Закладывается на этапе проектирования аппарата, разрабатывается с учетом среды полета, местности, требований и задач, стоящих перед дроном. Для профессиональных квадрокоптеров схема будет иметь одну конфигурацию, для любительских – более простую. Очень высоки требования к точности сборки и размеров деталей. Небольшие просчеты могут значительно усложнить управление техникой и понизить тактико-технические летные характеристики. Специалисты компании ARMAIR расскажут в данной статье, на что нужно обратить внимание при проектировании данного перспективного вида техники.
С чего нужно начать разработку схемы?
- Определить цели и задачи, стоящие перед аппаратом.
- Рассчитать полезные нагрузки, комплектацию коптера.
- Задать предварительные параметры по скорости, высоте, дальности полета.
- Учесть среды, в которых будет летать квадрокоптер (в условиях дождей, минусовых температур, высоких температур, сильных порывов ветров и т.д.).
На проектирование каких деталей стоит обращать внимание при сборке квадрокоптера?
- Корпус коптера. Его размеры, материал, ударопрочные характеристики. Для производства корпусов используется углепластик. Просчеты в схеме корпуса аппарата даже на 1-3 миллиметра, могут привести к тому, что коптер может в полете завалиться, получать постоянный крен, терять балансировку.
- Схема управления коптером, а точнее – микросхемы дрона. При проектировании и создании легких простых коптеров используется широко известная платформа Arduino. При разработке профессиональных коптеров – используются платы, микросхемы и контроллеры заводов производителей. Параметры, характеристики микроэлектроники составляют зачастую коммерческую тайну.
- Также нужно правильно подобрать системы двигателей, системы регуляторов оборотов, соединители. Размер лопастей также играет важную роль. В случае, если будет мощный мотор, а размер лопастей будет малым, то двигатель будет на 30% и более работать вхолостую, растрачивая свои мощности зря.
- Системы радиоуправления, получения GPS сигналов от спутников. Как правило данные системы уже установлены в платы, требуется только их настройка через операционную систему управления коптером. Практически все платы работают с GPS и Глонас.
- Блок батарей, как правило, используются литиевые аккумуляторы различной мощности и емкости. Для больших коптеров возможна установка бензопаков и бензиновых моторов.
- Моторы.
- Акселлерометры (гироскопы), есть различные платы для этого, одна из них – это MPU-6050.
Страница 3 из 4
Электроника квадрокоптера
Вот пример комплектации квадрокоптера из пластиковых труб электроникой:
4 мотора D2822/14 1450kv
4 регулятора - Turnigy Multistar 30 Amp Multi-rotor Brushless ESC 2-4S
Винты - такие и такие , последние – правого вращения.
Разъем - 3.5 мм это силовой разветвитель для регуляторов Multistar (ХТ60 на 4 X 3.5мм)
Мозги квадрокоптера - MultiWii NanoWii ATmega32U4 , хоть она чуть и подороже других, но, зато позволяет подсоединяться к компьютеру по usb.
Аккумулятор - Nano-Tech 2200 30C
Зарядное устройство - HobbyKing Variable 6S 50W 5A , не дорогое и прекрасно работает.
Еще понадобится передатчик с приемником для управления квадрокоптером, рекомендую или , впрочем, подойдет даже - все зависит от вашего желания и финансовых возможностей.
Плата управления квадрокоптером - его мозги, тоже может быть выбрана более дешевая, например такая , однако, не стоит гнаться за дешевизной там, где находится "сердце полетов".
Регуляторы стоит брать оптимизированные под квадрик, можно полазить по форумам и найти те, которые перепрошиваются и под которые есть готовая мультикоптерная прошивка, но я, к примеру, не готов заниматься перепрошивкой регулторов - там придется использовать микропаяльник для того, что бы прокинуть провода от программатора к чипу регулятора оборотов бесколлекторного двигателя.
Еще потребуется программатор для мозгов квадрокоптера - тут выбираем тот, которые поддерживает программирование выбранных мозгов. Впрочем, указанный MultiWii NanoWii ATmega32U4 имеет USB порт и на программаторе можно сократить расходы.
Электронику защищают с помощью засовывания ее в коробку - самый простой вариант, это использование бокса от CD/DVD дисков, как на фотографии выше. Можно использовать и бокс для продуктов - они бывают разного размера, от совсем мелких, до весьма больших. Главное - крышку расположить под платой электроники квадрокоптера, а самим боксом закрывать сверху.
Почитав на хабре статьи про самодельные квадрокоптеры и после того как я увидел видео снятое с AR.Drone в планах на будущее появилась идея сделать самодельный FPV квадрокоптер, AR.Drone не устраивал ценой в 350$ примерно(я тогда еще не знал что свой получится куда дороже), тем что радиус действия небольшой, нестабильностью вне помещений,и то что он не open source и я не могу влиять на алгоритм его работы.
С тех пор прошел примерно год, за это время я практически на занимался ничем связанным с Arduino и прочей электроникой, хотя понемногу покупал разные электронные штуки интересные.
И вот буквально недавно оказалось что один из моих знакомых решил собирать квадрокоптер, и я решил что пора и мне.
Требования к квадрокоптеру: FPV(first person view(вид от первого лица)) то есть управление с земли не смотря на модель, а смотря только на экран, fail safe - в случае потери сигнала от пульта нужно чтоб он не падал комом, а спокойно сел, или летел к месту взлета. GPS - достаточно интересно запрограммировать какую-нибудь миссию для него, и смотреть за выполнением. Время полета на одной зарядке > 10 минут. Дальность действия примерно километр.
Список необходимого
GoPro Hero3
GoPro у меня уже была(использовал в качестве ) так что не пришлось тратиться.
ЦЕНА: 300$
Купить GoPro Hero3
Turnigy 9X
Эта легендарная(своей дешевизной, хорошим качеством и функционалом для таких денег) аппаратура радиоуправления у меня тоже была куплена заранее, но я ей еще не пользовался, лежала пылилась.
Она поставляется с ресивером и трансмиттером или без них, у меня с ними, но для нашего квадрокоптера нужны будут другие(с fail safe), так что можно купить урезанный вариант, хотя я не жалею о покупке полной версии, т.к. вставить другой приемник сюда не сложно, а цена различается всего на 4$.
Питается она от 12в, которые можно обеспечить 8-ю пальчиковыми батарейками, но лучше использовать LiPo аккумулятор, я немного прогадал с размерами, и мой аккумулятор приходится крепить двусторонним скотчем, но внизу я даю ссылку на аккумулятор который отлично впишется в батарейный отсек. Нужно следить за полярностью (минус слева, плюс по центру) т.к. можно не туда воткнуть и спалить аппу.
По умолчанию она идет без подсветки экрана, поэтому лучше сразу докупать подсветку за 5$.
И прошивка с которой она поставляется оставляет желать лучшего(я сам не в курсе, но очень многие прошиваются на прошивку ER9x, которая проще в понимании и более функциональна) я тоже буду прошивать, даже не попользовавшись стандартной прошивкой, и для этого нужен программатор. Цена: 54+5(подсветка)+10(LiPo)+4(программатор)+24(доставка)=97$
Купить Turnigy 9X
Купить Turnigy 9X (без ресивера и трансмиттера)
Купить подстветку
Купить LiPo
Купить программатор
FrSky DJT 2.4Ghz Combo Pack for JR w/ Telemetry Module & V8FR-II RX
Приемник и передатчик для Turnigy 9x с fail safe (его еще не купил, но надо будет для того чтоб уверенно отлетать и не бояться потери сигнала)
ЦЕНА: 40+6(доставка)=46$
Купить FrSky DJT 2.4Ghz Combo Pack for JR w/ Telemetry Module & V8FR-II RX
LiPo 2200mAh 3S 25C
Аккумулятор который будет стоять в квадрокоптере(еще не купил, закажу вместе с FrSky)
ЦЕНА: 10,68$ + доставка
Купить LiPo 2200mAh 3S
Рама RCT Spider FPV Quadcopter Frame W/ Landing gear
Раму можно конечно сделать самому, но т.к. они не сильно дорогие, и внешне смотрятся очень хорошо, я решил купить. Выбор пал именно на эту т.к. в ней вроде достаточно места для всего что запланировано, и еще останется на будущие доделки, к ней удобно крепить GoPro, и по моему лучи и лопасти не будут попадать в кадр, или будут но минимально.
ЦЕНА: 29$
Купить раму
Пропеллеры 12 Pairs Carbon Reinforced 10x4.5" Counter Rotating Propellers
Пропеллеры покупал просто дешевые и подходящие по размеру(в инфо к раме написано 9~12" propeller) к тому же тут есть переходники под разные моторы.
ЦЕНА: 27$
Купить пропеллеры
Моторы 2830/11 1000KV Outrunner Brushless Motor
В моторах особо не разбираюсь, смотрел чтоб к раме подходили (в инфо по раме сказано 28, 35 series motor), такие же моторы купил мой знакомый. Они были разной мощности от 750KV до 1300KV, решил взять середину. ЦЕНА: 11x4=44$
Купить моторы
Контроллеры моторов SK-30A SimonK Firmware Multicopter Speed Controller ESC 30A
Контроллеры такие купил мой знакомый и я тоже их выбрал, чтоб в случае чего вдвоем разбирались решали проблемы. Да и на хабре кто-то хвалил их.
ЦЕНА: 12,5x4=50$
Купить контроллеры моторов
Кабель для контроллеров моторов JST to 4 X 2mm Bullet Multistar ESC Quadcopter Power Breakout Cable
Просто для того чтоб не паять и выглядело симпатично.
ЦЕНА: 2$
Купить кабель для контроллеров моторов
Провода 18AWG Silicon Wire Red (1Meter), 18AWG Silicon Wire Black (1Meter)
Не знаю где в Беларуси можно купить провода нормальные, поэтому на всякий случай заказал красный и черный по 2 метра.
ЦЕНА: 1*2+1*2=4$
Купить красный провод
Купить черный провод
200pcs 10cm 2.54mm 1pin Male to Female jumper
Для подключения датчиков и приемника радиосигнала может пригодиться
ЦЕНА: 10$
Купить Male to Female jumper
20 Pairs 2 mm Bullet Banana Plug Connector
Для подключения аккумулятора и моторов могут пригодиться
ЦЕНА: 3,5$
Купить 2 mm Bullet Banana Plug Connector
Полетный контроллер AIOP V2.0 ALL IN ONE PRO Flight Controller
Полетный контроллер покупал такой же как и знакомый, т.к. цена и функционал устраивают. А решать проблемы проще вместе будет.
Планируется ставить на него MultiWii
ЦЕНА: 49$
Купить AIOP V2.0
AIOPIO Board (Input / Output module)
Не знаю что это особо, но т.к. цена не большая и может быть эта штука мне пригодится решил взять. Подозреваю что тут выведены пины дополнительные на которые можно цеплять еще датчики и прочее. И вроде телеметрию на пульт можно будет передавать блягодяря ей и FrSky.
ЦЕНА: 4$
Купить AIOPIO Board
u-Blox CN-06 GPS Receiver V3.0
GPS приемник который поддерживается MultiWii
ЦЕНА: 30$
Купить u-Blox CN-06
Подстилки под платы Gyro / Flight Controller Mounting Pad (10pcs/bag)
Что то типа двустороннего скотча который еще немного вибрации сглаживает.
ЦЕНА: 1$
Купить Flight Controller Mounting Pad
7A UBEC
Т.к. для AIOP нужны 5v а моторы у нас 12 вольтовые, нужно понизить напряжение от 3s аккумулятора до 5 вольт(тот что я купил возвращает 5,25) т.к.
ЭКС – электронный контроллер скорости (контроллер оборотов двигателя)
Бесколлекторные двигатели являются мультифазными (как правило — трехфазными), так что не получится запустить их, просто подключив к источнику постоянного тока. Для этого используются специализированные ЭКСы (но не те, что проводились революционерами), а гораздо более технологичные и миниатюрные. ЭКСы генерируют серию (в зависимости от количества фаз) высокочастотных сигналов, которые и заставляют вал мотора вращаться. В зависимости от потребления двигателя, ЭКС должен иметь соответствующую пропускную способность по силе тока.
По сути, ЭКС является контроллером мощности, который преобразует ток источника питания в трехфазный ток для питания бесколлекторных двигателей квадрокоптера. Каждый ЭКС управляется отдельно PPM — сигналами, подобнымиPWM – модуляции.
ПРИМЕЧАНИЕ ПЕРЕВОДЧИКА: PPM (Pulse-position modulation, русск: Фазово — Импульсная модуляция) — распространенный метод кодирования сигналов, передаваемых дистанционно в системах связи с низкими требованиями к помехоустойчивости.
Метод PPM представляет собой последовательность имеющих постоянную длительность импульсов, которые разнесены друг от друга на разные временные периоды. Величина периодов между сигналами и задает кодируемые значения. Группы импульсов объединяются в так называемые фреймы (пакеты).
PWM – модуляция (Pulse- width modulation , русск: Широтно-Импульсная Модуляция, русск. разг: ШИМ) является методом управления средним значением напряжения на нагрузке изменением скважности (соотношения частоты повторения к длительности) импульсов. Таким образом, чем длиннее сигналы, тем большее напряжение получает потребитель.
Частота сигналов может варьироваться в широких пределах, особенно в сложной системе, которую представляет собой квадрокоптер. Система управления для обеспечения необходимого числа оборотов двигателей (а значит, и стабильности полета нашего аппарата) должна уметь обрабатывать команды датчиков с частотой до 200-300 герц, то есть до 300 раз в минуту менять скважность импульсов на каждом из двигателей. Отдельные модели ЭКС могут управляться через систему управления I2C, но их цена пока неоправданно высока.
ПРИМЕЧАНИЕ ПЕРЕВОДЧИКА: I2C (англ: Inter-Integrated Circuit ) последовательная шина данных для связи интегральных схем , использующая SDA и SCL (двунаправленные линии связи). Используется для соединения низкоскоростных переферийных устройств с управляющими модулями. Широко применяется для управления устройствами на базе микроконтроллеров.
Вот он какой, ЭКС…
Одним из важнейших критериев при выборе ЭКСа является величина силы тока, которая может коммутироваться на потребителе, в нашем случае — двигателе. Автор рекомендует использовать ЭКСы, которые могут коммутировать ток не ниже 10 Ампер, а в случае использования мощных двигателей – не ниже величины их пикового потребления. Вторым важнейшим фактором является программная совместимость контроллеров с платой управления. Это значит, что некоторые модели ЭКСов позволяют использовать тайминги (временные периоды) управления, которые выходят за пределы стандартного для моделизма диапазона от 1 до 2 мс. Это предоставляет дополнительные возможности при самостоятельной разработке модулей управления квадрокоптером.
Источник питания
Для питания систем квадрокоптера автор рекомендует LiPo (литий — полимерные) аккумуляторы по двум причинам. Во – первых, они легче по весу, а во – вторых, имеют ток отдачи, как раз подходящий для наших проектов. Возможно использование NiMH (никель — металгидридных) аккумуляторов, но они имеют значительно больший вес, хотя и меньшую стоимость.
Литий — полимерный аккумулятор
Напряжение
LiPo источники питания поставляются как в виде отдельных элементов со стандартным выходным напряжением 3.7 Вольт, так и в виде батарей из более чем 10 отдельных элементов сообщим напряжением 37 Вольт и выше. Популярным выбором для любителей квадровертостроя являются т.н. 3SP1 – батареи, то есть три последовательно соединенные элемента с суммарным выходным напряжением 11.1 Вольт.
Емкость источников питания
Для выбора емкости батареи, вы должны принять во внимание следующие аспекты:
- Какое потребление у ваших двигателей?
- В каком полетном времени вы заинтересованы?
- Какое влияние окажет вес батареи на общий конструкционный вес аппарата?
Хорошим тоном считается, если ваш квадрокоптер при 4 несущих винтах модели EPP1045 и четырех двигателях с Kv рейтингом, равным 1000, при полной мощности двигателей будет держатся в воздухе количеством минут, равное емкости источника питания аппарата в Ампер/Часах. То есть, при емкости батареи квадрокоптера в 4000 мА/Ч, в режиме полной мощности двигателей аппарат должен держатся в воздухе 4 минуты при полезной массе в 1 кг. При учете расхода заряда батарей, это дает 16 минут полета в режиме висения.
Степень разрядки батарей
Еще одним важным фактором является степень разряда C . Вместе с емкостью батареи, эта переменная определяет максимальную силу тока, которая может быть получена с источника питания. Максимальный ток отдачи источника питания рассчитывается по следующей формуле: Мто = емкость батареи x степень разряда.
Пример: батарея имеет степень разряда 30С и емкость в 2000 мА/ч . Максимальный ток разряда, который вы можете получить с указанной батареи, по приведенной выше формуле составляет 60 Ампер . Таким образом, при конструировании вы должны принять во внимание, что максимальный ток потребления всех систем вашего квадрокоптера не должен превышать 60 Ампер .
ИИК – инерционный измерительный комплекс
ИИК, как правило, представляет собой комбинацию 3-координатного акселерометра с 3-координатным гироскопическим модулем, формируя систему датчиков с 6 степенями свободы. Для увеличения курсовой устойчивости, указанную систему иногда дополняют 3-координатным магнитометром, в результате чего система получает в общей сложности 9 степеней свободы.
ПРИМЕЧАНИЕ ПЕРЕВОДЧИКА: Магнитометр (цифровой компас) нужен для ориентации по сторонам света, чтобы узнать, куда идти с какой стороны от нашего аппарата расположен север.
Принцип действия ИИК
Акселерометр (датчик ускорения), предназначен для измерения разности ускорения аппарата и гравитационной составляющей. Так как акселерометр имеет три оси измерения, мы можем использовать его для определения текущей ориентации нашего квадрокоптера.
ИИК с 6 степенями свободы
Гироскопический датчик применяется для измерения угловой скорости, то есть скорости вращения квадрокоптера вокруг каждой из трех осей.
Что будет, если в конструкции мы используем только акселерометры?
В случае использования в нашем квадрокоптере исключительно датчиков ускорения, мы сможем определять ориентацию аппарата с привязкой к поверхности земли. Однако, акселерометр является очень чувствительным и порой неточным датчиком, и из-за вибраций от двигателей, может дать неверные показания. Разумеется, это приведет к потере ориентации. Для решения этой проблемы используются гироскопические датчики. В результате обработки показаний датчика ускорения и гироскопов, мы можем учесть помехи от вибрации при определении реального положения.
Инерционный датчик
Что будет, если в конструкции мы используем только гироскопы?
А вот гироскопический датчик
Если гироскопический датчи к предоставляет нам информацию о поворотах аппарата, почему бы не использовать в конструкции только их?
Гироскопы имеют тенденцию накопления курсовой ошибки. Это приводит к тому, что во время вращения, гироскопический датчик точно показывает угловую скорость, но после остановки не обязательно обнуляет свои показания. Таким образом, при использовании исключительно гироскопических датчиков, вы довольно быстро заметете, что их показания медленно изменяются (дрейфуют) даже после остановки вращения. По этому, для точной ориентации вашего квадрокоптера в пространстве, вам необходимо использовать два типа датчиков.
Акселерометр не может фиксировать рысканья по курсу так же, как изменения углов крена и тангажа. Для этого в конструкцию квадрокоптеров иногда вводят магнитометр.
Магнитометр измеряет направление и величину магнитного поля. Он в состоянии определить направление движения нашего аппарата и направление на Северный и Южный полюсы. Угол отклонения от направления на магнитный полюс Земли с учетом угловых скоростей поворотов по горизонту, полученных от гироскопического датчика, используется для вычисления стабильного курсового угла.
Выбор ИИК
Несмотря на то, что на рынке предоставлены все три типа датчиков, автор рекомендует приобрести специализированные наборы, где датчики с 6-ю или даже 9-ю степенями свободы собраны на одной плате.
Плата датчиков передает показания центральному вычислительному блоку через I2C или в аналоговом виде. Цифровые системы передачи данных более удобны для разработчика и конструктора, однако, значительно дороже аналоговых.
Продаются даже полные ИИК – комплексы, в которые входит отдельный вычислительный блок. Как правило, он управляется 8-битным микроконтроллером, запрограммированным на обработку показаний датчиков рысканья, крена и тангажа. Результаты вычислении передаются центральному процессору в аналоговом виде или через I2C.
Выбор ИИК непосредственно определяет вычислительный блок. Который вы сможете использовать. Так что, покупая ИИК, прочитайте инструкцию к вашей системе управления. Некоторые центральные вычислительные модули имеют встроенные сенсоры.
Вот примеры ИИК, которые можно приобрести через Интернет:
А вот ИИК с системой обработки показаний датчиков:
Система управления полетом (центральный вычислительный модуль)
В процессе создания квадрокоптера вы можете приобрести специализированный контроллер, либо собрать его самостоятельно из отдельных компонентов. Некоторые из таких контроллеров даже оборудованы встроенными сенсорами, в то время как другие требуют приобретения специальных плат с датчиками.
AeroQuad MEGA Shield The AeroQuad board является платой расширения для микроконтроллеров на базе Arduino , и требует дополнительно платы Sparkfun 9 DOF , которая также продается в формате платы расширения (шилд).
Плата ArduPilot , так же как и, построена на базе микроконтроллера ATMEGA328. Подобно AeroQuad, этот модуль не оборудован собственными сенсорами и для получения радости полета вам необходимо приобрести плату расширения ArduIMU.
ЦВМ OpenPilot – еще более продвинутая система управления квадрокоптером, построенная на базе процессора ARM Cortex-M3 с тактовой частотой 72 мегагерца. Плата имеет встроенный акселерометр и гироскопический датчик. Отдельно необходимо отметить программное обеспечение, которое идет в комплекте с платой. Оно позволяет откалибровать датчики, и, при наличии GPS – модуля, задавать маршрутные точки для полета вашего квадрокоптера.
Центральный вычислительный модуль своими руками
Автор утверждает, что при наличии некоторых навыком и прямых рук , любой энтузиаст может изготовить ЦВМ квадрокоптера своими руками . Например, с использованием микроконтроллера Ардуино. В то же время, эти ценные навыки автор обещает предоставить в будущем.
Система радиоуправления
Квадрокоптеры могут управляться разными способами, но наиболее распространенным, является управление по радио, в режимах Темп (аэробатика) и Автостабилизация. Разница состоит в способе интерпретации контрольной системой квадрокоптера текущего положения аппарата и команд, полученных с пульта управления.
В режиме аэробатики для управления квадрокоптером используются только показания гироскопического датчика. Пульт управления используются для контроля тягой двигателей и крена по всем трем осям. Однако, если вы бросите управление квадрокоптером, его автоматическая стабилизация по горизонту проведена не будет. Эта особенность полезна при аэробатике для небольшого доворота квадрокоптера, после чего он не совершит автоматического компенсирующего маневра.
Разумеется, режим аэробатики для начинающих может оказаться излишне сложным и автор рекомендует начать с режима Автостабилизация. Для поддержания ориентации квадрокоптера в этом режиме используются все имеющиеся в наличии сенсоры. Для поддержания баланса, будет осуществляться постоянное и симметричное управление тягой каждого двигателя. Вы же, будете управлять курсом и движением квадрокоптера по любой оси с использованием джойстиков пульта управления. Например, для движения вперед, вам достаточно будет передвинуть вперед один из джойстиков для изменения угла тангажа. После того, как джойстик вернется в нулевую позицию, квадрокоптер автоматически выправит крен и стабилизируется относительно поверхности земли.
Дополнительные компоненты
После покупки все необходимых частей, наличия все еще живого квадрокоптера и желания продолжать эту бодягу, вы можете попробовать использовать дополнительные компоненты, такие, например, как GPS – модуль, ультразвуковой датчик, барометр и др. Все это может повысить летные характеристики и удобство использования вашим квадрокоптером.
GPS при помощи спутников выдает точную информацию о месте нахождения вашего квадрокоптера. Это информация может использоваться для расчета пройденного пути и выяснения маршрута движения. Особенно полезной данная функция может быть для полностью автономных квадрокоптеров, которым необходимо учитывать текущую позицию для выбора дальнейшего направления движения.
Ультразвуковой датчик измеряет дистанцию до земли, то есть текущую высоту полета. Это весьма полезно при полете на заранее заданной высоте без контроля пилота. Как правило, ультразвуковые датчики действуют в диапазоне дистанций от 20 см. до 7 метров.
ПРИМЕЧАНИЕ ПЕРЕВОДЧИКА: также используются лазерные датчики расстояния (ЛИДАР), наиболее доступные из которых работают в диапазоне от 3 см. до 5 метров.
Если же вы решили забраться повыше – вам необходим барометр. Этот датчик измеряет влажность и давление воздуха в зависимости от высоты полета. Если же квадрокоптер находится на малой высоте поблизости от земли (где изменение этих фактора не так сильно выражено), барометр теряет свою эффективность.
Заключение
Автор надеется, что ознакомление с его статьей поможет читателям определится с назначением и особенностями функционирования каждой из частей квадрокоптера и поможет выбрать необходимые компоненты для его постройки.
Заинтересовали квадрокоптеры. Решил сделать заказ, выбор пал на хабсан х4 c камерой 0.3мр.
Дождался, получил.Достаточно много отлетал на нём(были краши, долгие ожидания запчастей и ремонты). Мой мозг посетила идея собрать большой квадрокоптер, окунулся в эту тему, перечитал много статей. По возможности отвечал на вопросы людей, состоящих в группе Rc моделистов: по поводу выбора деталей, сборки квадрокоптера. Из всего этого возникла идея написать сию статью.
Принцип полёта
Итак, Если вы решили собрать свой квадрокоптер, то вам необходимо определиться с бюджетом. От суммы, которую вы готовы потратить на это Чудо, зависит размер. Наиболее частые размеры(в мм.) это 250,330,450,550 и больше.
*250 размер : маленький, легкий, чаще все используют только для FPV полётов.
*330 и 450 золотая середина для бюджетного квадрокоптера. Приемлемая масса и цена сборки.
*550 и больше можно отнести к профессиональным коптерам или мультироторам. Такие машины получатся тяжелыми и дорогостоящими. Для данных ЛА будут мощные двигатели и они могут таскать приличный вес, вплоть до килограммовых зеркалок.
Своё повествование я продолжу опираясь на коптер 450 масштаба.
Особое место в данной категории занимают рамы DJI 330 и 450, TBS Discovery.
Цена их соответствующая…высокая.
Есть множество клонов, его я и выбрал.
Настало время выяснить,что же такое
квадрокоптер и из чего он состоит.
1. Рама
2. Приёмник/Передатчик
3. Контроллер полёта:
a) AIOP
b) NAZA
c) MuliWii
d) HKPilot
е) AMP
f) И другие
4. Силовая установка
a) Мотор
b) Регулятор скорости
c) Пропеллеры
5. Аккумулятор
6. Доп. Оборудование:
a) FPV система (вид от первого лица в реальном времени)
Курсовая камера
Передатчик
OSD
b) Подвес для бортовой камеры
c) Подсветка
Теперь можно все детально рассмотреть.
1) С рамой
уже определились. 450 масштаб, клон TBS.
2) Приёмник/Передатчик.
Выбор его имеет очень важное значение. Вам нужно для себя понять: как далеко вы хотите летать.
Самые популярные варианты:
1,5-2км обеспечит 2,4Ггц
433 мгц обеспечит около 5-10км(все зависит от мощности, можно улететь и на 20км)
Для себя выбрал 2,4Ггц FlySky Th9x 9каналов
Не дорогая и простая в настройке аппаратура.
Для квадрокоптера необходимо от 5 каналов.
Выбор данной аппаратуры обусловлен её популярностью, давностью на рынке.Существует множество клонов.Ведётся много споров по поводу того, какая фирма была первой, это та же тургига 9, авионикс и другие… В интернете множество настроек.
3) Контроллер полёта
На данный момент очень много контроллеров полёта для квадрокоптеров. Свой выбор я сделал. Это Naza Lite c GPS
Не очень дорого и сердито. Наза требует минимальной настройки и сделать это очень просто.
С контроллерами AIOP, Crius и MultiWii будет много раз сложнее и особенно новичку.
Почему я взял контроллер с GPS?
Данная функция необходима для зависания в точке и возврата домой.
Я вижу это очень удобным функционалом.
4) Силовая установка
Вызывает множество вопросов у непосвященных.
Используются БК моторы. Они являются трёх фазными(3 провода), их КПД около 90%.
Для управления скоростью вращения таким мотором используется регулятор оборотов(регуль), который получает команды от контроллера полёта.
Рассмотрим рамы 330,450мм. В зависимости от ваших потребностей необходимо прикинуть вес квадрокоптера. В среднем получается от 1к до 1,5кг. Желательно чтобы тяга моторов была в 2-2,5 раза больше общей массы. Это говорит о том, что тяга должна быть 2-3 кг. Делим это на 4 и получаем тягу одного мотора: примерно 500-750 гр.
Возникает вопрос: какой двигатель выбрать? Смотрим в характеристики рамы: нас интересует какие двигатели можно в неё поставить. Должны интересовать первые 2 цифры: 22 или 28 в большинстве случаев.
Начинаем выбор двигателя. У названия двигателя вы увидите некую величину, например: 1100kv. Это величина обозначает количество оборотов на 1 вольт. Двигатели с высокими значениями kv имеют меньше витков обмотки статора, чем менее оборотистые.Из этого вытекает, что максимальная сила тока будет выше в двигателях с меньшим kv, которые имеют большую силу крутящего момента и это позволяет использовать большие пропеллеры.
Можно сравнить с коробкой передач автомобиля. 380kv и 1400kv это как первая и третья передача у авто.
380kv для размеренных медленных и долгих полётов с большой грузоподъемностью
1400kv для быстрого и маневренного хода.
В просторах интернета или же в описании этого двигателя можно увидеть его технические характеристики и результаты тестов. Нужно узнать максимальную силу тока (А) которую сможет потянуть двигатель и исходя их этих данных подобрать регулятор оборотов(ESC). Допустим max А для двигателя 20А. Тогда, ESC берём на 20-25% мощнее, 25-30А.
Теперь смотрим результаты тестов.
Например
видим: 11х4.7 –3S-12А – 830гр
Это означает
11х4.7 - характеристики пропеллера(11-дюймы, 4.7 шаг)
3S - число банок LiPo батареи
12А - сила тока в цепи при данной нагрузке
830гр – тяга двигателя при даных условиях
Таким образом, максимальная тяга 830х4=3300 гр., max сила тока в цепи 12х4=48А
Максимальная сила тока нужна для подбора Аккума и Проводки.
Для начала не берите карбоновые пропы. Переплата. Учитесь летать на дешевых.
Крепление пропеллера зависит от самого двигателя. Большинство пропеллеров имеют адаптер под ось двигателя. Возможно крепление на Цангах или же резьбой. Есть прекрасные варианты самозатягивающиеся-крепления у DJI, при таком варианте ваш пропеллер никогда не открутится во время полёта.
Для более простых вариантов советую дополнительно закрепить герметиком для резьбы.
Обращаю внимание
: сравнивать моторы с разным kv можно при условиях одного типоразмера. Например, EMAX XA 2212 существуют в разных конфигурациях:
820
980
1400
Их можно сравнить.
Эффективность мотора с 1400kv будет максимальной при использовании пропеллера 8040,
А мотора с 820kv - при пропеллере 1147.
Максимум крутящего момента будет у мотора с 820kv, поэтому целесообразно использовать большие пропеллеры. А мотор с 1400kv будет любить высокие обороты при меньшей нагрузке.
Разница между представленными моторами в обмотке.
Разумно их использовать так:
1400kv на раме 330 и пропеллерами 8040
980kv на раме 450 и пропеллерами 1045
820kv на раме 500-550 и пропеллерами 1147
Я выбрал
И пропеллеры
Замечательный набор.
Схема подключения
Для простоты: Сигнальный- черный, Силовой(+\-) - красный
5) Аккумулятор
Выбирая аккум необходимо подобрать токоотдачу. Это число С.(25С,35С)
Не забываем что, по нашим данным система кушает 48А.
Допустим что, есть аккум 3300mAh 3S 35C Lipo Pack
3300 mAh - ёмкость аккума
3S – число банок(одна банка 3,7v)
35C – токоотдача. Т.е. Аккум ёмкостью 3.3Ah(3300 mAh) х 35C = 115А
Что достаточно покрывает наше энергопотребление. Даже излишне. Чем больше С, тем тяжелее и дороже аккум.
Посмотрим сможет ли аккум такой же ёмкости, но с токоотдачей 25С справится с нашими задачами или нет: 3.3Ah(3300 mAh) х 25C = 82А
Ответ:да.
Такой аккум будет легче и дешевле.
Для контроля состояния батареи можно купить такую штуку.
Для зарядки аккумов очень популярна Imax B6, будьте осторожны, очень много подделок.
И не забывайте с LiPo надо очень осторожно обращаться.
Мой совет: берите не меньше пары аккумов.
6) Доп. Оборудование.
Когда вы определились с дальностью полёт и выбрали систему управления, можно начинать выбор FPV системы:
FPV- дословно: вид от первого лица в реальном времени.
2,4Ггц совместима с 5,8Ггц
433Мгц совместима с 1,2 Ггц
Иначе будут создаваться совместные помехи.
Для своей 2.4Ггц я подобрал 5,8Ггц 200mw
FPV-система стостоит из:
1) Курсовой камеры
2) Передатчика на квадрике
3) Приёмной станции на земле.
Для Увеличения дальности связи можно заменить стандартные антены на ""клеверы""
Большая часть передатчиков питается в пределах 9-12v, небольшая 3S батарея сможет запитать передатчик и камеру, которая выбирается для данного вольтажа.
Что значит 200mw?
Это мощность передатчика. Она непосредственно влияет на дальность связи. На открытой местности с нештатными антенами сигнал можно получать на расстоянии до 1 км.
С учетом того, что моя система управления на расстояние больше 1,5-2км не способна, это идеальный
вариант для моих потребностей.
С выбором приёмника и передатчика теперь все понятно, а как выбрать камеру, их огромное колличество?
Выбор камеры первоначально упирается в денежные средства.
Есть камеры которые имеют функцию потоковой передачи данных и одновременной записи.Стоимость таких камер значительно выше. Очень популярной является камера мобиус.
Появился её конкурент, тоже имеющий AV выход
Можно использовать курсовую камеру из самых дешовых, без корпуса. Стоимость которой колеблется от 600 до 1000рублей, а записывать с помощью хорошей экшен камеры на подвесе.
У FPV камеры мы увидим число ТВЛ. Что это такое? Это число строк развертки. Для FPV камеры будет достаточно 500-700ТВЛ. Важное значение имеет уровень минимальной освещенности, данный параметр измеряется в люксах. 0.01 люкс достаточно для полётов даже вечером. Угол обзора имеет не менее важное значение. 100-120 градусов это идеально. Не плохо бы иметь автоматическую коррекцию засветов и авто. баланс белого.
Картинку можно вывести на такой монитор
Можно прикупить 2х- или 3х-осевой подвес для камеры. Такая штука позволяет поворачивать камеру и иметь более стабильную картинку, без рывков и дерганий.
Штука достаточно дорогая.
У меня вот такой:
Естественно сама бортовая камера
Можно установить LED подсветку, пищалку,GPS-трэкер
Как вы поняли, что бы собрать такой БПЛА необходимо не мало вложений.
Цена приблизительно в пределах 400-500 долларов.
Этот обзор предназначен для новичков и несет в себе теорию, в скором времени будет продолжение.Со сборкой и настройкой.
Я запланировал цикл статей и буду не спеша их реализовывать.
Буду рад критике,спасибо
за просмотр.
Вскрою карты: конечный результат
Как такую штуку собрать и поднять в небо?
Инструкция будет в следующей части)
Вот небольшой ролик из первых полётов с подвесом.
P.S Покупалось все на личные средства. Планирую купить +99 Добавить в избранное Обзор понравился +62 +150
