Как соединить электронику квадрокоптера

Принцип работы квадрокоптера

Элементы для дрона можно приобрести по отдельности или даже сделать собственными руками. Однако для того чтобы конструкция поднялась в воздух нужно понимать принципы, по которым построено устройство квадрокоптера. Винты, поднимающие его в воздух, управляются парными синхронными двигателями, которые могут быть коллекторными и бесколлекторными.

Расположенные по крайним противоположным точкам диагоналей пропеллеры двигаются в одном направлении (по часовой стрелке или наоборот). Два другие аналогичные элемента двигаются в противоположную сторону. За их работу отвечает блок управления (плата) и аккумулятор, питающий их. Посредством приемника управляющая плата получает сигналы от дистанционного пульта.

В зависимости от того, сколько двигателей приостанавливают или усиливают свою деятельность, меняется характер и траектория движения дрона. Он может:

• Подниматься вверх;
• Спускаться;
• Двигаться по горизонтали:
  • Вперед;
  • Назад;
  • Влево;
  • Вправо.

Аналогично тому, как происходит движение, также производится и наклон аппарата. Кроме того, некоторые модели могут кружиться на месте и даже выполнять т.н. флипы – перевороты вокруг оси на месте.

Проводка

Теперь пришло время перейти к проводке. Из четырех регуляторов скорости нужно спаять «паука», припаяв провода прямо в гнезда переходников.

Согласно номерам моторов на плате, подключаем сигнальные провода драйверов. Если используется «плюсовая» схема полета, подключать их нужно к штырям М1-М4 (когда научитесь управлять, прошивку можно изменить).

В результате получится такой квадрокоптер, сделанный своими руками, весом один килограмм. Можно проводить тестовый полет.

Но, прежде, необходимо зарядить батарею, подключить ее и передатчик. Теперь время нажать вправо и вниз ручку газа. На плате должен загореться красным цветом СИД. Следующий момент – ручка газа передвинута вперед. Двигатели должны заработать, а квадрокопрет «отправиться» в полет.

Рама квадрокоптера

Это главная деталь, к которой присоединяются все детали и элементы  квадрокоптера.  Если вы надумаете сделать квадрокоптер самостоятельно или собрать из готовых деталей то можете приобрести готовую раму от одного из производителей, так и сделать её самому.

Рама должна соединить в себе такие критерии как прочность, и лёгкость.  В ней, как правило, есть необходимые отверстия для прокладки проводов. Они характеризуются такими критериями как вес, расстояние между моторами, диаметр труб, максимальный взлетный вес,материал рамы. Большинство рам складные, для удобства транспортировки.

Эта составная часть выполняет роль основы, на которую крепятся все остальные элементы от аккумулятора до двигателей и светодиодов. Иногда рама может быть совмещена с наружной обшивкой – корпусом для уменьшения нагрузки на двигатели, путем снижения веса общей конструкции.

Ее изготавливают из полимеров или сплавов прочных, но легких. Кроме них широко используются стекловолокно, карбон и им подобные материалы, обеспечивающие максимальную жесткость конструкции. Несбалансированная рама будет портить траекторию не хуже сгоревшего двигателя, поэтому на нее нужно обращать пристальное внимание.

Чаще всего это крестовина по крайним точкам которой крепятся двигатели, а по центру – управляющий блок. Сверху и снизу она обычно укрывается корпусом, но есть модели, которые обходятся без него. Поэтому на нее будут крепиться все остальные элементы, в том числе и опорные шасси.

Детали для дрона своими руками с камерой

Прежде чем приступить к сборке квадрокоптера своими руками, необходимо обзавестись всеми необходимыми деталями. Мозгом нашей самоделки станет полетный контроллер Arduino Uno. Его возможностей более чем достаточно для того, чтобы управлять беспилотником.

Помимо микроконтроллера, нам понадобятся:

• Аккумулятор (лучше несколько) на 3.7В
• Плата MPU-6050 (на ней установлены гироскоп и акселерометр)
• Транзистор ULN2003A
• Коллекторные двигатели с полым ротором 0820
• Провода

Необходимо сделать несколько замечаний. Так как мы собираем дешевый самодельный дрон, то наш выбор пал на коллекторные движки с полым ротором (так называемые coreless motors). Они далеко не так надежны, как бесколлекторные двигатели, но зато гораздо дешевле стоят. Кроме того, можно обойтись без дополнительных контроллеров скорости.

Зато невозможно обойтись без гироскопа и акселерометра. Гироскоп необходим для того, чтобы квадрокоптер мог удерживать заданное направление движения, тогда как акселерометр используется для измерения ускорения. Без этих устройств управлять коптером было бы гораздо сложнее (если вообще возможно), так как именно они предоставляют данные для сигнала, регулирующего скорость вращения винтов.

К ним относятся:

• двигатель D2822/14 – 4 шт.;
• регулятор оборота – столько же;
• роторы вращения – левые и правые;
• силовой разветвитель, или разъем на 3,5 мм для подключения регуляторов оборотов.

Не обойтись без платы для регулировки квадрокоптера своими руками, подключаемой к компьютеру через USB — MultiWii ATmega32U4. Чтобы запуск состоялся нужны аккумуляторы Nano Tech 2200 30C – 4 штуки, поскольку при использовании одного накопителя время полета будет небольшим.

Для восстановления энергии в них необходима зарядка. Также потребуется для сборки своими руками контроллер, с помощью которого осуществляется регулировка полетом. Для пульта подойдет устройство Turnigy 9x. Улавливать сигналы с его помощью можно на расстоянии 800-900 метров. Передатчик сигнала идет в комплекте с пультом.

Управление квадрокоптером

Структурная схема коптера фактически продиктована особенностями управления полетом. Например, моторы обязательно должны попарно вращаться навстречу друг другу. В противном случае платформа начнет закручиваться. Становится очевидна необходимость использования полетного контроллера. Когда оператор двигает стик газа вверх происходит одновременное увеличение оборотов всех двигателей.

Для поворота носа платформы необходимо отклонить один стик горизонтально, а полетный должен увеличить обороты одной пары двигателей и замедлить для второй.Теоретически можно подключить регуляторы непосредственно к приемнику. Каждый стик будет управлять тягой одного двигателя. Но совершенно невозможно вообразить себе каким мастерством должен обладать оператор совершить какое-нибудь подобие управляемого полета.

Одним из самых интересных компонентов, которое имеет устройство квадрокоптера, является плата управления квадрокоптером. От работы этой маленькой запчасти зависит стабильность полета, и, по сути, она является мозгом летающего аппарата. Его программируют и в результате получают систему управления, работающую под руководством оператора.

Набор датчиков подключается именно сюда. Акселерометр, барометр и даже GPS передают ей свои показания, которые она должна обрабатывать. Здесь же формируется и обратная связь с оператором через передатчик, установленный на корпусе.

Особых сложностей в работе с аппаратом не возникает, если это хорошо спроектированное устройство с продуманной системой обработки сигналов, большим количеством датчиков и системой стабилизации на основе многоосевого гироскопа. Чем больше у него осей, тем аккуратнее будет управление и послушнее устройство квадрокоптера.

Купить квадрокоптеры DJI вы можете в нашем магазине — бесплатная доставка по России и СНГ, хорошие цены!

Двигатели квадрокоптера

Ввиду того что основная нагрузка приходится на двигатели, они являются одним из расходных материалов, которые обычно стоят на втором месте по «убиваемости» после винтов (пропеллеров). Если конструкция коптера разборная, то заменить их несложно, нужно лишь найти соответствующую модель, и молиться, чтобы подобные еще были в наличии. В противном случае придется менять сразу несколько, дабы не ухудшить полетные характеристики.

Больше всего проблем возникает с механическими частями двигателей. Если они открытые, внутрь может попасть мусор, например, песок при посадке, и повредить аппарат.

К каждому двигателю (всего 4) присоединяются пропеллеры по одному сверху или снизу в зависимости от конструкции.

Сборка из комплекта

Обзаводясь соответствующим комплектом, можно значительно упростить процесс сборки своими руками ЛА.

О сбалансированности, влияющей на поведение квадрокоптера в полете, тоже не стоит беспокоиться – всеми необходимыми параметрами, в том числе запланированной скоростью и временем нахождения в полете он обладать будет.

Комплекты позволяют собирать разборные и монолитные дроны своими руками. Тут решать пилоту, какую он желает иметь конструкцию. Разборными интересуются те, кто предпочитает модели габаритные, но и одновременно легко переносимые.

Как собрать подобную конструкцию своими руками, подробно описано в прилагаемой инструкции.

Как правило, начинается все с установки на пластиковый, карбоновый или металлический экзоскелет моторов. Затем размещаются PIN-кабели, регулирующие мощность моторов. Позже крепят на корпус приемник сигналов и управляющий модуль – мозговой центр.

На завершающей стадии устанавливают светодиоды, фиксаторы, аккумуляторы.

Сборка на этом заканчивается, но начинается самое интересное – прошивка, калибровка устройства и тонкая настройка, занимающая от 30 минут до 3 часов (в зависимости от производителя входящих в комплект деталей). К этому моменту аккумулятор должен быть полностью заряженным.

Аккумуляторы

При выборе аккумулятора квадрокоптера нужно учитывать его вес и отдачу. Но, как правило, чем меньше вес тем меньше ёмкость. И наоборот. Поэтому нужно найти компромисс. Сначала нужно определить токоотдачу, а после уже выбирать вес, чтоб не получилось так что квадрокоптер не сможет подняться.

Большим успехом пользуются литий-полимерные (LiPo) аккумуляторы. Отличаются они низким уровнем саморазрядки, возможностью пользования в большом диапазоне температур и стабильным разряжением.

Среди любителей и профессионалов многороторных систем наиболее распространены литий-полимерные аккумуляторы, как основные источники питания бортовой электроники и моторов. Их различают по емкости, напряжению и максимальной токоотдаче. Емкость, как обычно, измеряется в ампер-часах или миллиампер-часах.

Напряжение измеряется в количестве «банок» аккумулятора. Одна «банка» — в среднем 3.7 вольт. Полностью заряженая «банка» — 4.2 вольта. Наиболее распространеты аккумуляторы с количеством банок от трех до шести. Максимальная токоотдача измеряется в амперах, а маркируется, например вот так: 25C. C — емкость аккумулятора, 25 — множитель.

Каждая банка является отдельным аккумулятором. Все они спаяны последовательно. Для того чтобы равномерно заряжать все банки предусматривается баллансировочный разъем с доступом к каждой банке отдельно, и использутся специальные зарядные устройства.

Важный элемент коптера – его аккумулятор. От его емкости (выражается в миллиампер часах) зависит, как высоко сможет подняться летательный аппарат, как долго и как далеко он сможет лететь. Миниатюрные модели держатся в воздухе не более 3-5 минут. Более продвинутые от 8 до 15. Абсолютного максимума достигает емкость у тех моделей, которые могут поднять в воздух 3-х или 4-баночный аккумулятор. Их полет продлится до 20 минут и более. При этом устройство также может питать камеру, подключенную к нему и не имеющую собственного аккумулятора.

Сборка квадрокоптера из подручных материалов

Хотя она и популярна среди любителей «полетать» на беспилотниках, стоит признаться, что получить полноценный коптер она не позволяет. Покупать детали придется однозначно, только брать не весь комплект, а самые необходимые: винты, двигатели, аккумулятор, управляющую плату и приемник, управляющую аппаратуру, без которой невозможно управлять устройством.

Чтобы комплектующие в воздухе не развалились, их необходимо закрепить на легком, но прочном каркасе. Для изготовления такого подойти может все: палочки от мороженного, пластиковые бутылки и крышки.

Создавая корпус, нельзя забывать об устойчивости конструкции, собранной своими руками, равновесии, полетных качествах, легкости.

Первая сборка, как правило, лишь начало. В дальнейшем она будет многократно дорабатываться.

Есть одна хитрость, помогающая избежать сложных расчетов по балансировке – нужно выбрать конкретную модель, а под нее уже заказывать из базового списка комплектующие.

Если есть возможность, стоит заказать деталей больше – на случай замены бракованных (такое бывает). В отличие от продающихся наборов, своими руками (голыми) не получится собрать квадрокоптер.

Потребуются:

• клеевой пистолет;
• отвертка;
• паяльник;
• двухсторонний скотч;
• изолента.

Когда рабочая модель будет готова, настанет время модернизации, в результате которой у квадрокоптера могут появиться светодиоды, антенна, пищалки (биперы) и др., увеличивающие функциональность.