8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой Машинки

Основной процессор

8051 vs AVR vs PIC vs ARM: Семейство микроконтроллеров составляющее основу большинства современных контроллеров полёта. Arduino основан на AVR (ATmel), и сообщество, похоже, сосредоточено на MultiWii, как на предпочтительном коде. Microchip является основным производителем чипов PIC. Трудно утверждать, что одно лучше другого, всё сводится к тому, что может делать программное обеспечение. ARM (например, STM32) использует 16/32-битную архитектуру, при этом десятки используют 8/16-битные AVR и PIC. Поскольку одноплатные компьютеры становятся все менее и менее дорогостоящими, ожидается появление полётных контроллеров нового поколения, которые могут работать с полноценными операционными системами, такими как Linux, или Android.

ЦП: Обычно их разрядность кратна 8 (8-бит, 16-бит, 32-бит, 64-бит), что в свою очередь указывает на размер первичных регистров в ЦП. Микропроцессоры могут обрабатывать только установленное (максимальное) количество бит в памяти за один раз (такт). Чем больше бит может обработать микропроцессор, тем более точной (и более быстрой) будет обработка. Например, обработка 16-битной переменной на 8-битном процессоре происходит куда медленней, чем на 32-битном. Обратите внимание, что код также должен работать с правильным количеством бит, а на момент написания этой статьи лишь немногие программы используют код, оптимизированный для 32 бит.

Рабочая частота: Частота, на которой работает основной процессор. Также по умолчанию её называют «тактовой частотой». Частота измеряется в герцах (циклов в секунду). Чем выше рабочая частота, тем быстрее процессор может обрабатывать данные.

Программная память/Флэш: Флэш-память — это место, где хранится основной код. Если программа сложная, она может занимать много места. Очевидно, что чем больше память, тем больше информации она может хранить. Память также актуальна при хранении данных в полёте, таких как координаты GPS, планы полёта, автоматическое движение камеры и т.д. Код, загруженный на флэш-память, остается на чипе даже после отключения питания.

SRAM: SRAM расшифровывается как «Статическая память с произвольным доступом» и представляет собой пространство на чипе, которое задействуется при выполнении расчетов. Данные, хранящиеся в оперативной памяти, теряются при отключении питания. Чем выше объём оперативной памяти, тем больше информации будет «легко доступно» для расчетов в любой момент времени.

EEPROM: электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ) обычно используется для хранения информации, которая не изменяется во время полёта, например настройки, в отличие от данных, хранящихся на SRAM, к которым могут относиться показания датчика и т.д.

Дополнительные порты Ввода/Вывода: большинство микроконтроллеров имеют большое количество цифровых и аналоговых портов ввода и вывода, на контроллере полёта некоторые используются под датчики, другие для связи, либо для общего ввода и вывода. К этим дополнительным портам могут быть подключены RC сервоприводы, системы подвеса, зуммеры и многое другое.

Аналого-цифровой преобразователь (A/D converter/АЦП): Если датчики используют бортовое аналоговое напряжение (обычно 0-3.3В или 0-5В), аналого-цифровой преобразователь должен преобразовать эти показания в цифровые данные. Как и в случае с процессором, количество бит, которое может быть обработано АЦП, предопределяет максимальную точность. С этим связана тактовая частота, с которой микропроцессор может считывать данные (количество раз в секунду), чтобы убедиться, что информация не потеряна. Тем не менее, трудно не потерять часть данных во время такого преобразования, поэтому чем выше разрядность АЦП, тем более точными будут показания, но при этом важно, чтобы процессор смог справиться с той скоростью, с которой отправляются данные.

Авакс — автономные аэрокосмические системы

Н. М. Боев, П. В. Шаршавин, И. В. Нигруца

ООО НПП «Автономные аэрокосмические системы – ГеоСервис»

Институт инженерной физики и радиоэлектроники ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск

Авторами рассматриваются вопросы построения систем цифровой связи беспилотных летательных аппаратов для передачи высокоскоростной информации на большие расстояния.

Основными проблемами на пути создания систем связи дальнего действия являются:

  • обеспечение радиовидимости между летательным аппаратом (ЛА) и наземным комплексом управления;
  • компенсация большого затухания сигнала на трассе.

Прямая видимость между ЛА и наземным комплексом управления может быть достигнута за счет увеличения высоты полета ЛА и увеличением высоты подъема наземной антенны. Передача информации с высокой скоростью на расстояния более 300 км возможна с использованием ретрансляционного оборудования, спутниковых систем связи, стационарных систем передачи информации.

Для компенсации большого затухания сигнала на трассе могут быть предприняты следующие меры:

  • увеличение выходной мощности передатчика;
  • увеличение коэффициентов усиления антенного оборудования.

Для повышения коэффициента усиления бортового антенно-фидерного оборудования предлагается использование опорно-поворотного устройства на борту летательного аппарата. Авторами выполнен расчет бюджета канала связи для передачи информации на большие расстояния. В работе рассматриваются возможные варианты построения бортовой приемопередающей системы. Показывается, что оптимальным вариантом является создание опорно-поворотного устройства, на платформе которого размещаются: антенно-фидерное оборудование, приемопередатчики, блоки усилителей мощности и малошумящих усилителей. В этом случае удается разместить оборудование системы связи максимально компактно при использовании надежных вращающихся переходов для линий передачи цифровой информации и для линий передачи аналоговой информации с датчиков диапазонов различных длин волн.

Многие задачи, решаемые современными комплексами беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), требуют наличия высокоскоростных линий передачи информации между БПЛА и наземным комплексом управления (НКУ) [1]. Например, задачи оперативного мониторинга или разведки с помощью технологий БПЛА предполагают получение на борту и доставку на НКУ растровых изображений разного разрешения, получаемых с датчиков различных диапазонов длин волн. Наиболее распространенная на сегодняшний день технология передачи информации заключается в непрерывной трансляции изображения по мере его получения в цифровом или аналоговом формате, структура которого не меняется в течение всего полета.Необходимо учесть, что непрерывная трансляция изображений имеет следующие особенности:

  • значительная часть визуальной информации может не иметь искомых признаков;
  • отсутствует гарантия достоверной доставки информации;
  • требуется постоянное излучение сигнала передатчиком, что позволяет легко обнаружить БПЛА и установить его координаты.

Cуществующая технология доставки изображения не эффективно использует ресурсы радиоканала. В этой связи становится актуальным решение следующих задач:

  • реализация функции гарантированной доставки (особенно для изображений высокого пространственного разрешения);
  • реализация адаптивного снижения разрешения видеопотока в зависимости от актуального бюджета канала связи; 
  • реализация возможности получения прошлого снимка в полном разрешении с целью уточнения деталей изображения;
  • создание адаптивной системы передачи информации, способной эффективно использовать энергетический и спектральный ресурс канала связи [2-4].

Как правило, на борту БПЛА размещаются не менее двух систем связи: дуплексная/полудуплексная аппаратура передачи командно-телеметрической информации и симплексная система передачи информации полезной нагрузки [1]. Аппаратура передачи командно-телеметрической информации предназначена для низкоскоростной передачи командной информации с НКУ на борт БПЛА и низкоскоростной передачи телеметрической информации с борта БПЛА на НКУ.Аппаратура передачи информации полезной нагрузки предназначена для односторонней высокоскоростной передачи информации полезной нагрузки с борта БПЛА на НКУ. На рисунке 1 показаны возможные варианты реализации систем связи комплексов БПЛА.

Pic1_UAVs communication systems.png

Рис. 1. Системы связи комплексов БПЛА

Прямая связь между БПЛА и НКУ в диапазонах СВЧ возможна только в пределах прямой видимости. Для повышения надежности комплекса БПЛА на борту устанавливаются несколько приемопередатчиков различных диапазонов длин волн [1]. Передача телеметрической информации при полетах на большие расстояния может осуществляться с помощью спутниковых систем связи (Iridium, Globalstarи др.).Высокоскоростная передача информации полезной нагрузки может также осуществляться через малоразмерные спутниковые терминалы, что требует установки на борт ЛА высоконаправленной антенны с возможностью сканирования. В простейшем случае это параболическая антенна на опорно-поворотном устройстве.

Несмотря на большое количество возможных вариантов реализации систем передачи командно-телеметрической информации и информации полезной нагрузки, оптимальным и наиболее часто используемым остается вид связи, при котором данные передаются напрямую между БПЛА и НКУ. В этом случае удается реализовать возможность передачи информации с большой скоростью, недоступной спутниковым системам связи, и при этом не зависеть от стационарных гражданских систем связи. Одним из ограничивающих факторов является расстояние радиовидимости между БПЛА и НКУ (табл. 1).

Высота полета БПЛА, м Дальность видимости (расстояние до радиогоризонта), км
При высоте подъема антенны НКУ, м
1 10 20 30
100 39 47 52 55
250 60 68 72 76
500 83 91 96 99
750 101 109 114 117
1000 117 124 129 132
1500 142 150 154 158
2000 163 171 176 179
3000 199 207 212 215
4000 229 237 242 245
5000 256 264 268 272
6000 280 288 293 296
7000 302 310 315 318
8000 323 331 335 339
9000 342 350 355 358
10000 361 368 373 377

Без учета рефракции в атмосфере и при отсутствии препятствий на пути распространения радиоволн существует возможность организации прямой связи между БПЛА и НКУ на дальностях до 200–300 км. Для повышения дальности работы системы связи необходимо увеличивать высоту полета ЛА и использовать мачтовые сооружения для антенны НКУ (рис. 2).

Pic2_range line of UAV's sight.jpg

Рис. 2. Дальность прямой видимости БПЛА в зависимости от высоты полета и высоты подъема антенны НКУ

Большое расстояние между БПЛА и НКУ приводит к большому затуханию сигнала на трассе (рис. 3), которое необходимо компенсировать повышением выходной мощности сигнала передатчиков и использованием антенных систем с большим коэффициентом усиления.

Pic3_attenuation of the signal.jpg

Рис. 3.Затухание сигнала на трассе для различных диапазонов длин волн и при различном расстоянии между БПЛА и НКУ

Передача информации с высокой скоростью (десятки и сотни Мбит/сек) возможна только в диапазонах частот выше 1 ГГц. Для компенсации большого затухания на трассе в этих диапазонах частот могут быть использованы параболические антенны большого диаметра (рис. 4). Передвижные комплексы управления БЛПА должны быть оборудованы опорно-поворотными устройствами с параболическими антеннами диаметром от 1 до 3 м, в стационарных станциях управления БЛПА могут быть использованы антенны большего диаметра.

Смотрите про коптеры:  Дрон не подключается к приложению и контроллеру (Решение)

Pic4_the dependence.jpg

Рис. 4.Зависимость коэффициента усиления параболической антенны от диаметра зеркала для различных диапазонов

Для расчета бюджета канала передачи информации между БПЛА и НКУ необходимо рассчитать мощность теплового шума на входе приемника, которая зависит от полосы пропускания аналогового тракта (рис. 5).

   Pic5_the dependence of the thermal noise power.jpg

Рис. 5. Зависимость мощности теплового шума на входе приемника от ширины полосы пропускания аналогового тракта

В таблице 2 приведен анализ бюджета канала связи для рабочего диапазона частот 2,4 ГГц, расстояния между БПЛА и НКУ 150 км и полосе частот 20 МГц.

Таблица 2. Анализ бюджета канала связи от БПЛА к НКУ

Позиция Усиление / ослабление, дБ (дБм) Итого, дБм
Выходная мощность передатчика 30 30
Потери в фидере и разъемах БПЛА -1,5 28,5
Усиление антенны БПЛА 10 38,5
Потери на распространение (2,4 ГГц, 150 км) -145 -106,5
Усиление антенны НКУ 30 -76,5
Потери в фидере и разъемах НКУ -1,5 -78
Уровень шума на входе приемника (полоса 20 МГц) -100
Отношение сигнал/шум 22 дБ

 Как видно из таблицы 2, для обеспечения бюджета канала связи при большом затухании сигнала на трассе необходимо использовать направленные антенны на борту БПЛА. Задача управления направлением максимального усиления бортовой антенны может быть решена несколькими способами:

  1. использование многоэлементной антенной решетки с управляемой диаграммой направленности;
  2. использование нескольких переключаемых антенн;
  3. установка антенны на опорно-поворотном устройстве.

Рассмотрим эти способы отдельно.

1. Кольцевая антенная решетка (рис. 6) может быть использована для создания антенной системы с управляемым направлением максимума диаграммы направленности. Благодаря кольцевой симметрии антенной решетки удается получить направленные диаграммы, которые мало меняются при сканировании в пределах 360º в плоскости решетки.

Pic6_circular antenna's array.png

Рис. 6. Кольцевая антенная решетка

Для получения большого коэффициента усиления кольцевой антенной решетки необходимо увеличивать число элементов (32, 64 и более). Преимуществом антенной решетки является возможность немеханического сканирования как в азимутальной плоскости, так и по углу места. При этом во время сканирования передача сигнала может не прерываться. Использование многоэлементной антенной решетки осложняется необходимостью изготовления сложных и дорогих диаграммообразующих устройств.

2. При использовании нескольких переключаемых остронаправленных антенн пространственные направления по азимуту разбиваются на сектора (зоны, рис. 7). Минимальное количество антенн – 4, в этом случае ширина диаграммы направленности должна составлять около 90º. При использовании широко распространенных патч-антенн с шириной диаграммы направленности около 60º, число секторов равно 6. С увеличением коэффициентов усиления антенн число зон растет, для размещения большого количества антенн необходимо увеличивать габаритные размеры и массу всей антенной системы. Наличие переключаемых элементов неизбежно приводит к перерывам в передаче информации.

Pic7_array of switchable high gain antenna.png

Рис. 7. Массив переключаемых остронаправленных антенн

При наличии нескольких антенн на борту ЛА возникает необходимость выбора антенны, направленной в сторону НКУ, требуется коммутация сигналов.Возможны несколько вариантов реализации подобной системы:

А. переключение выхода усилителя мощности передатчика между антеннами (один передатчик, один усилитель мощности, несколько антенн);

Б. переключение выхода передатчика между усилителями мощности и антеннами (один передатчик, несколько совмещенных усилителей мощности и антенн);

В. Переключение цифрового сигнала между передатчиками (число передатчиков и усилителей мощности равно числу антенн).

Рассмотрим эти варианты по отдельности.

А. В простейшем случае выходной сигнал усилителя мощности коммутируется между несколькими антеннами (рис. 8).

Pic8_switching power amplifier.png

Рис. 8. Переключение выхода усилителя мощности передатчика между антеннами (один передатчик, один усилитель мощности, несколько антенн)

Достоинством этого варианта является использование единого передающего модуля и усилителя мощности для работы на несколько антенных устройств. Недостатками являются: потери в коммутирующем устройстве; наличие ограничений по уровню мощности для полупроводниковых коммутаторов.

Быстродействующие полупроводниковые коммутаторы имеют большие потери (0,3…2 дБ) и малую допустимую мощность: точка децибельной компрессии в основном находится до 30…40 дБм. Электромеханические коммутаторы рассчитаны на большие мощности и имеют малые потери (рис. 9).

Pic9_electromechanical switch.png

Рис. 9. Электромеханический коммутатор DowKey 581-420802A


(1 вход, 8 выходов, 0…18 ГГц, 50 Ом, потери на частоте до 4 ГГц 0,2 дБ при максимальной мощности до 100 Вт)


Недостатком электромеханических коммутаторов является высокое время переключения (до 20 мс для DowKey 581-420802A) и высокая цена.

Б. Для снятия ограничений, которые накладывает коммутатор СВЧ-сигналов, усилитель мощности передатчика может быть вынесен за переключатель. В этом случае число усилителей мощности равно числу антенн (рис. 10).

Pic10_switching between the transmitter.png

Рис. 10. Переключение выхода передатчика между усилителями мощности и антеннами

К недостаткам такого подхода можно отнести: наличие нескольких усилителей мощности, которыми нужно управлять (включать/выключать при переключении антенн); усилители СВЧ-сигналов высокой мощности (более 1 Вт) занимают много места и имеют большую массу. Для данного варианта необходимо разрабатывать единый многоканальный блок усилителей мощности с общей системой питания и охлаждения.

В. Третий подход подразумевает отказ от переключателей СВЧ-сигналов ценой использования для каждой антенны своего передатчика и усилителя мощности. В этом случае переключатель сигналов выполняется на уровне цифровой логики (внутри ПЛИС или при помощи микроконтроллера).

Pic11_switching between digital signal transmitters.png

Рис. 11. Переключение цифрового сигнала между передатчиками

К достоинствам данного подхода следует отнести высокую надежность системы: даже в случае выхода из строя одного из каналов передачи информации, остальные останутся рабочими, обеспечивая связь в оставшихся азимутальных секторах.

3. Установка антенны на опорно-поворотном устройстве позволяет использовать одну остронаправленную антенну для непрерывного слежения за направлением на НКУ без разрывов связи. При установке антенны на опорно-поворотном устройстве главной задачей является создание вращающегося перехода, который может быть размещен в разных местах (рис. 12):

А. вращающийся СВЧ-переход размещается перед антенной и после усилителя мощности;

Б. вращающийся переход размещается после передатчика и перед усилителем мощности и антенной;

В. передающее устройство, усилитель мощности и антенна размещаются на поворотном устройстве, через многоканальный вращающийся переход передаются цифровые сигналы и напряжение питания.

Pic12_lodging with a rotating transition.png

Рис. 12. Варианты размещения вращающегося перехода

Вращающийся коаксиальный переход СВЧ-сигнала является сложным устройством и, как правило, может пропускать через себя высокие мощности при низких потерях (рис. 13).

Pic13_diamandsatcom.png

Рис. 13. Вращающийся коаксиальный переход Diamandsatcom 18-2124-0 (SMA, 0-18 ГГц, потери до 0,3 дБ, мощность до 200 Вт)

К недостаткам использования вращающегося коаксиального СВЧ-перехода нужно отнести: высокую стоимость, большие сроки поставки.

Кроме того, при установке на опорно-поворотное устройство только антенны или антенны и усилителя мощности остальное оборудование необходимо размещать как можно ближе к вращающемуся переходу, т. е. под опорно-поворотным устройством. Остронаправленная антенна может быть выполнена либо как плоская антенна (антенные решетки, апертурные антенны), либо как антенна с расположением элементов вдоль излучения (например, антенны бегущей волны: спиральная, вибраторная). Таким образом, при размещении подобного объекта на опорно-поворотном устройстве, большая часть поверхности поворотной платформы остается неиспользуемой. Для повышения эффективности использования площади поворотной платформы необходимо размещать на ней помимо антенны передающее оборудование и усилитель мощности. В этом случае требуется простой многоканальный вращающийся переход. Необходимым требованием к такому переходу является возможность передачи таких сигналов, как GigabitEthernet, и возможность передачи больших токов для питания выходного усилителя мощности (рис. 14, 15).

Pic14_rotating shift.png

Рис. 14. Вращающийся переход AC7195 (Ethernet 1000BaseT, RG178, до 43 контактов общего назначения, ток до 10 А)

Pic15_rotating shift2.png

Рис. 15. Вращающийся переход серии ME2121 (Ethernet 1000BaseT, до 24 контактов общего назначения, ток до 10 А)

Таким образом, оптимальным является использование опорно-поворотной платформы, на которой размещается все приемопередающее оборудование. На рисунке 16 показана модель разработанной платформы для БЛПА со взлетной массой более 30 кг.

Pic16_model of the turntable.png

Рис. 16. Модель поворотной платформы с антеннами, приемопередатчиком и усилителем мощности

Ориентация поворотной платформы в пространстве должна осуществляться по сигналам от автопилота, который непрерывно вычисляет вектор направления на НКУ. Для повышения эффективности антенного оборудования на поворотной платформе необходимо использовать антенны с круговой поляризацией и увеличивать их апертуру за счет создания антенных решеток в горизонтальной плоскости. Сужение диаграммы направленности в горизонтальной плоскости позволит повысить коэффициент усиления антенны при постоянной ширине диаграммы направленности в вертикальной плоскости, что гарантирует возможность наведения антенны при любых допустимых углах полета ЛА.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.            Боев Н.М.Анализ командно-телеметрической радиолинии связи с беспилотными летательными аппаратами// Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф.Решетнева. Выпуск 2 (42) / гл. ред. д.т.н. Ковалев И.В. – Красноярск: СибГАУ, 2022. – С.86–91.

2.            Боев Н.М. Адаптивное изменение параметров цифровых систем связи комплексов беспилотных летательных аппаратов// 22-я Международная Крымская конференция “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”, 10–14 сент., 2022 г.: материалы конф.: в 2 т. Т.1.

3.            Боев Н. М.Синхронизация цифровых программно-определяемых систем связи по сигналам СРНС/ Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. Выпуск 6 (46) / гл. ред. д.т.н. Ковалев И.В. – Красноярск: СибГАУ, 2022. – С.34–37.

4.            Боев Н.М., Лебедев Ю.А. Управление энергетической эффективностью совмещенных каналов передачи данных единой системы связи // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. Выпуск 1 (47) / гл. ред. д.т.н. Ковалев И.В. – Красноярск: СибГАУ, 2022. – С.11–15.

Дополнительные соображения

Функциональность: Производители полётных контроллеров, обычно, стараются предоставить как можно больше функций — либо включены по умолчанию, либо приобретаются отдельно в качестве опций/дополнений. Ниже приведены лишь некоторые из множества дополнительных функций, на которые вы, возможно, захотите взглянуть при сравнении контроллеров полёта.

Демпфирование: даже небольшие вибрации в раме, обычно вызываемые несбалансированными несущими винтами и/или моторами, могут быть выявлены встроенным акселерометром, который, в свою очередь, отправит соответствующие сигналы на главный процессор, который предпримет корректирующие действия. Эти незначительные исправления не нужны или не желательны для стабильного полёта, и лучше всего, чтобы контроллер полёта вибрировал как можно меньше. По этой причине между контроллером полёта и рамой часто используются виброгасители/демпферы.

Смотрите про коптеры:  Поделка робот: схемы и пошаговое описание изготовления робота своими руками

Корпус: защитный корпус вокруг контроллера полёта может помочь в различных ситуациях. Помимо того, что корпус выглядит более эстетично, чем голая печатная плата, корпус часто обеспечивает некоторый уровень защиты элект. элементов, а также дополнительную защиту в случае краша.

Монтаж: Существуют различные способы установки контроллера полёта на раму, и не все контроллеры полёта имеют одинаковые варианты монтажа:

  1. Четыре отверстия на расстоянии 30.5мм или 45мм друг от друга в квадрате.
  2. Плоская нижняя часть для использования с наклейкой.
  3. Четыре отверстия в прямоугольнике (стандарт не установлен).

Сообщество: поскольку вы создаете кастомный дрон, участие в онлайн-сообществе может значительно помочь, особенно, если вы столкнулись с проблемами или хотите получить совет. Получение рекомендаций от сообщества или просмотр отзывов пользователей, касательно качества и простоты использования различных контроллеров полёта, может также быть полезным.

Аксессуары: Для полноценного использования продукта, помимо самого контроллера полёта, могут потребоваться сопутствующие элементы (аксессуары или опции). Такие аксессуары могут включать, но не ограничиваются ими: модуль GPS и/или GPS антенна; кабели; монтажные принадлежности; экран (LCD/OLED);

Как работает аппаратура управления авиамоделями?

Вся современная аппаратура управления работает на частоте 2.4GHz. Это общепринятый стандарт, и вам наверняка знакома эта цифра, ведь в данном диапазоне работают Wi-Fi роутеры и блютуз. На практике системы управления в дорогих дронах, например, DJI так и работают — пульт это грубо Wi-Fi роутер, к которому подключается квадрокоптер. На самом деле, DJI обменивается данными пульт-квадрокоптер по технологии Ocusync.

Когда вы включаете пульт управления и начинаете двигать стиками или делаете другие движения элементами управления — движения каждого стика или элемента передаются квадрокоптеру в цифровом закодированном значении. Квадрокоптер принимает их с помощью приемника, а приемник в свою очередь отправляет данные в полетный контроллер дрона, который уже обрабатывает все данные и отдает команды двигателям через регуляторы оборотов.

Важный момент: если аппаратура не с многопротокольным модулем, то покупать пульт управления и приемник нужно только одной фирмы!

Если вы покупаете пульт FrSky Taranis, то вам необходимо купить приемник этого же производителя, то есть FrSky. С приемниками других производителей он работать не будет. То же самое относится и ко всем другим: Futaba не будет работать с пультом или приемником от Spektrum. Поэтому при покупке будьте внимательны.

Сейчас набирают популярность пульты с многопротокольным модулем. Такая аппаратура управления может подключаться к огромному количеству различных приемников разных брендов, вам нужно в настройках лишь выбрать название бренда и тип приемника. К таким относится, например, Jumper T-Lite. Есть и другая аппаратура.

Квадрокоптеры с большим радиусом действия своими руками

Готовые варианты дронов-долголетов хороши тем, что их можно заказать и на следующий день после получения, прочитав инструкцию, отправляться в полет. Однако, фабричные квадрокоптеры имеют и недостатки, первый из них – цена! 

Собранный своими руками квадрокоптер – дальнолет по цене обойдется в 4-5 раз ниже, чем купленный в магазине. Да, сборка потребует времени, придется разобраться с теорией по сборке, потребуется умение паять, но, зато, вы сможете оснастить свой дрон именно тем оборудованием, которое требуется именно для выполнения именно ваших задач, а избыток затраченного времени компенсируется пониженными финансовыми затратами.

Итак, переходим к практике!

Сделать выводы о максимальной дальности управляемого полета можно даже исходя из стоимости коптера. Мы не будем приводить конкретных примеров, просто скажем, что квадрокоптеры стоимостью до 100$ редко обладают способны улетать на 200-250 метров.

Коптеры стоимостью до 200-300$ способны оставаться управляемыми на удалении 200-500 метров от пульта. Впрочем, выбор в этой категории с каждым годом становится все лучше, поэтому не исключено, что последние модели недорогих беспилотников могут управляемо улетать и на 1000 метров.

Более дорогие летательные аппараты могут иметь самую разную дальность контролируемого полета. К примеру, Phantom 4 остается управляемым на удалении до 5 километров (если нет искусственных ограничений), а сравнимый с ним по стоимости GoPro Karma обладает радиусом, равным 3 километрам. Квадрокоптеры с большим радиусом действия и качественной камерой стоят заметно дороже.

Пример

Итак, учитывая все эти различные сравнительные характеристики, какую информацию вы можете получить о контроллере полёта и что может включать контроллер полета? В качестве примера мы выбрали Quadrino Nano Flight Controller.

Главный процессор

Используемый на борту ATMel ATMega2560 является одним из наиболее мощных Arduino-совместимых чипов ATMel. Хотя он имеет в общей сложности 100 выводов, включая 16 аналогово-цифровых каналов и пять портов SPI, из-за его небольшого размера и предполагаемого использования в качестве контроллера полёта, на плате присутствуют только некоторые из них.

  • AVR vs PIC: AVR
  • Процессор: 8-бит
  • Рабочая частота: 16МГц
  • Программная память/Flash: 256Кбайт
  • SRAM: 8Кбайт
  • EEPROM: 4Кбайт
  • Дополнительные контакты ввода/вывода: 3 × I2C; 1 × UART; 2 × 10-контактных GPIO; Серво с 5 × выходами; OLED порт
  • Аналого-цифровой преобразователь: 10-бит

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Сенсоры

Quadrino Nano включает микросхему MPU9150 IMU, которая включает в себя 3-осевой гироскоп, 3-осевой акселерометр и 3-осевой магнитометр. Это помогает сделать плату достаточно маленькой, не жертвуя качеством датчика. Барометр MS5611 предоставляет данные о давлении и покрыт кусочком пены. Интегрированный Venus 838FLPx GPS с внешней GPS антенной (в комплекте).

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Программное обеспечение

Quadrino Nano был создан специально для использования новейшего программного обеспечения MultiWii (на базе Arduino). Вместо того, чтобы изменять код Arduino напрямую, было создано отдельное, более графическое программное обеспечение.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Связь

  • Прямой ввод от стандартного RC приёмника.
  • Порт выделенного спутникового ресивера Spektrum
  • Последовательный (SBus и/или Bluetooth или 3DR радиосвязи)

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Дополнительные факторы

  1. Корпус: защитный полупрозрачный корпус входит в стандартную комплектацию
  2. Монтаж: Есть два основных способа крепления Quadrino Nano к дрону: винты и гайки или наклейка из вспененной резины.
  3. Компактная конструкция: сам контроллер (без учёта GPS антенны) имеет размеры 53 × 53мм.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Программное обеспечение

ПИД-регулятор (назначение и настройка)

Proportional Integral Derivate (PID) или Пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор (ПИД) — часть программного обеспечения полётного контроллера, которое считывает данные с сенсоров и вычисляет, как быстро должны вращаться моторы, чтобы сохранить желаемую скорость перемещения БЛА.

Разработчики готовых к полёту БЛА как правило оптимально настраивают параметры ПИД-регулятора, поэтому большинство RTF беспилотников отлично пилотируются прямо из коробки. Чего не скажешь про кастомные сборки БЛА, где актуально использование универсального полётного контроллера подходящего для любой мультироторной сборки, с возможностью регулировки значений PID до тех пор, пока они не будут соответствовать требуемым характеристикам полёта конечного пользователя.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Рамы дронов с большой дальностью полета

Дальность полета дрона определяется двумя вещами – эффективностью группы мотор пропеллер и емкостью аккумулятора.

Так же на дальность полета влияет и аэродинамическое сопротивление корпуса квадрокоптера, чем оно меньше, тем меньше дрон будет расходовать энергии на преодоление расстояния.

Дроны оборудованные полетными контроллерами с GPS могут летать по заданным точкам на карте и им не требуется управление от оператора в полете. В ином случае дальность полета дрона так же зависит от дальнобойности пульта управления.

Квадрокоптеры с большим радиусом действия оборудованы камерой, так как летать только ради простого полета смысла нет.

Из имеющихся в продаже дронов-долголетов наиболее оптимален DJI Mavic Pro, для увеличения дальности и времени полета пользователи часто производят установку дополнительного аккумулятора, посмотреть на такую модификацию можно в статье Доработки DJI Mavic.

Этот дрон может летать на 5 километров и дальше. На видео выше полет протяженностью в 14 километров.

Если вы хотите купить квадрокоптер с полетом на 5 километров и дальше, то переходите по ссылке ниже.

Naza Lite – это оптимальный полетный контроллер для новичка. Его можно перепрошить под полноценную версию DJI Naza V2.

Этот полетник легко настроить: Настройка Naza . Но эта версия не умеет летать по заданным точкам, зато при потере сигнала, ваш дрон не упадет, а вернется в точку взлета.

AMP (Ardupilot Mega) – весьма продвинутый вариант полетного контроллера, требует вдумчивой настройки. Вариант не дешевый, но при должном усердии или умении это весьма продвинутый вариант!

Если установить модуль телеметрии – то данные о полете можно получать на смартфон или планшет и задавать полет по точкам в реальном времени полета.

Также AMP вернет дрон к месту взлета при потере сигнала.

Omnibus позволяет подключить GPS и компас и после установки iNav у вас появится возможность полета по точкам и автовозврата.

Это самый дешевый вариант автопилота с GPS и авторежимами! К тому же настройка Omnibus проще, чем APM.

Оптимальной рамой для дрона летающего на большие расстояния является 230-250 размер, на двух этажах достаточно удобно размещается все оборудование для дальнего полета. Эти рамы за длинную центральную секцию часто называют “автобусами”.

Любители Drone Racing потихоньку переходят на более компактные рамы, но для дальнолетов выбор “автобуса” оптимальное решение!

Если вы не имеете готового набора из пульта и приемника, то оптимальным решением будет приобретение полного комплекта дрона и последующей его доработки – установки GPS и аккумулятора большей емкости.

Готовые наборы рам дронов

 Но, гораздо лучим решением будет полностью самостоятельная сборка квадрокоптера для дальних полетов на пустой раме.

Рамы дронов для дальних полетов

 Электроника для дальнолета приведена в статье выше, удачной сборки и дальних полетов!

Смотрите про коптеры:  Как не разбить и не потерять квадрокоптер -

Режимы полёта

Ниже приведён список самых популярных режимов полёта, тем не менее не все из них могут быть доступны в полётных контроллерах. «Режим полёта» — это способ, посредством которого полётный контроллер использует сенсоры и входящие радиокоманды для обеспечения стабилизации и полёта БПЛА.

  • ACRO — обычно режим по умолчанию, из всех имеющихся сенсоров, контроллером полёта задействуется только гироскоп (беспилотник не может автоматически выравниваться). Актуален для спортивного (акробатического) полёта.

  • ANGLE — стабильный режим; из всех имеющихся сенсоров, контроллером полёта задействуются гироскоп и акселерометр. Углы ограничены. Будет удерживать беспилотник в горизонтальном положении (но без удержания позиции).

  • HORIZON — сочетает в себе стабильность режима «ANGLE», когда стики находятся вблизи центра и перемещаются медленно, и акробатику режима «ACRO», когда стики находятся в крайних положениях и перемещаются быстро. Контроллером полёта задействуется только гироскоп.

  • BARO (Altitude Hold) — стабильный режим; из всех имеющихся сенсоров, контроллером полёта задействуются гироскоп, акселерометр и барометр. Углы ограничены. Барометр используется для удержания определенной (фиксированной) высоты, когда с аппаратуры управления не подаются никакие команды.

  • MAG (Heading Hold) — режим блокировки курса (направления компаса), беспилотник будет сохранять Yaw ориентацию. Из всех имеющихся сенсоров, контроллером полёта задействуются гироскоп, акселерометр и компас.

  • HEADFREE (CareFree, Headless, Безголовый) — исключает отслеживание ориентации (Yaw) дрона и тем самым позволяет перемещаться в 2D направлении согласно перемещению стика управления ROLL/PITCH. Из всех имеющихся сенсоров, контроллером полёта задействуются гироскоп, акселерометр и компас.

  • GPS/Return to Home — автоматически использует компас и GPS, чтобы вернуться к месту взлёта. Из всех имеющихся сенсоров, контроллером полёта задействуются гироскоп, акселерометр, компас, и модуль GPS.

  • GPS/Waypoint — позволяет беспилотнику автономно следовать по предварительно установленным GPS точкам. Из всех имеющихся сенсоров, контроллером полёта задействуются гироскоп, акселерометр, компас, и модуль GPS.

  • GPS/Position Hold — удерживает текущую позицию с помощью GPS и барометра (если доступен). Из всех имеющихся сенсоров, контроллером полёта задействуются гироскоп, акселерометр, компас, и модуль GPS.

  • Failsafe (аварийный/отказоустойчивый режим) — если другие режимы полёта заданы не были, беспилотник переходит в режим Acro. Из всех имеющихся сенсоров, контроллером полёта задействуется только гироскоп. Актуален при сбоях в программном обеспечении беспилотника, позволяет восстановить контроль над БЛА посредством ранее предустановленных команд.

Связь

Радиоуправление (RC)

Управление посредством радиосвязи обычно включает в себя RC передатчик/RC transmitter (в беспилотном хобби — радиоаппаратура управления/пульт) и RC приёмник (RC receiver). Для взаимодействия с БПЛА пользователю потребуется как минимум четырёх (и более) канальный RC передатчик. По умолчанию первые четыре канала связаны с:

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Все остальные имеющиеся каналы могут быть задействованы для таких действий как:

  • Арминг (Arming или Arm)/Дизарминг (Disarming или Disarm) — постановка/снятие с охраны моторов.
  • Управление подвесом (панорамирование вверх/вниз, вращение по часовой стрелке/против часовой стрелки, зуммирование)
  • Смена режимов полёта (ACRO/ANGLE и т.д.)
  • Активировать/Задействовать полезную нагрузку (парашют, зуммер или другое устройство)
  • Любое другое применение

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Большинство пользователей (пилотов БПЛА) предпочитают именно ручное управление, это ещё раз доказывает, что пилотирование при помощи аппаратуры управления по прежнему является выбором номер один. Сам по себе RC приёмник просто передаёт поступающие от RC передатчика значения, а значит не может управлять беспилотником. RC приёмник должен быть подключен к контроллеру полёта, который в свою очередь должен быть запрограммирован для приёма RC сигналов. На рынке очень мало полётных контроллеров, которые принимают входящие радиокоманды от приёмника на прямую, а большинство ПК даже обеспечивают питание приёмника от одного из контактных выводов. Дополнительные соображения при выборе пульта дистанционного управления включают в себя:

  • Не все RC передатчики могут обеспечить полный диапазон RC сигналов от 500мс до 2500мс; некоторые искусственно ограничивают этот диапазон, так как большинство используемых RC предназначены для радиоуправляемых автомобилей, самолётов и вертолётов.
  • Дальность/Макс. воздушный радиус действия (измеряется в футах или метрах) RC-системы практически никогда не предоставляются производителями, поскольку на этот параметр влияют множество факторов, таких как помехи, температура, влажность, заряд батареи и другие.
  • Некоторые RC-системы имеют приёмник, который также имеет встроенный передатчик для передачи данных от датчика (например, GPS-координат), которые в последствии будут отображаться на ЖК-дисплее RC передатчика.

Bluetooth

Bluetooth и более поздние продукты BLE (Bluetooth Low Energy) изначально предназначались для передачи данных между устройствами без заморочек сопряжения или согласования частот. Некоторые имеющиеся на рынке контроллеры полёта могут отправлять и получать данные по беспроводной связи через соединение Bluetooth, что упрощает поиск неисправностей в полевых условиях.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Wi-Fi

Управление по Wi-Fi обычно достигается посредством Wi-Fi роутера, компьютера (в том числе ноутбук, десктоп, планшет) или смартфон. Wi-Fi в состоянии справится как с передачей данных, так и с передачей видеопотока, но одновременно с этим эту технологию сложнее настроить/реализовать. Как и для всех Wi-Fi устройств, расстояние удаления ограничено Wi-Fi передатчиком.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Радиочастота (RF или РЧ)

Радиочастотное (РЧ) управление в этом контексте относится к беспроводной передаче данных с компьютера или микроконтроллера на летательный аппарат с использованием РЧ передатчика/Приёмника (или двухполосного приёмопередатчика). Использование обычного радиочастотного блока, подключенного к компьютеру, позволяет осуществлять двухполосную связь на большие расстояния с высокой «плотностью» данных (обычно в последовательном формате).

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Смартфон

Хоть это и не тип связи, самого вопроса, как управлять дроном используя смартфон, достаточно, чтобы уделить ему отдельный раздел. Современные смартфоны это по сути мощные компьютеры, которые по случайному совпадению могут также совершать телефонные звонки. Почти все смартфоны имеют встроенный модуль Bluetooth, а также модуль WiFi, каждый из которых используется для управления дроном и/или получения данных и/или видео.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Инфракрасное излучение (Infrared (IR))

Инфракрасная связь (то что можно найти в каждом телевизионном пульте дистанционного управления) редко используется для управления дронами, так как даже в обычных комнатах (не говоря уже об открытом пространстве) присутствует так много инфракрасных помех, что они не очень надёжны. Несмотря на то, что технологию можно использовать для управления БПЛА, не может быть предложена как основной вариант.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Сенсоры

С точки зрения аппаратного обеспечения, контроллер полёта по сути является обычным программируемым микроконтроллером, только со специальными датчиками на борту. Как минимум, контроллер полёта будет включать в себя 3-осевой гироскоп, но без автовыравнивания. Не все контроллеры полёта оснащаются указанными ниже сенсорами, но они также могут включать их комбинацию:

  • Акселерометр: Как следует из названия, акселерометры измеряют линейное ускорение по трем осям (назовём их: X, Y и Z). Обычно измеряется в «G (на рус. Же)». Стандартное (нормальное) значение, составляет g = 9.80665 м/с². Для определения положения, выход акселерометра может быть интегрирован дважды, правда из-за потерь на выходе объект может быть подвержен дрейфу. Самой значимой характеристикой трёхосевых акселерометров является то, что они регистрируют гравитацию, и как таковые, могут знать, в каком направлении «спуск». Это играет главную роль в обеспечении стабильности многороторного БЛА. Акселерометр должен быть установлен на контроллере полёта так, чтобы линейные оси совпадали с основными осями беспилотника.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

  • Гироскоп: Гироскоп измеряет скорость изменения углов по трём угловым осям (назовём их: альфа, бета и гамма). Обычно измеряется в градусах в секунду. Обратите внимание, что гироскоп не измеряет абсолютные углы напрямую, но вы можете выполнить итерацию, чтобы получить угол, который, как и у акселерометра, способствует дрейфу. Выход реального гироскопа имеет тенденцию быть аналоговым или I2C, но в большинстве случаев вам не нужно беспокоиться об этом, так как все поступающие данные обрабатываются кодом контроллера полёта. Гироскоп должен быть установлен так, чтобы его оси вращения совпадали с осями БПЛА.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

  • Инерционный измерительный блок (IMU): IMU — по сути, это небольшая плата, которая содержит как акселерометр, так и гироскоп (обычно многоосевые). Большинство из них включают трёхосевой акселерометр и трёхосевой гироскоп, другие могут включать дополнительные сенсоры, например трёхосевой магнитометр, обеспечивающий в общей сложности 9 осей измерения.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

  • Компас/Магнитометр: Электронный магнитный компас способный определять магнитное поле Земли и использовать эти данные для определения направления компаса беспилотника (относительно северного магнитного полюса). Этот сенсор почти всегда присутствует, если система имеет GPS вход и доступно от одной до трех осей.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

  • Давление/Барометр: Так как атмосферное давление изменяется по мере удаления от уровня моря, можно использовать сенсор давления, чтобы получить довольно точные показания высоты БПЛА. Для расчёта максимально точной высоты, большинство контроллеров полёта получают данные одновременно от сенсора давления и спутниковой системы навигации (GPS). При сборке обратите внимание, что предпочтительнее, чтобы отверстие в корпусе барометра было накрыто куском поролона, это уменьшить отрицательное влияние ветра на чип.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

  • Расстояние: Датчики расстояния все чаще используются на беспилотниках, поскольку GPS-координаты и датчики давления не могут рассказать вам, насколько далеко вы находитесь от земли (холма, горы или здания), либо столкнётесь ли вы с объектом или нет. Датчик расстояния, обращенный вниз, может быть основан на ультразвуковой, лазерной или лидарной технологии (ИК-сенсоры могут испытывать проблемы в работе при солнечном свете). Датчики расстояния редко входят в стандартный комплект полётного контроллера.

8 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Эргономика

Ниже в статье вы увидите список с аппаратурой, после выбора которой у вас будут все необходимые и нужные функции, а также удобство. Эргономика — это широкая категория, описывающая внешний вид, ощущения и дизайн. Это подобно салону автомобиля, его коробке передач — в хорошей машине приятно находиться и управлять ей.

Пульт Phantom 4 pro
Пульт Phantom 4 pro

К сожалению, чтобы это понять, пульт нужно держать в руках. На вид они все похожи, от Taranis до TBS Tango или даже Turnigy Evolution. Но это только на вид. На самом деле все они отличаются по весу, форме и толщине стиков, а также из какого они материала, скользят или не скользят в руках.

Будет очень хорошо, если в вашем городе есть магазин авиамоделей, где вы сможете подержать в руках всю аппаратуру. Если нет, то не стесняйтесь подходить к пилотам, которые летают у вас на местности, скорее всего они с радостью покажут и расскажут вам о своей аппаратуре. 

Еще один важный момент по выбору аппаратуры — дизайн:

  • Посмотрите каким способ крепится или как расположена антенна(ы), легко ли ее сломать?
  • Есть ли крючок для ремешка, чтобы можно было держать пульт на шее?
  • Есть ли у пульта переключатели, к которым можно легко дотянуться?
  • Есть ли у пульта 2-х или 3-х позиционные переключатели? Для квадрокоптеров они нужны.
Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий

Adblock
detector