Maalilennokin langaton tiedonkeruujärjestelmä

Abstract

Insinöörityössä suunniteltiin ja toteutettiin maalilennokin langaton tiedonkeruujärjestelmä Puolustusvoimien harjoitustarpeisiin. Järjestelmä koostuu lennokista, johon kiinnitetään videokamera ja muita lennätyksen seurantaa helpottavia antureita. Lennokista kerätyt tiedot välitetään radioteitse maaasemalle, jossa analysoitu data esitetään lennättäjälle.

Työssä tutustuttiin markkinoilla saatavilla oleviin kaupallisiin ratkaisuihin järjestelmän toteuttamiseksi. Hyvin pian kuitenkin todettiin, ettei juuri tähän projektiin sopivaa valmista elektroniikkaa ole saatavilla. Työssä päädyttiin rakentamaan itse piirilevy valmiiden ratkaisujen päälle. Piirilevysuunnittelu tarjosi joustavan tavan tuottaa laitteiston ominaisuuksia, joita juuri tähän käyttötarkoitukseen tarvittiin.

Insinöörityössä tutkittiin erilaisia mahdollisuuksia maaaseman ja lennokin välisen radiolinkin toteutukseen. Selvitystyön tuloksena viiden kilometrin kantamavaatimus ratkaistiin käyttämällä kaupallista mobiilidatayhteyttä. Maaaseman ja lennokin välisen datayhteyden tietoturva varmistettiin VPN-tunnelilla (Virtual Private Network), joka luo salatun virtuaalisen erillisverkon päätelaitteiden välille.

3D-tulostusta käytettiin apuna rakennetun elektroniikan suojaamiseen. Koteloiden ja kiinnikkeiden valmistusta varten työssä tutkittiin yleisimpiä 3D-tulostustekniikoita ja käytetyimpiä 3D-tulostusmateriaaleja. Pikatulosteet osoittautuivat oivaksi menetelmäksi tässä kehitystyössä, sillä insinöörityön aikana koteloita ja kiinnikkeitä iteroitiin useita kertoja tyydyttävän lopputuloksen saavuttamiseksi.

This thesis describes the process of designing and implementing a wireless data gathering system of a drone for the educational purposes of the Finnish Defence Forces. The system comprises a drone with an integrated camera and other flight tracking sensors. Captured data from the drone are transmitted via a radio link to a ground station where the data is displayed to the pilot after analysis.

Commercially available solutions were explored to find an implementation for the system. However, it was soon discovered that the available commercial solutions were not applicable for this project. Thus, a printed circuit board (PCB) was independently designed by utilizing the existing commercial solutions as a template. The PCB design offered a flexible way to customize the hardware features that were specifically required for this purpose.

Various options were considered for the implementation of the radio link connecting the ground station and the drone. A key requirement for the radio link was a 5-kilometre range that was finally achieved by using a commercial mobile data connection. Information security of the data connection between the ground station and the drone was secured with a VPN tunnel that creates an encrypted virtual private network between the clients.

3D printing was utilized to protect the electronics of the system. In order to print plastic cases and clamps in 3D, various 3D-printing technologies and most widely used 3D printing materials were compared. Quick prints turned out to be an excellent method in this product development phase since during this process, the design of the cases and clamps has to be iterated multiple times in order to achieve a satisfying end result.