Собираем самодельный квадрокоптер

Hobbyking kk

Начинка:

3 гироскопа

Цена: 550 рублей

Это самая дешевая и простая плата управления квадрокоптером. На ней установлены только 3 гироскопа. На самодельный квадрокоптер такую ставить можно только в случае если не планируются полеты с помощью камеры (FPV полеты) и только в случае максимального удешевления квадрика.

Multiwii lite v1.0

Цена: 960 рублей

Достоинства MultiWii Lite V1.0 — небольшие размеры, всего 40х40 мм и вес 9 грамм. В комплекте идет программатор для подключения к USB порту компьютера.Эта плата управления квадрокоптером идеально подходит для изготовления небольших квадрокоптеров своими руками.

Sjcam sj5000x 2k

Цена на AliExpress: $126.58

Технические характеристики:

Детали и цены

Самое важное и минимальное что потребуется для сборки с нуля (первым в списке идет то, что использовал я, затем то что используют многие другие):

Сам квадрокоптер
Моторы: 4 штуки
лучше брать на 1 больше, пригодится
hacker Style Brushless Outrunner 20-22L 924kv$12.88
hexTronik DT700 Brushless Outrunner 700kv$10.95
2213N 800Kv Brushless Motor$7.36
Пропеллеры: минимум 2 стандартных и 2 обратного вращения
в начале попыток и испытаний это будет главных расходный материал, поэтому берите сразу много, заодно часть из них будет бракованное и не пригодное для использования
10X6 Propellers (5шт)
10X6R Propellers (5шт)
$2.40
$3.04
APC 10×4.7 counter rotating propellers set$8.50
Регуляторы скорости: 4 штуки
покупать надо как и моторы с запасом, может быть брак или случайно сгорит и потом месяц ждать новый
HobbyKing 30A BlueSeries Brushless Speed Controller
они же Mystery 30A BlueSeries
$10.47
$13.96
TURNIGY Plush 25amp Speed Controller$11.81
Источник питания
с увеличением емкости растет и вес, а значит моторы будет больше потреблять, поэтому нет особого смысла брать супер емкий аккумулятор, лучше взять 2-3 мелких и менять их
Turnigy 2200mAh 3S 30C Lipo$13.79
ZIPPY Flightmax 2800mAh 3S1P 30C$17.76
Рама
стараемся делать максимально легкой и прочной
4 алюминиевые трубки или профиль 10х10 и кусок фанеркиразобрать алюминиевый штатив
HobbyKing Quadcopter Frame V1$14.99
Мозги и датчики
Программируемый микроконтроллерSeeeduino Mega$43.00
Arduino Mega$64.90
Датчики
рекомендую сразу брать AllInOne или FFIMU платку, так как остальные датчики очень сильно пригодятся потом
гироскоп ITG3205
акселерометр BMA020
WMP$7.98
BMA020 230руб
All In One (гироскоп ITG3200, акселерометр BMA180, барометр BMP085, магнитометр HMC5883L)$99.80
FreeFlight IMU 1.22L€84.00
Аппаратура управления и зарядное устройство
Аппаратура управления
минимум 4 канала
Hobby King 2.4Ghz 4Ch Tx & Rx V2 (Mode 2)$22.99
Turnigy 9X 9Ch (Mode 2)$53.79
Аккумулятор к аппаратуреMystery 11.1V 2200mAh$12.72
AA 600mAH Ni-MH Battery Set (8pc)$1.99
Зарядное устройствоiMAX B6 2.5″ LCD RC Lipo Battery Balance Charger$36.50
Turnigy Accucel-6 50W 6A Balancer/Charger$22.99
Другое
так же потребуются проводочки, болтики, винтики, стяжки, дрель, паяльник с паяльными принадлежностями и более-менее прямые руки
ИТОГО примерно от 220$

Инструкция по сборке

Наверняка, вы прочитали эту статью и взяли раму с платой распределения. Но если вы это не сделали – не беда, просто подключите провода к модулю управления.

Возьмём, к примеру, коптер, собранный из таких комплектующих:

  • Основа (каркас) – Diatone Q450 Quad 450 V3 PCB Quadcopter Frame Kit 450
  • 4 мотора DYS D2822-14 1450KV Brushless Motor.
  • Регулятор оборотов DYS 30A 2-4S Brushless Speed Controller ESC Simonk Firmware
  • Пропеллеры DYS E-Prop 8×6 8060 SF ABS Slow Fly Propeller Blade For RC Airplane
  • Модуль управления 1.5 kk21evo
  • АКБ, тип: литий-полимер — Turnigy nano-tech 2200mah 4S ~90C Lipo Pack
  • Зарядное устройство Hobby King Variable6S 50W 5A
  • Аккумуляторный коннектор XT60 Male Plug 12AWG 10cm With Wire
  • Коннекторы 20 Pairs 3.5мм Bullet Connector Banana Plug For RC Battery / Motor
  • Пульт управления Spektrum DX6 V2 with AR610 Receiver (с приёмником и передатчиком)

Всё это обойдётся где-то в 20 тысяч рублей

Как собрать квадрокоптер своими руками

Предупреждаем, что инструкция обобщена и что могут быть различия в паре моментов. Мы расскажем основное по поводу сборки и выбора деталей.

Какие нужны детали

  • Рама и её составляющие. Главное в коптере – несущая часть. Если рама будет легче, то меньше будет уходить питания. Но учтите — лёгкие рамы стоят дороже. Прочность не так важна, если вы не планируете ставить на коптер камеру потяжелее. Рамы бывают трёх типов: четырёхлучевые, шестилучевые и восьмилучевые (по одному мотору на каждый луч).

О деталях из китая

Конечно, не стоит недооценивать китайских производителей, но и расхваливать тоже не нужно. Завышенная характеристика их товаров – обычное дело. Брать можно, но только не дешёвые детали, иначе придётся делать всё заново.

Особенности выбора комплектующих

  • Моторы. Китайские интернет-магазины обычно хитрят и завышают характеристики. Поэтому для надёжности стоит купить моторы мощнее. Также это даст возможность поднимать более тяжёлую камеру. Также существует две разновидности моторов для квадрокоптера — это коллекторные и бесколлекторныеРазновидность двигателей для квадрокоптера
  • Пропеллеры. Их цена зависит от цели вашего коптера. Если в ваши планы не входят более сложные «полёты» — пластиковых пропеллеров будет достаточно. Если же планируете аэрофотосъёмку – придётся брать композитные материалы. Чем дороже пропеллеры, тем они крепче и меньше уйдёт времени на балансировку.виды пропеллеров для квадрокоптера
  • Пульт, приёмник сигнала. Пульт следует брать вместе с приёмником. В таком случае приёмник будет принимать сигнал, посылаемый с пульта. Нормальные пульты, опять-таки, стоят от тысячи рублей и выше – у них радиус действия выше. Сами же пульты могут иметь кучу ненужных переключателей, которые будут вас путать – такие экземпляры лучше не брать.Радио пульт для управления квадрокоптером
  • Регуляторы оборотов и батарея. Советуем брать сразу комплект двигателей с контроллерами. Можно обойтись и без этого, но тогда настраивать мощность придётся самим. Батарею следует покупать по мощнее, особенно, если хотите ставить более тяжёлую камеру.регулятор оборотов с батареей для квадрокоптера
  • Контроллер. Контроллеры бывают двух типов. Универсальный удобен тем, что работает на дронах любой сборки, этому способствуют датчики и многофункциональность. Недостатком является цена контроллера – от 17 тысяч рублей. Также его придётся настраивать через специальный софт, написанный под конкретную модель. Специализированный контроллер уже имеет необходимые настройки под конкретный тип коптера.
  • Камера. Выбор камеры для коптера – дело непростое. Советуем поставить камеру типа GoPro или аналоги от китайских фирм – их качество не сильно разнится. Главную роль играет вес и угол обзора, о последнем расскажем чуть ниже. Чем массивней камера, тем сложнее будет её от центровать. Вы можете рассчитать положение камеры по формуле L= 2 * tg (A /2) х D , (L – область обзора, A – угол, D – расстояние до пропеллеров).

Первый полет

Ощущения от первого полета: фантастика! Коптер стоит в воздухe как вкопанный, отлично управляется как визуально, так и через FPV. Время полета на одном заряде — 14 минут, и запаса мощности хватает с лихвой для вполнe комфортабельного полета и маневрирования.

С настройками контроллера я еще слегка поковыряюсь — GPS работает плохо (позицию практически не держит, return-to-home не работает), да и PID-параметры надо подстроить (убавить P по оси крена, чтобы избавиться от видимых в видео легких поперечных вибраций).

В общем и целом, проект удался. Коптер я буду активно использовать для полетов и съемок в ближайшие недели.

Разработка

Вдохновением для общей формы коптера послужила рама

. Мне понравилось расположение компонентов в одном уровне — камера спереди, потом смещенный вперед центр, и подвешенный сзади аккумулятор. Такая схема позволяет расположить камеру так, что пропеллеры не попадают в ее поле зрения. Также они придумали хороший способ виброизоляции — камера и аккумулятор подвешиваются к двум горизонтальным трубам, которые в свою очередь монтируются на центр с помощью резиновых изоляторов.

Однако полностью под мои потребности Spidex не подходил. Во-первых, в нем использованы алюминиевые трубки, от которых я уже натерпелся — гнутся они, причем даже без аварий, просто от постоянной нагрузки. Во-вторых, я использую камеру GoPro Hero HD2, одолженную на неопределенный срок у сожителя — я нe готов монтировать ее на коптер без защитного корпуса, а Spidex этого не предусматривает.

Короче говоря, от Spidex я решил использовать только общую компоновку. Раму я решил собирать самостоятельно, используя стеклопластиковые пластины и карбоновые трубы с зажимами. У знакомого дома стоит фрезерный станок, на котором можно вырезать пластины необходимой формы. Чтобы создать эту самую форму, я засел за LibreCAD, и вот что у меня получилось:

Смотрите про коптеры:  Увеличение дальности квадрокоптера - как увеличить дальность полета квадрокоптера

Собираем самодельный квадрокоптер
Общий вид коптера сверхуСобираем самодельный квадрокоптер
Центральные пластины и держатели камеры и аккумулятора

Удовлетворившись данным результатом, я передал чертежи знакомому, и заказал всe необходимые детали в местных (немецких) онлайн-магазинах. В частности, были куплены карбоновыe трубки (16×14мм, метровой длины, три штуки — для рамы нужны будут две, ну и про запас), зажимы для них вместе с подходящими винтами/гайками (из набора FCP HL от Flyduino), провода для прокладки через трубки к моторам, виброизоляторы (сайлент-блоки под М3), и куча всякой мелочевки.

Всю электронику я решил использовать с предыдущего коптера. Два квада мнe ни к чему, все прекрасно работает — зачем покупать новые детали? Список той самой электроники и других деталей, перекочевавших с предыдущей модели:

  • Моторы: 4x NTM 28-30 750kv
  • Контроллеры моторов: 4x HobbyKing Blue Series 30A, с прошивкой SimonK
  • Пропеллеры: 4x Graupner E-Prop 11×5
  • Плата управления: Crius MultiWii SE v0.1, с MultiWii 2.2
  • Аккумуляторы: Turnigy Nanotech 4S 4500mAh 25-35C
  • Камера: GoPro HD Hero2
  • Видеопередатчик: ImmersionRC 5.8G 25mW
  • Антенна: Clowerleaf 5.8G, DIY от умельца на местном форуме
  • OSD: MinimOSD с прошивкой KV Team OSD для MultiWii 2.2
  • GPS: Drotek I2C GPS
  • Радиоприемник: Graupner HoTT GR-16, под мой передатчик (MX-16)

Сборка

Через несколько дней все детали были на месте, и можно было приступать к сборке.

Сборка коптера в 23 картинках

Детали разложены на столе, сборка начинается. Порядок долго не продержался…

image

Для начала пилим трубки под нужную длину — 22см и 28см, все четыре пилятся из одной метровой трубки. Пилкой для металла с мелкими зубьями идет очень хорошо.

image

Примеряем зажимы к нижнему центру.

image

Центр собран для проверки, все ли стыкуется как надо. Вроде да.

image

Прикрутил все остальные части рамы. Похоже, что почти готово? Как бы не так.

image

Оси моторов нужно обрезать — они выступают с задней стороны, и мешают установке сверху трубок. Обклеиваем мотор клейкой лентой, дабы не допустить попадания металлических опилок внутрь…

image

… и Дремелем его, Дремелем. Дремель режет 3-миллиметровую ось как нож масло. Главное защитные очки нe забыть.

image

Снимаем термоусадку с контроллеров моторов, чтобы припаять новые провода.

image

Провода нарезаны под нужную длину. Припаиваем разъмы для моторов. По три фазы на мотор, паять надо дофига — и это всeго лишь квад.

image

Размещаем контроллеры на нижней полураме.

image

Прикручиваем мотор и проводим кабеля через трубку. Всe собирается, как запланировано!

image

Изолируем контроллеры новой термоусадкой, когда все кабеля на месте.

image

Устанавливаем контроллеры моторов на их окончательную позицию. Проводов многовато, но достаточно чисто.

image

Разводка проводов от аккумулятора, методом RCExplorer. Сначала собираем провода от контроллеров пучком…

image

… стягиваем тонкой медной проволокой…

image

… спаиваем, и изолируем термоусадкой. Соединение получается механически крепкое, и хорошо проводящее.

image

Примеряем итоговую сборку: все совпадает! Верхняя полурама еще не прикручена, просто лежит сверху.

image

Верхняя полурама с управляющей электроникой в центре (контроллер и GPS) и виброизолированными трубками с камерой и аккумулятором.

image

Видеооборудование нa нижней стороне верхнего центра: видеокабель из камеры идет в MinimOSD, там на него накладывается информация из полетного контроллера, и дальше в видеопередатчик.

image

Нижняя полурама готова к установке верхней. Моторы приподняты, чтобы зажимы в центре не распались, когда будут откручены временные гайки.

image

Устанавливаем и прикручиваем верхнюю полураму. Затягиваем гайки, соединяем всe провода…

image

… готово!


Результат сборки:

Вот такой коптер получился. Единственное, чем я недоволен — это вес. Облегчить конструкцию не удалось, за счет зажимов для трубок и огромного количества винтов с гайками общий вес поднялся до 1950 грамм. Однако это еще вполне в рамках мощности привода — мои сомнения были полностью развеяны во время первого полета.

Сборка и настройка железа

Предположим что всё что выше у вас уже есть и можно приступать к сверлению, паянию и скручиванию.

Раму делаем кто во что горазд, главное чтобы расстояние от центра до концов лучей было одинаково, пропеллеры при вращении не задевали друг друга и центральную часть (фанерку), так как на ней будут мозги, датчики и возможно камера. Датчики лучше устанавливать на толстый скотч, силикон или резину, для уменьшения вибрации.


У меня получилось примерно вот так (аккумулятор крепится с другой стороны, на фото старый вариант мозгов коптера с прошивкой

, с которой мне так и не повезло):

Собираем самодельный квадрокоптер

не очень красиво, но летает

А теперь внимание косяки, о которые можно споткнутся по незнанию и нужная информация:

  • Приемник надо спарить с передатчиком — написано в инструкции
  • Регуляторы скорости (ESC) нужно калибровать! Для этого соединяем вместе все 4 ESC: землю (черный) и сигнальный провод(белый или желтый) и оставляем ОДИН провод питания (красный), после чего вставляем это в третий канал приемника, а так же соединяем провода питания и подсоединяем к регуляторам моторы. После этого на включенном передатчике ставим ручку газа (третий канал) в максимальное положение (вверх) и подключаем к регуляторам скорости источник питания, моторы весело пропищат, после чего опускаем ручку газа вниз и моторы снова пищат — ура, мы откалибровали регули
  • Часто регуляторы скорости нужно еще и запрограммировать, об этом читайте инструкцию к своим регуляторам, основной момент — увеличить скорость реакции, повысив частоту и выставив режим моментальной реакции, а не постепенного набора оборотов. Это можно сделать как слушая бесконечные пищания, так и с помощью специальных карточек для программирования.
  • Чтобы моторы вращались в другую сторону нужно поменять любые два провода местами
  • Ставьте пропеллеры в последнюю очередь — они очень хорошо режут руки
  • Моторы, как и пропеллеры часто требуют балансировки, для уменьшения вибрации, для этого возьмите обычные стяжки для кабелей и нацепив 1-2 на мотор вращайте и включайте, пока не почувствуете минимальную вибрацию. Более подробно, а так же с видео лучше почитать на специализированном форуме

ПродолжениеPS: надеюсь люди в RC теме простят меня за неточности и поправят где надо.

Строим квадрокоптер. часть 1. детали.

Меня зовут Дмитрий Дударев. Я занимаюсь разработкой электроники и очень люблю создавать различные портативные девайсы. Еще я люблю музыку.

Давным-давно – в апреле или около того, когда весь мир сотрясался от ударов страшного карантина, я решил научиться играть на гитаре. Я взял у друга акустическую гитару и стал осваивать инструмент по урокам из ютуба и табулатурам. Было тяжело. То ли я неправильно что-то делал, то ли плохо старался, то ли в обществе моих предков мелкая моторика вредила размножению. Короче, ничего кроме звуков дребезжащих струн у меня не выходило. Мое негодование усиливала постоянная расстройка струн. Да и окружающим тысячный раз слушать мою кривую Nothing else matters удовольствия не доставляло.

Но в этих муках про главное правило электронщика я не забыл. Если что-то существует, значит туда можно вставить микроконтроллер. Или, хотя бы, сделать портативную электронную модификацию.

Электронная гитара? Хм, интересная идея, подумал я. Но еще лучше, если на этой гитаре я сам смогу научиться играть. В тот же день акустическая гитара отправилась на свалку обратно к другу, а я стал придумывать идею.

Поскольку я у мамы инженер, то первым делом я составил список требований к девайсу.

Что я хочу от гитары?

1)  Я хочу что-то максимально похожее на гитару, т.е. шесть струн и 12 ладов на грифе.

2)  Хочу компактность и портативность. Чтобы можно было брать девайс с собой куда угодно, не заказывая газель для транспортировки.

3)  Устройство должно без плясок с бубном подключаться к чему угодно, от iOS до Windows. Окей-окей, ладно, будем реалистичными – ко всем популярным осям.

4)  Работа от аккумулятора.

5)  Подключение должно производиться без проводов (но раз уж там будет USB разъем для зарядки, то и по проводу пусть тоже подключается)

6)  Ключевой момент – на гитаре должно быть просто учиться играть, без необходимости в долгих тренировках по адаптации кистевых связок. Как это реализовать? Сразу пришла идея оснастить струны и лады светодиодами. Типа, загрузил табулатуры в гитару, а она уже сама показывает, куда ставить пальцы. Т.е. нет такого, что смотришь на экран, потом на гитару, снова на экран, снова на гитару. Вот этого вот всего не надо. Смотришь только на гитару. И там же играешь. Все. Это прям мое.

Смотрите про коптеры:  Радиоуправляемый катер для рыбалки своими руками - Все Сам - сайт о самодельщиках и самоделках

7)  Хотелось бы поддержки разных техник игры на гитаре: hummer on, pull off, slide, vibrato.

8) Без тормозов. По-научному – чтобы задержка midi-команд не превышала 10мс.

9)  Все должно собираться из говна и палок легко доступных материалов без сложных техпроцессов и дорогой электроники.

В итоге должен получиться компактный инструмент, на котором можно играть, как на гитаре, лишенный аналоговых недостатков и оснащенный наглядной системой обучения. Звучит реализуемо.

Разумеется, для мобильных платформ потребуется написать приложение, в котором можно будет выбрать табулатуру для обучения светодиодами, выбрать инструмент (акустика, классика, электрогитара с различными пресетами фильтров, укулеле и т.д.), и воспроизводить звуки.

Существующие аналоги

А надо ли изобретать велосипед? Ведь на всякую гениальную идею почти наверняка найдется азиат, который уже давно все реализовал в «железе», причем сделал это лучше, чем ты изначально собирался. Иду гуглить.

Оказывается, первая цифровая гитара была создана еще в 1981 году, но в народ сильно не пошла из-за хилой функциональности.

Варианты посовременнее, конечно, тоже нашлись.

Вот, например, с айпадом вместо струн или еще одна в форме моллюска:

Однако такого, чтобы выполнялись все мои хотелки – в первую очередь компактность и режим обучения «жми на лампочки» – такого нет. Кроме того, такие midi-гитары нацелены все же на более профессиональную аудиторию. И еще они дорогие.

Значит, приступаем!

Первый прототип

Чтобы проверить жизнеспособность концепции, нужно сначала определиться с элементной базой.

Контроллер берем STM32F042. В нем есть все, что нужно, при стоимости меньше бакса. Кроме беспроводного подключения, но с этим позже разберемся.

Далее. Струны на деке. Для первого концепта решил напечатать пластиковые язычки, закрепить их на потенциометрах с пружинками и измерять углы отклонения.

Так выглядит 3D-модель:

А так живьем:

Тактильное ощущение приятное. Должно сработать.

Для ладов на грифе я заказал на Али вот такие тензорезистивные датчики.

В отличие от разнообразных кнопок, они не щелкают. Плюс есть возможность определять усилие нажатия, а значит, можно реализовать сложные техники вроде slide или vibrato.

Плюс нужен АЦП, чтобы считывать инфу с датчиков и передавать на контроллер.

Пока ждал датчики из Китая, развел плату:

Прежде чем заказывать печать платы, решил дождаться тензорезисторов. И, как оказалось, не зря. Из 80-ти датчиков рабочими оказались только несколько, и то с разными параметрами.

Выглядит, мягко говоря, не так, как заявлено. И чего я ожидал, покупая электронику на Али?..

И тут меня осенило.

Можно ведь применить другой метод детектирования — измерение емкости, как в датчиках прикосновения. Это гораздо дешевле и доступнее. А если правильно спроектировать механику, то можно и усилие определять.

Что ж. Удаляю все, что было сделано

Второй прототип

Итак, тензорезистивные датчики в топку. В качестве сенсорных элементов в этот раз взял небольшие медные цилиндрики, напиленные из проволоки. Для измерения емкости удалось найти дешевый 12-канальный измеритель емкости общего назначения. Он измеряет емкость в масштабах единиц пикофарад, чего должно быть достаточно для схемы измерения усилия, которую я планирую реализовать в следующих модификациях.

Дополнительно на всякий случай повесил на каждый элемент грифа по посадочному месту для кнопки или чего-то подобного. И сделал соответствующие вырезы в плате. Это чтобы можно было не только прикоснуться к цилиндрику, но и прожать его внутрь. Можно будет поэкспериментировать с разными техниками игры.

Решив вопрос подключения множества микросхем измерителя емкости к контроллеру, приступаю к разводке платы.

На этот раз плату удалось заказать и даже дождаться ее изготовления.

После того, как припаял все комплектующие к плате, понял, что конструкция с пластиковыми струнами получается слишком сложной. Поэтому решил пока что повесить на деку такие же сенсорные цилиндрики, но подлиннее.

Два проводочка в нижней части – это я подключил накладку с цилиндриками к уже изготовленной плате. Это временное решение.

Железяка готова. Следующая задача – заставить ее играть.

Софт

Программная часть реализована так:

1. Скачиваем виртуальный синтезатор, который может работать с MIDI устройством и издавать гитарные звуки.

2. Пишем прошивку для контроллера, которая будет опрашивать сенсоры и передавать данные по USB на комп.

3. На стороне компа пишем программу, которая будет получать эти данные, генерировать из них MIDI-пакеты и отправлять их на виртуальный синтезатор из пункта 1.

Теперь каждый пункт подробнее.

Виртуальных синтезаторов под винду с поддержкой MIDI оказалось довольно много. Я попробовал Ableton live, RealGuitar, FL studio, Kontakt. Остановился на RealGuitar из-за простоты и заточенности именно под гитару. Он даже умеет имитировать несовершенства человеческой игры – скольжение пальцев по струнам, рандомизированные параметры извлечения нот.

Чтобы подключить свое приложение к виртуальному синтезатору я сэмулировал виртуальный порт midi, который подключен ко входу синтезатора RealGuitar через эмулятор midi-кабеля. Такая вот многоуровневая эмуляция.

*Мем с ДиКаприо с прищуренными глазами*

В интерфейсе программы я сделал графическое отображение уровня измеряемой емкости для каждого сенсора. Так будет проще подстраивать звучание. Также на будущее добавил элементы управления светодиодами, вибромотором (пока не знаю зачем, но он тоже будет в гитаре), визуализации работы акселерометра и уровня заряда аккумулятора.

Для того чтобы удары по струнам гитары вызывали проигрывание правильных нот, нужно замапить все 72 сенсора на грифе на соответствующую ноту.

Оказалось, что из 72 элементов на 12-ти ладах всего 37 уникальных нот. Они расположены по определенной структуре, так что удалось вместо построения большой таблицы вывести простое уравнение, которое по номеру сенсора выдает номер соответствующей ноты.

Проверяем работу

Похоже, все готово для первого теста. Пилить прутки и паять все 12 ладов мне было лень, поэтому ограничился 8-ю. Момент истины:

IT’S ALIVE! Жизнеспособность концепта подтверждена. Счастью не было предела! Но нельзя расслабляться.

Следующий этап – добавление светодиодов, акселерометра, вибромотора, аккумулятора, беспроводной связи, корпуса и возможности работы без драйверов или программ эмуляции midi на всех популярных платформах.

Светодиоды

По плану гитара должна подсказывать пользователю, куда ставить пальцы, зажигая в этом месте светодиод. Всего нужно 84 светодиода. Тут все просто. Я взял 14 восьмибитных сдвиговых регистров и соединил в daisy chain. STM-ка передает данные в первый регистр, первый – во второй, второй – в третий и т.д. И все это через DMA, без участия ядра контроллера.

Акселерометр

Самый простой акселерометр LIS3D позволит гитаре определить угол своего наклона. В будущем буду это использовать для наложения звуковых фильтров во время игры в зависимости от положения гитары.

Беспроводное соединение

Для беспроводной передачи данных решил поставить ESP32. Оно поддерживает различные протоколы Bluetooth и WI-FI, будет с чем поэкспериментировать (на тот момент я еще не знал, что в моем случае существует только один правильный способ подключения).

Корпус

Одно из ключевых требований к гитаре – портативность. Поэтому она должна быть складной, а значит, электронику деки и грифа нужно разнести на две платы и соединять их шлейфом. Питание будет подаваться при раскрытии корпуса, когда магнит на грифе приблизится к датчику Холла на деке.

Доработка прототипа

Что ж, осталось облачить девайс в приличную одежку.

Я много экспериментировал с различными конструкциями тактильных элементов грифа и рассеивателями для светодиодов. Хотелось, чтобы равномерно светилась вся поверхность элемента, но при этом сохранялась возможность детектирования прикосновения и нажатия на кнопки.

Вот некоторая часть этих экспериментов:

Еще я обратился к другу, который профессионально занимается промышленным дизайном. Мы придумали конструкцию узла сгибания гитары, после чего он спроектировал и напечатал прототип корпуса.

Развожу финальный вариант плат и собираем гитару:

Выглядит почти круто. Но девайс все еще подключается к компу через цепочку эмуляторов, эмулирующих другие эмуляторы.

Превращаем гитару в MIDI-устройство

В новой версии в первую очередь я хотел, чтобы при подключении по USB, гитара определялась как MIDI устройство без всяких лишних программ.

Смотрите про коптеры:  Как найти ваш квадрокоптер если он потерялся

Оказалось, сделать это не так сложно. Все спецификации есть на официальном сайте usb.org. Но все алгоритмы, которые выполнялись на стороне python-приложения, пришлось переписывать на C в контроллер.

Я был удивлен, что оно сразу заработало на всех устройствах. Windows 10, MacOS, Debian 9, Android (через USB переходник). Достаточно просто воткнуть провод и в системе появляется MIDI-устройство с названием «Sensy» и распознается всеми синтезаторами. С айфоном пока протестировать не удалось т.к. нет переходника. Но должно работать так же.

Беспроводной интерфейс

Осталось избавиться от проводов. Правильное решение пришло не сразу, потому что я поленился как следует погуглить. Но в итоге я использовал протокол BLE MIDI, который поддерживается всеми новыми операционками и работает без всяких драйверов прямо как по USB MIDI. Правда, есть вероятность, что на более старых операционках решение не заработает в силу отсутствия поддержки BLE MIDI. Но все тесты с доступными мне девайсами прошли успешно.

Переписанный функционал приложения – т.е. трансляция данных сенсоров в MIDI-данные – занял точнехонько всю память контроллера. Свободными осталось всего 168 байт. Очевидно, кремниевые боги мне благоволили, значит иду в правильном направлении.

Уверен, можно оптимизировать, но это отложу для следующей версии. Хотя, возможно, проще не тратить время и просто взять контроллер потолще. Разница по деньгам – 5 центов. Посмотрим. Все равно нужно будет место для новых фич – обрабатывать техники игры, например. В первую очередь, хочу реализовать slide. Это когда начинаешь играть ноту с определенным зажатым ладом и проскальзываешь рукой по грифу, перескакивая с лада на лад.

Теперь можно проверить работу по беспроводу:

При включении всех светодиодов, гитару можно использовать, если вы заблудились в темной пещере.

Недостатки прототипа

На текущий момент у конструкции есть следующие минусы:

1) На сенсорах нигде не измеряется усилие нажатия. Это влечет за собой три проблемы:

• Постоянно происходят случайные задевания соседних струн как на деке, так и на грифе. Это делает игру очень сложной.

• Все играемые ноты извлекаются с одинаковой громкостью. Большинство подопытных этого не замечают, но хотелось бы более приближенной к настоящей гитаре игры

• Невозможность использовать техники hammer on, pull off и vibrato

2) Светодиоды одноцветные. Это ограничивает наглядность при игре по табулатурам. Хочется иметь возможность разными цветами указывать на различные приемы игры.

3) Форма корпуса не подходит для левшей. С точки зрения софта – я уже реализовал инверсию струн по акселерометру. Но механический лепесток, необходимый для удержания гитары рукой во время игры, поворачивается только в сторону, удобную правшам.

4) Отсутствие упора для ноги. Сейчас при игре сидя нижняя струна почти касается ноги, а это неудобно.

5)  Сустав сгибания гитары требует осмысления и доработки. Возможно, он недостаточно надежен и стабилен.

Время переходить к разработке следующей версии.

Переезжаю на контроллер серии STM32F07. На нем уже 128КБ флэша – этого хватит на любой функционал. И даже на пасхалки останется.

Использовать ESP32 в финальной версии гитары было бы слишком жирно, поэтому я пошел искать что-то более православное. Выбор пал на NRF52 по критериям доступности, наличию документации и адекватности сайта.

Конечно, будут реализованы и три главных нововведения:

— светодиоды теперь RGB,

— на каждом сенсоре грифа будет измерение усилия (тактовые кнопки больше не нужны),

— струны на деке станут подвижными.

На данный момент плата деки выглядит так (футпринт ESP на всякий случай оставил):

Уже есть полная уверенность в том, что весь задуманный функционал будет реализован, поэтому было принято решение о дальнейшем развитии. Будем пилить стартап и выкладываться на Kickstarter 🙂

Проект называется Sensy и сейчас находится в активной разработке. Мы находимся в Питере, сейчас команда состоит из двух человек: я занимаюсь технической частью, мой партнер – маркетингом, финансами, юридическими вопросами.

Скоро нам понадобится наполнять библиотеки табулатур и сэмплов различных инструментов. Если среди читателей есть желающие в этом помочь – пожалуйста, пишите мне в любое время.

Кому интересно следить за новостями проекта – оставляйте почту в форме на сайте и подписывайтесь на соцсети.

Очень надеюсь на обратную связь с комментариями и предложениями!

Спасибо за внимание!

Забавный эпизод из процесса разработки

Сижу отлаживаю NRF52, пытаюсь вывести данные через UART. Ничего не выходит. Проверял код, пайку, даже перепаивал чип, ничего не помогает.

И тут случайно нестандартным способом перезагружаю плату – в терминал приходит буква «N» в ascii. Это соответствует числу 0x4E, которое я не отправлял. Перезагружаю еще раз – приходит буква «O». Странно. Может быть проблема с кварцевым резонатором и сбился baud rate? Меняю частоту в терминале, перезагружаю плату – опять приходит «N». С каждой новой перезагрузкой приходит по новой букве, которые в итоге составляют повторяющуюся по кругу фразу «NON GENUINE DEVICE FOUND».

Что эта NRF-ка себе позволяет? Прошивку я обнулял. Как она после перезагрузки вообще помнит, что отправлялось в предыдущий раз? Это было похоже на какой-то спиритический сеанс. Может, я и есть тот самый NON GENUINE DEVICE?

Залез в гугл, выяснил, что производители ftdi микросхем, которые стоят в USB-UART донглах, придумали способ бороться с китайскими подделками. Виндовый драйвер проверяет оригинальность микросхемы и на лету подменяет приходящие данные на эту фразу в случае, если она поддельная. Очевидно, мой донгл оказался подделкой и переход на другой решил эту проблему.

Снова спасибо китайцам.

Установка и настройка оборудования

Теперь вам осталось его настроить, чтобы он не разбился в первый день полёта.

  1. Запускаем моторы (здесь по-всякому бывает, штудируйте документацию)
  2. Добавляем газ и смотрим, в какую сторону крутятся пропеллеры. Они обязаны вертеться так, как написано в схеме, что прилагается к контроллеру. По-другому управление станет инвертироваться. В случае, если что-нибудь пошло не так — переворачиваем коннектор, объединяющий движок и контроллер.
  3. Если всё вертится верно – прикручиваем верхнюю часть рамы. Не старайтесь втолкать её на место. В случае, если та встала туго — что-то идёт не так. Ослабляем нижние винтики, впоследствии установки затягиваем всё постепенно.
  4. Закрепляем блок с батареями.
  5. Монтируем адаптеры для пропеллеров на двигатели.
  6. Ставим пропеллеры, беря во внимание сторону вращения моторов. Приподнятый элемент лопасти обязан глядеть в сторону вращения.
  7. Есть! Ваш квадрокоптер готов к первому полёту.

Мы с вами рассмотрели простой пример сборки квадрокоптера, который не требует больших затрат и усилий в плане сборки. Соответственно, если вы решите поднимать на дроне что-нибудь потяжелее (навигатор, более тяжёлые средства съёмки и т.п.) – конструкцию придётся доработать и усилить.

Экшн-камера xiaomi yi

Цена на AliExpress: US $49.99 — 109.99

Этапы сборки квадрокоптера

Раскладываем всё это добро по столу и приступаем.

  1. Приблизительно прикидываем нужную длину проводов контроллера, добавляем небольшой запас на всякий случай, и обрезаем их до необходимой длины.
  2. Коннекторы припаиваем к выходам регуляторов для упрощения подключения моторов.
  3. Припаиваем регуляторы оборотов к плате разводки.
  4. Припаиваем коннектор АКБ тоже к плате разводки.
  5. Аккуратно прикручиваем моторы на лучи дрона. При установке бережём резьбу.
  6. Припаиваем коннекторы двигателей, если их нет.
  7. Прикручиваем лучи с моторами к плате.
  8. Крепим регуляторы к лучам коптера. Удобней всего это делать пластмассовыми хомутами.
  9. Включаем провода регуляторов к движкам в случайном порядке. Если понадобится, потом изменим порядок.
  10. Закрепляем на корпусе модуль управления (предварительно сфотографировав тыльную сторону, потом поймёте, для чего). Крепим хоть на жвачку, но рекомендую для начала применить мягкую двухстороннюю липкую ленту.
  11. Подключаем регуляторы оборотов к контроллеру. В порты, отмеченные знаками «плюс»-«минус»-«пусто», как правило, подключаем белым проводом к экрану.
  12. Оставшейся липкой лентой закрепляем приёмник поближе к блоку управления, и подключаем необходимые каналы к соответствующим портам. Применяем документацию данного приёмника и снимок внешнего края платы, дабы понять, какая стопка проводов за что отвечает.
  13. Подключаем питание прибора от батареи, сквозь коннектор.
  14. Вы молодец! Вы собрали свой первый дрон.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector