модуль управления для квадрокоптера

Что такое аппаратура управления (передатчик и приемник)?

Аппаратура управления (TX) — это устройство, которое позволяет пилоту удаленно управлять коптером. Сигнал/команды получает приемник, который, в свою очередь, подключается к полетному контроллеру.

Если вы новичок и интересуетесь дронами, тогда читайте наше руководство для начинающих.

Задачей контроллера для квадрокоптера является управление его поведением в процессе полета. В каталоге RC-TODAY. RU имеются устройства для летательных аппаратов разных марок. Основной ассортимент приходится на коптеры DJI. Это объясняется широким распространением беспилотников этой марки.

Количество полётных контроллеров, имеющихся в продаже, может смутить новичка. Цель этой статьи — показать каким образом можно выбрать подходящий для вашего коптера.

Оригинал: How to Choose Flight Controller for Quadcopter

Если вы только начинаете летать, тогда не забудьте прочесть руководство для начинающих пилотов гоночных коптеров.

Я собрал все характеристики всех полетных контроллеров в одну таблицу, так что вы легко их сможете сравнить.

В этой статье мы обсудим основные характеристики аппаратуры управления, покажем на что обратить внимание при покупке: цена, число каналов, моды, частоты и другой функционал.

Оригинал: How To Choose RC Transmitter For Quadcopter

Аппаратура управления (передатчик) и приемник — это первое что необходимо купить при сборке коптера. Новички могут запутаться при выборе. В отличие от других комплектующих, которые часто ломаются или устаревают, хорошая аппаратура управления будет служить вам годами, так что вполне логично вложить немного больше для покупки более качественного варианта.

Показывать товары в наличииРадиоуправляемые летательные аппараты для развлечения и профессиональной деятельности отличаются по габаритам и набору функций, но одинаково подвержены воздействию агрессивной среды и механическим деформациям, которые могут привести к серьезным поломкам. Платы и другие категории наших товаров предназначены для ремонта, а также доработки квадрокоптеров, расширения их функциональности. Запчасти выпускаются в соответствии с особенностями конкретного типа моделей и демонстрируют солидный рабочий ресурс при соблюдении технологии монтажа.

Показывать товары в наличииРадиоуправляемые летательные аппараты для развлечения и профессиональной деятельности отличаются по габаритам и набору функций, но одинаково подвержены воздействию агрессивной среды и механическим деформациям, которые могут привести к серьезным поломкам. Навигация и другие категории наших товаров предназначены для ремонта, а также доработки квадрокоптеров, расширения их функциональности. Запчасти выпускаются в соответствии с особенностями конкретного типа моделей и демонстрируют солидный рабочий ресурс при соблюдении технологии монтажа.

Что такое полетный контроллер?

Полетный контроллер (ПК, flight controller, FC) — это мозг летательного аппарата. По сути, это плата с кучей датчиков, которая отслеживает движение дрона и команды от пользователя. Используя полученные данные, она управляет скоростью вращения моторов для того, чтобы коптер двигался так, как задумал пилот.

У всех ПК имеется базовый набор датчиков: гироскопы (Gyro) и акселерометры (acc); некоторые продвинутые конфигурации имеют также барометр (измеряет давление воздуха, а значит и высоту полета) и магнитометр (компас).

ПК — это также точка подключения всей прочей периферии типа GPS, светодиодов, сонаров и т.

Контроллеры для гоночных дронов очень быстро эволюционируют: становятся меньше, имеют всё более быстрые процессоры, более современные датчики и всё больше встроенных функций.

Эволюция полетных контроллеров

Эксплуатация квадрокоптера с GPS модулем – это значительное расширение возможностей управления таким устройством. Модуль отслеживает и находит дрон в случае его потери из зоны видимости. GPS трекер для дрона точно определяет месторасположение, координаты которого передаются на телефон владельца. Бюджетные дроны не имеют встроенной функции GPS. Дополнительно приобрести трекер — разумное решение, так как он дает возможность контроля дрона и обладает широким набором часто необходимых полезных функций.

GPS модуль отслеживает и находит дрон в случае его потери из зоны видимости. Использование GPS модуля квадрокоптераПри выборе модуля качество его сборки и прочность материалов — на первом месте. Пластик должен быть прочным, так как маяк подвергается падению с большой высоты. При выборе модуля важны его технические характеристики. Устройство средней стоимости с хорошей сборкой и функционалом будет иметь приблизительно такие характеристики:

• Вес мини GPS трекера может быть 10-20 грамм.
• Точность передачи координат до 5 метров.
• Поддержку сетей на различных частотах, что позволяет держать связь в поле или лесу.
• Время работы маяка в автономном активном режиме до 50 часов, в пассивном режиме 350 часов. Под активным режимом подразумевается передача координат каждые 10 минут работы.

Основные функции квадрокоптера с GPSФункционал различен в зависимости от стоимости. Основные функции маячков со средней стоимостью:

• Планирование маршрута. Возможность отследить и запланировать маршрут полета удаленно.
• Запоминание координат точки взлета. Будет полезно для дронов в которых есть функция автоматического возврата в исходную точку. Контроль точки взлета позволит понять насколько далек квадрокоптер от точки и позволит проложить путь к актуальному местонахождению.
• Функция возврата при потере связи с пультом. Если коптер перестал реагировать на пульт управления и связь была утрачена по какой-либо причине, то целесообразно использовать функцию возврата, которая вернет дрон в позицию откуда начался полет.
• Функция GPS мониторинга. Дает возможность в реальном времени отследить где находится квадрокоптер.
• Управление через приложение на смартфоне или планшете. Дает возможность управлять устройством не только с помощью пульта.
• SIM карта и звонок дрону. Эти функции будут полезны, если дрон был утерян.

Управление квадрокоптером через приложение на планшете. Другие характеристики квадрокоптера

• При выборе квадрокоптера стоит учитывать летные характеристики устройства. Это прежде всего, время автономной работы, возможность вернуться, регулировать скорость полета.
• Пульт от дрона должен быть удобным в управлении, удобно лежать в руке. Кнопки должны быстро нажиматься, связь между пультом и дроном должна быть без задержек.
• Камера для съемки фото и видео позволяет оглядеть окрестности со стороны и запечатлеть их. Лучше всего выбирать модели с камерами высокого разрешения, чтобы качество картинки радовало вас.
• Дрон c камерой с установленным GPS модулем всегда будет под вашим присмотром.
• Датчик удара и сигнал SOS позволит понять, что с устройством случилась беда. Это падение вследствие потери управления, столкновение с препятствием.

Залетевшие в запретную зону дроны будут уничтожать. GPS трекер для квадрокоптера позволяет планировать его маршрут. Подготовке трекера к работеИспользовать GPS модуль для квадрокоптера достаточно просто, нужно:

• Установить карточку мобильного оператора.
• Включить ее GPS модуль.
• Дождаться ответного сообщения от карты, которая передаст вам координаты с первоначальным расположением.

Квадрокоптеры перестали быть редкими устройствами. Сейчас ими владеет большое количество людей, число которых растет с каждым днем. Чаще всего владельцы выбирают среднего уровня беспилотники, которые летают на расстояние до 10 километров. Для них GPS трекер является необходимым. Если аппарат отлетает от владельца даже на километр, его уже трудно увидеть и сложно разглядеть препятствия с которыми есть вероятность столкновения. Трекер обеспечивает контроль над летающим устройством.

Трекер для квадрокоптера отслеживает его месторасположение. Если в вашем квадрокоптере нет встроенного трекера, то приобрести его дополнительно будет разумным решением. После приобретения внимательно прочтите инструкцию и надежно закрепите трекер.

А Ваш квадрокоптер с GPS модулем?А здесь можно прочитать про трекер самолетов.

Текст работы размещён без изображений и формул. Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Исследован и разработан алгоритм перехвата управления летательного аппарата на примере квадрокоптера SymaX8C. Рассмотрены несколько методов перехвата сигнала и выбран алгоритм с применением arduinomega и радиомодуля nRF24L01+. Разобран протокол квадрокоптера SymaX8C и получен контроль над летательным аппаратом.

В настоящее время квадрокоптеры приобрели большую популярность, т. они, зачастую, заменяют пилотируемую авиацию в гражданских и военных целях. Главными преимуществами квадрокоптера является легкость, маневренность, дешевизна и широкий спектр применения.

Практически все квадрокоптеры пилотируются вручную, с помощью пультов дистанционного управления. При таком типе управления есть ряд недостатков, главным из которых является выход из зоны управления вследствие ошибки оператора. Так же есть иные недостатки, но они не столь существенны, например, недостаточная рабочая дальность, ограничения, связанные с погодными условиями.

Телеметрия позволяет летательному аппарату обмениваться информацией и командами по беспроводной связи с наземной станцией. Это включает в себя отправку/получение GPS-координат, путевых точек, настроек газа, команд постановки и снятия с охраны.

Данные команд передающиеся с квадрокоптера на радиоприемник никак не шифруются, но для обеспечения некоторого уровня защиты от перехвата предприняты следующие меры:

частота передачи меняется каждые 2 мс (т. 500 раз в секунду);

передаваемые данные смешиваются с псевдослучайной последовательностью, для более эффективной передачи, и для обеспечения помехоустойчивости.

Все данные передаются на частоте 2,4 ГГц — это самая популярная частота. Более низкие частоты тоже используются, но в квадрокоптерах они значительно менее популярны.

Табл. 1 – характеристики квадрокоптера Syma X8C

Бренд
Syma

Модель
X8C

Количество каналов управления
4

Частота управления
2. 4Ghz

Разрешение камеры
2. 0MP

Разрешение фотографий
1080 * 720

Время зарядки
около 75 мин

Время полета
около 7 мин

Тип батарей
3. 7V 500mAh Li-battery, в комплекте 2 шт, тип 752540 (42 х 24 х 8 мм)

Дистанция управления
до 30m

Питание контроллера
4 * AA batteries

Функции
Ascend/descend/forward/backward/side flying/360° rolling action/hover/LED/HD camera/H/L speed

Размеры
31. 5 * 31. 5 * 7. 5 см

Масса с батарейкой
105 г

Возможны несколько подходов к решению задачи перехвата радио сигнал от передатчика.

Первый подход предполагает использовать Software-defined radio, SDR (Программно-реализуемая радиосистема). Этот метод заключается в следующем — в системе радио связи, компоненты, такие как смесители, фильтры, усилители, модуляторы/демодуляторы, детекторы и т. ) реализованы с помощью программного обеспечения на персональном компьютере или на встроенной системе. Хотя концепция SDR не нова, быстро развивающиеся возможности цифровой электроники делают практически реализуемыми многие процессы, которые когда-то были возможны только теоретически.

Базовая система SDR может состоять из персонального компьютера, оснащенного звуковой картой, или другого аналого-цифрового преобразователя, которому предшествует радиочастотный интерфейса. Значительные объемы обработки сигналов производятся на процессоре общего назначения, а не в аппаратном обеспечении специального назначения (электронных схемах). Такая конструкция создает радиостанцию, которая может принимать и передавать самые разнообразные радиопротоколы (иногда называемые сигналами), основываясь исключительно на используемом программном обеспечении.

Второй подход предполагает использование Arduino mega и радиомодуля nRF24L01+

SDR требует больших познаний в области радио, но для его реализации не требуется, практически никакого специального оборудования. Arduino и nRF24L01+ не требует практически никаких знаний в области радио, и стоят крайне дешево.

В данной работе будет рассматриваться подход с использованием Arduino mega и радиомодуль nRF24L01+. Рассмотрим каждый компонент.

Структура передаваемых сигналов представлена на рисунке 1. В начале сеанса связи передатчик настраивается на частоту передачи и передает только несущую, затем передается преамбула — служебная информация, добавляемая в начало сигнала. Преамбула используется только для синхронизации приемника и передатчика. Поле преамбулы не предназначено для передачи полезной информации, наличие этого поля у сигнала объясняется необходимостью установления надежной взаимной синхронизации тактовых частот передатчика и приемника данных. Преамбула состоит из последовательности 0 и 1, в разных чипах она может отличаться как длиной, так и содержанием, в nRF24L01+ она составляет 1 байт 0xAA или 0x55, в зависимости от старшего бита адреса, в нашем случае преамбула 0xAA. Затем идут байты адреса, в nRF24L01+ адрес может составлять от 3 до 5 байт.

Рис. 1 – Структура передаваемых сигналов

Особенности радиомодуля nRF24L01+

Рис. 2 — Техническая документация

То есть, если этот регистр установлен в «00», то длина адреса будет два байта.

Затем есть еще одна интересная особенность nRF24L01+: обычно преамбула радиомодуля передается и используется так, чтобы приемник мог адаптироваться к передатчику, для этой цели последовательность нулей и единиц чаще всего передается в виде преамбулы.

Вторая особенность модуля nRF24L01+: он не ищет преамбулу в передаваемом сигнале и не использует ее каким-либо образом, он ищет адрес, записанный в качестве принимаемого.

Решение задачи перехвата сигнала.

При попытки перехватить сигнал квадрокоптера необходимо знать некоторые исходные данные, такие как диапазон управления квадрокоптером (2,4 ГГц) и что управление будет осуществляться модулем nRF24L01+.

Теперь можно на последовательном порте забирать готовые данные с установленного канала, смена канала осуществляется посылкой «w» и «s» в порт. Дальнейшую обработку можно производить любым удобным способом. Следует обратить внимание, что скорость порта нестандартная — 2 Мбит/c, это необходимо для того, чтобы Arduino меньше времени занималась вводом/выводом, а больше занималась решением задачи, не стоит забывать, что там всего лишь 16 МГц.

Рис. 3 — Данные серийного порта

Как только происходит обнаружение канала и определение адреса, необходимо установить его в качестве приемного, чтобы фильтрация данных происходила корректно.

uint64_t pipe = 0xa20009890fLL;

Рис. 4 — Фильтровка данных

Далее следует произвести сканирование всех каналов для определения тех, на которых появляется данный адрес. После недолгого наблюдения можно заметить, что 10, 11 и 12 байт меняется вместе с данными, а далее идет последовательность байтов, так называемый шум. Пробуем включить CRC16 (два последних байта) и сменить длину пакета до 10 байт:

Рис. 5 — Длина пакета 10 байт.

Теперь после настройки радиомодуля nRF24L01+, необходимо разобрать протокол SymaX8C. Для этого необходимо записать реакцию пульта на различные нажатия:

Первый байт — значение throttle (стик газа)

Второй байт — значение elevator (тангаж — наклон вперед-назад), где старший бит — направление (вперед или назад), а остальные 7 — значение.

Третий байт — значение rudder (рысканье — поворот вокруг оси влево-вправо), где старший бит — направление (влево или вправо), а остальные 7 — значение.

Четвертый байт — значение aileron (крен — наклон влево-вправо), где старший бит — направление, а остальные 7 — значение.

Десятый байт это CRC, которая рассчитывается как XOR от первых 9 байт + 0x55, понять это — пожалуй, самое сложное.

Остальные байты можно оставить такими же, как и перехваченные, там содержатся значения регулировок нулевого положения (тримы), и несколько флагов, относящихся к работе камеры.

Сформируем какой-либо валидный пакет, например, заставим дрона вращаться вокруг своей оси против часовой стрелки, как показано на рис

Рис. 5 – Протокол Syma

Данная работа посвящена разработке алгоритма перехвата управления коммерческим квадрокоптером. В статье решены следующие задачи:

разработан метод перехвата сигнала квадрокоптера Symax8c на базе Arduinomega и радиомодуля nRF24L01+;

разобран протокол передачи квадрокоптера Symax8c.

Полученные положительные результаты перехвата управления квадрокоптером показывает, что необходимо усилить защиту радиосигнала и кроме изменения частоты передачи сигнала и передачи данных смешанных с псевдослучайной последовательностью необходимо, как минимум, выполнять шифрование передаваемого сигнала.

Thibault S. et al. CFD Simulation of a Quad-Rotor UAV with Rotors in Motion Explicitly Modeled Using an LBM Approach with Adaptive Refinement //55th AIAA Aerospace Sciences Meeting. – 2017. – С. 0583.

Pham C. Communication performances of IEEE 802. 4 wireless sensor motes for data-intensive applications: A comparison of WaspMote, Arduino MEGA, TelosB, MicaZ and iMote2 for image surveillance //Journal of Network and Computer Applications. – 2014. – Т. – С. 48-59.

Semiconductor N. nRF24L01+ Single Chip 2. 4 GHz Transceiver //Datasheet, September. – 2008.

Расположение элементов

Расположение контактов и разъемов влияет на простоту сборки.

Многие пилоты смотрят только на технические характеристики полетных контроллеров и упускают важность дизайна/компоновки элементов.

Хорошие пример — CLRacing F7 и Kakute F7. Два отличных полётника, с уверенностью могу их порекомендовать, но глядя только на компоновку скажу, что CLRacing F7 однозначно выигрывает, все контактные площадки расположены по краям платы и сгруппированы по выполняемым функциям. Контакты на Kakute скучкованы, в результате легко получить комок проводов.

Полетный контроллер CL Racing F7

Полетные контроллер Kakute F7

Это дело вкуса, а он у всех разный.

Рабочая частота

Самая популярная частота — 2,4 ГГц. Более низкие частоты тоже используются (27 МГц, 72 МГц, 433 МГц, 900 МГц и 1,3 МГц), но в нашем хобби (коптеры) они значительно менее популярны.

Если вам интересно, то вот краткое техническое описание.

Те, кто занимаются моделизмом довольно давно, должны помнить частоты 27 МГц и 72 МГц с номерами каналом и кварцами (кварцевые резонаторы нужны были для настройки на определенный канал, в приемнике ставился аналогичный кварц для привязки его к передатчику). Этой технологией пользовались десятилетиями, она позволяла передавать сигнал на большие расстояния, а сигнал хорошо огибал препятствия. Однако такой сигнал мог глушиться другими передатчиками, работающими на тех же частотах (даже при использовании разных брендов). Другой проблемой был размер антенн, их длина была порядка метра. Кварцы для выбора канала были не очень надежными, их легко можно было повредить; при полетах в компаниях их часто приходилось менять.

2,4 ГГц — новое поколение систем, в настоящее время это самая популярная частота для управления устройствами как летающими в небе, так и ездящими по земле. С появлением алгоритмов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, благодаря которым нет необходимости вручную выбирать частоты и каналы, эта частота стала стандартной для радиоуправляемых моделей. Антенна меньше, вес тоже меньше, но обычно радиус приема меньше, чем у 27/72 МГц (спорный вопрос, прим. перев).

Возможно вы слышали о других частотах, например, 1,3 ГГц, 868/900 МГц, 433 МГц; на этих частотах работает дальнобойное оборудование для тяжелых моделей.

Все производители передатчиков используют алгоритмы с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, так что использовать аппаратуру стало очень просто. Программное обеспечение постоянно сканирует эфир для поиска наилучшей частоты, отслеживает помехи, и автоматически переходит на свободные каналы. Это происходит множество раз в секунду, так что вы не увидите пауз или сбоев управления, как это было раньше. Еще одно достоинство этих алгоритмов в том, что вы можете одновременно летать с другими пилотами, не боясь заглушить их аппаратуру.

Формат крепежа

В данном случае подразумевается расстояние между монтажными отверстиями в плате полетного контроллера. Обычно это 30,5 х 30,5 мм, 20 х 20 мм или 16 х 16 мм. Формат крепежа определяет как размеры платы, так и размеры модели. В коптерах с 5″ пропами обычно используются ПК с крепежом 30,5 х 30,5, в более мелких коптерах — 20 х 20 мм. Формат 16 х 16 мм набирает популярность в классе коптеров с диагональю до 100 мм.

Приёмники

Обычно в комплекте с передатчиком идет и приёмник. Важно помнить, что передатчики работают (как правило) с приемниками только того же производителя. Например, если вы купили FrSky Taranis, то нужно будет использовать приемники FrSky, или другие приемники, совместимые с FrSky.

Привязка приемника к передатчику — очень простой процесс, делать это нужно только один раз при покупке нового приемника. Большинство аппаратур управления позволяют использовать множество приемников. вы можете создать несколько профилей разных моделей и менять для них настройки индивидуально. Просто прочтите инструкцию к вашему приёмнику.

После того как приёмник привязан к передатчику, он будет игнорировать команды других передатчиков.

Регуляторы скорости «4-в-1» и ПК «всё-в-одном»

Сейчас регуляторами «4-в-1» никого не удивишь, и часто они разработаны для сборки в стек с конкретным полетным контроллером и в этом случае они играют роль PDB. Разъемы и схемы соединений не стандартизированы, так что перед покупкой убедитесь в совместимости ПК и таких регулей.

Можно ли использовать полетный контроллер типа «всё-в-одном» с регуляторами «4-в-1»? Да, можно, но мы не рекомендуем.

ПК «все-в-одном» лучше использовать с 4 отдельными регуляторами.

Обычный полетный контроллер лучше совмещать с PDB и отдельными регуляторами или с регуляторами «4-в-1».

Процессор (микроконтроллер)

Процессоры в полетных контроллерах на самом деле должны называться не процессорами, а микроконтроллерами; в них хранится прошивка и они же её исполняют.

В настоящее время есть 5 основных типов процессоров: F1, F3, F4, F7 и H7. В основном они отличаются размером памяти и вычислительными мощностями.

F1F3F4F7H7
Частота72 МГц72 МГц168 МГц216 МГц480 МГц
Память128 кБ256 кБ1 МБ1 МБ128 кБ

Подробнее про различия между сериями процессоров F1, F3, F4 и F7

Мы рекомендуем брать F4 или F7, новые прошивки уже не поддерживают серии F1 и F3, т. в них недостаточно места.

Процессоры для ПК (слева направо): STM32 F1, F3, F4

UART (последовательные порты)

UART расшифровывается как Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, что означает асинхронный последовательный порт.

UART — это, как правило, аппаратный последовательный интерфейс, который позволит вам подключить разные внешние устройства к полетному контроллеру. Например, приемник, телеметрию, транспондер для гонок, управление видеопередатчиком и т.

У каждого последовательного порта два контакта: TX — для передачи, RX — для приема. Запомните, TX на периферийном устройстве подключается к RX на полетном контроллере и наоборот!

Пример: на полётнике есть UART3 (контакты R3 и T3) и UART6 (контакты R6 и T6). Вы можете назначить им задачи на вкладке Ports в Betaflight конфигураторе.

Количество последовательных портов в полетном контроллере

Возможно, вам потребуются (а может и нет) дополнительные последовательные порты, чем больше свободных есть, тем проще будет в будущем.

Количество портов зависит от дизайна платы и используемого процессора. Например, на ПК с F1 обычно только 2 порта, у F3 и F4 может быть от 3 до 5, а у F7 — шесть или даже 7.

F1F3F4F7
2 порта3-5 портов3-6 портов6-7 портов

Инвертирование сигнала последовательного порта

Процессоры F3 и F7 могут инвертировать сигнал встроенным инвертором, а F1 и F4 — нет.

Сигналы Frsky SBUS и SmartPort являются инвертированными, поэтому владельцам ПК на F3 и F7 повезло, такие данные понимаются без проблем (F3 и F7 — более новые серии процессоров, подробнее тут).

Однако, более старые процессоры, типа F1 и F4 требуют наличия внешнего инвертора сигнала, который и подключается к соответствующему последовательному порту. Для удобства пользователей некоторые ПК на F4 уже имеют схемы для инверсии сигналов SBUS и SmartPort, так что приемник подключается напрямую к ПК. Если встроенного инвертора нет, то вам придется использовать одно обходных решений, например, программную эмуляцию последовательного порта (soft serial) или найти неинвертированный сигнал на приемнике.

Если портов не хватает, можно использовать программную эмуляцию (soft serial) чтобы «создать» ещё больше портов. К сожалению, эмулируемые порты работают медленнее аппаратных (нельзя выставить большую скорость) и не подходят для важных задач, где требуется быстрая реакция, например не подойдут для работы с приемниками. Ну и, конечно, программная эмуляция требует довольно много ресурсов процессора.

Как выбрать приёмник

Ваши требования к приёмникам (доступность, размер, вес) также влияют и на выбор передатчика. Например, система FrSky стала популярной благодаря небольшому размеру приемников, она идеально подошла для миникоптеров.

В этом списке мы описали все самые популярные приемники FrSky для мини и микро коптеров.

Также нужно учесть какие протоколы будут доступны в приемнике — PWM, PPM, SBUS. В общем и целом, SBUS лучше, чем PPM благодаря низкой задержке сигнала, и они оба лучше PWM, благодаря количеству необходимых проводов. Более подробно про протоколы в приемниках (англ).

Гироскопы (Gyro), инерциальная навигация (IMU)

Цель датчиков на ПК определить ориентацию коптера в пространстве и отследить его движения. Микросхема с датчиками (IMU) содержит как гироскопы, так и акселерометры.

Самые часто используемые полетные режимы Betaflight — это, наверное, Acro (акро, или ручной режим) и Angle (самовыравнивание). В акро режиме используются только гироскопы, а в Angle и гироскопы, и акселерометры.

А т. большинство пилотов FPV дронов летают в Acro, то акселерометры часто просто отключаются в настройках Betaflight, это позволяет сэкономить вычислительные ресурсы. По этой же причине под инерциальной навигацией обычно подразумевают только гироскопы (gyro).

Наиболее популярные гироскопы, используемые в полётниках:

IMUСпособ подключения, шиныМакс. частота сэмплирования
MPU6000SPI, i2c8K
MPU6050i2c4K
MPU6500SPI, i2c32K
MPU9150*i2c4K
MPU9250*SPI, i2c32K
ICM20602SPI, i2c32K
ICM20608SPI, i2c32K
ICM20689SPI, i2c32K

* MPU9150 — это MPU6050 со встроенным магнитометром AK8975, а MPU9250 — это MPU6500 с тем же магнитометром.

Гироскопы и акселерометры на полетном контроллере

Что лучше высокая частота опроса или шум?

У IMU есть две основные характеристики: максимальная частота сэмплирования и насколько полученные данные будут зашумлены (механическими вибрациями и электрическими помехами).

В настоящее время очень часто используют микросхему MPU6000, которая поддерживает частоту опроса до 8k, и обладает (неоднократно проверено) хорошей устойчивостью к разного рода шумам и помехам. Главное стараться избегать MPU6500 и MPU9250, хотя у них больше рабочая частота, но и уровень шумов тоже значительно выше.

Учтите, что разные серии гироскопов ICM имеют разные характеристики. ICM20689 — один из худших вариантов, легко восприимчив к шуму, да и с надежностью проблемы. Если приходится выбирать из ICM, то берите модель 20602.

В последнее время появляется всё больше и больше ПК с гироскопами на отдельной плате с антивибрационной развязкой (кусок поролона, чтобы снизить вибрации от моторов).

Антивибрационное крепление гироскопов на ПК Kakute F4

Обновление (окт 2019). Начиная с версии Betaflight 4. 1 нет поддержки частоты 32кГц, так что если вы используете гироскопы ICM с Betaflight, то looptime будет не больше 8кГц.

Скорость работы гироскопов — это палка о двух концах: если питание чистое, и шумов нет, тогда серия ICM на 32k будет работать лучше, чем MPU6000. Однако, если регуляторы и моторы начнут генерировать помехи, а коптер вибрирует, тогда ICM хуже, чем MPU6000.

Несколько советов как крепить ПК с демпферами (антивибрационное крепление) и использовать конденсаторы для фильтрации помех по питанию.

I2c или SPI?

i2c и SPI — это названия шин для подключения гироскопов к процессору. Выбранная шина может ограничить частоты опроса гироскопов и ограничит looptime.

Лучше всего использовать SPI, т. она позволяет работать с бОльшими частотами, чем i2c, у которой лимит в 4k. Практически все современные ПК используют SPI.

Моды

Есть 4 разных конфигурации стиков: mode 1, mode 2, mode 3, mode 4.

Mode 1 — руль высоты на левом стике, газ справа.

Mode 2 — наиболее часто встречаемый режим, потому что коптер будет повторять движения стиков. Руль высоты справа, газ — слева. При этом правый стик подпружинен по обеим осям и автоматически возвращается в центр; левый стик центрируется только по горизонтальной оси (рысканье, курс) и щелкает при вертикальном движении (если трещотки нет, то двигается с небольшим усилием) — т. при увеличении и уменьшении газа.

Mode 3 — тоже самое что и Mode 1, только элероны и руль направления поменяны местами.

Mode 4 — тоже самое что и Mode 2, только элероны и руль направления поменяны местами.

В некоторых передатчиках благодаря тому, что аппаратно стики одинаковые, легко меняются режимы Mode 1 на Mode 3 и наоборот; а также Mode 2 и Mode 4. Это достигается простой заменой канала элеронов и руля направления.

Нет правильного и неправильного выбора, это вопрос привычки. Если вы не знаете с чего начать, то выбирайте mode 2, т. это наиболее популярная мода у пилотов коптеров, да и аппаратуру потом продать будет проще.

Какие задачи решают контроллеры для квадрокоптеров?

Если говорить простым языком, то плата управления летательным аппаратом представляет собой его «мозги». Чем больше возможностей у дрона, тем сложнее устроены его контроллеры. Они нужны для решения следующих задач:

• удержание высоты;
• стабилизация полета;
• движение в автоматическом режиме;
• передача летных параметров на пульт;
• подключение к периферийным устройствам;
• управление подвесом и питанием;
• контроль работы убирающихся шасси и так далее.

Полный перечень функций определяется моделью летательного аппарата.

Широкое распространение сегодня получили полетные контроллеры для квадрокоптеров марки Naza. Эти устройства относятся к средней ценовой категории, они отличаются богатой функциональностью и доступностью настроек даже для начинающего пилота.

Контроллеры для квадрокоптеров Naza расширяют свои возможности путем подключения различных дополнительных модулей. К примеру, это может быть:

• GPS,
• Bluetooth,
• OSD.

В нашем каталоге имеются контроллеры для квадрокоптеров из разных ценовых категорий. Это позволяет выбирать их в зависимости от имеющихся потребностей (для профессионального применения или использования в качестве развлечения).

Полетные контроллеры «всё-в-одном» и их функционал

Полетники «Всё-в-одном» («All In One») имеют встроенную плату распределения питания (PDB) и огромные контакты для толстых проводов, идущих от аккумулятора. Термин появился в те времена, когда обычно применялись отдельные PDB со стабилизаторами питания для полетных контроллеров, но сейчас в ПК встраивают очень много компонентов, так что термин теперь значит немного другое.

Одной из первых функций, которую встроили в ПК — это OSD (экранное меню) — Betaflight OSD.

Ещё одна бесценная фишка — датчик тока: с ним гораздо проще оценить степень разряда аккумулятора, и он же отличный инструмент для тестирования. Тут более подробно про его калибровку (англ).

Также часто в ПК встраивают барометр и магнитометр (компас).

Нет «правильного» полётника «все-в-одном», но при желании можно найти плату, в которой есть всё, даже приёмник, видеопередатчик и даже регуляторы.

Первым таким ПК у меня был RacerStar Tattoo F4S, он не очень надежный.

Обзор популярных передатчиков

Внешний видМодельКол-во каналовЦена
Flysky FS-T66$56
Spektrum DXe6$60
Turnigy Evolution8$68
Turnigy 9X (обзор, англ)8$73
Turnigy 9XR8$111
FrSky Taranis Q X7 (обзор, купить)16$110
Spektrum DX6e6$180
FrSky Taranis X9D Plus (обзор, англ; купить)16$205
TBS Tango10$250
FrSky Horus X12S (купить на GearBest, horusrc)16$500
Spektrum DX9 Black9$600

Каналы

Число каналов — это количество функций летательного аппарата, которыми можно управлять.

Например: газ, направление (рысканье, курс), тангаж (он же питч, наклон вперед/назад), крен (ролл, влево/вправо), каждая функция требует отдельный канал. Как видите, для управления коптером минимально требуется 4 канала.

Для хоббийных коптеров вам определенно захочется иметь больше каналов.

Дополнительные каналы часто называют AUX, они представлены в виде тумблеров и крутилок (переменные резисторы). Вы можете использовать их для смены полетных режимов или для активации разных функций коптера.

В общем, рекомендуется иметь как минимум 5 или 6 каналов. Дополнительные 1 или 2 канала можно использовать для арминга коптера (перевода в активный режим) и для переключения полетных режимов.

Передатчики с бОльшим числом каналов (6+) обычно стоят дороже. Как правило, у них выше качество сборки и гораздо больше функций, чем у простых 4х или 5 канальных передатчиков.

Чтобы не запутаться, учтите, что в английском языке стики часто называют gimbal; что также означает и подвес камеры — camera gimbal, не перепутайте.

Прошивки для ПК

Помимо различий в железе, имеются различия и в прошивках, которые работают на этих ПК и у которых разный функционал и разные области применения. Например, iNAV разработан для использования с GPS, а KISS — больше предназначен для гонок.

Вот список прошивок для мини-коптеров. Если вы совсем в этом не разбираетесь, то мой вам совет, используйте Betaflight.

Самые популярные прошивки для полетных контроллеров

Betaflight — это прошивка с открытым исходным кодом, разрабатывается и поддерживается сообществом хоббийщиков. У нее самая большая пользовательская база, так что в случае каких-то вопросов вам быстро помогут. К тому же она поддерживает максимальное число полетных контроллеров.

Другие популярные прошивки для FPV дронов — это FlightOne и KISS. Их исходный код закрыт, а железо и сами прошивки поддерживаются только производителями, так что с ними работает очень небольшое число полетных контроллеров.

После того, как вы выберите прошивку, ищите совместимый с ней полетный контроллер.

Интерфейс и настройка

Современные прошивки для ПК можно настраивать, используя специальные программы, установленные на компьютер или смартфон; или даже прямо с пульта управления. У каждой прошивки свой пользовательский интерфейс управления, при помощи которого меняются настройки. Некоторые программы очень похожи друг на друга, но установка одних и тех же параметров в разных прошивках может дать совершенно разный результат, так что не торопитесь, а основательно изучите выбранную прошивку.

«Тюнинг» — этот термин мы используем, когда меняем ПИД коэффициенты (PID), рейты (rates) и некоторые другие настройки. При помощи тюнинга мы можем настроить коптер «под себя».

На что обратить внимание при выборе передатчика?

Диапазон цен просто огромный, начиная от дешевых передатчиков за $50 и заканчивая аппаратурой за $1000 и выше.

Если ваш бюджет ограничен, и вы не готовы потратить $200 за Taranis, тогда чтобы ощутить все прелести полетов есть смысл потратиться на дешевую 6 канальную аппаратуру. Позже, когда станете опытнее сможете приобрести более дорогой передатчик. Хотя, я думаю, вам следует приобрести один из нормальных передатчиков, которые мы порекомендуем ниже.

Железо и функционал

При выборе хорошего передатчика нужно учесть очень много вещей, например: экран (разрешение, подсветка и т. ), как ощущаются стики (их качество), наличие памяти на несколько моделей, режим тренера и т. Кому-то нужны экспоненты и кривые, которые позволяют менять реакцию стиков, например, смягчают реакцию в центре (конечно, вы можете задать экспоненты и в полетном контроллере, что и предпочитает делать большинство пилотов, при этом не снижается точность передачи сигнала).

Некоторые передатчики можно программировать и перепрошивать. Их можно настраивать под себя, менять музыку, звуки, голосовые сообщения и многое другое. Прежде чем покупать изучите доступные варианты.

Эргономика

Эргономика — вещь достаточно личная, никто не сможет сказать вам, какой передатчик будет лучше лежать именно в ваших руках. Учтите вес передатчика, расположение стиков и тумблеров, насколько крупные у вас руки, длинные или нет пальцы, всё имеет значение.

Я не думаю, что нужно очень сильно этим заморачиваться. Передатчики, описанные здесь выпускаются компаниями, которые занимаются этим годами и они знают как сделать хороший передатчик. Если вы все еще сомневаетесь, тогда сходите на какое-нибудь местное мероприятие и попробуйте аппаратуру других пилотов.

Поддержка телеметрии

Чем больше я занимаюсь коптерами, тем больше ценю телеметрию. Это очень полезный функционал, он позволяет приемнику отправлять данные назад в аппаратуру управления, например, RSSI (уровень принимаемого сигнала), напряжение аккумулятора, потребляемый ток и т.

Возможность установки внешнего радиомодуля

Помимо встроенного радиомодуля, некоторые передатчики имеют отсек для внешнего модуля. Внешние модули могут работать на других частотах, например, на 433 МГц, вместо 2,4 ГГц или могут использовать системы/протоколы других брендов. Taranis с модулем Orange можно использовать с приемниками Spektrum.

История изменений

• Декабрь 2014 — первая версия статьи
• Ноябрь 2016 — добавлена информация о прошивках, обновлен список фич в ПК
• Февраль 2017 — обновлена информация о процессорах и гироскопах
• Апрель 2017 — добавлена инфографика об эволюции полетных контроллеров, обновлен список процессоров
• Май 2018 — обновлена информация об интеграции функций в ПК
• Октябрь 2018 — добавлена информация о форматах крепежа
• Февраль 2020 — изменен адрес страницы, обновлены разделы о прошивках, гироскопах, добавлен схемы подключения и информация о платах «все-в-одном», компоновку разъемов и управление камерой

Зачем вкладываться в хороший передатчик?

Качественный передатчик — это долгосрочное вложение.

С дополнительными скриптами мы можем выполнять разные интересные вещи, например, настраивать PID коэффициенты или рейты прямо в полете. наличие дополнительных каналов управления — это огромное преимущество. Еще одно преимущество хорошего передатчика — это возможность настраивать отдельные профили для разных моделей.

Еще одна фишка, которую «нужно иметь» — прямое подключение передатчика к компьютеру через USB, это позволяет вам использовать передатчик в симуляторах безо всяких дополнительных железок. Тренировка в FPV симуляторах позволит вам почувствовать стики и натренировать мышечную память. Некоторые дешевые передатчики в таких случаях требуют дополнительных усилий и железок.

Прочие функции

Данные черного ящика (англ

Есть два способа записать и сохранить данные черного ящика: на чип флэш-памяти, установленный на плате ПК или на MicroSD карточку, вставленную в слот.

Чип памяти дешевле, но как правило он имеет небольшую ёмкость и хранит относительно немного данных. Обычно 10 — 20 минут полетного времени (в зависимости от частоты запрашиваемых данных). Кроме того, загрузка данных с этого чипа идет довольно медленно, может уйти до 5 минут времени на загрузку лога длиной всего 1 минуту.

ПК со встроенным слотом для MicroSD карточек, позволяют хранить данные неделями, без необходимости очистки свободного места. Кроме того, чтение логов очень быстрое.

Логи черного ящика больше нужны опытным пилотам, для диагностики почти незаметных проблем с летными характеристиками; и для гонщиков, старающихся выжать всё возможное из своего коптера. Для обычных хоббийщиков он, возможно, и не нужен.

Кстати, есть еще третий вариант — можно купить внешний логгер (Open Logger) со слотом для microSD и подключить его через свободный UART к ПК.

Типы разъемов

Три основных типа разъемов на полетных контроллерах:

• Пластиковые разъемы типа JST
• Контактные площадки («пятаки») для пайки проводов
• Сквозные отверстия

Пластиковые разъемы менее надежны, но при этом позволяют быстро отключать/подключать кабели. Контактные площадки более крепкие, но есть риск их перегреть при пайке, и тогда они отслоятся от платы. Наиболее универсальный вариант — сквозные отверстия: можно припаять провода или штыревые разъемы.

• Совет: как выпаять штыревые разъемы (англ)
• Совет: как восстановить отслоившиеся контактные площадки (англ)

BEC (стабилизатор напряжения)

В большинстве полётников уже есть стаб на 5 вольт. В некоторых есть и на 9, и 12 вольт (или на какое-нибудь другое напряжение). Эти стабилизаторы часто называют BEC (battery eliminator circuit).

Несмотря на то, что значительную часть FPV оборудования (камеры, видеопередатчики) можно подключать напрямую к литиевому аккумулятору, я считаю, что изображение будет лучше, если питать их через стабилизатор.

Подробнее про подключение FPV оборудования для минимизации помех (англ).

Управление камерой

Позволяет настраивать курсовую камеру прямо с аппы и через Betaflight OSD.

Кнопка boot (активация загрузчика)

Нажатая кнопка boot при подаче питания переводит процессор полетного контроллера в режим загрузчика (bootloader mode). В этом режиме можно обновить прошивку, даже если стандартные программы этого сделать не могут.

Подробнее про кнопку загрузчика (boot button)

У многих ПК есть два контакта которые нужно закорачивать для этой цели. Но гораздо приятнее, когда стоит кнопка.

Слева кнопка загрузчика, справа — контакты для этой же цели

Рекомендации по выбору передатчика

Лично я предпочитаю Taranis X9D Plus и Taranis QX7.

• Обе эти аппаратуры работают под управлением прошивки с открытым исходным кодом, OpenTX
• Совместимы с большим количеством приемников FrSky, которые поддерживают PWM, PPM, SBUS; они доступны по цене, маленькие по размеру и весят совсем немного
• У QX7 тумблеров меньше, чем у X9D; кроме того, меньше разрешение экрана, но это совсем не важно для коптеров. Некоторые говорят, что QX7 лучше лежит в руках чем X9D, хотя это дело личных предпочтений

Обновление (март 2017) — FrSky выпустила обновленную версию, X9D SE (Special Edition) в которой установлены стики на датчиках Холла (M9 Gimbals), корпус под карбон, новые тумблеры.

Мой опыт с самого начала

В самом начале я купил Turnigy 9X. Это было доступное решение за $60, дающее простор в плане самостоятельных апгрейдов! Вот мой обзор этой аппаратуры (англ). Но я быстро вырос, мне понадобился дополнительный функционал и поэтому купил Taranis X9D Plus.

В то же время вышла 9XR-Pro, которая была отличным обновлением 9X. Её функционал был как у более дорогих передатчиков, но стоила она значительно дешевле. Передатчик можно было перепрошить; а благодаря тому, что у него есть возможность установки внешнего радиомодуля, то получалось использовать с другими системами: Frsky, Orange (dsmx/dsm2). Благодаря поддержке сообщества появилось очень много модификаций.

Это был очень заманчивый вариант, но я рад, что купил X9D. Передатчик X9D позволяет делать очень многое, он стоит своих денег. X9D стал одним из самых популярных передатчиков в нашем хобби. Не говоря уже о доступности большого количества маленьких и легких приемников с телеметрией. Вот список инструкций, модификаций, и апгрейдов для Taranis X9D. Конечно, учтите, что есть более простая версия — QX7.

Есть и другие топовые аппаратуры управления: Futaba T10/T18, Spektrum DX9/DX18, JR-XG11/XG14 и т. Вот, например, сравнение DX6 и Taranis (англ).