Контроллер полета FPV

Типы FC

Существует два основных типа контроллеров полета: один более ориентирован на самолет, а другой — на мультикоптер. Это не означает, что вы не можете использовать самолетный FC на мультикоптере или наоборот, но вы, вероятно, столкнетесь с более серьезными проблемами. Лучше всего выбрать правильный тип FC, чтобы обеспечить более плавную работу.

В мультироторном FC вы найдете обычный FC и AIO (All-in-One) FC.

AIO FC интегрирует ESC на одну и ту же плату, что обеспечивает компактность установки. Однако они не так надежны, как ESC на отдельных платах, как в обычных стеках FC/ESC (две отдельные платы), поскольку в них используются полевые транзисторы меньшего размера и меньше рассеивается тепло из-за ограничения пространства. Узнайте больше о ESC в этом руководстве: https://oscarliang.com/esc/.

Выбор зависит от ваших требований: если пространство и вес являются приоритетами, вы, вероятно, захотите выбрать AIO FC. В противном случае обычно предпочтительнее использовать обычный стек FC/ESC из-за его надежности.

Подключение к ФК

Вот пример электрической схемы подключения компонентов FPV-дрона к контроллеру полета. Каждый FC имеет различную схему подключения из-за различий в расположении площадок для пайки, но концепция остается той же — вам просто нужно определить соответствующие площадки на вашем FC.

Когда дело доходит до полетных контроллеров, у вас есть выбор не только в оборудовании, но и в прошивке. Различные варианты прошивки предлагают разные функции и специализации для различных приложений. Например, iNav разработан с учетом GPS и автономного полета, а Betaflight больше ориентирован на летные характеристики.

Однако лично я бы рекомендовал выбирать между этими двумя:

Betaflight: эта прошивка с открытым исходным кодом ориентирована на летные характеристики. Он имеет самую большую базу пользователей, что облегчает начало работы благодаря обилию учебных пособий. Это также означает, что поддержка всегда доступна, если у вас возникнут проблемы. Кроме того, Betaflight поддерживает самый широкий спектр контроллеров полета. 

iNav: Если вас больше интересуют автоматизированные полеты и путевые точки GPS, iNav — это то, что вам нужно.

После того, как вы выбрали прошивку, вы можете найти совместимую плату контроллера полета.

Конфигурация и настройка

Ползунки настройки Pid в Betaflight 4.3

Прошивку полетного контроллера можно настроить с помощью компьютера, смартфона или радиоконтроллера. Каждая прошивка имеет собственный пользовательский интерфейс (UI) и параметры, которые можно изменить. Однако даже похожие пользовательские интерфейсы могут обеспечивать разные летные характеристики в зависимости от прошивки, поэтому требуется время, чтобы изучить и адаптироваться к новой.

« Тюнинг » — это термин, который мы используем в хобби для описания процесса настройки таких параметров, как PID, скорость/экспозиция и других, для достижения желаемых характеристик полета. Это важный шаг в оптимизации производительности вашего FPV-дрона и максимально эффективном использовании вашего контроллера полета. У меня есть руководство по настройке вашего FPV-дрона за несколько простых шагов .

Процессор

Процессоры FC: слева направо: STM32 F1, F3, F4Процессоры FC: слева направо: STM32 F1, F3, F4

Контроллер полета использует блоки микроконтроллеров (MCU) для хранения кодов прошивки и выполнения сложных вычислений.

В настоящее время Betaflight поддерживает микроконтроллеры STM32, такие как F4, F7 и H7, тогда как F1 и F3 больше не поддерживаются из-за недостаточности памяти для растущих требований прошивки. Поэтому важно обращать внимание на доступную на разных процессорах память — она так же важна, как и скорость, если не больше. Например, хотя последняя версия Betaflight позволяет вам выбирать, какие функции использовать, и сохранять небольшой размер кода для процессоров с меньшим объемом памяти, в долгосрочной перспективе более медленный F405 может фактически иметь преимущество перед более быстрым F722 из-за большего объема памяти. .

Гироскоп

Контроллер полета FPV-дрона использует ряд датчиков для обнаружения движения и ориентации. Основной датчик, используемый для этой цели, называется инерциальным измерительным блоком (IMU). IMU содержит как акселерометр, так и гироскоп, но в хобби термин «гироскоп» часто используется для обозначения датчика IMU.

Гироскоп может измерять угловую скорость, а акселерометр измеряет линейное ускорение. При управлении дроном FPV в полностью ручном режиме (также известном как акрорежим) он использует только гироскоп, а в режимах самовыравнивания, таких как режим угла, для работы требуются как гироскоп, так и акселерометр.

Обзор гироскопа

Наиболее популярные типы гироскопов для ФП FPV-дронов производят два производителя: InvenSense (сейчас часть TDK) и Bosch Sensortec.

Между гироскопом и процессором существует два типа связи: SPI и i2c. SPI является предпочтительным протоколом связи между IMU и процессором, поскольку он обеспечивает гораздо более высокую частоту обновления гироскопа, чем I2C (который имеет ограничение 4 кГц). Почти все современные FC сегодня используют SPI-соединение для гироскопа. Мы хотим избегать MPU6050 и 9150, поскольку они поддерживают только i2c, но не SPI.

Как узнать, что использует Gyro FC

Чтобы узнать, какой гироскоп установлен в вашем ФК, вы можете найти номер модели IMU, напечатанный на чипе, например, это популярный Invensense MPU-6000.

MPU6000 — гироскопический датчик IMUГироскоп и акселерометр на контроллере полета

Или вы можете ввести команду «status» в интерфейсе командной строки Betaflight Configurationator и найти имя IMU в разделе Gyro/ACC. Некоторые FC могут иметь более одного встроенного гироскопа, и вы можете выбрать, какой из них использовать в CLI, с помощью команды «set gyro_to_use=0 или 1».

Как проверить, какой гироскоп включен в статус Betaflight Cli контроллера полета

Какой гироскоп лучше?

Контроллеры полета не предлагают опции гироскопа, но, как правило, если вы выбираете авторитетную марку, которая включает в себя гироскоп с хорошей репутацией, это не должно вызывать никаких проблем. Вот краткая история гироскопов, используемых в контроллерах полета.

Выбор гироскопа зависит от его максимальной частоты дискретизации и восприимчивости к электрическим и механическим шумам. До 2022 года наиболее широко используемым гироскопом был MPU6000 из-за его устойчивости к шуму. По общему мнению, следует избегать MPU6500 и MPU9250, несмотря на их более высокую скорость выборки. ICM20689 также является достойным гироскопом с точки зрения производительности, но, как утверждается, у него более высокий процент отказов . ICM20602 — еще один популярный выбор, однако он более восприимчив к шуму и его сложнее настраивать . Начиная с версии Betaflight 4.1 (октябрь 2019 г.), частота дискретизации гироскопа 32 кГц была удалена из Betaflight, поэтому использование гироскопа с частотой дискретизации 32 кГц не дает никаких преимуществ.

В 2022 году производители FC перешли с MPU6000 на BMI270 из-за стоимости и доступности. Хотя его максимальная частота дискретизации составляет всего 6,4 кГц, Betaflight переводит его в режим OSR4 (с частотой среза 300 Гц), что приводит к еще более низкой частоте дискретизации — 3,2 кГц. Это может показаться неоптимальным, но, как я лично проверял, реальная производительность BMI270 сравнима с MPU6000 (в Betaflight 4.3/4.4). Основным недостатком, вероятно, является дополнительная фильтрация, которая иногда требуется, поскольку частота среза встроенного фильтра нижних частот с гироскопом BMI270 выше.

В 2023 году все больше и больше производителей снова переходят с BMI270 на ICM42688P из-за доступности и стоимости. Гироскоп ICM-42688P был предметом споров из-за предполагаемого шума и проблем с настройкой. Однако исследования показывают, что проблема не в самом гироскопе; скорее, это конструкция полетных контроллеров, в которые он интегрирован. В частности, для оптимальной работы гироскопу требуется чистый источник питания, что упускалось из виду в некоторых ранних разработках FC в 2022 и начале 2023 годов, что приводило к плохой производительности. Для пользователей, рассматривающих возможность приобретения контроллера полета с этим гироскопом, решающее значение имеет тщательное изучение обзоров продуктов с упором на шумовые характеристики.

Макет

Компоновка FC относится к расположению контактов и площадок для пайки на плате контроллера полета, что может сильно повлиять на простоту подключения различных компонентов. Многих людей интересуют только характеристики полетного контроллера, и они часто упускают из виду важность компоновки.

Например, сравнивая следующие два контроллера полета, вы можете видеть, что первый имеет превосходную компоновку: все площадки сгруппированы по функциям и расположены по всем краям.

Совместимость с ЭКУ

В настоящее время регуляторы скорости 4-в-1 часто продаются вместе с полетными контроллерами в виде стека, и они предназначены для работы по принципу «включай и работай».

Как построить FPV Drone 2023 Fc Stack Nuts 2

Однако при использовании ESC и FC разных марок, хотя они должны быть совместимы, распиновка может отличаться, что потребует перестановки проводов в жгуте, что может стать огромной проблемой. Если вы хотите это сделать, обязательно дважды проверьте распиновку перед соединением FC и ESC вместе, неправильная проводка может сжечь ваш FC при включении.

Объяснение припоя

Здесь я перечислю некоторые важные площадки для пайки, которые часто нужны на контроллере полета, и объясню, что они означают.

Контактные площадки напряжения

ВБАТ, 3,3 В, 5 В, 9 В

Эти колодки используются для питания внешних устройств. VBAT — это постоянное напряжение LiPo-батареи, тогда как все остальные напряжения известны как BEC (схема устранения батареи). Почти все FC имеют контактные площадки VBAT, 3,3 В и 5 В; некоторые более крупные FC предлагают другие напряжения, например 9 В и 12 В, для питания видеопередатчиков. Обратите внимание, что все BEC имеют номинальный ток, поэтому избегайте их перегрузки, чтобы избежать повреждения.

УАРТ

UART (универсальный асинхронный приемник/передатчик) является наиболее важным соединением полетного контроллера. Это аппаратный последовательный порт, используемый для подключения внешних компонентов, таких как радиоприемники, видеопередатчики, GPS и т. д.

Каждый UART имеет два контакта: один для передачи данных (вывод TX) и один для приема данных (вывод RX). Важно помнить, что TX на периферийном устройстве подключается к RX на FC и наоборот. Вам необходимо подключить TX и RX одного и того же номера для устройства. Некоторым устройствам требуется подключение TX или RX только в том случае, если двусторонняя связь не требуется.

Как показано в следующем примере, UART3 (контакты R3 и T3) и UART6 (контакты R6 и T6) на полетном контроллере могут быть назначены различным задачам на вкладке портов конфигуратора Betaflight.

Контроллеры полета имеют ограниченное количество UART; у некоторых их может быть до 6, а у FC меньшего размера может быть только 2. Это зависит от процессора и доступного места. Перед покупкой убедитесь, что для устройств, которые вы планируете использовать, достаточно UART.

Если вам нужно больше портов UART, у Betaflight есть функция SoftSerial, которая преобразует определенные площадки для пайки в «цифровые последовательные порты». Они похожи на UART, но имеют гораздо более медленную скорость обновления, что делает их непригодными для приложений, критичных ко времени, таких как приемники и GPS. Их можно использовать для аналогового управления видеопередатчиком, но они также увеличивают нагрузку на ЦП, поэтому их не рекомендуется использовать для более медленных процессоров, иначе вам может потребоваться снизить частоту контура ПИД-регулятора.

Схема монтажа

Схема крепления относится к расстоянию между соседними монтажными отверстиями на полетном контроллере. Общие шаблоны включают 30,5×30,5 мм, 25,5×25,5 мм, 20×20 мм и 16×16 мм.

Для 5-дюймовых FPV-дронов и более часто используется FC с монтажной схемой 30,5×30,5 мм, тогда как для меньших дронов обычно используются 25,5×25,5 мм или 20×20 мм.

Другие особенности

Контроллеры полета оснащены рядом функций, которые могут улучшить ваши впечатления от полета. Давайте посмотрим на некоторые из них.

Черный ящик

Blackbox полезен для настройки и устранения неполадок. Вы можете записывать данные о полете двумя способами – используя встроенную флэш-память или сохраняя их на SD-карте, если на борту имеется встроенный регистратор SD-карт.

Флэш-память дешевле, но имеет ограниченную емкость, обычно 16 МБ, что позволяет хранить от 5 до 10 минут полетных данных. Загрузка данных с него также может быть медленной. Используя устройство чтения SD-карт на вашем полетном контроллере, вы можете вести запись в течение всего года, не опустошая хранилище, и это дает вам мгновенный доступ к журналам, вставив SD-карту в устройство чтения карт.

Журналы Blackbox — незаменимая вещь для опытных пилотов. Это дает вам возможность выжать максимум из производительности дрона и детально диагностировать проблемы. 

Если ваш полетный контроллер не имеет слота для SD-карты или флэш-памяти, вы также можете подключить внешнее устройство чтения SD-карт к FC через UART.

Типы разъемов

Три основных типа разъемов полетного контроллера:

Пластиковые соединители JST

Контактные площадки для пайки

Сквозные отверстия

Пластиковые разъемы менее долговечны, но удобны в использовании, а контактные площадки более прочны, но требуют пайки. Сквозные отверстия дают возможность прямой пайки или использования штырей.

Совет для профессионалов: как удалить контакты разъема на FC .

Совет от профессионала: знаете ли вы, что контактные площадки можно починить, если они отслоятся ?

БЭК

BEC (схема выпрямителя батареи) — это то, что мы называем регуляторами напряжения на контроллере полета.

Почти все полетные контроллеры имеют BEC 5 В для питания радиоприемника, GPS и т. д., а некоторые также предлагают BEC 9 В или 12 В, предназначенный для питания видеопередатчика. Хотя вы можете питать оборудование FPV непосредственно от LiPo-батареи, питание от регулируемого источника питания может дать лучшие результаты.

Узнайте, как подключить аналоговую установку FPV для достижения наилучших результатов .

Важно выбрать правильный источник напряжения в зависимости от устройства, которое вы питаете. Некоторые устройства могут питаться напрямую от аккумулятора LiPo, например, видеопередатчик. Однако источник питания от LiPo имеет тенденцию быть шумным, скачки напряжения могут даже повредить ваши устройства, если не будет достаточной фильтрации. BEC действует как фильтр питания и обычно является лучшим источником питания, но вам необходимо проверить, соответствует ли он требованиям по напряжению и току вашего устройства.

Барометр

Наличие барометра, встроенного в ваш полетный контроллер, может сделать полет с помощью GPS более точным (например, режим спасения GPS ), но это не обязательно.

OSD-чип

При использовании аналоговой системы FPV убедитесь, что на вашем контроллере полета имеется чип OSD (AT7456E), иначе Betaflight OSD не будет работать. Однако для цифровых FPV-систем, таких как DJI, HDZero и Walksnail, в этом нет необходимости: все, что им нужно для работы OSD, — это всего лишь запасной UART.

Мягкий монтаж

Мягкое крепление полетного контроллера имеет решающее значение для оптимальной производительности, оно снижает шум/вибрацию от рамы, попадающую в гироскоп.

Почти все FC в наши дни имеют отверстия M4, которые позволяют вставлять резиновые втулки (втулки), чтобы вы могли использовать крепеж M3 для закрепления платы в рамке.

Мини-контроллер полета Speedybee F405

Существуют ФК с «мягким» креплением гироскопа на куске пенопласта для уменьшения попадания вибраций на гироскоп. Это не очень популярный подход, поскольку доказано, что он не нужен, если сам контроллер полета достаточно мягко установлен. Вот несколько советов по мягкому монтажу и фильтрующим конденсаторам для снижения шума.

Мягкий гироскоп – Kakute F4

Немного истории

История контроллера полета дрона FPV начинается с 2009 года, когда производитель использовал аксессуар Wii Motion Plus с платой Arduino для управления дроном. Это привело к развитию проекта Multiwii , который в итоге создал собственную плату контроллера полета, работавшую на 8-битном процессоре Atmel.

В 2013 году другой разработчик под названием «timecop» создал плату контроллера полета с 32-битным процессором ARM Naze32 и портировал на нее исходный код Multiwii, получивший название «Baseflight». Эта плата имеет форм-фактор 35х35 мм (с креплением 30х30 мм) и актуальна по сей день.

В 2014 году «Hydra» модифицировала Baseflight и создала Cleanflight , что привело к взрыву на рынке 32-битных контроллеров полета, когда производители разработали свои собственные варианты FC.

Betaflight был создан в 2015 году компанией «BorisB» с использованием исходного кода Cleanflight и внесением в него значительных изменений. Когда Betaflight был впервые выпущен, он был в основном сосредоточен на улучшении производительности Cleanflight, а также на добавлении новых функций и возможностей. Со временем Betaflight значительно отличается от Cleanflight и теперь считается отдельной прошивкой. Betaflight в настоящее время является самой популярной прошивкой контроллера полета для FPV-дронов, и она до сих пор часто обновляется.