Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Notice: Undefined index: HTTP_ACCEPT in /home/n/newavtjc/radiocopter.ru/public_html/wp-content/plugins/realbig-media/textEditing.php on line 823

Введение

Теперь, когда вы выбрали все основные компоненты для вашего БПЛА, вы можете приступать к сборке. В этом руководстве будут рассмотрены распространенные ошибки при сборке многороторного БПЛА, а также приведены некоторые полезные советы по настройке. Этот урок не будет охватывать такие элементы, как камера/FPVсистема, дальнобойные устройства или другие аксессуары (рассмотрим на 7 уроке).

Компоненты, которые вы должны иметь на этом этапе:

  1. Рама (купленная или исполненная вручную)
  2. Моторы, ESC, пропеллеры, аккумулятор, зарядное устройство
  3. Плата распределения питания/соединительные жгуты
  4. Контроллер полёта и устройство связи (предложено радиоуправление)

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Силовая установка

Для достижения целей этого урока, силовая установка вашего БПЛА будет включать следующие компоненты:

  • Моторы
  • ESC
  • Распределение питания (плата или соединительные жгуты)
  • Аккумуляторная батарея
  • Полётный контроллер

Обратите внимание, что пропеллеров в списке нет. Не устанавливайте пропеллеры на данном этапе! Несущие винты будут подключены только на 6 уроке. Поскольку это ваш первый беспилотник, мы рекомендуем выполнить «безрамное» подключение электрической части, перед тем, как установить всё на раму; с целью проверить все соединения и устранить выявленные неисправности.

Аккумулятор. распределение питания

Соединение между аккумулятором и системой распределения питания должно быть относительно простым, если они оба имеют одинаковый тип разъёма. Если это так, то переходите к следующему шагу. Если же разъёмы разные, то не в коем случае не перерезайте провода аккумулятора для отделения разъёма; это может вызвать короткое замыкание и неприятный удар током! Вместо этого вы можете подобрать переходник и использовать его между разъёмом на АКБ и разъёмом платы распределения питания. Другим вариантом может выступать поиск ответного разъёма к разъёму АКБ, и его покупка; затем отрежьте существующий разъём от распределителя питания и припаяйте купленную замену, предварительно убедившись в отсутствии связи между положительным и отрицательным контактами.

Важно отметить, что большинство мультироторных БЛА не имеют переключателя вкл/выкл, поэтому питание подаётся и отключается путем подключения и отсоединения основной батареи от разъёма распределителя питания, поэтому их разъемы должны быть надёжно закреплены, а провода/точки пайки хорошо изолированы посредством термоусадочной трубки и/или изолентой.

Прежде чем продолжить, отсоедините аккумулятор от распределителя питания.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Мотор. esc. распределение питания

Плата распределения питания (ПРП) или проводное распределение в первую очередь служат для распределения питания от основной батареи к каждому ESC. Напряжение подается на ESC «как есть», поэтому нет необходимости повышать (увеличивать) или понижать (уменьшать) напряжение. Если ваш беспилотник имеет четыре двигателя, то у вас должно быть четыре ESC, и, следовательно, ваша распределительная плата/проводное распределение должны в конечном итоге разделить основную батарею на четыре соединения. Если же ваша ПРП имеет шесть подключений, а вы собираете квадрокоптер, то вам просто не нужно подключать последние два. Если вы строите гексакоптер, ваша ПРП должна распределить питание от основной батареи на шесть соединений. ESC включает в себя следующие провода:

  • Один 3-проводной 0.1-дюймовый шлейф с R/C разъёмом, в числе которых чёрный контакт обычно является заземлением, красный обеспечивает 5В выход (через BEC*), а жёлтый/белый является входом сигнала.
  • Три раздельных провода служат для подключения к трём проводам на бесколлекторном моторе постоянного тока (обычно поставляются с разъёмами типа «пуля» с внутренней резьбой, которые либо уже припаяны, либо включены в комплект).
  • Два входных разъёма для подключения аккумулятора к PDB (некоторые включают паяные разъёмы с пайкой, какие-то входят в комплект, а бывает вообще не входят).

*ESC обычно имеют встроенную цепь устранения батареи (или BEC), которая преобразует напряжение основной батареи в 5В для последующего питания приёмника и контроллера полёта. 5В обычно подаётся через RC разъём от ESC (обычно центральный/красный контакт). Вам потребуется только один BEC для питания контроллера полёта.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Если плата распределения питания использует разъёмы, которые не совпадают с разъёмами на ESC или АКБ, то вам нужно будет, либо приобрести переходники (адаптеры), либо приобрести новые разъёмы и заменить их на ESC или ПРП. Преимущество остаётся за платой распределения питания, разъёмы которой совпадают с разъёмами АКБ и ESC. Чаще всего литий-полимерная аккумуляторная батарея БЛА может иметь DEANS разъём, XT60 или EC3.

Если вы хотите запитать дополнительную слаботочную электронику (светодиодную систему освещения, подвесное устройство и т.д.), но на вашей плате распределения питания нет запасных соединений, вы можете использовать зарядный кабель аккумуляторной батареи. Белый зарядный разъём обычно имеет один контакт для заземления и по одному контакту для каждой банки (1S, 2S, 3S и т.д.) используемой в сборке LiPo АКБ. Несмотря на то, что этот разъём действительно предназначен только для зарядки батареи, он может обеспечивать выходное напряжение равное 3.7В от каждого контакта и может использоваться для питания слаботочной электроники, такой как подвесная система или светодиоды.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

  1. Удалите красный повод у каждого 3-контактного R/C разъёма регулятора скорости, за исключением одного. Рекомендуется это сделать таким образом, чтобы при необходимости вы всегда могли подключить их обратно. Замотайте конец каждого исключённого провода изолентой или используйте для изоляции термоусадочную трубку, чтобы в последствии они не смогли контактировать с другими элементами электроники. Тот единственный красный провод, что остался не тронутым, будет питать используемый в сборке полётный контроллер.
  2. Подключите два питающих провода каждого ESC к распределительной плате, убедившись, что красный провод подводится к плюсу ( ), а чёрный провод к минусу (-).
  3. Если используемая вами плата распределения питания имеет свои R/C разъёмы, то в данном случае решать вам, подключать R/C выводы каждого ESC к R/C разъёмам на этой плате или подключать их напрямую к полётному контроллеру.
  4. Подсоедините каждый из трёх разъёмов моторов к трём разъёмам регуляторов скорости (ESC). На данный момент порядок подключения этих разъёмов не важен (если повлияет на направление вращения, то будет исправлено по мере необходимости позднее).

Обратите внимание, что если вы решите на данном этапе убрать или скрыть проводку, позднее вам может потребоваться доступ к некоторым соединениям в соответствии с процедурой, описанной в 6 уроке, в частности, поменять местами соединения между ESC и мотором, чтобы двигатель вращался в противоположном направлении.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Esc. контроллер полёта.

Сейчас вы можете подключить R/C входы регуляторов скорости к контроллеру полёта. Выбранный вами контроллер полёта должен иметь схему, в которой показано, к каким контактам контроллера подключаются моторы вашей мультироторной сборки. Также в этой схеме должно быть показано направление вращения каждого мотора, но, опять же, пока вам не нужно учитывать направление.

  1. Ознакомьтесь со схемой подключения между моторами/ESC и полётного контроллера в руководстве по эксплуатации ПК.
  2. Подключите R/C разъёмы каждого ESC к соответствующим контактам полётного контроллера, убедитесь, что провод заземления (обычно чёрный) подключается к контакту заземления контроллера полёта, а сигнальный контакт (белый или желтый) подключается к сигнальному контакту на контроллере полёта.
  3. Только один из RC разъёмов будет по-прежнему иметь красный (питающий) контакт.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Связь

Приёмник. полётный контроллер.

Предположим, что на этом уроке вы сделали выбор в пользу радиоуправления в качестве устройства ввода. Если вы хотите использовать WiFi, Bluetooth или другой способ ввода, пожалуйста, прочитайте инструкцию по контроллеру полёта и найдите последовательный ввод; в этом разделе будет описано, как/куда подключить устройство последовательного ввода к контроллеру полёта. Скорее всего, вам потребуется найти и подключить передающее (Tx), принимающее (Rx), напряжение (5В) и GND-контакты от беспроводного устройства к передатчику, обеспечивая Rx от одного к Tx другого, и наоборот.

Ваш RC передатчик должен приходить в комплекте с соответствующим RC приёмником. Приёмник должен быть привязан к передатчику, чтобы вы могли удалить перемычку привязки с приёмника (если она есть). В комплект также может входить держатель АА батарейки, которая предназначена для питания приёмника, но мы не будем использовать её, поскольку BEC будет питать как приёмник, так и контроллер полёта. Чтобы узнать, какие каналы RC приёмника подключаются к каким контактам на контроллере полёта, вам нужно взглянуть на руководство пользователя как контроллера полёта, так и RC системы.

В руководстве к контроллеру полёта будут указаны местоположения следующих контактов, которые должны быть согласованы и подключены к приёмнику:

  • Throttle
  • Pitch
  • Yaw
  • Roll
  • Вспомогательные (Aux) переключатели 1, 2, 3 и т.д.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Теперь вы можете сделать следующие подключения:

  1. Прочитайте руководство к контроллеру полёта, чтобы увидеть, какой входной R/C контакт связан с какой из перечисленных выше функций.
  2. Прочтите руководство к передатчику, чтобы узнать, какой канал связан с каждой из функций.
  3. Некоторые RC передатчики могут быть перепрограммированы для изменения функций каждого контакта. Если вы решите изменить какой нибудь вход (джойстик или переключатель), делайте это лишь после того, как убедитесь, что знаете, какой канал на приёмнике соответствует какой функции. Throttle, Pitch, Yaw, и Roll всегда должны быть связаны с двумя стиками/джойстиками, а не с переключателями или кнопками.
  4. Подключите канал Throttle на приёмнике к входу Throttle на контроллере полёта.
  5. Подключите канал Pitch на приёмнике к входу Pitch на контроллере полёта.
  6. Подключите канал Yaw на приёмнике к входу Yaw на контроллере полёта.
  7. Подключите GND на контроллере полёта (обычно третий ряд контактов) к GND на приёмнике (обычно третий ряд контактов).
  8. Если будет использоваться вспомогательный вход, подключите Aux 1 на приёмнике к Aux 1 на контроллере полёта и так далее.

Вы можете использовать 3-контактные серво провода для каждого из каналов, но только один из каналов (может быть любым) должен иметь напряжение и заземление; остальным нужен только сигнальный провод. Все соединения могут иметь GND к GND, хотя требуется только одно. Еще раз, приёмнику не нужна отдельная батарея, поскольку он будет получать питание от контроллера полёта, который получает питание от BEC от одного из ESC.

Сборка рамы

Если вы строите свою собственную раму, вы можете собрать её на этом этапе. Если вы приобрели рамный комплект, следуйте инструкции по сборке. Обратите внимание, что вам может потребоваться разобрать определенные участки, чтобы облегчить подключение или убрать (скрыть) элементы электрики. Цель заключается в том, чтобы гарантировать, что ничто не ослаблено, все провода надёжно закреплены, и ничто не может выпасть из рамы или запутаться.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Монтаж

Размещение акб.

Батарея, используемая для питания, часто является самым тяжелым элементом на БПЛА и может составлять от 1/4 до 1/2 его общего веса. Поэтому, место её установки очень важно. Идеальное расположение основного аккумулятора должно быть в центре коптера, чтобы все двигатели могли выдерживать примерно одинаковую нагрузку. Если аккумулятор расположен ближе к задней части коптера, задние моторы должны будут обеспечивать большую тягу, чем моторы спереди, и, соответственно, максимальная общая тяга будет ограничена (когда задние двигатели находятся на полной тяге, на моторах спереди тяги не будет). Принимая во внимание, что обычный подход в мультироторной конструкции состоит в том, чтобы коптер был симметричен относительно центральной оси (или, по крайней мере, одной оси), поэтому батарею следует размещать вдоль этой центральной линии, а не смещать ее в одну или другую сторону.

Далее вам нужно будет решить, на какой высоте разместить аккумулятор. Есть несколько мест, где батарея может быть установлена:

  1. Под рамой (коптер будет тяжелым снизу, более стабильным и менее акробатичным).
  2. Прямо под моторами (обычно внутри рамы); возможно, одно из лучших мест.
  3. На той же высоте, что и двигатели или несущие винты (например, устанавливается в верхней части рамы).
  4. Над пропеллерами (БПЛА будет сверху тяжелым и более склонным к перевороту).

Для достижения наилучших лётных характеристик, в идеале АКБ должна быть расположена в положении 3, описанном выше. Положение 4 создает эффект перевернутого маятника, и, если БПЛА наклонится за пределы определенного угла, то дрон будет стремиться к перевороту. Положение 1 создаст достаточно стабильную платформу, которая по своей природе склонна оставаться на одном уровне, но при этом крайне не годится для акробатики. Поэтому большинство разработчиков выбирают положение 2 и размещают аккумулятор либо непосредственно под рамой, либо внутри нее. Такой подход освобождает пространство под рамой для полезной нагрузки, такой как система подвеса, а пространство выше для контроллера полёта и другой электроники, чтобы они были максимально доступны.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Монтаж батареи

Существует множество общепринятых способов крепления батареи к раме, которые включают в себя:

  • Ремни с липучкой
  • Самоклеющаяся липучка (одна сторона клеится на АКБ, а другая на раме)
  • В раме

Ремни с липучкой являются наиболее распространенными для пользовательских дронов среднего «стандартного» размера, тогда как заключение в раме чаще всего встречается на коммерческих беспилотниках, рамы таких БЛА зачатую отливаются под давлением и оставляют внутри пространство специально под определенный аккумулятор. Липучки в идеале следует использовать только в том случае, если батарея относительно лёгкая; вместо одного короткого отрезка в центре, рекомендуется клеить одну полосу по всей длине батареи. Если вы используете ремни на липучке и обнаруживаете, что батарея склонна к выдвиганию из-за отсутствия сцепления, рекомендуется добавлять резиновые полоски в места, где батарея контактирует с ремнями. Не рекомендуется использовать клей для крепления аккумулятора к раме. Если вы не используете БЛА, извлеките АКБ и храните её в безопасной LiPo сумке (LiPo safe bag) или керамическом резервуаре.

Зарядка акб

Весьма вероятно, что вы выбрали литий-полимерный (LiPo) или другой литиевый аккумулятор. Большинство LiPo аккумуляторов свыше 3.7В имеют для зарядки отдельный кабель с многоконтактным разъёмом, в то время как силовой кабель можно определить по наличию двухконтактного разъёма с более крупными проводами, способными выдерживать большой ток разряда. Разъём для зарядки обычно имеет по одному контакту для каждой банки батареи, а также общий контакт заземления.

Из-за опасностей, связанных с LiPo батареями (водород и электричество), обычной практикой является полное извлечение батареи из дрона, когда она не используется, и помещение ее в безопасную сумку «LiPo Safe». Эта же сумка используется при зарядке батареи (подключите батарею к зарядному устройству, поместите батарею в сумку (оставив зарядное устройство вне сумки) и закройте её (обычно в ней есть клапан с липучкой).

Размещение и монтаж контроллера полёта

В идеале контроллер полёта должен быть расположен в центре дрона на той же высоте, что и моторы. Если это невозможно, то контроллер можно поставить чуть выше или ниже. Не стоит устанавливать контроллер полёта больше в направлении левой или правой стороны, и избегайте установки его со сдвигом вперед или назад. Если вы приобрели раму для БПЛА, то у таких зачастую есть монтажные отверстия для контроллера полёта, которые находятся в оптимальном месте. Контроллер полёта может быть закреплен любым из следующих основных способов:

  • Винты/Гайки /Стойки (основные)
  • Двухсторонняя клейкая лента (убедитесь, что она достаточно прочная)
  • Двусторонняя клейкая пена (для достижения демпфирующего эффекта)
  • Резиновые демпфирующие втулки (для значительного демпфирования)

Некоторые полётные контроллеры либо имеют, либо могут иметь опционально защитный кейс. Этот корпус защищает печатную плату от пыли и нескольких капель дождя и может принять на себя удар в случае краша. В некоторых случаях используются резиновые демпферы/втулки, которые уменьшают вибрацию, вызванную несбалансированными моторами/пропеллерами. Идеальная сборка — макс. жесткая рама с идеально сбалансированной силовой установкой и хорошо изолированным от вибраций контроллером полёта.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Размещение и монтаж esc

ESC подключаются между моторами, распределительной платой/кабелем и контроллером полёта. Стандартная длина проводов ESC и моторов, как правило не требует их удлинения в процессе сборки мультиротора. ESC должны обеспечивать высокий ток и, соответственно могут сильно нагреваться в процессе эксплуатации. Идеальное расположение регулятора находится непосредственно под лопастями несущего винта на опорном луче; такой подход обеспечит ему хорошее охлаждение. ESC может быть прикреплен к опоре с помощью стяжек (по одной на каждой стороне ESC), ленты или почти любым другим способом, который не будет препятствовать отводу тепла. ESC не должны устанавливаться в месте, ограничивающем рассеивание тепла (например, в закрытой металлической коробке), и должны располагаться на расстоянии от чувствительной электроники, такой как контроллер полёта или приёмник.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Rc приёмник и антенна

Сам RC приёмник может быть расположен почти в любом месте на беспилотнике. Исключением являются места находящиеся в непосредственной близости с силовыми проводами (подальше от АКБ и ESC). Приёмники, входящие в состав RC-систем, как правило, не имеют какого-либо конкретного способа монтажа, поэтому качественный двухсторонний клей является лучшим вариантом.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Антенна, которая крепится к приёмнику, обычно представляет собой гибкий провод. Этот провод должен быть расположен таким образом, чтобы ничего не мешало приёму сигнала. Её можно закрепить либо вдоль опорного луча (с противоположной стороны от ESC), либо вдоль посадочной опоры. На 6 уроке мы поговорим больше о тестировании дальности, которое должно быть сделано, чтобы узнать максимальное расстояние, на котором приёмник принимает сигнал от передатчика. Тестирование дальности может потребовать, чтобы вы поэкспериментировали с разными местами расположения приёмника и антенны.

Размещение и монтаж gps-антенны

В отличие от проводной антенны приёмника, антенна GPS приёмника имеет тенденцию быть либо «Duck» антенной (жёсткий пластиковый зафиксированный столбик, 90 градусов или навесной), либо прямоугольной и относительно плоской. Некоторые GPS устройства имеют встроенную антенну (то есть антенна является частью печатной платы). В любом случае GPS антенна должна быть установлена в верхней части БПЛА, чтобы спутниковые сигналы не блокировались. Монтаж прямоугольной антенны обычно выполняется с помощью двухсторонней ленты, а монтаж «Duck» антенны обычно включает в себя сверление монтажных отверстий. Если «Duck» антенна подключается непосредственно к контроллеру полёта, то никакого дополнительного монтажа не требуется.

На данном этапе у вас должен быть полностью собранный и подключённый БПЛА, за исключением пропеллеров. 6 урок включает настройку и тестирование передатчика, программного обеспечения контроллера полёта, предполётную проверку и первый полёт.

Бортовой компьютер и сенсоры

Выбор полетных контроллеров для коптеров очень велик — начиная от простого и дешевого KapteinKUK и нескольких open source проектов под Arduino-совместимые контроллеры до дорогого коммерческого DJI Wookong. Если ты настоящий хакер, то закрытые контроллеры тебя не должны сильно интересовать, в то время как открытые проекты, да еще и основанные на популярной ардуинке, привлекут многих программистов. О возможностях любого полетного контроллера можно судить по используемым в нем датчикам:

• гироскоп позволяет удерживать коптер под определенным углом и стоит во всех контроллерах; • акселерометр помогает определить положение коптера относительно земли и выравнивает его параллельно горизонту (комфортный полет); • барометр дает возможность удерживать аппарат на определенной высоте.

На показания этого датчика очень сильно влияют потоки воздуха от пропеллеров, поэтому стоит прятать его под кусок поролона или губки; • компас и GPS вместе добавляют такие функции, как удержание курса, удержание позиции, возврат на точку старта и выполнение маршрутных заданий (автономный полет).

К установке компаса стоит подойти внимательно, так как на его показания сильно влияют расположенные рядом металлические объекты или силовые провода, из-за чего «мозги» не смогут определить верное направление движения; • сонар или УЗ-дальномер используется для более точного удержания высоты и автономной посадки; • оптический сенсор от мышки используется для удержания позиции на малых высотах; • датчики тока определяют оставшийся заряд аккумулятора и могут активировать функции возврата на точку старта или приземление.

Сейчас существует три основных открытых проекта: MultiWii, ArduCopter и его портированная версия MegaPirateNG. MultiWii самый простой из них, для запуска требует Arduino с процессором 328p, 32u4 или 1280/2560 и хотя бы одним датчиком-гироскопом. ArduCopter — проект, напичканный всевозможным функционалом от простого висения до выполнения сложных маршрутных заданий, но требует особого железа, основанного на двух чипах ATmega.

MegaPirateNG — это клон ArduCopter, который способен запускаться на обычной ардуине с чипом 2560 и минимальным набором датчиков из гироскопа, акселерометра, барометра и компаса. Поддерживает все те же возможности, что и оригинал, но всегда догоняет в развитии.

Продвинутый девяти- канальный пульт
Продвинутый девяти-
канальный пульт

С железом для открытых проектов аналогичная ситуация, как и с рамами для коптера, то есть ты можешь купить готовый контроллер или собрать его самостоятельно с нуля или на основе Arduino. Перед покупкой стоит всегда обращать внимание на используемые в плате датчики, так как развитие технологий не стоит на месте, а старье китайцам как-то надо распродать, к тому же не все сенсоры могут поддерживаться открытыми прошивками.

Наконец, стоит упомянуть еще один компьютер — PX4, отличающийся от клонов Arduino тем, что у него есть UNIX-подобная операционная система реального времени, с шеллом, процессами и всеми делами. Но надо предупредить, что PX4 — платформа новая и довольно сырая. Сразу после сборки не полетит.

Настройка полетных параметров, как и программы настройки, очень индивидуальна для каждого проекта, а теория по ней могла бы занять еще одну статью, поэтому вкратце: почти все прошивки для мультикоптеров основаны на PID-регуляторе, и основной параметр, требующий вмешательства, — пропорциональная составляющая, обозначаемая как P или rateP.

Безопасность

Все новички, думая о безопасности, вспоминают AR.Drone и его защиту винтов. Это хороший вариант, и он работает, но только на мелких и легких аппаратах, а когда вес твоего коптера начинает приближаться к двум килограммам или давно перевалил за эту цифру, то спасти может только прочная железная конструкция, которая будет весить очень много и, как ты понимаешь, сильно уменьшит грузоподъемность и автономность полета. Поэтому лучше сперва тренироваться подальше от людей и имущества, которое можно повредить, а уже по мере улучшения навыков защита станет и не нужна. Но даже если ты пилот со стажем, то не забывай о технике безопасности и продумывай возможные негативные последствия твоего полета при нештатных ситуациях, особенно при полетах в людных местах. Не стоит забывать, что сбой контроллера или канала связи может привести к тому, что аппарат улетит от тебя далеко, и тогда для поиска может пригодиться GPS-трекер, установленный заранее на коптер, или же простая, но очень громкая пищалка, по звуку которой ты сможешь определить его местоположение. Настрой и заранее проверь функцию fail safe твоего полетного контроллера, которая поможет приземлиться или вернуть коптер на точку старта при потере сигнала с пульта.

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

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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).

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Связь

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

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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:

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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).

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

  • 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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

  • 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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

  • 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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

  • 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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

  • 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.

Дрон своими руками: Урок 5. Сборка.

Теория полета

В теории полета (аэродинамике) принято выделять три угла (или три оси вращения), которые задают ориентацию и направление вектора движения летательного аппарата. Проще говоря, летательный аппарат куда-то «смотрит» и куда-то двигается. Причем двигаться он может не туда, куда «смотрит».

Три эти угла принято называть крен, тангаж и рыскание. Крен — это поворот аппарата вокруг его продольной оси (оси, которая проходит от носа до хвоста). Тангаж — это поворот вокруг его поперечной оси (клюет носом, задирает хвост). Рыскание — поворот вокруг вертикальной оси, больше всего похожий на поворот в «наземном» понимании.

schema
Основные маневры (слева направо): движение по прямой, крен/тангаж и рыскание

В классической схеме вертолета основной винт при помощи автомата перекоса лопастей управляет креном и тангажем. Так как основной винт обладает ненулевым сопротивлением воздуха, у вертолета возникает вращающий момент, направленный в сторону, противоположную вращению винта, и, чтобы его скомпенсировать, у вертолета есть хвостовой винт.

Изменяя производительность хвостового винта (оборотами или шагом), классический вертолет управляет своим рысканием. В нашем же случае все сложнее. У нас есть четыре винта, два из них вращаются по часовой стрелке, два — против часовой. В большинстве конфигураций используются винты с неизменяемым шагом и управлять можно только их оборотами.

Если мы увеличим обороты одного винта, вращающегося по часовой стрелке, и уменьшим обороты другого винта, вращающегося по часовой стрелке, то мы сохраним общий момент вращения и рыскание по-прежнему будет нулевым, но крен или тангаж (в зависимости от того, где мы сделаем ему «нос») изменятся.

А если мы увеличим обороты на обоих винтах, вращающихся по часовой стрелке, а на винтах, вращающихся против часовой стрелки, уменьшим (чтобы сохранить общую подъемную силу), то возникнет вращающий момент, который изменит угол рыскания. Понятное дело, что все это будем делать не мы сами, а бортовой компьютер, который будет принимать сигнал с ручек управления, добавлять поправки с акселерометра и гироскопа и крутить винтами, как ему надо.

Для того чтобы спроектировать коптер, необходимо найти баланс между весом, временем полета, мощностью двигателей и другими характеристиками. Все это зависит от конкретных задач. Все хотят, чтобы коптер летал выше, быстрее и дольше, но в среднем время полета составляет от 10 до 20 минут в зависимости от емкости аккумулятора и общего полетного веса.

Стоит запомнить, что все характеристики связаны между собой и, к примеру, увеличение емкости аккумулятора приведет к увеличению веса и, как следствие, к уменьшению времени полета. Чтобы узнать, сколько примерно твоя конструкция будет висеть в воздухе и сможет ли вообще оторваться от земли, существует хороший онлайн-калькулятор ecalc.ch.

https://www.youtube.com/watch?v=tqp_Hl4-4w0

Но прежде чем вбивать в него данные, нужно сформулировать требования к будущему аппарату. Будешь ли ты устанавливать на аппарат камеру или другую технику? Насколько быстрым должен быть аппарат? Как далеко тебе нужно летать? Давай посмотрим на характеристики различных компонентов.

PX4 — бортовой ком- пьютер с полноценной UNIX-системой
PX4 — бортовой компьютер с полноценной UNIX-системой
Смотрите про коптеры:  Как сбить квадрокоптер? | Пикабу
Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий