EC-135 para dar realismo al sistema.
En definitiva, se pretende seguir el cronograma de la Figura 10 con las diferentes actividades del
proyecto detalladas en Partes del Proyecto.
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Introducción
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Figura 10: Cronograma del Proyecto.
Partes del Proyecto
1. Buscar información.
2. Desarrollo de placa de circuito impreso.
3. Procedimiento de pruebas de la placa. Esto es, comprobar que el PC suministra tensión a
la placa y programarla para que la reconozca como USB.
4. Aprendizaje básico de lenguaje BASIC.
5. Reconocimiento de joystick. Que el PC reconozca la placa no sólo como USB, si no
también como joystick de dos ejes y botones. Para ello se programará el PIC en BASIC.
6. Añadir potenciómetros (que simularán los ejes del joystick) a la placa y adecuar la
respuesta del PC ante los potenciómetros.
7. Toma de contacto con el simulador, ya sea Prepar3D o Microsoft Flight Simulator. Para
ello se adaptará la respuesta del simulador al PIC con el add-on FSUIPC.
8. Crear molde para colocar el PIC. Apariencia de joystick real.
9. Conseguir una precisión aceptable con los mandos modificando la configuración del PIC.
Recursos
Para poder llevar a cabo este proyecto, se dispondrá del taller de proyectos de la Universidad,
en el que se ha habilitado un ordenador con una licencia de estudiante del simulador de vuelo
Prepar3D[8] para realizar pruebas, además de material electrónico básico suministrado por la
Universidad como pueden ser resistencias, condensadores o soldadores.
El software del que se dispone es el entorno de Microchip MPLAB X IDE[9] para Mac, con el
compilador gratuito C18. Para programar el PIC se usará el programador de Microchip PicKit 3
mostrado en la Figura 11.
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Figura 11: Programador PicKit 3 de Microchip.
Los prototipos de los mandos se harán con moldes de resina en Cuatro Vientos, puesto que
Simloc Research tiene los medios y el material para hacerlos. Si hiciera falta más adelante algún
material más específico fuera del alcance de la Universidad, la empresa Simloc Research sería la
encargada de administrarlo.
Adicionalmente, para hacer pruebas con el oscilador se necesitó un generador de ondas RIGOL
DG1022 como el que se muestra en la Figura 12. Además de las características básicas de un
generador de ondas, este generador ofrece la tecnología avanzada de síntesis digital directa o
DDS, dos canales de salida, un contador interno, frecuencia máxima de salida de 20 MHz (5 MHz
para señales de onda cuadrada), pantalla LCD monocromática, ondas de estándar 3.5, salidas de
corriente continua, 48 formas de onda arbitrarias pre-establecidas, 10 grupos de formas de
onda arbitrarias de 4kpts, funciones de modulación múltiple: AM, FM, PM, FSK, y conectividad
USB, ya sea host o dispositivo.
Figura 12: Generador de ondas DG1022, de la marca RIGOL.
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A continuación se muestran algunas ideas en los que el proyecto se ha apoyado.
Artjoy Narod
En esta página web[10] que pertenece a un particular hay dos proyectos completos de joysticks
implementados con el PIC18F2550, uno con dos botones y tres ejes destinado a la enseñanza y
otro con doce botones y ocho ejes.
Este proyecto se ha inspirado en el primer proyecto inicialmente para determinar los bits de
configuración del microcontrolador. También me han sido muy útiles los diagramas
esquemáticos facilitados, entre ellos el de la Figura 13. Pero dado que el diseño del hardware
difiere bastante, la configuración acaba siendo distinta también. Esto se puede ver por ejemplo
en el pre-escalado del El oscilador.
Figura 13: Diagrama esquemático de un joystick de dos botones y tres ejes según Artjoy Narod.
Diolan
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Diolan[11] es una empresa que se dedica al diseño y a la fabricación de adaptadores de interfaz
PC-I2C/SPI/GPIO. En su web tienen una serie de herramientas, entre ellas unos gestores de
arranque para el PIC que se pueden descargar gratis. Estos gestores de arranque incluyen
código fuente.
Connectable Software Systems (CSS)
Esta empresa británica[12] desarrolla proyectos con microcontroladores PIC. En especial es
interesante el proyecto de una placa de desarrollo para el PIC18F4550 que se muestra en la
Figura 14, un microcontrolador con características muy similares al PIC18F2550 y que por ello
comparte datasheet con él. La diferencia más importante entre estos dos microcontroladores es
el número de pines (40 frente a 28).
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Figura 14: Diagrama de bloques de los microcontroladores PIC18F4455 y PIC18F4550 de Microchip.
Dr. Dobbs
Esta página[13] contiene un proyecto sobre cómo implementar un ejemplo de un dispositivo HID
con un interruptor, un LED y una entrada analógica.
MicrochipC
En microchipc[14] hay varios proyectos que sirven de ejemplo para microcontroladores PIC.
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Moyano Jonathan
Moyano Jonathan es el pseudónimo de un internauta que participa en varios foros de
electrónica[15][16]. Este material que el internauta comparte en Internet fue la primera
recomendación por parte de Simloc Research. Entre sus proyectos hay un documento que
intenta ilustrar el desarrollo de aplicaciones USB con el PIC18F2550.
Sprut
Esta web[17] es muy similar a la de Artjoy Narod. Aquí encontramos software para un joystick de
5 ejes y 24 botones construido a partir de un PIC18F2455 como el de la Figura 15, que también
comparte datasheet con el PIC18F2550.
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Figura 15: Diagrama de bloques de los microcontroladores PIC18F2455 y PIC18F2550 de Microchip.
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Electrónica
Diseño de hardware
El microcontrolador que Simloc Research ha recomendado es el PIC18F2550 de la Figura 15.
Este microcontrolador es muy común entre el sector de la simulación de vuelo.
Tal y como menciona Microchip en su página web[18], el PIC18F2550 es ideal para potencias del
orden del nano vatio y aplicaciones que se benefician de los tres puertos serie: FS-USB (12
Mbit/s), I²C™ y SPI™ (hasta 10Mbit/s) y un puerto serie (EUSART) asíncrono (habilitado para
LIN). Su gran memoria RAM para almacenamiento temporal y su memoria de programa FLASH
mejorada hacen que sea ideal para control integrado y aplicaciones de seguimiento que
requieren una conexión periódica con un ordenador vía USB para intercambiar datos y/o
actualizar firmware. Mientras opera hasta a 48 MHz, es muy compatible en términos de
software y de hardware con los dispositivos OTP de USB de baja velocidad del PIC16C745. El
PICSTART Plus® no es compatible con este dispositivo pero puede que lo sea en el futuro.
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Figura 16: Pizarra del taller de Simloc con el diagrama esquemático.
Dado que el proyecto se desarrolla como consecuencia del interés de Simloc Research. La Figura
16 muestra la propuesta inicial del diseño de hardware en la reunión mantenida con Simloc
Research.
A raíz de estos esquemas, se preparó la placa prototipo que aparece en la Figura 17. Este
prototipo servía de toma de contacto para verificar que todos los componentes estaban
integrados y funcionando correctamente.
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Figura 17: Imagen del primer prototipado del PIC y el resto de componentes.
Una vez se comprobaron que funcionaba el hardware, se quiso eliminar todos los cables
posibles para poder incorporar más tarde los botones y los ejes del joystick correspondiente.
Fritzing
Figura 18: Diseño en Fritzing de la placa que aloja el PIC.
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Para eliminar los cables innecesarios se decidió usar una herramienta llamada Fritzing.
Fritzing[19] es un software de automatización de diseños electrónicos para diseñadores, artistas
y cualquiera que esté interesado en prototipado y en computación física. El objetivo de Fritzing
es suministrar herramientas fáciles para documentación y compartición de proyectos de
computación física, produciendo diseños de placas de circuito impreso y enseñando electrónica.
El resultado del diseño se puede observar en la Figura 18. El diagrama esquemático del diseño
realizado se puede observar en la Figura 19.
Figura 19: Diagrama esquemático del diseño en Fritzing de la placa que aloja el PIC.
Fritzing Fab es un servicio de producción de placas de circuito impreso (PCB) a partir de un
diseño de Fritzing. El precio del servicio empieza en 0.70€/cm2, aunque no fue necesario
comprar nada porque en el taller de la Universidad hay recursos para conseguir el mismo
trabajo. En la Figura 20 y en la Figura 21 se muestran los resultados del prototipo
correspondiente realizado en el taller de la Universidad.
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Figura 20: Imagen superior del Fritzing implementado.
Figura 21: Imagen inferior del Fritzing implementado.
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Dados los problemas que se tuvieron con El oscilador de frecuencia, se pensó que podrían estar
siendo causados por la placa de Fritzing, por tanto, se volvió a construir una placa sin las
conexiones tan finas que suponían los diseños anteriores. El resultado de la nueva construcción
de la placa se puede observar en la Figura 22 y en la Figura 23.
Figura 22: Imagen superior del último prototipo.
Figura 23: Imagen inferior del último prototipo.
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Componentes electrónicos
En la Tabla 1 se muestra un listado de los componentes electrónicos.
Cantidad Componente Valor Observaciones 1 PIC18F2550 - 4 1 Sonda - Para conectar el generador de la Figura 12 1 Condensador 47 μF Conectado al pin 14 (VUSB) 1 Condensador 100 nF Conectado al pin 14 (VUSB) 1 Conector USB - Tipo B, Jack5 1 Cable USB - - 1 Condensador 100 μF Conectado entre el pin 20 (VDD) y el pin 19 (VSS) 1 Resistencia 10 kΩ Pull-up del botón 1 Botón - Conectado al pin 21 (RB0) 1 Resistencia 1 kΩ Pull-up del LED 1 LED 5V Conectado al pin 22 (RB1) para probar el botón
Tabla 1: Lista de componentes electrónicos.
El diagrama esquemático de la Figura 19 muestra cómo están conectados entre sí todos los
componentes electrónicos.
Figura 24: Conector USB de tipo B Jack.
4 Como el mostrado en la Figura 15. 5 Se muestra en la Figura 24.
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El oscilador
Tal y como se muestra en el Anexos del microcontrolador, el oscilador se puede configurar de
varias maneras según los recursos y las necesidades del usuario. El oscilador merece especial
mención por los problemas que ha causado a lo largo del proyecto.
El PIC está dotado de un oscilador interno de 8 MHz, pero para poder aprovechar las
características del USB del microcontrolador es necesario añadir un oscilador externo, puesto
que el oscilador interno no es lo suficientemente potente para ello.
El primer oscilador proyectado fue de cuarzo, de 20 MHz, conectados entre los pines 9 y 10
(OSC1 y OSC2) y cada pin conectado respectivamente a un condensador de 22 pF (conectados a
tierra), tal y como se especifica en el Anexos
. Este diseño fue la primera opción recomendada por la empresa Simloc Research. Para esta
configuración, en el Anexos
se especifica que se usen condensadores de 15 pF cuando el oscilador es de 20 MHz, pero a su
vez hay una nota que menciona que para incrementar la estabilidad del oscilador se aumente la
capacidad de los condensadores. En esta configuración, el pre-escalado correspondiente es de 5,
para poder obtener los 4 MHz deseados a la entrada del PIC.
A la hora de testear el hardware con el primer software disponible, el oscilador presentaba
fluctuaciones y alteraciones en el osciloscopio y la oscilación era poco estable, marcando
frecuencias entre 19 MHz y 21 MHz. Por ello se propusieron las siguientes soluciones, sin
conseguir solucionar el problema:
- Se volvieron a soldar los componentes. Podría existir la posibilidad de que alguna
soldadura no estuviera bien conectada, o que alguna soldadura se hubiera quedado fría.
- Se cambió de oscilador a otro de las mismas características. El oscilador podría tener
algún defecto de fábrica.
- Se soldó lo más cerca posible al microcontrolador. Los fabricantes recomiendan esto para
que la señal recorra el mínimo espacio posible entre el oscilador y el microcontrolador.
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- Se soldó un oscilador de 16 MHz, cambiando el pre-escalado correspondiente (PLL) a 4.
Podría ser que el microcontrolador tuviera problemas con osciladores de 20 MHz en
concreto.
- Se soldaron todos los huecos restantes de la placa para evitar cualquier inductancia
residual que pudiera haber.
- Se desechó el modelo de Fritzing y se construyó otra vez el prototipo. A lo mejor las
conexiones podrían no ser suficientemente buenas debido a su poco grosor.
- Se recortaron al máximo las patas del oscilador. Una punta metálica que tiene una señal
de 4, 16 ó 20 MHz puede hacer de antena y puede haber interferencias.
- Se soldó un perímetro de tierra alrededor del oscilador y de los condensadores. Los
fabricantes recomiendan esto para aislar la señal por la misma razón que en el punto
anterior.
- Se añadió una resistencia Rs en serie entre el pin OSC2 y el oscilador tal y como
recomienda el datasheet, siendo el primer valor probado de 330 Ω, el segundo de 660 Ω y
el tercero de 470 Ω.
- Se acoplaron condensadores de 10 nF en paralelo con los condensadores de 47 μF y de
100 μF.
- Se añadió un condensador de 4700 μF entre la tensión de entrada del USB y tierra. Se
puso otro condensador de 1 μF en paralelo.
- Se volvieron a revisar todas las conexiones, alimentaciones y soldaduras.
Como solución final, se decidió prescindir de un oscilador independiente y se soldó una sonda al
pin OSC1. A través de esta sonda, conectada a un generador de señales, se generaba una señal
cuadrada de 5 V, de 4 MHz, con un pre-escalado de 1, con un duty cycle6 del 50%, y con un
offset7 de 2.5 V. Esta ha sido la única opción que permitía tener una oscilación constante y
estable. El mayor inconveniente de esta solución es la dependencia del generador de señal,
puesto que es un hándicap que no se pretendía tener. Por tanto, la solución final es tener un
oscilador externo conectado al microcontrolador.
6 Duty cycle: es el porcentaje de un periodo que una señal está activa. 7 Offset: diferencia entre una señal y la señal de referencia, en este caso 0 V.
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Microchip Libraries for Applications (MLA)
Microchip Libraries for Applications o MLA son unas librerías para mejorar la interoperabilidad
de las aplicaciones que necesitan utilizar más de una biblioteca. Una vez descargado el MLA, se
pueden seleccionar los proyectos que se necesitan para cada aplicación. Además del código
fuente, este paquete de software incluye controladores, demostraciones, documentación y
utilidades.
Para este proyecto se va a aprovechar la aplicación USB de hid_joystick, que incluye un proyecto
base según el PIC que se use. Además de esta información, se puede encontrar más material
acerca de MLA en esta página web[18].
La relación entre los archivos de cabecera del código usado se muestra en la Figura 25, mientras
que la relación del código fuente y sus funciones se muestra en la Figura 26. Estos archivos están
disponibles en la misma página web[18].
El objetivo de cada función de la Figura 25 se muestra en el siguiente listado:
• xc.h está dedicada a definir cuál es el microcontrolador concreto.
• stdbool.h define valores del álgebra de Boole.
• buttons.h describe las funciones de los botones (los botones predeterminados son los
correspondientes a la consola PlayStation).
• leds_3.h consigue que tres leds describan el estado del joystick.
• soft_start.h ayuda al puerto USB a no arrancar demasiado rápido para cuidar los
componentes de hardware.
• adc.h se encarga de convertir las señales de analógico a digital.
• usb_common.h contiene definiciones comunes del USB.
• usb_ch9.h contiene la estructura del USB.
• usb_device.h permite definir el tipo de dispositivo USB que se está usando (en este caso
un joystick).
• usb_hal.h es una capa de abstracción de hardware.
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• app_device_joystick.h y app_led_usb_status.h contienen las funciones de aplicación del
joystick y definición de los leds del estado del USB, respectivamente.
En la Figura 26, las funciones son las siguientes:
• BUTTON_Enable() es una función que habilita los distintos botones del joystick.
• SYSTEM_Initialize() incializa el programa de software.
• USBDeviceInit() inicializa el módulo USB.
• USBDeviceAttach() consigue que el dispositivo pueda funcionar por polling en vez de por
interrupciones.
• SYSTEM_Tasks() refresca las tareas básicas del software en cada bucle.
• USBDeviceTasks() repasa los requisitos del dispositivo USB.
• USBGetDeviceState() clasifica el estado del USB.
• USBIsDeviceSuspended() devuelve un uno si el dispositivo está dormido.
• APP_DeviceJoystickTasks() soluciona las rutinas que necesita el joystick.
• USER_CALLBACK_EVENT_HANDLER() permite reaccionar de una manera u otra según el
estado del USB.
• APP_LEDUpdateUSBStatus() actualiza los LEDs según el estado del USB.
• APP_DeviceJoystickInitialize() inicializa el código del joystick.
• USBCheckHIDRequest() recibe la información de peticiones desde el ordenador.
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Figura 25: Esquema de relación de los archivos de cabecera usados del MLA.
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Figura 26: Esquema de relación de las funciones y el código fuente reciclados del MLA.
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MPLAB® Starter Kit for PIC18F MCUs
Las funciones del Starter Kit for PIC18F[18] tales como un ratón USB, un joystick o un dispositivo
de almacenamiento masivo utilizan los sensores táctiles capacitivos. El Kit que se muestra en la
Figura 27 incluye una tarjeta de memoria MicroSD™, un potenciómetro, un sensor de
aceleración y una pantalla OLED. Con un depurador y un programador incluidos a bordo, y la
potencia del USB, este Starter Kit es una manera económica de empezar con la familia de
microcontroladores PIC18.
Figura 27: MPLAB Starter Kit para PIC18.
Esta placa cuenta con el microcontrolador PIC18F46J50 con 64KB de memoria Flash, 4KB de
memoria RAM, XLP de baja potencia, toque de detección mTouch y USB. El microcontrolador
tiene la estructura de bootloader y software de USB gratuita de Microchip. El código fuente del
Starter Kit y otros recursos están incluidos en esta estructura, que se puede descargar del
MLA[18].
Para aprender más acerca de las características y el funcionamiento del Starter Kit, se puede
visitar esta web[18] en el que además aparece un tutorial sobre el Starter Kit.
Configuración del microcontrolador
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A continuación, en la Tabla 2 se muestra cada bit de configuración, su valor y su significado.
Bit Valor Significado PLLDIV 1 No prescale (4 MHz oscillator input) CPUDIV OSC1_PLL2 Primary oscillator, PLL source /2
USBDIV 1 USB clock source comes directly from the primary oscillator block with no post scale
FOSC EC_EC EC oscillator, CLK0 function on RA6 FCMEN ON Fail-safe clock monitor enabled
IESO OFF Oscillator switchover mode enabled PWRT OFF PWRT disabled BOR ON Brown-out reset enabled in hardware only (SBOREN disabled)
BORV 3 Minimum setting VREGEN OFF USB voltage regulator disabled
WDT OFF WDT disabled WDTPS 32768 1:32768 CCP2MX ON CCP2 input/output is multiplexed with RC1 PBADEN OFF PORTB <4:0> are configured as digital I/O on reset LPT1OSC OFF Timer1 configured for higher power operation
MCLRE OFF RE3 input pin enabled; MCLR pin disabled STVREN ON Stack full / underflow will cause reset
LVP ON Single-supply ICSP enabled XINST OFF Instruction set extension and Indexed Addressing mode disabled
Tabla 2: Bits de configuración del PIC.
Además de los bits configurados según la Tabla 2, se configuran a OFF los bits CP (code-
protection), WRT (write-protection) y EBTR (protection from table reads executed in other
blocks).
En el código fuente se realizaron los siguientes cambios:
Una modificación que se hizo en el código fue prescindir de la parte relacionada con el soft_start
porque para este proyecto es irrelevante el tiempo que el joystick tarda en arrancar y con este
fragmento de código activo la compilación no se producía.
El siguiente cambio que se produjo fue programar el PIC para que cuando se pulsase el botón de
RB0 se encendiese el LED de RB1.
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Hardware e integración con el simulador
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Hardware
El proceso contado a continuación se refiere al primer prototipado de hardware para el joystick
y es cómo la entidad colaboradora lo hace.
- Se corta una porción de corcho prensado o sucedáneo con un tamaño ligeramente
superior al del joystick, aproximadamente 15x15x30 cm.
- Con una navaja se empieza a darle forma al bloque de corcho recortando láminas.
- Una vez la forma es satisfactoriamente parecida al joystick que se quiere construir, se
mezcla la masa de silicona para poder envolver la figura de corcho con la masa y así darle
forma.
- Se retira la figura de corcho y se deja curar 24 horas para que se endurezca bien.
- Se mezcla la resina (en el caso del prototipo el color no es importante, pero se puede
añadir colorante en este paso).
- Se vierte la mezcla de la resina en el molde de silicona teniendo cuidado de que no
rebose.
- Se espera hasta que la resina haya endurecido y se extrae del molde.
Comunicación con el Simulador
Para esta fase del proyecto es necesario tener el joystick perfectamente construido y
funcionando con al menos dos ejes (X e Y) y un botón. Esto se debe a que el objetivo de la
comunicación con el FSUIPC es calibrar todas las entradas analógicas de manera que el
resultado del movimiento del joystick sea el mismo que el resultado si se moviera el joystick en
el helicóptero real.
Microsoft Flight Simulator
Microsoft Flight Simulator es la línea de producción de software más antigua de Microsoft. Este
simulador de vuelo está catalogado como videojuego, pero nada más lejos de la realidad. La
demostración de que el sector de la simulación de vuelo no es sólo un juego es que con el
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Hardware e integración con el simulador
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hardware adecuado, “jugar” a Microsoft Flight Simulator se puede computar como horas de
vuelo reales.
FSUIPC
FSUIPC[20] son las siglas de Flight Simulator Universal Inter Process Communication. Este
software es un complemento de Microsoft Flight Simulator y su función más importante es la de
visualizar todos los parámetros que un vuelo tiene para poder hacer los cambios necesarios tal y
como se muestra en la Figura 28. Entre estos parámetros se incluyen los de vuelo como pueden
ser la velocidad de la nave, la altura o el ángulo de giro, además de los de software, que son los
registros de la posición de los potenciómetros, los registros de los botones, etcétera. Esta
herramienta se utiliza para calibrar los potenciómetros y para configurar los botones del
joystick.
Figura 28: Pantallazo de la ventana de ajustes del FSUIPC.
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Resultados y conclusiones
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Resultados
El objetivo de que el microcontrolador sea reconocido como joystick por el ordenador ha sido el
último logro del proyecto. Se ha tenido una serie de problemas con el oscilador correspondiente
debido a causas de placa de circuito impreso y no se han podido resolver estos problemas antes
de la fecha de entrega. Por ello, se ha optado por utilizar un generador de frecuencia externo
para suplir al oscilador local original y poder continuar con el proyecto. No se ha llegado a la
integración con el simulador de vuelo, por lo que este último objetivo no se ha cubierto.
Conclusiones
Los objetivos principales de este proyecto se han cubierto parcialmente. Esto se ha debido a
problemas durante el diseño hardware de la placa de circuito impreso. Concretamente con el
diseño del oscilador para que la placa sea reconocida como joystick. Se ha intentado solucionar
el problema del oscilador de varias maneras antes de optar por un oscilador externo puesto que
esto se consideraba un último recurso.
El planteamiento final del proyecto ha sido ligeramente distinto al planteamiento propuesto por
la entidad colaboradora. En el proyecto se ha decidido usar un lenguaje de programación, un
compilador y un entorno integrado distintos para facilitar el desarrollo. En este caso se ha usado
un compilador C en lugar de BASIC y el entorno de desarrollo MPLAB de Microchip.
El software de demostración de joystick que se ha tomado como modelo no incluye desglose de
los contenidos ni detalle de hasta qué punto incluye el propio software de demostración, esto ha
repercutido a la hora de integrar la parte correspondiente a los botones del joystick.
Futuros desarrollos
Este proyecto es el primer mando para helicóptero que se hace en la entidad colaboradora. La
producción en serie de estos mandos está lejos de los objetivos de la empresa pero si se
consigue construir el primer mando, a la hora de construir el segundo se ahorrará tiempo e
inversiones innecesarias.
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Resultados y conclusiones
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Una vez los mandos del Eurocopter EC-135 estén montados, en beneficio de la empresa se
puede derivar este proyecto a otro tipo de helicópteros e incluso a otro tipo de aeronaves.
Bibliografía
[1] Tarifas Simloc Research. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en:
simlocresearch.com. Página 17.
[2] Cursos de piloto de helicóptero. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en
helipistas.com. Página 17.
[3] Airbus helicopters. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en: airbushelicopters.com.
Página 18
[4] Tienda online de accesorios para simuladores. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible
en: helicoptersonly.com. Página 18
[5] Fundación ONCE. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en: fundaciononce.es.
Página 18.
[6] Proyectos de Fin de Carrera de la UPC. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en:
upcommons.upc.edu/pfc. Página 19.
[7] Aeroservicios de Almería. Fecha de consulta: Febrero 2014. Disponible en: aeroal.com.
Página 17.
[8] Productos de simulación de vuelo. Fecha de consulta: Marzo 2014. Disponible en:
prepar3d.com. Página 25.
[9] Entorno de Desarrollo Integrado. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en:
microchip.com/mplabx. Página 25.
[10] Artjoy Narod. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en: artjoy.narod.ru. Página 27.
[11] Gestor de arranque de Diolan. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en:
diolan.com/pic. Página 28.
[12] Desarrolladora de proyectos británica Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en:
connectable.org.uk. Página 28.
[13] Desarrollo de software. Fecha de consulta: Abril 2014. Disponible en: drdobbs.com.
Página 29.
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS Luis Javier Isasi Guerrero
Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Resultados y conclusiones
53
[14] Proyectos Microchip. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en:
microchipc.com/sourcecode. Página 29.
[15] Foro de electrónica y control. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en:
ucontrol.com.ar. Página 30.
[16] Foro de electrónica. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en:
forosdeelectronica.com. Página 30.
[17] Sprut. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en: sprut.de. Página 30.
[18] Microchip. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en: microchip.com. Páginas 33, 42
y 46.
[19] Diseño de PCB. Fecha de consulta: Abril 2014. Disponible en: fritzing.org. Página 36.
[20] FSUIPC. Fecha de consulta: Enero 2014. Disponible en: schiratti.com/dowson.html.
Página 50.
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Estudio Económico
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Parte II: Estudio Económico
El presupuesto del material de este proyecto es relativamente barato puesto que la mayoría del
material son componentes electrónicos. Por ello, el valor del producto se encuentra en el
recurso humano y no en el material. El precio mostrado en el Presupuesto general es de un
prototipo, por lo que podría disminuir en caso de construir varios ejemplares. El precio de unos
mandos de este tipo puede rondar perfectamente los 3000 €, por lo que con vender
aproximadamente tres ejemplares se podría empezar a tener ganancias. En general estos
productos suelen ser fiables y en este tema no deberían de dar problemas.
Dado que son unos mandos de un helicóptero muy concreto, habrá pocas personas que
demuestren un interés económico en el proyecto. Esto también quiere decir que en caso de
comercialización el precio sería más bien alto.
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Anexos
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Anexos
Microcontrolador PIC18F2550
Características principales:
www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?product=PIC18F2550
Datasheet:
www.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39632e.pdf
Software
www.microchip.com/mla
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Plano
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Documento II: Plano
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Documento II: Plano
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Presupuesto
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Documento III: Presupuesto
Recursos
En la Tabla 3 se muestran los recursos utilizados.
Cantidad Recurso Valor Hardware
1 PIC18F2550 - 1 Sonda - 2 Condensador8 22 pF 1 Oscilador8 20 MHz 1 Condensador 47 μF 1 Condensador 100 μF 1 Resistencia 10 kΩ 1 Resistencia 1 kΩ 1 Botón - 1 LED 5 V 1 Conector USB - 1 Cable USB - 1 Generador de ondas - 1 Polímetro - 1 PicKit 3 - 1 Soldador - 1 Bomba de desoldado - - Estaño - 1 Alicates -
Software 1 MPLAB - 1 Compilador C18 - 1 Microsoft Flight Simulator - 1 FSUIPC - 1 KiCAD -
Tabla 3: Recursos.
8 Estos materiales se realizarían con el oscilador funcionando. Dados los problemas surgidos se
utilizaron el generador y la sonda en su lugar.
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Mandos de Vuelo para Simulador de Helicóptero Presupuesto
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Presupuesto general
Recurso Precio unitario
PIC18F2550 3.65 € Sonda 9.69 €
Pack de condensadores 1.50 € Oscilador 1.05 €
Pack de resistencias 1.00 € Botón tipo aviónica 5.90 €
Pack de LEDs 0.60 € Conector USB 0.01 €
Cable USB 1.85 € Generador de ondas 339.00 €
Polímetro 22.90 € PicKit 3 33.07 €
Soldador 11.90 € Bomba de desoldado 1.00 €
Estaño 1.79 € Alicates 1.89 €
Microsoft Flight Simulator 29.95 € FSUIPC 28.56 €
SUBTOTAL 495.31 € Tabla 4: Presupuesto general de recursos de hardware y software.
Servicio Precio Horas TOTAL Ingeniería y consultoría 45 €/h 80 3600 €
Desarrollo software 35 €/h 80 2800 € Montaje de hardware 25 €/h 30 750 €
Comunicación con el simulador 45 €/h 50 2250 € SUBTOTAL 9400 €
Tabla 5: Presupuesto general de recursos humanos.
En la Tabla 4 y en la Tabla 5 se muestran los subtotales del presupuesto general. El presupuesto
total del proyecto asciende a 9895.31 €.
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