Embedded · Systemintegration
GPS-gestütztes RC-Futterboot
Erweitertes Steuerungs- und Sicherheitskonzept für ein Futterboot mit zwei Motoren, zwei Futterklappen, GPS, Kompass, Lidar und Datenlogging – bei erhaltener Funksteuerung.
Ein bestehendes Boot um Navigation und Sicherheitsfunktionen erweitern
Mein Futterboot ist für mich nicht nur ein fertiges Produkt, sondern eine interessante technische Plattform. Das vorhandene Boot arbeitet mit 8,4 Volt, besitzt zwei Motoren, zwei Futterklappen und eine Funksteuerung mit Joystick. Die ursprüngliche manuelle Bedienung soll erhalten bleiben. Zusätzlich entwickle ich ein ESP32-basiertes System für Navigation, Datenaufzeichnung und spätere Assistenzfunktionen.
Das Ziel ist kein vollständig autonomes Boot um jeden Preis. Mir ist wichtiger, dass die vorhandene Steuerung weiterhin funktioniert und neue Funktionen schrittweise, nachvollziehbar und sicher ergänzt werden können.
Geplanter Systemaufbau
Als zentrale Steuerung ist ein ESP32-S3 vorgesehen. Er soll Sensordaten erfassen, Motor- und Servosignale verarbeiten sowie Informationen über WLAN und UDP bereitstellen. Mess- und Navigationsdaten können als CSV auf einer SD-Karte gespeichert werden.
Zum Aufbau gehören:
- Futterboot mit 8,4-Volt-System
- zwei Motoren mit eigenen Motortreibern
- zwei servogesteuerte Futterklappen
- vorhandene Funksteuerung als manuelle Basis
- ESP32-S3
- GPS und elektronischer Kompass
- Radiolink GPS-/Kompassmodul mit VCM5883L
- Lidar zur geplanten Hinderniserkennung
- SD-Karte für Datenlogging
- WLAN, UDP und CSV
- Deeper-Echolot; vorhandener Deeper V1 und später ein Chirp 4
Die Reichweite des vorhandenen Boots liegt bei ungefähr 500 Metern.
Navigation und Rückkehrfunktion
Eine der geplanten Kernfunktionen ist die Rückkehr zu einem gespeicherten Ausgangspunkt. Dafür benötigt das Boot nicht nur GPS, sondern auch eine zuverlässige Richtungsinformation. Gerade bei langsamer Fahrt oder im Stillstand ist der Kompass für die Orientierung besonders wichtig.
Das Radiolink-Modul stellt sowohl serielle GPS-Daten als auch Kompasssignale bereit. Bei den Tests wurden verschiedene UART-Geschwindigkeiten geprüft. Über die serielle Verbindung konnten schließlich NMEA-Datensätze wie GNRMC, GNGSA, GPGSV, GAGSV, GBGSV, GQGSV und GNGLL empfangen werden.
Fehlersuche am GPS-/Kompassmodul
Die Inbetriebnahme zeigte, wie wichtig eine strukturierte Schnittstellenanalyse ist. Beim I²C-Scan wurde zunächst kein Gerät gefunden, während über UART bereits NMEA-Daten eintrafen. Damit war klar, dass GPS und Kompass getrennt betrachtet werden mussten.
Das Modul arbeitet mit 5 Volt und benötigt laut den vorliegenden Angaben ungefähr 50 bis 100 Milliampere. Im Verlauf der Tests ging ein kleiner 4,7-µF-Keramikkondensator am Modul verloren beziehungsweise wurde beschädigt. Das Modul war damit nicht mehr zuverlässig verwendbar und wurde reklamiert beziehungsweise rückerstattet.
Auch das Lidar lieferte im bisherigen Teststand noch keine gültigen Daten. Diese offenen Punkte gehören bewusst zur Projektdokumentation: Nicht jede Komponente funktioniert beim ersten Versuch, und eine saubere Trennung zwischen Stromversorgung, Schnittstelle, Datenformat und Sensorfunktion ist ein wesentlicher Teil der Entwicklung.
Deeper-Integration und Betrieb ohne Handy
Das Boot soll grundsätzlich auch ohne ständig mitgeführtes Smartphone betrieben werden können. Optional kann ein Smartphone im Boot verwendet werden, beispielsweise für das Echolot. Navigations- und Sensordaten sollen jedoch unabhängig davon über die eigene Elektronik verarbeitet und gespeichert werden.
Projektstatus und Nutzen
Die manuelle Bootsfunktion bleibt die sichere Grundlage. GPS-Daten konnten über UART empfangen werden; Kompass, Lidar, Rückkehrlogik und automatische Hinderniserkennung befinden sich noch in Entwicklung beziehungsweise Erprobung.
Das Projekt zeigt besonders deutlich meine Arbeitsweise: bestehende Technik verstehen, Schnittstellen einzeln testen, Fehler eingrenzen und neue Funktionen schrittweise integrieren.
Mein Beitrag
Freizeitprojekt: Ich integriere Sensoren, Aktoren und Sicherheitsfunktionen so, dass die vorhandene Funksteuerung erhalten bleibt und neue Funktionen schrittweise, nachvollziehbar und sicher dazukommen.
Herausforderungen
- Integration heterogener Sensoren und Aktoren
- Getrennte Analyse von UART-GPS und I²C-Kompass
- Timing- und Schnittstellenprobleme
- Sicherheitsfunktionen ohne Bruch der bestehenden Funksteuerung
Ergebnis und Nutzen
GPS-Daten konnten über UART empfangen werden; Kompass, Lidar, Rückkehrlogik und Hinderniserkennung befinden sich noch in Entwicklung beziehungsweise Erprobung.