Направисисамдрон

Направи си сам дрон: Урок 4. Контролер на полета..

Съдържание

Въведение

Сега, след като сте избрали или проектирали рамката на UAV, двигателите, роторите, ESC и батерията, можете да започнете да избирате своя полетен контролер. Контролерът за полет на безпилотен летателен апарат с много ротори е интегрална схема, обикновено състояща се от микропроцесор, сензори и вход / изход. След разопаковането полетният контролер не знае кой конкретен тип или конфигурация на безпилотни летателни апарати използвате, така че първоначално ще трябва да зададете определени параметри в софтуера, след което дадената конфигурация се зарежда на борда. Вместо просто да сравняваме наличните в момента полетни контролери, подходът, който възприехме тук, изброява кои елементи на компютъра са отговорни за кои функции, както и аспекти, на които трябва да се обърне внимание.

Основен процесор

8051 срещу AVR срещу PIC срещу ARM: Семейство микроконтролери, които формират основата на повечето съвременни полетни контролери. Arduino е базиран на AVR (ATmel) и общността изглежда е фокусирана върху MultiWii като предпочитан код. Microchip е основният производител на PIC чипове. Трудно е да се спори, че едното е по -добро от другото, всичко се свежда до това какво може да направи софтуерът. ARM (подобно на STM32) използва 16/32-битова архитектура, като десетки използват 8/16-битови AVR и PIC. Тъй като единичните бордови компютри стават все по-евтини и по-евтини, се очаква полетните контролери от следващо поколение, които могат да работят с пълноценни операционни системи като Linux или Android.

CPU: Обикновено тяхната битова ширина е кратна на 8 (8-битова, 16-битова, 32-битова, 64-битова), която в turn показва размера на първичните регистри в процесора. Микропроцесорите могат да обработват само определен (максимален) брой битове в паметта в даден момент (часовник). Колкото повече битове може да обработи микропроцесорът, толкова по -точна (и по -бърза) ще бъде обработката. Например обработката на 16-битова променлива на 8-битов процесор е много по-бавна, отколкото на 32-битова. Имайте предвид, че кодът също трябва да работи с правилния брой битове, а по време на това писане само няколко програми използват код, оптимизиран за 32 бита.

Работна честота: Честотата, с която работи основният процесор. По подразбиране се нарича още „тактова честота“. Честотата се измерва в херци (цикли в секунда). Колкото по -висока е работната честота, толкова по -бързо процесорът може да обработва данни.

Програма / Flash: Flash е мястото, където се съхранява основният код. Ако програмата е сложна, тя може да заема много място. Очевидно, колкото по -голяма е паметта, толкова повече информация може да съхранява. Паметта е подходяща и за съхраняване на данни по време на полет, като GPS координати, планове за полети, автоматично движение на камерата и др. Кодът, зареден във флаш паметта, остава на чипа дори след изключване на захранването.

SRAM: SRAM означава Статична памет с произволен достъп и е пространството на чипа, което се използва при извършване на изчисления. Съхранените в RAM данни се губят при изключване на захранването. Колкото по -голямо е количеството RAM, толкова повече информация ще бъде „лесно достъпна“ за изчисления във всеки един момент.

EEPROM: Електрически изтриваемата програмируема памет само за четене (EEPROM) обикновено се използва за съхраняване на информация, която не се променя по време на полет, като например настройки за разлика от данните. съхранявани в SRAM, което може да включва показания на сензора и др.

Допълнителни I / O портове: повечето микроконтролери имат голям брой цифрови и аналогови входни и изходни портове, на полетния контролер някои се използват за сензори, други за комуникация или за общ вход и изход. Тези допълнителни портове могат да бъдат свързани към RC серво, кардани, зумери и др.

A / D преобразувател: Ако сензорите използват вградено аналогово напрежение (обикновено 0-3.3V или 0-5V), аналоговият A цифров преобразувател трябва да преобразува тези показания за цифрови данни. Както при процесора, броят на битовете, които ADC може да обработва, определя максималната точност. С това е свързана тактовата честота, с която микропроцесорът може да чете данни (пъти в секунда), за да гарантира, че информацията не се губи. Трудно е обаче да не се загубят част от данните по време на това преобразуване, така че колкото по -голяма е битовата дълбочина на ADC, толкова по -точни ще бъдат показанията, но е важно процесорът да може да се справи със скоростта, с която данните са се изпраща.

Захранване

Често спецификациите на полетния контролер описват два диапазона на напрежение, първият от които е диапазонът на входното напрежение на самия полетен контролер (повечето работят при номинално напрежение 5V), а вторият е диапазонът на входното напрежение на основния микропроцесор (3.3V или 5V). Тъй като полетният контролер е вградено устройство, трябва да обърнете внимание само на диапазона на входното напрежение на контролера. Повечето полетни контролери с многороторни безпилотни летателни апарати работят при 5V, тъй като това напрежение се генерира от BEC (вижте раздел " Електроцентрала" за повече информация).

Нека повторим. В идеалния случай няма нужда да захранвате контролера на полета отделно от основната батерия. Единственото изключение е, ако имате нужда от резервна батерия в случай, че основната батерия издава толкова мощност, че BEC не може да генерира достатъчно ток / напрежение, което води до изключване / нулиране на захранването. Но в този случай кондензаторите често се използват вместо резервна батерия.

Сензори

От хардуерна гледна точка, полетният контролер е по същество конвенционален програмируем микроконтролер, само със специални сензори на борда. Като минимум полетният контролер ще включва 3-осен жироскоп, но без автоматично нивелиране. Не всички полетни контролери са оборудвани със следните сензори, но могат да включват и комбинация от тях:

  • Акселерометър: Както подсказва името, акселерометрите измерват линейно ускорение в три оси (да ги наречем: X, Y и Z). Обикновено се измерва с "G (на руски. Същото)". Стандартната (нормална) стойност е g = 9.80665 m / s². За да се определи позицията, изходът на акселерометъра може да бъде интегриран два пъти, въпреки че поради загуби на изхода обектът може да бъде подложен на дрейф. Най-значимата характеристика на триосните акселерометри е, че те регистрират гравитацията и като такива могат да знаят в коя посока да "слязат". Това играе важна роля в осигуряването на стабилност на многороторния БЛА. Акселерометърът трябва да бъде монтиран на полетния контролер, така че линейните оси да съвпадат с основните оси на дрона.

  • Жироскоп: Жироскопът измерва скоростта на промяна на ъглите по три ъглови оси (нека наричайте ги: алфа, бета и гама). Обикновено се измерва в градуси в секунда. Обърнете внимание, че жироскопът не измерва абсолютните ъгли директно, но можете да повторите, за да получите ъгъл, който подобно на акселерометъра насърчава дрейфа. Изходът на истински жироскоп обикновено е аналогов или I2C, но през повечето време не е нужно да се притеснявате за това, тъй като всички входящи данни се обработват от кода на полетния контролер. Жироскопът трябва да бъде инсталиран така, че оста му на въртене да съвпада с оста на БЛА.

  • Инерционна измервателна единица (IMU): IMU по същество е малка дъска, която съдържа и двете акселерометър и жироскоп (обикновено многоосен). Повечето от тях включват триосен акселерометър и триосен жироскоп, други могат да включват допълнителни сензори, като например триосен магнитометър, осигуряващ общо 9 оси за измерване.

  • Компас / магнитометър: Електронен магнитен компас, способен да открива магнитното поле на Земята и да използва тези данни за определяне на посоката на компаса на дрона (спрямо магнитния северния полюс). Този сензор почти винаги присъства, ако системата има GPS вход и е достъпна от една до три оси.

  • Налягане / барометър: Тъй като атмосферното налягане се променя с разстоянието от морското равнище, можете да използвате сензор за налягане, за да получите сравнително точно отчитане на височината на БЛА. За да се изчисли най -точната надморска височина, повечето полетни контролери получават данни едновременно от сензор за налягане и сателитна навигационна система (GPS). Когато сглобявате, имайте предвид, че е за предпочитане отворът в корпуса на барометъра да е покрит с парче гума от пяна, за да се намали отрицателното въздействие на вятъра върху чипа.

  • GPS: Глобална система за позициониране (GPS) за определяне на конкретно географско местоположение, използва сигнали, изпратени от няколко спътника, обикалящи около Земята. Полетният контролер може да има както вграден GPS модул, така и свързан с кабел. GPS антената не трябва да се бърка със самия GPS модул, който може да изглежда като малка черна кутия или обикновена „патешка“ антена. За да получи точни данни за местоположението, GPS модулът трябва да получава данни от множество спътници и колкото повече, толкова по -добре.

  • Разстояние: Сензорите за разстояние се използват все по -често на дронове, тъй като GPS координатите и сензорите за налягане не могат да разберат вие колко далеч сте от земята (хълм, планина или сграда) или дали ще се сблъскате с обект или не. Сензорът за разстояние, насочен надолу, може да се основава на ултразвукова, лазерна или лидарна технология (IR сензорите могат да имат проблеми при слънчева светлина). Сензорите за разстояние рядко се включват стандартно с полетен контролер.

Режими на полет

По -долу е даден списък с най -популярните режими на полет, но не всички от тях може да са налични в полетни контролери... „Режим на полет“ е начинът, по който полетният контролер използва сензори и входящи радио команди, за да стабилизира и управлява БЛА. Ако използваното оборудване за управление има пет или повече канала, потребителят може да конфигурира софтуера, който ще му позволи да променя режимите през 5 -ия канал (спомагателен превключвател) директно по време на полета.

  • ACRO - обикновено режимът по подразбиране на всички налични сензори, полетният контролер използва само жироскопа (дронът не може автоматично да се нивелира). Подходящ за спортен (акробатичен) полет.
  • ЪГЪЛ - стабилен режим; от всички налични сензори, полетният контролер използва жироскоп и акселерометър. Ъглите са ограничени. Ще държи дрона в хоризонтално положение (но без да задържа позицията).
  • ХОРИЗОНТ - съчетава стабилността на режима „ЪГЪЛ“, когато пръчките са близо до центъра и се движат бавно, и акробатиката на "ACRO" режим, когато пръчките са в крайните си позиции и се движат бързо. Контролерът на полета използва само жироскопа.
  • BARO (Задържане на височина) - стабилен режим; от всички налични сензори, полетният контролер използва жироскоп, акселерометър и барометър. Ъглите са ограничени. Барометърът се използва за поддържане на определена (фиксирана) надморска височина, когато не се подават команди от контролното оборудване.
  • MAG (Задържане на курса) - режим на заключване на курса (посока на компаса), дронът ще запази ориентацията на Yaw. От всички налични сензори, полетният контролер използва жироскоп, акселерометър и компас.
  • HEADFREE (CareFree, Headless) - премахва проследяването на ориентацията (Yaw) на дрона и по този начин ви позволява да се движите в 2D посока според движението ROLL / PITCH контролна пръчка. От всички налични сензори, полетният контролер използва жироскоп, акселерометър и компас.
  • GPS / Връщане към дома - Автоматично използва компас и GPS, за да се върне на мястото за излитане. От всички налични сензори, полетният контролер използва жироскоп, акселерометър, компас и GPS модул.
  • GPS / Waypoint - позволява на дрона да следва автономно предварително зададени GPS точки. От всички налични сензори, полетният контролер използва жироскоп, акселерометър, компас и GPS модул.
  • GPS / Задържане на позиция - задържа текущата позиция с помощта на GPS и барометър (ако има такива). От всички налични сензори, полетният контролер използва жироскоп, акселерометър, компас и GPS модул.
  • Failsafe - ако не са посочени други режими на полет, дронът преминава в режим Acro. От всички налични сензори само жироскопът се използва от полетния контролер. Уместен в случай на грешки в софтуера на дрона, той ви позволява да възстановите контрола над БЛА с помощта на предварително зададени команди.

Софтуер

ПИД контролер (задаване и настройка)

Пропорционално интегрално производно (PID) или Пропорционално-интегрално-производно (PID) е част от софтуера за полетен контролер, който чете данни от сензори и изчислява колко бързо трябва да се въртят двигателите, за да поддържа безпилотния летателен апарат да се движи с желаната скорост.

Разработчиците на готови за полет безпилотни летателни апарати са склонни оптимално да настройват параметрите на PID контролера, поради което повечето безпилотни летателни апарати RTF са перфектно пилотирани директно от кутията. Какво не може да се каже за персонализираните комплекти безпилотни летателни апарати, където е важно да се използва универсален полетен контролер, подходящ за всеки многороторен агрегат, с възможност за регулиране на стойностите на PID, докато не отговарят на необходимите характеристики на полета на крайния потребител.

GUI

Графичен потребителски интерфейс (GUI) или Графичен потребителски интерфейс Това е, което се използва за визуално редактиране на кода (с помощта на компютър), който ще бъде зареден в полетния контролер. Софтуерът, който се доставя с полетните контролери, става все по -добър и по -добър; първите полетни контролери използваха предимно текстови интерфейси, което изискваше от потребителите да разбират почти целия код и да променят специфични секции, за да отговарят на дизайна. Напоследък графичният интерфейс използва интерактивни графични интерфейси, за да улесни потребителя да конфигурира необходимите параметри.

Допълнителни функции

Софтуерът, използван на някои полетни контролери, може да има допълнителни функции, които не са достъпни за други. Изборът на конкретен полетен контролер може в крайна сметка да зависи от това какви допълнителни функции / функционалности се предлагат от разработчика. Тези функции могат да включват:

  • Автономна навигация по точка - Позволява на потребителя да задава GPS точки, които дронът ще следва автономно.
  • Орибиране - движение на дрона около дадена GPS координата, където предната част на дрона винаги е насочена към дадената координата (подходяща за снимане).
  • Следвайте ме - много безпилотни летателни апарати имат функция „Следвай ме“, която може да се основава на сателитно позициониране (например проследяване на GPS координатите на смартфон или модул, вграден в контролно оборудване GPS).
  • 3D изображение - Повечето 3D изображения се правят след полет, като се използват изображения и GPS данни, получени по време на полет.
  • Отворен код - Софтуерът на някои полетни контролери не може да се променя / конфигурира. Продуктите с отворен код обикновено позволяват на потребителите да променят кода според техните специфични нужди.

Комуникации

Радиоуправление (RC)

Радиоуправлението обикновено включва RC предавател / RC предавател (в безпилотно хоби - оборудване за радиоуправление / дистанционно управление) и RC приемник (RC приемник)

  • Дросел / Кота
  • Извиване
  • Стъпка
    • ​​
  • Ролка

Всички други налични канали могат да се използват за такива действия като:

  • Включване (Включване или охраняване) / Разоръжаване (Разоръжаване или обезоръжаване) - включване / изключване на двигатели...
  • Контрол на кардан (панорамиране нагоре / надолу, завъртане по часовниковата стрелка / обратно на часовниковата стрелка, увеличение)
  • Промяна на режимите на полет (ACRO / ANGLE и т.н.)
  • Активиране / активиране на полезен товар (парашут, зумер или друго устройство)
  • Всяко друго приложение

Повечето потребители (пилоти на безпилотни летателни апарати) предпочитат ръчно управление, това още веднъж доказва, че пилотирането с контролното оборудване все още е избор номер едно. Сам по себе си RC приемникът просто предава стойностите, идващи от RC предавателя, което означава, че не може да управлява дрона. RC приемникът трябва да бъде свързан към полетен контролер, който от своя страна трябва да бъде програмиран да приема RC сигнали. На пазара има много малко полетни контролери, които приемат входящи радио команди от приемника директно, а повечето компютри дори осигуряват захранване на приемника от един от щифтовете. Допълнителните съображения при избора на дистанционно управление включват:

  • Не всички RC предаватели могат да осигурят пълния диапазон от RC сигнали от 500ms до 2500ms; някои изкуствено ограничават този обхват, тъй като повечето RC, които се използват, са за радиоуправляеми автомобили, самолети и хеликоптери.
  • Обхват / Макс. обхват на въздуха (измерен в футове или метри) RC системите-почти никога не се предоставят от производителите, тъй като този параметър се влияе от много фактори като шум, температура, влажност, мощност на батерията и други.
  • Някои RC системи имат приемник, който също има вграден предавател за предаване на данни от сензора (напр. GPS координати), който след това ще се показва на LCD дисплея на RC предавателя.

Bluetooth

Bluetooth и по -късно продуктите BLE (Bluetooth Low Energy) първоначално са били предназначени за прехвърляне на данни между устройства без сдвояване или честота съчетаване. Някои търговски контролери за полети могат да изпращат и получават данни безжично чрез Bluetooth връзка, което улеснява отстраняването на неизправности на място.

Wi-Fi

Управлението на Wi-Fi обикновено се постига чрез Wi-Fi рутер, компютър (включително лаптоп, настолен компютър, таблет) или смартфон. Wi-Fi може да се справи както с предаването на данни, така и със стрийминга на видео, но в същото време тази технология е по-трудна за конфигуриране / внедряване. Както при всички Wi-Fi устройства, разстоянието е ограничено от Wi-Fi предавателя.

Радиочестота (RF или RF)

Контролът на радиочестотата (RF) в този контекст се отнася към безжично прехвърляне на данни от компютър или микроконтролер към самолет с помощта на радиочестотен предавател / приемник (или двулентов приемопредавател). Използването на конвенционален RF модул, свързан към компютър, позволява двустранна комуникация на дълги разстояния с висока плътност на данните (обикновено в сериен формат).

Смартфон

Въпреки че това не е вид комуникация, самият въпрос е как да се контролира дрон, използващ смартфон, достатъчно, за да му даде отделен раздел. Съвременните смартфони са по същество мощни компютри, които случайно могат да извършват и телефонни разговори. Почти всички смартфони имат вграден Bluetooth модул, както и WiFi модул, всеки от които се използва за управление на дрона и / или получаване на данни и / или видео.

Инфрачервен (IR)

Телевизионно дистанционно управление) рядко се използва за управление на дронове, тъй като дори в обикновените помещения (да не говорим за откритите пространства) има толкова много инфрачервени смущения, че не е много надеждно. Въпреки факта, че технологията може да се използва за управление на БЛА, тя не може да бъде предложена като основна опция.

Допълнителни съображения

Функционалност: Производителите на полетни контролери обикновено се опитват да осигурят възможно най -много функции - са включени по подразбиране или са закупени отделно като опции / добавки. По -долу са само някои от многото допълнителни функции, които може да искате да разгледате, когато сравнявате полетните контролери.

Амортизация: Дори малки вибрации в рамката, обикновено причинени от небалансирани ротори и / или двигатели, могат да бъдат открити от вградения акселерометър, който от своя страна ще изпрати съответните сигнали до основния процесор, който ще предприеме коригиращи действия. Тези незначителни поправки са ненужни или нежелателни за стабилен полет и е най -добре да поддържате полетния контролер да вибрира възможно най -малко. Поради тази причина често се използват амортисьори / амортисьори на вибрации между полетния контролер и рамката.

Корпус: Защитният корпус около полетния контролер може да помогне в различни ситуации. В допълнение към това, че е по -естетически приятен от гола печатна платка, корпусът често осигурява известно ниво на електрическа защита. елементи, както и допълнителна защита в случай на катастрофа.

Монтаж: Има различни начини за монтиране на полетния контролер към рамката и не всички полетни контролери имат еднакви възможности за монтаж:

  1. Четири отвора на разстояние 30,5 мм или 45 мм един от друг на квадрат.
  2. Плоско дъно за използване със стикер.
  3. Четири отвора в правоъгълник (стандарт не е инсталиран).

Общност: Тъй като създавате персонализиран дрон, участието в онлайн общност може да ви помогне много, особено ако срещнете проблеми или искате съвет. Получаването на съвети от общността или преглеждането на отзиви на потребители относно качеството и лекотата на използване на различни полетни контролери също могат да бъдат полезни.

Аксесоари: За пълното използване на продукта, освен самия полетен контролер, може да са необходими допълнителни елементи (аксесоари или опции). Такива аксесоари могат да включват, но не се ограничават до: GPS модул и / или GPS антена; кабели; монтажни аксесоари; екран (LCD / OLED);

Пример

И така, с всички тези различни сравнения, каква информация можете да получите за полетния контролер и какво може да включва полетният контролер? Избрахме Quadrino Nano Flight Controller

Основен процесор

Използва се на борда на ATMel ATMega2560 е един от най-мощните чипове ATMel, съвместими с Arduino. Въпреки че има общо 100 пина, включително 16 аналогово-цифрови канала и пет SPI порта, поради малкия си размер и предназначението му за полетен контролер, само няколко от тях присъстват на борда.

  • AVR срещу PIC: AVR
  • Процесор: 8-битов
  • Работна честота: 16MHz
  • Памет на програмата / Flash: 256KB
  • SRAM: 8KB
  • EEPROM: 4KB
  • Допълнителни I / O пинове: 3 × I2C; 1 × UART; 2 × 10-пинови GPIO; Серво с 5x изхода; OLED порт
  • A / D конвертор: 10-битов

Сензори

Quadrino Nano включва чипът MPU9150 IMU, който включва 3-осен жироскоп, 3-осен акселерометър и 3-осен магнитометър. Това помага да се поддържа дъската достатъчно малка, без да се жертва качеството на сензора. Барометърът MS5611 предоставя данни за налягането и е покрит с парче пяна. Вграден Venus 838FLPx GPS с външна GPS антена (включена).

Софтуер

Quadrino Nano е създаден специално за използване на най -новия софтуер MultiWii (базиран на Arduino). Вместо директно промяна на кода на Arduino, беше създаден отделен, по -графичен софтуер.

Комуникация

  • Директен вход от стандартен RC приемник.
  • Специализиран порт за спътников приемник Spektrum
  • Сериен (SBus и / или Bluetooth или 3DR радиостанции)

Допълнителни фактори

  1. Корпус: Защитен полупрозрачен корпус, включен стандартно
  2. Монтаж: Има два основни начина за закрепване на Quadrino Nano за дрон: винтове и гайки или стикер от пяна.
  3. Компактен дизайн: самият контролер (с изключение на GPS антената) е с размери 53x53 мм.

.
Подобни статии