Направи си сам дрон: Урок 7. FPV и разстояние за отстраняване..

Съдържание

Направи си сам дрон: Урок 1. Терминология.
Дрон със собствените си ръце: Урок 2. Рамки.
Направи си сам дрон: Урок 3. Електроцентрала.
Направи си сам дрон: Урок 4. Контролер на полета.
Направи си сам дрон: Урок 5. Монтаж.
Дрон „Направи си сам“: Урок 6. Проверка на ефективността.
Направи си сам дрон: Урок 7. FPV и разстояние.
Направи си сам дрон: Урок 8. Самолети.

Въведение

Първите шест урока разглеждат конструктивните съображения зад създаването на специален многодвигателен БЛА / Дрон. Урок 7 не обхваща аспектите на сглобяването, но описва редица допълнителни аксесоари / устройства, използвани за осъществяване на полет от първо лице (FPV) и контрол на далечни разстояния. Тази статия е по -фокусирана върху използването на радиоуправление в "полето"; за разлика от летене на закрито или на места, където контактите могат да осигурят захранване. Моля, имайте предвид, че този урок обхваща само много малка част от информацията, необходима за правилното разбиране на FPV / системи за дълги разстояния, и е предназначена главно да запознае читателя с концепциите, термините, продуктите и принципите зад FPV и управлението на безпилотни летателни апарати на дълги разстояния.

Изглед от първо лице (FPV)

Изглед от първо лице (FPV) е една от основните движещи сили зад бързо нарастващата популярност на многодвигателните БЛА, което ви позволява да получите напълно различна перспектива („Изглед от птичи поглед“) на нашата планета и самото усещане за полет. Докато добавянето на камера към БЛА не е нещо ново, относителната лекота на управление, ниската цена и широката гама от дронове улесняват закупуването или изграждането на дрон с камера.
Понастоящем изгледът от първо лице (FPV) се осъществява с помощта на тандем, предварително инсталиран на въздухоплавателното средство, състоящ се от FPV камера и видеопредавател, който позволява изпращане на видео в реално време до пилота или помощника. Моля, обърнете внимание, че на пазара има готови или полуготови FPV системи, където от своя страна готовите FPV системи осигуряват на потребителя увереност, че всички негови елементи са съвместими помежду си.

Видеокамера

Почти всяка видеокамера, която има възможност за свързване към видеопредавател, може да се използва за изпълняват полет FPV, така че теглото е важно да се вземе предвид, тъй като многодвигателните безпилотни летателни апарати непрекъснато се борят с гравитацията и нямат предимствата на крилатия самолет, за да осигурят допълнително повдигане.
Видеокамерите се предлагат в голямо разнообразие от форми и размери и могат също да имат различен потенциал в качеството на снимане, но в момента много малко са адаптирани специално за БЛА. Поради тези ограничения в размера, теглото и производителността, повечето камери, използвани в многомоторни FPV системи, идват от „екшън камери“, както и от видеонаблюдение и приложения за сигурност (например скрити камери).
Големи камери като DSLR (SLR) или големи видеокамери обикновено се използват от професионалисти, но поради теглото си, изискваният дрон обикновено е доста голям.
Някои видеокамери могат да се захранват директно от 5V захранване (полезно, тъй като повечето полетни контролери също работят при 5V, когато се захранват от BEC), докато други може да изискват 12V или дори собствена вградена акумулаторна батерия.
Най-популярната камера, използвана понастоящем на многодвигателни БЛА, е GoPro. Това се дължи на тяхната издръжливост, малки размери, високо качество на видео / снимки, вградена батерия, широка гама от аксесоари и наличност в цял свят. Камерите GoPro също имат USB изход, който може да се използва за предаване на видео, а някои дори имат вграден WiFi за предаване на видео на кратко разстояние.
Предвид успеха на GoPro, много други производители са създали своя собствена подобна линия спортни / екшън камери, но спецификациите, цената и качеството варират. Моля, обърнете внимание, че ако имате нужда от 3D видео, ще ви трябват две камери и VTX, способни да предават два сигнала.

Кардан

Кардан включва механична рамка, два или повече двигателя (обикновено до три за панорамиране, накланяне and roll), както и сензори и електроника. Камерата е монтирана така, че двигателите не трябва да осигуряват ъглова сила (въртящ момент), за да поддържат камерата под фиксиран ъгъл („балансиран“).
Въпросните оси ви позволяват да премествате, накланяте или премествате камерата. Едноосна система, която няма собствен сензор, може да се разглежда като система за панорамиране или накланяне. Най -популярният дизайн включва двойна настройка на мотора (обикновено BLDC двигатели, специално проектирани за използване с кардани), която контролира наклона и панорамата на камерата. Следователно камерата винаги е обърната към предната част на дрона, което също така гарантира, че пилотът не е дезориентиран, ако камерата е обърната в едната посока, а предната част на дрона в другата.
3-осевият кардан добавя панорамиране (отляво и отдясно) и е най-полезен в тандем с два оператора, където един човек управлява дрона, а другият може независимо да управлява камерата. В тази конфигурация за двама души може да се използва и втора (фиксирана) FPV камера за пилота. Обикновено има един от двата типа карданни системи:
Безчеткови кардани

Безчеткови двигатели с постоянен ток (BLDC) или Синхронен двигател с постоянен магнит (PMSM) или (Клапанни двигатели (VD))) - Осигурява бърза реакция с минимални вибрации, но изисква отделен (и специален) безчетков DC контролер.
За автоматично поддържане на нивото на камерата, инерционна измервателна единица (IMU), състояща се от акселерометър и жироскоп, е инсталирана някъде около камерата (обикновено под стойката на камерата), така че позицията на камерата (спрямо земята) може да бъде проследена. Показанията от блока се изпращат на отделна DC безчеткова контролна платка (често монтирана директно над кардана), която върти двигателите, така че камерата да остане в определена ориентация въпреки всяко движение на дрона.
Самата контролна платка включва вграден микроконтролер. Безчетковият DC контролер на кардана обикновено може да бъде свързан директно към канала на приемника (за разлика от полетния контролер), тъй като той реагира на промените в ориентацията на камерата, а не на UAV ориентацията и следователно не зависи от полетния контролер.
Моля, обърнете внимание, че тъй като GoPro е популярна екшън камера, повечето безчеткови кардани са проектирани да се използват с един или повече модели GoPro (въз основа на размера на GoPro, центъра на тежестта, местоположението на камерата и т.н.). Ще забележите също, че BLDC карданите почти винаги имат затихване, което минимизира вибрациите, предавани от дрона към камерата.

RC серво кардан

В основата на RC серво карданите - серво задвижванията са склонни да предлагат по -бавни времена на реакция от безчетков кардани и прекомерни вибрации. В същото време серво системите са много по-евтини от тези без четки, а 3-пиновите серво в повечето случаи могат да бъдат свързани директно към полетния контролер, което ви позволява да използвате вградения IMU в компютъра, за да определите нивото спрямо земята и след това преместете сервомоторите.

Видеопредавател (VTX)

) имат вграден VTX, което означава, че отделно VTX модернизиране обикновено се изисква. VTX, използвани в хоби с дронове, са популярни в днешно време, тъй като са леки и малки. Могат да се използват други VTX на трети страни, но в този случай има някои важни съображения за свързване на захранването, които трябва да се вземат под внимание (може да се наложи да бъдат конфигурирани, ако устройството приема само захранване от конектора "Barrel") и входното напрежение; Ако видео устройството работи при напрежение, което не е на борда на вашата конструкция, където, може да се нуждаете от допълнителна електроника, като регулатор на напрежението. VTX, които не засягат хобито на дрона, рядко задоволяват по отношение на тегло или размер и обикновено са затворени в защитен калъф (а понякога и ненужно тежък).
VTX мощност

VTX обикновено се оценява за определена изходна мощност, но не бива да се приема, че всеки може да използва някаква мощност, налична на пазара. Безжичните честоти и захранване се следят внимателно и регулират, така че силно се препоръчва да проверите правилата за безжична връзка в страната, в която се намирате.
Консумираната от VTX мощност влияе пряко върху максималния обхват на неговите сигнали. В Северна Америка безжичният предавател, който консумира повече от определена мощност (във ватове), изисква оператор да бъде лицензиран от радиолюбител (HAM) за работа. Например, в Канада от оператор на FPV на дълги разстояния обикновено се изисква да премине поне основен тест за аматьорска радиостанция, за да работи с необходимата мощност за безжични приложения на дълги разстояния.
Ако не сте квалифицирани, силно се препоръчва да използвате видеопредавател по -малък от 200 mW, за да избегнете риска от съдебни действия (властите могат да се свържат с вас, ако вашият сигнал пречи на други безжични сигнали).
Захранването за VTX обикновено се доставя от BEC от един от ESC, който захранва и останалата част от електрониката. Ако подозирате, че цялата електроника черпи повече ток, отколкото един BEC може да захрани, можете да използвате BEC от втория ESC за захранване на VTX. Не се препоръчва използването на отделна батерия за захранване на VTX.
VTX честоти / канали

Повечето VTX работят на една от честотите, изброени по -долу. Моля, обърнете внимание, че тъй като вероятно вече ще използвате стандартно оборудване за управление, което работи на определена честота, е разумно да изберете VTX, така че честотите да не съвпадат. Например, ако вашето дистанционно управление работи на 2,4 GHz, трябва да потърсите VTX с работна честота 900 MHz, 1,2 GHz или 5,8 GHz.
900MHz (0.9GHz)
Нискочестотните сигнали могат по -лесно да проникнат през стени и дървета
Антените „направи си сам“ са лесни за направи, защото ниските честоти предполагат големи антени
Качеството на изображението не е толкова добро, колкото при 5,8 GHz
Може да има отрицателно въздействие върху GPS приемниците
Счита се за „стара“ технология
Като цяло най-добро за среден диапазон
1,2 GHz (1,2 до 1,3 GHz)
Използва се за полети с дълги разстояния FPV, тъй като предлага добро разстояние
Много различни антени на пазара
Честотата, използвана обикновено от много други устройства
Стените и препятствията имат по -голямо въздействие от по -ниската честота
Среден / дълъг обхват
2,4 GHz (2,3 до 2,4 GHz)
Използва се за FPV на дълги разстояния с малко препятствия
Една от най -широко използваните честоти за За безжични устройства
Налични са много аксесоари (антени, предаватели и т.н.)
Не използвайте близо до паралелни RC предаватели или други устройства, които могат да причинят смущения.
Може да работи с други честоти, но няма да бъде обхванат в този раздел.
5.8GHz
Страхотно за приложения с малък обхват
Стените и други препятствия оказват значително влияние върху обхвата
Антените са малки / компактен
Най -добър за FPV в състезания с дронове
Както може би сте забелязали, много често срещани безжични устройства работят на 2,4 GHz (безжични рутери, безжични телефони, Bluetooth, отварачки за гаражни врати и др.). Това до голяма степен се дължи на факта, че в държавните разпоредби на FCC е установено, че честотната лента около този диапазон не изисква лиценз за работа; същото за 900MHz, 1.2GHz и 5.8GHz (в рамките на определения диапазон на мощност). Нелицензираният честотен диапазон включва т.нар. MHz в Япония. Това означава, че всеки потребител може да закупи безжично устройство, което работи на една от тези честоти, без да се притеснява за разпоредби или насоки. Повече информация за любителското разпределение на радиочестоти можете да намерите в Уикипедия.
VTX конектори

Не всички VTX имат еднакви конектори, затова е важно да знаете кой конектор е инсталиран в избраната камера, а също и да видите дали е възможно да се свържете и да работите с избрания VTX. Най -популярните съединители са композитни, мини / микро USB и 0,1 "(аналогови) конектори. На пазара има редица адаптери / адаптери, например: 0.1 ″ FPV Tx конектор - miniUSB за използване с GoPro камера, което значително опростява използването на такива продукти.
Някои VTX могат да имат и аудио вход, но в повечето случаи шумът от задвижването ще заглуши всеки звук, който се надявате да запишете. Ако имате нужда от звук, не забравяйте да поставите микрофона възможно най -далеч от двигателите (ще са необходими много тестове, за да намерите максимално оптималното място) и изберете съвместим приемник.
VTX антена

VTX антените, използвани на безпилотни летателни апарати, обикновено са „Duck“ или „Whip“. Патените антени са най -често срещаните и имат предимството, че са всепосочни, компактни, евтини и остават неподвижни по време на полет поради малкия си профил.
Изборът на антена трябва да съответства на VTX честотата. По -високите честоти изискват по -малки антени, но предаваните сигнали имат по -големи трудности при преминаване през препятствия. Ниските честоти са по -малко податливи на смущения, но изискват големи / дълги антени. Насочената антена не се използва много често за предаване на видео, тъй като безпилотният летателен апарат всъщност може да бъде във всяка ориентация в триизмерно пространство. В идеалния случай антената трябва да се намира някъде на БЛА, където няма източници на други безжични сигнали или електрически смущения.

Видео приемник (VRX)

Видео приемникът има тенденция да бъде малко (физически) по -голям и по -тежък от VTX, тъй като приемникът обикновено е неподвижен (свързан към екрана), докато предавателят е монтиран на дрона и като такъв трябва да е малък и лек. За да спестят място, някои производители на LCD дисплеи включват безжични приемници със стандартна честота в своите дисплеи.
Много любители на FPV използват антени от Clover Leaf или Pinwheel на своите FPV очила, което им позволява да ориентират главата си по посока на дрона, за да увеличат максимално силата на сигнала. Няколко производители на очила FPV също подкрепиха тази тенденция и започнаха да включват безжичен видео приемник и антена в пакета на своите очила.
Очевидно честотата, с която работи видео приемникът, трябва да съответства на честотата на предавателя. Някои модели приемници обаче предлагат голямо разнообразие от канали (един по един), което ги прави съвместими с различни VTX. Изходът на видео приемника обикновено е или композитен (най -често срещан) или HDMI. Какво да свържете към изхода (видео дисплей) зависи от вас, а някои от опциите са описани по -долу. Захранването на приемник на поле винаги включва използването на батерия, която или осигурява изходно напрежение, съответстващо на работното напрежение на приемника, или батерия, която е свързана към регулатор на напрежението, за да осигури необходимото напрежение. Моля, обърнете внимание, че няма видео приемници с дълъг обхват, тъй като обхватът на сигнала зависи от мощността на предавателя и правилната антена.

Антена за видео приемник

Антените, използвани на видео приемниците, могат да бъдат всепосочни (способни да приемат сигнал от всяка посока) или насочени. Най -често срещаните антени, които могат да бъдат намерени на видео приемник, са: Антена за патици, Cloverleaf / Pinwheel или в редки случаи насочени (напр. "Yagi"). Насочената антена ще бъде от значение само когато БЛА лети в определена посока спрямо оператора, а дронът винаги ще бъде „пред“ антената, за да не загуби сигнала. Ситуациите могат да включват проучване на конкретна област (като поле) или област, която е далеч от оператора.

Видео дисплей

LCD монитор (LCD монитор)

Когато разглеждате LCD монитор, важно е да знаете разликата между настолен / компютърен LCD монитор или LCD телевизор и този, който е предназначен да бъде преносим. Телевизионният / компютърният монитор почти винаги има захранващ конектор, който е съвместим със стандартен компютърен захранващ кабел (черпи директно променливотоково захранване), което затруднява използването му с батерия. LCD / OLED дисплеят, който трябва да бъде по -преносим, често черпи постоянна мощност и изисква външен трансформатор за свързване към електрическата мрежа (A / C).
Размерът, честотата на опресняване и качеството на дисплея, използвани за FPV приложения, варират от малки монитори със зърнести изображения, тези, които се актуализират няколко пъти в секунда, до големи дисплеи, които, когато се комбинират с правилния VTX и приемник, показват големи HD изображения без видимо забавяне. Имайте предвид, че какъвто и да е 2D дисплей, който сте избрали, трябва да бъде свързан към източник на захранване и инсталиран или вътре в базовата станция на БЛА (описано по -долу), или като прикрепите FPV монитора към контролното оборудване.
FPV очила

2D очила
Качеството на видеото, предлагано от евтини FPV очила, може да бъде доста ниско, така че ако бюджетът има значение, помислете, че можете да получите по -добро изживяване от по -голям LCD монитор на същата цена като FPV очилата....
Проследяване на главата

Проследяването на главата е по същество същото като проследяването на движение, а именно измерване на 3D ориентация / ъгли за разлика от линейно движение. Сензорният комплекс се състои от MEMS чипове на акселерометър, жироскопи или инерционни измервателни единици (IMU). Сензорите са инсталирани (или вградени) в FPV / VR очила и изпращат данни към микроконтролера, за да интерпретират сензорните данни като ъгли, които след това изпращат данните, или чрез оборудване за управление (за модели от по-висок клас), или чрез отделен безжичен предавател. Идеалната система за проследяване на главата е съвместима с предавателя, така че ъглите могат да се изпращат с предавателя по два свободни RC канала.
3D / виртуална реалност

Occulus Rift, Samsung Gear, Morpheus, VR очила на базата на смартфони и много други 3D / Head -монтираните VR дисплеи могат да бъдат адаптирани за използване с дронове. Докато тези устройства обикновено са създадени за 3D компютърни / конзолни игри или като алтернатива на телевизията, тези устройства са естествено 3D съвместими и често имат вградени сензори за проследяване на главата, ставайки все по-интересни за FPV общността на дронове.
Умни устройства

Смартфони, таблети или лаптопи могат да се използват за показване на видео на живо. Батериите им са вградени, а самите устройства са леки. Трудността при използването на интелигентни устройства се крие във факта, че повечето приемници не са проектирани да приемат видео сигнал от безжичен видео приемник (един от двата е кабелен или безжичен). Лаптоп или таблет с вградена или USB видеокарта може да приема нормално композитно видео. Смартфонът в момента работи най-добре с видео, изпратено през Wi-Fi (от Wi-Fi на камерата до Wi-Fi адаптера). Използването на Wi-Fi видео сигнал и мобилно приложение на GoPro е един от най-лесните начини за внедряване на FPV, но си струва да се отбележи, че обхватът на Wi-Fi сигнала на камерата е много ограничен (10-20 метра). Тъй като смартфоните са широко разпространени и дроновете са на мода, производителите редовно пускат нови продукти, от които имат полза, така че помислете добре, преди да вземете решение.
Екранен дисплей (OSD)

Екранен дисплей (OSD) позволява на пилота да вижда различни сензорни данни, изпратени от самолет. Един от най -лесните начини за показване на данни на екрана е да използвате камера за аналогов изход и да поставите табла за дисплея между изхода на камерата и VTX. Адаптерната платка на OSD има входове за различни сензори и ще наслагва данни върху видео, така че пилотът ще получи видео с телеметрични данни, които вече се наслагват.

Съображения за разстояние

за мощността на предавателя (оборудване за управление, както и видео, ако е приложимо). Обикновено RC предавателите включват RF система, състояща се от джойстици и превключватели, електроника и RF предавател и по -евтини RC компоненти, тази система почти винаги е единична единица. Моделите от по-висок клас често имат RF модул

Мощност

БЛА / Дрон

Вашият БЛА / Дрон се състои от много различни части, всяка от които изисква определено напрежение. Най-често срещаната електроника, която ще намерите във FPV система или дрон с голям обсег, включва:
Двигатели: Повечето средноразмерни БЛА двигатели са склонни да работят при 11.1V или 14.8 В.
Контролер на полета, приемник, GPS: в идеалния случай те трябва да се захранват от BEC от един от ESC.
Приемник за проследяване на главата: той също ще работи от BEC.
Серво кардан: Серво кардан може да се захранва от една от BEC към ESC и да работи при 5V.
BLDC кардани: Някои BLDC кардани могат да бъдат свързани към главния конектор за зареждане на батерията, докато други може да изискват определено напрежение. Проверете спецификациите на кардана, който купувате.
Камера: Камерите, използвани за полет с FPV, обикновено работят при 5V (от BEC) или 12V (основна батерия). Повечето екшън камери имат собствена вградена батерия.
VTX: Повечето работят при 5V и могат да се захранват от BEC.
Допълнителна електроника (осветление, парашут и т.н.): 5V.
Препоръчва се БЛА да има само една основна батерия и трябва да обмислите използването на батерия 11,1V или 14,8V на дрон със среден размер. Ако повече от един ESC няма BEC, ще ви е необходим външен 5V регулатор на напрежението, за да захранвате електрониката, и се уверете, че той може да захранва достатъчно ток за всичко.
Пилот

Докато средният потребител на дрон трябва да се тревожи само за работата на контролното оборудване, пилотът на пълна FPV платформа може в крайна сметка да носи големи батерии и разнообразие от допълнително оборудване.

Преносимо оборудване за управление: Повечето дистанционни управления се захранват от „AA“ батерии (4 × AA или 8 × AA) по подразбиране, но FPV може да изисква външно захранване на батерията, за да оборудването...
Допълнителен RF предавател: Ако не използвате RF предавател / приемник, доставен с дистанционното управление, моделите от по-висок клас обикновено имат изходна мощност, към която този модул може да бъде свързан.. Като алтернатива можете да го захранвате с външна акумулаторна батерия, която захранва дистанционното управление.
Приемник за проследяване на главата: Обикновено това устройство може да се захранва от 5V.
Видео приемник: Повечето изискват 12V, но често имат доста широк диапазон на входното напрежение. Най -често приемникът идва с захранващ адаптер, който няма да използвате на полето. Проверете диапазоните на входното напрежение, за да видите дали можете да използвате същото напрежение за захранване на предавателя и приемника (напр. 7.4V или 12V).
Видео дисплей: Не забравяйте да изберете преносим LCD дисплей с „Barrel“ конектор, за да можете да използвате батерията за вход. FPV очилата обикновено също имат вход за цев, но не забравяйте да проверите. Най -често срещаното напрежение за преносимите LCD дисплеи е 12V, което може да не е най -доброто за други устройства.
Антенна проследяваща: Описана по -долу. Това моторизирано устройство често се състои от радиоуправляеми серво мотори, микроконтролер и допълнителни сензори / електроника. За пазара на хоби дронове има много малко търговски системи, така че ако проектирате и изградите такава система, ще трябва да разработите настройка на захранването.

Базова станция

Както бе посочено по -горе, има много оборудване, което пилотът трябва да носи и захранва, и това може да бъде много обемно. Базовите станции често се използват за освобождаване на оператора от това натоварване / объркване и могат да се състоят от произволен брой различно оборудване и отделения, изброени по -долу. Не е трудно да си представим, че резултатът от подготовката за полет зависи от това колко добре е сглобена базовата станция, окабеляванията, свързващи всички тези устройства.
Базовата станция може да включва:
Основната батерия, евентуално използвана за захранване на LCD монитора и / или FPV очила и евентуално видео приемник.
Спомагателна батерия за предавател и / или видео приемник.
Монтаж на LCD монитор и / или FPV монтаж на очила.
Монтаж за видео приемник.
Място за съхранение на контролно оборудване.
Монтаж на антена за дълги разстояния (или местоположение за преносима насочена антена)
Местоположение за зарядно устройство за основната (ите) батерия (и).
Място за резервни части за дрона (витла, двигатели, батерии, елементи на рамката).
„Базовата станция“ не е непременно продукт, произвеждан в търговската мрежа, който може лесно да се използва с всяко безпилотно приложение, напротив, може да бъде проектиран и изграден от пилот -аматьор самостоятелно. Обикновено изграждането на базова станция започва с избора на устойчив калъф за носене (като Pelican или Nanuk), въпреки че може да се използва / адаптира и твърда раница. Често се използва статив за монтиране на антената по -високо от земята.

Антенно проследяване

Антенен тракер е електромеханично устройство, което проследява позицията на дрон в три измерения, използвайки GPS координати, и като знае местоположението на GPS тракера, насочва антената към страничния дрон. Антенните тракери обикновено се използват в мисии на дълги разстояния и няма много търговски продукти на пазара. Проследяващият се състои от GPS приемник, компас (а понякога и IMU), микроконтролер, приемник на данни (за получаване на GPS координатите на дрона), един въртящ се и един наклонен двигател, механична рамка, насочена антена и батерия. За да се намали отрицателното въздействие на препятствията, антенните системи за проследяване се повдигат от земята с помощта на статив.