内容
介绍
前六课考察了创建专用多引擎无人机/无人机背后的设计考虑因素。第 7 课不包括组装方面，但描述了一些用于实现第一人称飞行 (FPV) 和远程控制的附加配件/设备。本文更侧重于无线电控制在“领域”的使用；而不是在室内飞行或在插座可以供电的地方飞行。请注意，本教程仅涵盖正确理解 FPV/远程系统所需的一小部分信息，主要旨在向读者介绍 FPV 和远程无人机控制背后的概念、术语、产品和原理。
第一人称视角 (FPV)
第一人称视角 (FPV) 是多引擎无人机迅速普及的主要驱动力之一，让您获得我们星球的完全不同的视角（“鸟瞰图”）和飞行的感觉。虽然为无人机添加摄像头并不是什么新鲜事，但相对易于控制、价格低廉和种类繁多的无人机使得购买或建造带有摄像头的无人机变得容易。
第一人称视角 (FPV) 目前使用预装在飞机上的串联实现，由 FPV 摄像头和视频发射器组成，可将实时视频发送给飞行员或助手.请注意，市场上有现成或半成品的 FPV 系统，而现成的 FPV 系统让用户确信其所有元素都相互兼容。
摄像机
- 几乎所有能够连接到视频发射器的摄像机都可以用于实施 FPV 飞行，因此，重量是重要的考虑因素，因为多引擎无人机不断与重力作斗争，并且缺乏有翼飞机提供额外升力的优势。
- 摄像机有多种形状和尺寸，在拍摄质量方面也有不同的潜力，但是，目前很少有专门适用于无人机的摄像机。由于尺寸、重量和性能方面的这些限制，多电机 FPV 系统中使用的大多数摄像机来自“运动摄像机”以及闭路电视和安全应用（例如隐藏摄像机）。
- 专业人士常用单反（SLR）或大型摄像机等大型相机，但由于其重量，所需的无人机往往相当大。
- 一些摄像机可以直接由 5V 电源供电（很有用，因为大多数飞行控制器在由 BEC 供电时也以 5V 运行），而其他摄像机可能需要 12V 甚至它们自己的内置可充电电池。
- 目前在多引擎无人机上使用的最流行的相机是 GoPro。这是由于它们的耐用性、小尺寸、高视频/照片质量、内置电池、广泛的配件和全球可用性。 GoPro 相机还有一个 USB 输出，可以用于视频传输，有的甚至内置 WiFi 用于短距离视频传输。
- 鉴于 GoPro 的成功，许多其他制造商已经创建了自己的类似运动/运动相机系列，但规格、价格和质量各不相同。请注意，如果您需要 3D 视频，则需要两台摄像机和一个能够传输两种信号的 VTX。
云台
云台包括一个机械框架、两个或多个电机（通常最多三个用于平移、俯仰和滚动），以及传感器和电子设备。相机的安装方式使得电机不必提供角力（扭矩）来将相机保持在固定角度（“平衡”）。
相关轴允许您平移、倾斜或平移相机。没有自己的传感器的 1 轴系统可以被认为是平移或倾斜系统。最流行的设计包括双电机设置（通常是专为与万向节一起使用而设计的 BLDC 电机），用于控制相机的倾斜和平移。因此，摄像头始终面向无人机的前方，这也确保了当摄像头面向一个方向而无人机面向另一个方向时飞行员不会迷失方向。
3 轴云台增加了平移（左右），最适合与两个操作员一起使用，其中一个人操作无人机，另一个人可以独立控制相机。在这种两人配置中，还可以为飞行员使用第二个（固定）FPV 摄像机。通常，有两种类型的万向节系统之一：
无刷万向节
- 无刷直流电机 (BLDC) 或永磁同步电机 (PMSM) 或（阀门电机 (VD))) - 以最小振动提供快速响应，但需要单独（和专用）无刷直流控制器。
- 为了自动保持相机的水平，一个由加速度计和陀螺仪组成的惯性测量单元 (IMU) 安装在相机周围的某处（通常在相机底座下方），以便相机（相对于地面）可以被跟踪。来自模块的读数被发送到一个单独的直流无刷控制器板（通常直接安装在万向节上方），该板会旋转电机，以便无论无人机有任何移动，相机都保持在某个方向。
- 控制器板本身包括一个嵌入式微控制器。云台的无刷直流控制器通常可以直接连接到接收器上的通道（与飞行控制器相反），因为它响应相机方向的变化，而不是无人机方向，因此不依赖于飞行控制器。
- 请注意，由于 GoPro 是一款流行的运动相机，因此大多数无刷云台设计为与一个或多个 GoPro 型号搭配使用（基于 GoPro 尺寸、重心、相机位置等）。您还会注意到 BLDC 万向节几乎总是具有阻尼，可以最大限度地减少从无人机传输到相机的振动。
RC 伺服万向节
- 在 RC 伺服万向节的核心 - 伺服驱动器的响应时间往往比无刷慢万向节和过度振动。同时，舵机系统比无刷舵机便宜很多，大多数情况下3针舵机可以直接连接飞控，这样你就可以使用PC内置的IMU来确定相对于地面，然后移动舵机。
视频发射器 (VTX)
) 具有内置 VTX，这意味着单独的 VTX 改装通常需要。业余爱好无人机应用中使用的 VTX 现在很流行，因为它们重量轻且体积小。可以使用其他第三方 VTX，但在这种情况下，有一些关于电源连接的重要注意事项（如果设备仅接受来自 Barrel 连接器的电源，则可能需要配置）和输入电压；如果视频设备的工作电压不是您构建的机载电压，您可能需要额外的电子设备，例如电压调节器。不影响无人机爱好的 VTX 在重量或尺寸方面很少令人满意，并且通常被封装在保护壳中（有时会不必要地沉重）。
VTX 功率
VTX 通常针对特定的输出功率进行额定，但不应假设任何人都可以使用市场上可用的任何额定功率.无线频率和功率受到仔细监控和监管，因此强烈建议您查看您所在国家/地区的无线法规。
VTX 消耗的功率直接影响其信号的最大范围。在北美，消耗超过一定功率（以瓦特为单位）的无线发射器需要操作员获得业余无线电操作员 (HAM) 的许可才能操作。例如，在加拿大，远程 FPV 操作员通常至少需要通过基本业余无线电能力测试才能在远程无线应用所需的功率下运行。
如果您没有资格，强烈建议您使用小于200 mW 的视频传输器，以避免法律诉讼的风险（如果您的信号干扰其他无线信号，当局可能会与您联系）。
VTX 的电源通常由 BEC 从其中一个 ESC 提供，该 ESC 也为其余电子设备供电。如果您怀疑所有电子设备消耗的电流都超过一个 BEC 所能提供的电流，您可以使用第二个 ESC 的 BEC 为 VTX 供电。不建议使用单独的电池为 VTX 供电。
VTX 频率/频道
大多数 VTX 以下列频率之一运行。请注意，由于您可能已经在使用以特定频率运行的标准控制设备，因此明智的做法是选择 VTX，以免频率不匹配。例如，如果您的遥控器工作在 2.4GHz，则应寻找工作频率为 900MHz、1.2GHz 或 5.8GHz 的 VTX。
900MHz (0.9GHz)
- 低频信号更容易穿透墙壁和树木
- DIY天线容易因为低频意味着大天线
- 图像质量不如 5.8GHz
- 可能对 GPS 接收器产生负面影响
- 被认为是“老”技术
]- 总体最适合中距离
1.2GHz（1.2 至 1.3 GHz）
- 用于长途 FPV 飞行，因为它提供了很好的距离
- 市场上有许多不同的天线
- 许多其他设备通常使用的频率
- 墙壁和障碍物比低频影响更大
- 中/长距离
]2.4GHz (2.3 to 2.4GHz)
- 用于长距离的 FPV，障碍物少
- 最广泛使用的频率之一对于无线设备
- 有许多附件（天线、发射器等）
- 请勿使用靠近并联的 RC 发射器或其他可能引起干扰的设备。
- 可以使用其他频率工作，但本节不涉及。
5.8GHz
- 非常适合短距离应用
- 墙壁和其他障碍物对距离有重大影响
- 天线很小/ compact
- 最适合 无人机比赛中的 FPV
正如您可能已经注意到的，许多常见的无线设备工作在 2.4GHz（无线路由器、无绳电话、蓝牙、车库门开启器等）。这主要是因为FCC的国家规定，确定在这个范围附近的频段不需要许可证就可以运行； 900MHz、1.2GHz 和 5.8GHz 相同（在指定功率范围内）。免授权频率范围包括所谓的免费ISM范围（来自英文Industrial, Scientific, Medical：industrial, science and medical range），占用的频段：美国和欧洲从2400到2483.5 MHz，从2471到2497兆赫在日本。这意味着任何消费者都可以购买在这些频率之一上运行的无线设备，而无需担心法规或准则。更多关于业余无线电频率分配的信息可以在维基百科上找到。
VTX 连接器
并非所有 VTX 都具有相同的连接器，因此了解所选摄像机中安装了哪个连接器很重要，还要了解是否可以连接并使用选定的 VTX。最流行的连接器是复合、迷你/微型 USB 和 0.1"（模拟）连接器。市场上有许多适配器/适配器，例如： 0.1″ FPV Tx 连接器 - 用于 GoPro 相机的 miniUSB，大大简化了此类产品的使用。
一些 VTX 也可能有音频输入，但是在大多数情况下，来自动力系统的噪音会淹没您希望录制的任何声音。如果您需要声音，请确保将麦克风放置在尽可能远离电机的位置（需要大量测试才能找到最大的最佳位置）并选择兼容的接收器。
VTX 天线
无人机上使用的 VTX 天线往往是“鸭子”或“鞭子”。鸭子天线是最常见的，并且具有全向、紧凑、便宜的优点，并且由于它们的小外形而在飞行过程中保持静止。
天线选择应与 VTX 频率匹配。更高的频率需要更小的天线，但传输的信号更难穿过障碍物。低频不太容易受到干扰，但需要大/长天线。定向天线不常用于视频传输，因为无人机实际上可以在三维空间中处于任何方向。理想情况下，天线应位于无人机上的某个位置，那里没有其他无线信号或电子干扰源。
视频接收器 (VRX)
视频接收器往往比 VTX（物理上）稍大和稍重，因为接收器通常是固定的（连接到屏幕），而发射器安装在无人机上，因此应该小而轻。为了节省空间，一些 LCD 显示器制造商在其显示器中包含标准频率无线接收器。
许多 FPV 爱好者在他们的 FPV 护目镜上使用 Clover Leaf 或 Pinwheel 天线，这使他们可以将头部对准无人机的方向，以最大限度地提高信号强度。一些 FPV 护目镜制造商也支持这一趋势，并开始在他们的护目镜包装中加入无线视频接收器和天线。
显然，视频接收机工作的频率必须与发射机的频率相匹配。但是，某些接收器型号提供多种通道（一次一个），使其与各种 VTX 兼容。视频接收器的输出往往是复合（最常见）或 HDMI。连接到输出（视频显示器）的内容由您决定，下面介绍了一些选项。在现场为接收器供电总是涉及使用提供与接收器工作电压匹配的输出电压的电池，或者连接到电压调节器以提供所需电压的电池。请注意，没有“长距离”视频接收器，因为信号范围取决于发射器的功率和正确的天线。
视频接收器天线
视频接收器上使用的天线可以是全向的（能够接收来自任何方向的信号）或定向的.视频接收器上最常见的天线是：鸭子天线、Cloverleaf / Pinwheel 或在极少数情况下定向的（例如“Yagi”）。只有当无人机相对于操作员在某个方向飞行时，定向天线才会相关，并且无人机将始终在天线的“前面”，以免丢失信号。情况可能包括探索特定区域（例如田地）或远离操作员的区域。
视频显示
LCD 监视器（LCD 监视器）
- 在考虑 LCD 监视器时，了解台式机/电脑液晶显示器或液晶电视与便携式液晶显示器之间的区别很重要。电视/电脑显示器几乎总是有一个与标准电脑电源线兼容的电源连接器（直接使用交流电源），因此很难与电池一起使用。 LCD / OLED 显示器应该更便于携带，通常需要直流电源，需要外部变压器连接到市电 (A/C)。
- 用于 FPV 应用的显示器的尺寸、刷新率和显示质量范围从带有颗粒图像的小型显示器（每秒更新数次的显示器）到与正确的 VTX 和接收器结合使用的大型显示器, 显示大高清图像，无任何明显滞后。请记住，您选择的任何 2D 显示器都必须连接到电源并安装在 UAV 基站内（如下所述）或通过将 FPV 监视器连接到控制设备。
FPV 护目镜
- 2D 护目镜
- 便宜的 FPV 护目镜提供的视频质量可能相当低，所以如果预算很重要，请考虑以与 FPV 护目镜相同的价格从更大的 LCD 显示器获得更好的体验。...
头部跟踪
- 头部跟踪本质上与运动跟踪相同，即测量 3D 方向/角度与线性运动。传感器复合体由加速度计、陀螺仪或惯性测量单元 (IMU) 的 MEMS 芯片组成。传感器安装（或内置）FPV / VR 护目镜，并将数据发送到微控制器，将传感器数据解释为角度，然后通过控制设备（用于高端型号）或通过单独的无线发射器发送数据.理想的头部跟踪系统与发射器兼容，因此可以通过发射器在两个免费 RC 通道上发送角度。
3D / 虚拟现实
- Occulus Rift、Samsung Gear、Morpheus、基于智能手机的 VR 眼镜和许多其他 3D / Head - 安装的 VR 显示器可适用于无人机。虽然这些设备通常用于 3D PC/控制台游戏或作为电视的替代品，但这些设备本身就兼容 3D，并且通常内置头部跟踪传感器，这对无人机 FPV 社区来说越来越有趣。
智能设备
- 智能手机、平板电脑或笔记本电脑可用于显示实时视频。他们的电池是内置的，而且设备本身很轻。使用智能设备的难点在于，大多数接收器并非设计为接收来自无线视频接收器的视频信号（两者之一是有线或无线）。带有内置或 USB 视频卡的笔记本电脑或平板电脑可以接收普通的复合视频。智能手机目前最适合通过 Wi-Fi 发送的视频（从相机的 Wi-Fi 到 Wi-Fi 适配器）。使用 GoPro 的 Wi-Fi 视频信号和手机 app 是实现 FPV 最简单的方法之一，但值得注意的是，相机的 Wi-Fi 信号范围非常有限（10-20 米）。由于智能手机的普及和无人机的流行，制造商会定期发布他们从中受益的新产品，因此在决定之前请仔细考虑。
屏幕显示 (OSD)
- 屏幕显示 (OSD) 允许飞行员查看从传感器发送的各种传感器数据飞机。在屏幕上显示数据的最简单方法之一是使用模拟输出摄像机，并在摄像机输出和 VTX 之间放置一块显示板。 OSD 适配器板具有各种传感器的输入，并将数据叠加在视频上，因此飞行员将收到一个已叠加遥测数据的视频。
距离注意事项
- 关于发射器（控制设备，以及视频，如果适用）。通常 RC 发射器包括一个 RF 系统，该系统由操纵杆和开关、电子设备和一个 RF 发射器以及较便宜的 RC 组件组成，该系统几乎总是一个单元。高端型号通常有一个 RF 模块
电源
UAV / Drone
您的 UAV / Drone 由许多不同的部件组成，每个部件都需要特定的电压。您会在 FPV 系统或远程无人机中找到的最常见的电子设备包括：
- 引擎： 大多数中型无人机引擎倾向于以 11.1V 或 14.8 的电压运行五、
- 飞行控制器、接收器、GPS： 理想情况下，它们应该由来自其中一个 ESC 的 BEC 供电。
- 头部跟踪接收器： 它也适用于 BEC。
- 伺服万向节： 伺服万向节可以从其中一个 BEC 向 ESC 供电，并在 5V 下运行。
- BLDC 云台： 一些BLDC 云台可以连接到主电池充电接口，而其他的可能需要一定的电压。检查您购买的云台的规格。
- 摄像头： 用于 FPV 飞行的摄像头倾向于在 5V（来自 BEC）或 12V（主电池）下运行。大多数运动相机都有自己的内置电池。
- VTX： 大多数工作电压为 5V，可由 BEC 供电。
- 附加电子设备（照明、降落伞等）： 5V。
建议无人机只有一个主电池，中型无人机应考虑使用11.1V或14.8V电池。如果多个 ESC 没有 BEC，您将需要一个外部 5V 电压调节器来为电子设备供电，并确保它可以为所有设备提供足够的电流。
飞行员
虽然普通无人机用户只需要担心控制设备的性能，但完整的 FPV 钻机的飞行员可能最终会携带大电池，以及各种附加设备.
- 便携式控制设备： 大多数遥控器默认由“AA”电池（4 × AA 或 8 × AA）供电，但 FPV 可能需要外部电池供电才能设备...
- 可选射频发射器： 如果您不使用遥控器随附的射频发射器/接收器，高端型号通常具有可以连接此模块的电源输出...或者，您可以使用为遥控器供电的外部可充电电池为其供电。
- 头部跟踪接收器： 通常该装置可以由 5V 供电。
- 视频接收器： 大多数需要 12V，但通常具有相当宽的输入电压范围。大多数情况下，接收器带有一个您不会在现场使用的电源适配器。检查输入电压范围，看看是否可以使用相同的电压为发射器和接收器供电（例如 7.4V 或 12V）。
- 视频显示： 请务必选择带有“Barrel”连接器的便携式 LCD 显示器，以便您可以使用电池组进行输入。 FPV 护目镜通常也有一个 Barrel 输入，但不要忘记检查。便携式 LCD 最常见的电压是 12V，对于其他设备来说可能不是最好的。
- 天线跟踪器： 描述如下。这种机动设备通常由无线电控制的伺服电机、微控制器和额外的传感器/电子设备组成。可用于业余无人机市场的商业系统很少，因此如果您设计和构建这样的系统，您将需要开发电源设置。
基站
如上所述，飞行员需要携带和供电的设备很多，而且可能非常笨重。基站通常用于将操作员从这种负担/混乱中解放出来，并且可以由下面列出的任意数量的不同设备和隔间组成。不难想象，准备飞行的结果取决于基站组装的好坏，连接所有这些设备的线束铺设情况。
基站可以包括：
- 主电池，可能用于为 LCD 监视器和/或FPV 护目镜，可能还有视频接收器。
- 发射器和/或视频接收器的辅助电池。
- LCD 监视器支架和/或 FPV 护目镜支架。
- 视频接收器安装座。
- 控制设备的存储空间。
- 长距离天线支架（或便携式定向天线的位置）
- 主电池充电器的位置。
- 无人机备件（螺旋桨、马达、电池、框架元件）的空间。
“基站”不一定是商业生产的产品，可以很容易地与任何无人应用程序一起使用，相反，它可以由业余飞行员自己设计和建造。通常，构建基站首先要选择耐用的手提箱（例如 Pelican 或 Nanuk），但也可以使用/改装坚固的背包。通常使用三脚架将天线安装在离地面更高的位置。
。天线跟踪器
天线跟踪器是一种机电设备，它使用 GPS 坐标在三个维度上跟踪无人机的位置，并且知道 GPS 跟踪器的位置，将天线指向侧面无人机。天线跟踪器常用于远程任务，市场上的商用产品并不多。跟踪器由一个 GPS 接收器、一个罗盘（有时还有一个 IMU）、一个微控制器、一个数据接收器（用于接收无人机的 GPS 坐标）、一个旋转电机和一个倾斜电机、一个机械框架、一个定向天线和一个电池组成.为了减少障碍物的负面影响，天线跟踪器系统使用三脚架抬离地面。
