Status juli 2020

MCP en EFIS

De MCP en beide EFIS panelen zijn volledig functioneel en sinds ik me heb gerealiseerd dat ik was vergeten om de GND van mijn electronica te verbinden met de GND van de externe LED dimmer en dit heb gecorrigeerd is het hele systeem nu stabiel, ook met LEDs voor de achtergrondverlichting geintegreerd op de PCB’s.

Radio panelen en backplane

Omdat ik overgestapt ben van 74HC595 (common cathode) naar DM13a (common anode) voor de signaal LED drivers was er een probleem met de achtergrondverlichting van de radio panelen omdat op de radio printplaten signaal LEDs en de LEDs van de achtergrondverlichting een gemeenschappelijke aarde hebben. En omdat andere cockpit bouwers dit ontwerp ook gebruiken wilde ik een oplossing die met de bestaande printplaten werkt.
Dit heb ik in de laatste radio backplane print opgelost door de powerFET opnieuw te introduceren, maar nu wordt de ingang hiervan aangestuurd door de externe LED dimmer zodat alle achtergrond verlichting met dezelfde dimmer kan worden bediend.

Ook heb ik gemerkt dat het aansluiten van de First Officer radio panelen met een aantal losse lange kabels naar de radio backplane niet zo betrouwbaar is en omdat ik printplaten toch alleen in hoeveelheden van minimaal vijf kan bestellen heb ik het laatste backplane ontwerp zo aangepast dat een tweede exemplaar kan worden gebruikt als passief backplane voor de First Officer radio panelen; beide backplanes worden met elkaar verbonden via een flatcable.
In deze update van het backplane ontwerp heb ik voor meer betrouwbaarheid ook de voeding en aardverbindingen van de radio panelen aangepast omdat ik gemerkt heb dat deze erg belangrijk zijn voor de stabiliteit van de MAX7219. Er is nu een aparte P/G connector voor ieder radio paneel op het backplane.
Om het backplane compatibel te houden met het oude radio panel ontwerp zijn de voeding- en aarde verbindingen op het backplane nog steeds verbonden met de flatcable connector, maar ik heb een nieuw radio printplaat ontwerp gemaakt waarin deze verbindingen er niet meer zijn en deze zijn vervangen door een aparte P/G connector.
In een recente versie van de SimVim configurator zag ik dat de ADF panelen ook een TEST schakelaar kunnen hebben, dat de NAV en ADF panelen ook een OFF schakelaar kunnen hebben en dat in mijn ontwerp voor het ADF paneel de ADF en ANT LED’s misten. Omdat er toch nog enkele in- en uitgangen ongebruikt waren op mijn vorige backplane ontwerp heb ik in het laatste ontwerp al deze opties toegevoegd.
Op de bestaande radio PCB’s kunnen de ADF en ANT LED’s worden aangesloten op de VHF1 en HF1 LED posities op de ADF variant van de printplaat.

Update: later realiseerde ik me dat er misschien een mooiere oplossing is voor de ADF en ANT LED’s.
Omdat slechts of vier of vijf cijfers van de displays worden gebruikt in het ADF panel kunnen het bovenste en onderste segment van het meest linkse cijfer worden gebruikt als ADF en ANT LED.
Dit komt beter overeen met de echte locatie en maakt het bovendien mogelijk om ze in zowel het standby als active display te realiseren.
Ik heb even een snelle check in SimVim gedaan en het lijkt er op dat dit mogelijk moet zijn: de ADF_Mode_ADF en ADF_Mode_ANT signalen kunnen als 7-segment tekst worden getoond en tekst ‘_’ en ‘~’ wordt als het onderste en bovenste segment getoond.
Voeg een maskertje toe met tekst ADF en ANT tussen het 7-segment display en het rookglas plexiglas venster erboven en het lijkt aardig op het echte ADF panel.
Nu alleen nog even in de praktijk testen ….

MIP en Arduino Master printplaat

Om de bedrading te vereenvoudigen heb ik een paar multiplexers en LED drivers van de MIP printplaat naar de centrale Arduino PCB verhuisd zodat de glareshield schakelaars en LED’s die dicht in de buurt van deze print zitten gemakkelijk kunnen worden aangesloten via korte flatcables: twee voor de CP en FO sixpack-, fire- en master waarschuwing in- en uitgangen en twee flatcables voor de CP en FO AT/AP/FMC annunciators en de light test schakelaar.
Dit had als bijkomend voordeel dat de MIP printplaat een stuk kleiner kon worden.

Overhead

In het begin was ik bang dat er niet genoeg in- en uitgangen op de Arduino zouden overblijven voor alle Overhead functies, maar dit lijkt toch voor het grootste gedeelte te gaan lukken.
Terwijl ik nog bezig ben met de andere onderdelen van de cockpit, ben ik alvast begonnen printplaten te ontwerpen voor de drie panelen in de Overhead die 7-segment displays bevatten: het IRS, pressurization en electric paneel.
De MAX7219 drivers voor deze displays worden aangestuurd door een aantal ongebruikte uitgangen op de clock multiplexer van de MCP printplaat, waardoor hiervoor geen extra Arduino pin nodig is.
Buiten de MAX7219 circuits bevatten de drie Overhead printplaten ook een aantal ingangs multiplexers en signaal LED drivers voor het eigen paneel en andere delen van de FWD en AFT Overhead panelen.
Omdat mijn MIP printplaat eigenlijk niets meer is dan een I/O expansie PCB heb ik een tweede exemplaar hiervan gepland voor de overige Overhead in- en uitgangen.
De printplaat van het electric panel voert een deel van de signalen afkomstig van de centrale Arduino print verder naar deze tweede ‘MIP’ printplaat.
Op deze manier kunnen alle functies behalve het AFT Overhead audio paneel aangesloten worden met de drie Overhead printplaten en de extra MIP print.

Op mijn YouTube kanaal heb ik een tijd geleden een video geplaatst over 3D geprinte V-Slot connectors die ik heb ontworpen om een Overhead frame te bouwen met 4040 V-Slot rails.
Intussen heb ik dit ontwerp uitgebreid met dezelfde aluminium T-profielen die ik ook heb gebruikt in het pedestal, maar nu om de Overhead panelen aan te bevestigen. Deze T-profielen worden met 3D geprinte plaatjes aan 20×20 V-Slot rails bevestigd.
De vorm van het frame gaat waarschijnlijk nog wel veranderen omdat ik niet genoeg ruimte heb voor de twee voorste poten, en omdat ik de FWD en AFT panelen scharnierend wil ophangen zodat ze naar beneden kunnen draaien om gemakkelijk bij de achterkant te kunnen.

Het graveren van de frontplaten

Enige tijd geleden vertelde een andere cockpit bouwer me dat hij Troply graveer panelen gebruikte voor zijn cockpit. Dit zijn ABS of plexiglas panelen in diverse kleuren en dikte met een 0.08 mm dikke toplaag in een andere kleur die gegraveerd kan worden.
Ik heb ze tot nu toe alleen kunnen kopen in panelen van 244 x 122 cm (of twee halve of vier kwarten daarvan), wat ze wel relatief duur maakt, maar de frontpanelen die je er mee kunt maken zien er fantastisch uit.

Een groot voordeel is dat je met dit materiaal in een keer de gaten kunt frezen en de teksten graveren zonder dat het van de frees moet worden verwijderd om te schilderen en daarna weer exact moet worden uitgelijnd.
Het beste resultaat met tekst graveren krijg ik met v-shape graveer freesjes met een 90 graden 0.1 of 0.2 mm punt, voor het frezen van gaten geeft een downcut freesje het mooiste resultaat.

Voor de panelen waar geen printplaat achter zit maak ik met de 3D printer een constructie van een 3 mm diepe grijze achterkant met een 1.5 mm dikke PLA binnenkant waar de 2.4 mm dikke gegraveerde Troply panelen bovenop komen. In de achterkant zitten sleuven waarin LED strips kunnen worden geplaatst voor achtergrond verlichting.
Omdat de LED strip erg dicht bij het gegraveerde paneel zit schijnen de individuele LED’s een beetje door bij hoge intensiteit van de achtergrond verlichting; mogelijke oplossingen die ik hiervoor wil proberen zijn om er een bedrukt papier achter te leggen, de achterkant van het gegraveerde paneel schilderen of minder doorzichtig PLA gebruiken voor de binnenkant.

Update: toen ik nog een extra plaat rook grijs op wit Troply 2.4 mm wilde bestellen voor de overhead panelen kwam ik er achter dat net precies deze kleur niet meer geproduceerd wordt.
Het enige alternatief met dezelfde kleurcombinatie is de Trolase variant (bedoeld voor laser graveren), maar deze is alleen in een maximale dikte van 1.6 mm verkrijgbaar in plaats van 2.4 mm, dus zal ik de 3D geprinte doorzichtige achterkant van de panelen wat dikker moeten maken om aan dezelfde totale dikte te komen.

Meters

Ik gebruik 2.4 mm dik smoke grey Troply voor de front panelen en omdat het resultaat er zo goed uitzag heb ik ook een 1.6 mm dikke plaat zwart op wit gekocht voor de wijzerplaten en wijzers van alle meters in de cockpit.
De wijzers worden aangedreven door X.27 stappenmotortjes die worden aangestuurd door VID6606 chips zoals beschreven op deze SimVim pagina en ik heb een klein printplaatje ontworpen voor een Arduino Nano slave processor en vier VID6606 chips om in totaal drie meters met dubbele wijzers en tien meters met enkele wijzers mee aan te sturen.
Omdat zowel het FMC als het stappenmotor Arduino bordje dezelfde seriele verbinding vanaf de master Arduino gebruiken is er een jumper aanwezig op het stappenmotor bordje die gebruikt kan worden om aan te geven of beide printplaten aanwezig zijn of alleen de stappenmotor printplaat.

Met Sketchup Make heb ik een model gemaakt van de verschillende meters en voor de meters met dubbele wijzers en yaw damper enkele kleine tandwielen ontworpen die met de 3D printer kunnen worden gemaakt.
De wijzerplaten, wijzers en plexiglas glaasjes zijn gegraveerd en uitgefreesd met de CNC frees.
Zodra alles succesvol is getest zullen ook deze ontwerpen als gratis open source bestanden beschikbaar komen op deze site.

 

Voor de plaatjes met de annunciator teksten gebruik ik dezelfde Troply 1.6 mm zwart op wit graveerplaat. Daardoor zijn de teksten misschien iets te wit als de annunciators uit zijn, maar als ze aan zijn ziet het er erg mooi uit, beter dan op onderstaande foto, ik moet nog wat experimenteren met de instellingen van mijn camera zodat het resultaat op de foto’s beter overeenkomt met de werkelijkheid.

Blauwe / twee standen helderheid annunciators

Voor de blauwe annunciators met twee verschillende helderheid standen gebruik ik blauw transparant 3 mm dik plexiglas waarbij de gegraveerde teksten worden opgevuld met witte graveer vuller
Achter het doorzichtige tekst plaatje komt een 3 mm dik opaal plexiglas plaatje om het licht van de twee LEDs diffuus te maken. Via een simpel netwerkje met twee weerstanden aangesloten op twee uitgangspinnen kunnen deze annunciators in twee verschillende helderheid standen worden aangezet.

MIP toegankelijkheid

Om gemakkelijker bij de MIP verbindingen te kunnen heb ik de MDF bodemplaat waarop de MCP en EFIS rusten met pianoscharnieren aan de horizontale balk bevestigd zodat deze kan worden opgetild en het MIP frontpaneel naar voren worden geklapt of zelfs helemaal helemaal kan worden verwijderd.

 

Boven de grote monitors in de MIP is nog een smalle opening waarvoor ik een nieuwe, 20 mm smalle I/O breakout printplaat heb ontworpen waarop alle MIP verbindingen kunnen worden gemaakt zodat slechts een paar flatcables hoeven te worden losgemaakt om het hele MIP frontpaneel te kunnen verwijderen voor onderhoudswerk.

Betrouwbare labels voor de bedrading

Op internet las ik dat er krimpkous bestaat die kan worden bedrukt met een labelprinter.
Het is beschikbaar in verschillende diameters en voor kabels met een grote diameter of met aangegoten stekkers (zoals UTP kabels) kunnen de normale cassettes met zelfklevende labels voor dezelfde labelprinter worden gebruikt.
Het business model voor deze labelprinters lijkt hetzelfde als voor inkjet printers te zijn want de printers zelf zijn redelijk goedkoop.

Nieuwe randen voor de MIP schermen

Omdat het er mooier uitziet en ook nog een iets groter schermoppervlak oplevert heb ik de originele MDF omrandingen van mijn MIP schermen vervangen door exemplaren die met de 3D printer zijn gemaakt, gebaseerd op een ontwerp dat te vinden is in de DIY Cockpit Sim Builders Facebook group.
Omdat ik grote, ongewijzigde monitors gebruik (de behuizing is niet verwijderd) is er wat ruimte tussen het front paneel van de MIP en het scherm van de monitors. Daarom heb ik met de 3D printer ook een frame gemaakt voor ieder scherm dat tussen het front paneel en het monitor scherm komt.
Ieder frame bevat ook een sleuf waarin een 2 mm dik plexiglas raam kan worden geschoven.

Draaischakelaars met stappen van 45 graden

Sommige cockpit panelen hebben draaischakelaars met stappen van 45 graden. Helaas is de grote variant hiervan behoorlijk veel duurder dan de exemplaren met stappen van 30 graden. Er is een goedkoper, kleiner alternatief, maar de nadelen hiervan zijn dat deze een dunne as hebben en gesealed zijn (waardoor het vrijwel onmogelijk is om door de as te boren voor een gecombineerde draaischakelaar/rotary encoder).
Ook is het bij deze schakelaars niet mogelijk om een stop te plaatsen om het aantal posities te beperken.
Dit laatste probleem heb ik opgelost door een klein pinnetje in de knop te plaatsen en een sleuf in het paneel te frezen waar dit pinnetje in valt.

Ook zijn de aansluitingen van deze kleine draaischakelaars vrij kwetsbaar. Om dit te verbeteren heb ik een klein breakout printplaatje gemaakt zodat de draden niet rechtstreeks op de pinnen te hoeven worden gesoldeerd maar op het printplaatje kunnen worden gesoldeerd.

Breakout board for small 45 degree rotary switches. The PCB has just arrived, so it is not soldered yet in the picture

 

De MIP N1 Set en SPD REF schakelaars hebben ook 45 graden stappen, maar zijn gecombineerd met een rotary encoder, dus voor deze schakelaars heb ik toch maar de duurdere, grote variant van de draaischakelaar gebruikt. Deze schakelaars zitten voor mijn grote monitors, dus is er weinig diepte beschikbaar voor de gecombineerde schakelaar.
Ik wil dit proberen op te lossen met een DHZ 3D geprinte rotary encoder op basis van 20 piepkleine 1 mm3 magneetjes en twee digitale hall effect sensors.

Throttle quadrant

Inmiddels heb ik een hoop bijgeleerd hoe de verschillende cockpit functies met de simulator kunnen worden verbonden en als gevolg daarvan ga ik wat wijzigingen aanbrengen in het throttle quadrant. Ik had het idee om het optische wiel van de incrementele flaps positie sensor te vervangen door eentje met drie optische sensors en twee schakelaars om binair de absolute positie van de flaps hendel te kunnen uitlezen.

Maar dit kost een digitale ingang per flaps positie en eigenlijk kan het veel eenvoudiger: in X-Plane kan een joystick as worden gebruikt voor de flaps en speedbrake hendels, dus kunnen gewoon twee tandwielen en een analoge potentiometer worden gebruikt waarvoor maar een analoge ingang nodig is per hendel.
Ik vroeg me in eerste instantie wel af hoe je in dat geval de exactie posities kunt calibreren totdat ik me bedacht dat de mogelijkheid in X-Plane om de joystick response curve te kunnen aanpassen hiervoor gebruikt kan worden.

Ook ga ik de optische wiel en -sensors voor de trim wielen vervangen door een simpele rotary encoder en de 360 graden servo van de trimwielen door een gelijkstroom motor.

De plannen voor de throttle quadrant printplaat hebben inmiddels vaste vorm gekregen: er komt een Arduino Nano op voor een eenvoudige verbinding met de simulator: de zes analoge ingangen van deze Arduino worden gezien als joystick assen in Windows en de 14 digitale I/O pinnen kunnen als joystick knoppen worden gekoppeld aan de throttle quadrant schakelaars.

De zes analoge ingangen worden gebruikt voor beide throttle hendels, reverser hendles, speedbrake en flaps hendel, tien van de veertien digitale I/O pins voor trim wheels rotary encoder, parking brake, TOGA, A/T disengage schakelaars, fuel cutoff hendels en optioneel de horn cutout en stab trim schakelaars.

Voor het aansturen van het gemotoriseerde gedeelte heb ik een Arduino Mega gepland die alle elektromagnetische koppelingen, servo’s, DC motor aanstuurt. Dit wordt een interessant karweitje omdat hiervoor een eigen interface met de simulator nodig is waarvoor ik ga kijken hoe data kan worden uitgewisseld met de extPlane plugin.

Op de eerste versie van de throttle quadrant printplaat will ik diverse opties open houden om mee te experimenteren: aansturen met SimVim, als een joystick of op zichzelf staand met de Arduino Mega.
Met gebruik van servo’s, maar ook de optie om vier Polulu A4988 stappenmotor bordjes te integreren of twee L298HN DC motor bordjes voor maximaal vier DC motoren.

De printplaat is besteld, dus binnenkort kan ik beginnen met het aansluiten van het throttle quadrant op de simulator.

The first version of the throttle quadrant PCB design

Eindelijk zijn ook de trim wielen geprint met de 3D printer. Ook heb ik een nieuwe inklapbare hendel ontworpen die met de 3D printer kan worden geprint.
Vanwege deze hendel zijn de wielen uit balans, dus ik ga een paar muntjes met dubbelzijdig tape tegenover de hendel plakken om te kijken hoeveel gewicht ik waar moet plaatsen om de wielen in balans te brengen.

En hoewel het throttle quadrant nog niet af is maakt het inmiddels wel onderdeel uit van de cockpit.

Tiller

Vanwege gebrek aan ruimte heeft mijn cockpit geen zijwanden, dus heb ik een speciale oplossing nodig voor de tiller.
Hiervoor gebruik ik een enigszins aangepaste versie van de hall sensor en het mechanisme dat ik ook heb gebruikt voor de roll functie van de yoke. Met een combinatie van 3D geprinte  klemmen en een MDF plaatje kan ik het geheel bevestigen aan het bureaublad dat naast mijn cockpit staat.


Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s