Контролер польоту FPV

Типи FC

Існує два основних типи контролерів польоту: один більш орієнтований на літак, а інший на мультикоптер. Це не означає, що ви не можете використовувати літаковий FC на мультикоптері або навпаки, але ви, ймовірно, зіштовхнетеся з серйознішими проблемами. Найкраще вибрати правильний тип FC, щоб забезпечити плавнішу роботу.

У мультироторному FC ви знайдете звичайний FC та AIO (All-in-One) FC.

AIO FC інтегрує ESC на ту саму плату, що забезпечує компактність установки. Однак вони не такі надійні, як ESC на окремих платах, як у звичайних стеках FC/ESC (дві окремі плати), оскільки в них використовуються польові транзистори меншого розміру і менше розсіюється тепло через обмеження простору. Дізнайтеся більше про ESC у цьому посібнику: https://oscarliang.com/esc/.

Вибір залежить від ваших вимог: якщо простір та вага є пріоритетами, ви, ймовірно, захочете вибрати AIO FC. В іншому випадку зазвичай краще використовувати звичайний стек FC/ESC через його надійність.

Підключення до ФК

Ось приклад електричної схеми підключення компонентів FPV-дрону до контролера польоту. Кожен FC має різну схему підключення через відмінності у розташуванні майданчиків для паяння, але концепція залишається тією ж — вам просто потрібно визначити відповідні майданчики на вашому FC.

Коли справа доходить до польотних контролерів, ви маєте вибір не тільки в обладнанні, але і в прошивці. Різні варіанти прошивки пропонують різні функції та спеціалізації для різних програм. Наприклад, iNav розроблений з урахуванням GPS та автономного польоту, а Betaflight більше орієнтований на льотні характеристики.

Однак особисто я рекомендував би вибирати між цими двома:

Betaflight: ця прошивка з відкритим кодом орієнтована на льотні характеристики. Він має найбільшу базу користувачів, що полегшує початок роботи завдяки великій кількості навчальних посібників. Це також означає, що підтримка завжди доступна, якщо у вас виникнуть проблеми. Крім того, Betaflight підтримує найширший спектр контролерів польоту.

iNav: Якщо вас більше цікавлять автоматизовані польоти та дорожні точки GPS, iNav це те, що вам потрібно.

Після того, як ви вибрали прошивку, ви можете знайти сумісну плату контролера польоту.

Конфігурація та налаштування

Повзунки налаштування Pid у Betaflight 4.3

Прошивку польотного контролера можна настроїти за допомогою комп'ютера, смартфона або радіоконтролера. Кожна прошивка має власний інтерфейс користувача (UI) і параметри, які можна змінити. Однак навіть схожі інтерфейси користувача можуть забезпечувати різні льотні характеристики в залежності від прошивки, тому потрібен час, щоб вивчити і адаптуватися до нової.

Тюнінг - це термін, який ми використовуємо в хобі для опису процесу налаштування таких параметрів, як PID, швидкість/експозиція та інших, для досягнення бажаних характеристик польоту. Це важливий крок у оптимізації продуктивності вашого FPV-дрону та максимально ефективному використанні вашого контролера польоту. У мене є посібник з налаштування вашого FPV-дрону за кілька простих кроків.

Процесор

Процесори FC: зліва направо: STM32 F1, F3, F4 Процесори FC: зліва направо: STM32 F1, F3, F4

Контролер польоту використовує блоки мікроконтролерів (MCU) для зберігання кодів прошивки та виконання складних обчислень.

В даний час Betaflight підтримує мікроконтролери STM32, такі як F4, F7 та H7, тоді як F1 та F3 більше не підтримуються через недостатність пам'яті для зростаючих вимог прошивки. Тому важливо звертати увагу на доступну на різних процесорах пам'ять — вона така ж важлива, як і швидкість, якщо не більше. Наприклад, хоча остання версія Betaflight дозволяє вам вибирати, які функції використовувати, і зберігати невеликий розмір коду для процесорів з меншим обсягом пам'яті, у довгостроковій перспективі повільніший F405 може фактично мати перевагу перед швидшим F722 через більший обсяг пам'яті. .

Гіроскоп

Контролер польоту FPV-Дрон використовує ряд датчиків для виявлення руху та орієнтації. Основний датчик, який використовується для цієї мети, називається інерційним вимірювальним блоком (IMU). IMU містить як акселерометр, так і гіроскоп, але в хобі термін "гіроскоп" часто використовується для позначення датчика IMU.

Гіроскоп може вимірювати кутову швидкість, а акселерометр вимірює лінійне прискорення. При керуванні дроном FPV у повністю ручному режимі (також відомому як акрорежим) він використовує лише гіроскоп, а в режимах самовирівнювання, таких як режим кута, для роботи потрібні як гіроскоп, так і акселерометр.

Огляд гіроскопу

Найбільш популярні типи гіроскопів для ФП FPV-дронів виробляють два виробники: InvenSense (зараз частина TDK) та Bosch Sensortec.

Між гіроскопом та процесором існує два типи зв'язку: SPI та i2c. SPI є кращим протоколом зв'язку між IMU та процесором, оскільки він забезпечує набагато більш високу частоту оновлення гіроскопа, ніж I2C (який має обмеження 4 кГц). Багато сучасних FC сьогодні використовують SPI-з'єднання для гіроскопа. Ми хочемо уникати MPU6050 та 9150, оскільки вони підтримують тільки i2c, але не SPI.

Як дізнатися, що використовує Gyro FC

Щоб дізнатися, який гіроскоп встановлений у вашому ФК, можна знайти номер моделі IMU, надрукований на чіпі, наприклад, це популярний Invensense MPU-6000.

MPU6000 - гіроскопічний датчик IMUГіроскоп та акселерометр на контролері польоту

Або ви можете ввести команду «status» в інтерфейсі командного рядка Betaflight Configurationator та знайти ім'я IMU у розділі Gyro/ACC. Деякі FC можуть мати більше одного вбудованого гіроскопа, і ви можете вибрати, який з них використовувати в CLI за допомогою команди "set gyro_to_use=0 або 1".

Як перевірити, який гіроскоп включений у статус Betaflight Cli контролера польоту

Який гіроскоп кращий?

Контролери польоту не пропонують опції гіроскопа, але, як правило, якщо ви вибираєте авторитетну марку, яка включає гіроскоп з гарною репутацією, це не повинно викликати жодних проблем. Ось коротка історія гіроскопів, які використовуються у контролерах польоту.

Вибір гіроскопа залежить від його максимальної частоти дискретизації та сприйнятливості до електричних та механічних шумів. До 2022 року найбільш широко використовуваним гіроскопом був MPU6000 через його стійкість до шуму. На загальну думку, слід уникати MPU6500 і MPU9250, незважаючи на їх більш високу швидкість вибірки. ICM20689 також є гідним гіроскопом з точки зору продуктивності, але, як стверджується, він має більший відсоток відмов. ICM20602 - ще один популярний вибір, однак він більш сприйнятливий до шуму і його складніше налаштовувати. Починаючи з версії Betaflight 4.1 (жовтень 2019 р.) частота дискретизації гіроскопа 32 кГц була видалена з Betaflight, тому використання гіроскопа з частотою дискретизації 32 кГц не дає жодних переваг.

У 2022 році виробники FC перейшли з MPU6000 на BMI270 через вартість та доступність. Хоча його максимальна частота дискретизації становить лише 6,4 кГц, Betaflight переводить його в режим OSR4 (з частотою зрізу 300 Гц), що призводить до ще більш низької частоти дискретизації – 3,2 кГц. Це може здатися неоптимальним, але, як я особисто перевіряв, реальна продуктивність BMI270 можна порівняти з MPU6000 (в Betaflight 4.3/4.4). Основним недоліком, ймовірно, є додаткова фільтрація, яка іноді потрібна, оскільки частота зрізу вбудованого фільтра нижніх частот з гіроскопом BMI270 вище.

У 2023 році все більше і більше виробників знову переходять з BMI270 на ICM42688P через доступність та вартість. Гіроскоп ICM-42688P був предметом суперечок через передбачуваний шум і проблеми з налаштуванням. Однак дослідження показують, що проблема не в самому гіроскопі; скоріше, це конструкція польотних контролерів, які він інтегрований. Зокрема, для оптимальної роботи гіроскопу потрібне чисте джерело живлення, що не враховувалося в деяких ранніх розробках FC в 2022 і початку 2023 років, що призводило до поганої продуктивності. Для користувачів, які розглядають можливість придбання контролера польоту з цим гіроскопом, вирішальне значення має ретельне вивчення оглядів продуктів з упором шумові характеристики.

Макет

Компонування FC відноситься до розташування контактів і майданчиків для паяння на платі контролера польоту, що може вплинути на простоту підключення різних компонентів. Багатьох людей цікавлять лише характеристики польотного контролера, і вони часто не беруть до уваги важливість компонування.

Наприклад, порівнюючи наступні два контролери польоту, ви можете бачити, що перший має чудову компонування: всі майданчики згруповані за функціями і розташовані по всіх краях.

Сумісність із ЕКУ

В даний час регулятори швидкості 4-в-1 часто продаються разом з польотними контролерами у вигляді стека, і вони призначені для роботи за принципом "включай та працюй".

Як побудувати FPV Drone 2023 Fc Stack Nuts 2

Однак при використанні ESC і FC різних марок, хоча вони повинні бути сумісні, розпинування може відрізнятися, що вимагатиме перестановки проводів у джгуті, що може стати величезною проблемою. Якщо ви хочете це зробити, обов'язково двічі перевірте розпинання перед з'єднанням FC і ESC разом, неправильне проведення може спалити ваш FC при включенні.

Пояснення припою

Тут я перерахую деякі важливі майданчики для паяння, які часто потрібні на контролері польоту, і поясню, що це означає.

Контактні майданчики напруги

ВБАТ, 3,3, 5, 9 В

Ці колодки використовують для живлення зовнішніх пристроїв. VBAT - це постійна напруга LiPo-батареї, тоді як решта всіх напруг відомі як BEC (схема усунення батареї). Майже всі FC мають контактні майданчики VBAT, 3,3 та 5 В; деякі більші FC пропонують інші напруги, наприклад 9 і 12 В, для живлення відеопередавачів. Зверніть увагу, що всі BEC мають номінальний струм, тому уникайте їх перевантаження, щоб уникнути пошкодження.

УАРТ

UART (універсальний асинхронний приймач/передавач) є найважливішим з'єднанням польотного контролера. Це послідовний апаратний порт, який використовується для підключення зовнішніх компонентів, таких як радіоприймачі, відеопередавачі, GPS і т.д.

Кожен UART має два контакти: один передачі даних (висновок TX) і один прийому даних (висновок RX). Важливо пам'ятати, що TX на периферійному пристрої підключається до RX FC і навпаки. Вам необхідно підключити TX та RX одного і того ж номера для пристрою. Деякі пристрої потребують підключення TX або RX, лише якщо двосторонній зв'язок не потрібний.

Як показано в наступному прикладі, UART3 (контакти R3 та T3) та UART6 (контакти R6 та T6) на польотному контролері можуть бути призначені різним завданням на вкладці портів конфігуратора Betaflight.

Контролери польоту мають обмежену кількість UART; у деяких може бути до 6, а у FC меншого розміру може бути лише 2. Це залежить від процесора і доступного місця. Перед покупкою переконайтеся, що для пристроїв, які ви плануєте використовувати, достатньо UART.

Якщо вам потрібно більше портів UART, Betaflight має функцію SoftSerial, яка перетворює певні майданчики для паяння на «цифрові послідовні порти». Вони схожі на UART, але мають набагато повільнішу швидкість оновлення, що робить їх непридатними для додатків, критичних до часу, таких як приймачі та GPS. Їх можна використовувати для аналогового управління відеопередавачем, але вони також збільшують навантаження на ЦП, тому їх не рекомендується використовувати для повільніших процесорів, інакше вам може знадобитися знизити частоту контуру ПІД-регулятора.

Схема монтажу

Схема кріплення відноситься до відстані між сусідніми монтажними отворами на польотному контролері. Загальні шаблони включають 30,5×30,5 мм, 25,5×25,5 мм, 20×20 мм та 16×16 мм.

Для 5-дюймових FPV-дронів і частіше використовується FC з монтажною схемою 30,5×30,5 мм, тоді як для менших дронів зазвичай використовуються 25,5×25,5 мм або 20×20 мм.

Інші особливості

Контролери польоту оснащені рядом функцій, які можуть покращити ваші враження від польоту. Погляньмо на деякі з них.

Чорний ящик

Blackbox корисний для налаштування та усунення несправностей. Ви можете записувати дані про політ двома способами – використовуючи вбудовану флеш-пам'ять або зберігаючи їх на SD-карті, якщо на борту є вбудований реєстратор SD-карт.

Флеш-пам'ять дешевша, але має обмежену ємність, зазвичай 16 МБ, що дозволяє зберігати від 5 до 10 хвилин польотних даних. Завантаження даних із нього також може бути повільним. Використовуючи пристрій для читання SD-карт на вашому польотному контролері, ви можете вести запис протягом усього року, не спустошуючи сховище, і це дає вам миттєвий доступ до журналів, вставивши SD-карту в пристрій для читання карт.

Журнали Blackbox – незамінна річ для досвідчених пілотів. Це дає вам можливість вичавити максимум з продуктивності дрону та детально діагностувати проблеми.

Якщо ваш польотний контролер не має слота для SD-карти або флеш-пам'яті, ви також можете підключити зовнішній пристрій для читання SD-карт до FC через UART.

Типи роз'ємів

Три основних типи роз'ємів польотного контролера:

Пластикові з'єднувачі JST

Контактні майданчики для паяння

Наскрізні отвори

Пластикові роз'єми менш довговічні, але зручні у використанні, а контактні майданчики міцніші, але потребують паяння. Наскрізні отвори дають можливість прямого паяння або використання штирів.

Порада для професіоналів: як видалити контакти роз'єму на FC .

Порада від професіонала: чи знаєте ви, що контактні майданчики можна відремонтувати, якщо вони відшаруються?

БЕК

BEC (схема випрямляча батареї) це те, що ми називаємо регуляторами напруги на контролері польоту.

Майже всі польотні контролери мають BEC 5 для живлення радіоприймача, GPS і т. д., а деякі також пропонують BEC 9 або 12 В, призначений для живлення відеопередавача. Хоча ви можете живити FPV обладнання безпосередньо від LiPo-батареї, живлення від регульованого джерела живлення може дати кращі результати.

Дізнайтеся, як підключити аналогову установку FPV для досягнення найкращих результатів.

Важливо вибрати правильне джерело напруги в залежності від пристрою, який ви живите. Деякі пристрої можуть живитися безпосередньо від акумулятора LiPo, наприклад відеопередавача. Однак джерело живлення від LiPo має тенденцію бути шумним, стрибки напруги можуть навіть пошкодити ваші пристрої, якщо не буде достатньої фільтрації. BEC діє як фільтр живлення і зазвичай є найкращим джерелом живлення, але вам необхідно перевірити, чи він відповідає вимогам щодо напруги та струму вашого пристрою.

Барометр

Наявність барометра, вбудованого у ваш польотний контролер, може зробити політ за допомогою GPS більш точним (наприклад, режим порятунку GPS), але це не обов'язково.

OSD-чіп

При використанні аналогової системи FPV переконайтеся, що на вашому контролері польоту є чіп OSD (AT7456E), інакше Betaflight OSD не працюватиме. Однак для цифрових FPV-систем, таких як DJI, HDZero і Walksnail, в цьому немає необхідності: все, що їм потрібно для роботи OSD, це лише запасний UART.

М'який монтаж

М'яке кріплення польотного контролера має вирішальне значення для оптимальної продуктивності, знижує шум/вібрацію від рами, що потрапляє в гіроскоп.

Майже всі FC в наші дні мають отвори M4, які дозволяють вставляти гумові втулки, щоб ви могли використовувати кріплення M3 для закріплення плати в рамці.

Міні-контролер польоту Speedybee F405

Існують ФК з «м'яким» кріпленням гіроскопа на шматку пінопласту для зменшення попадання вібрацій на гіроскоп. Це не дуже популярний підхід, оскільки доведено, що він не потрібен, якщо контролер польоту досить м'яко встановлений. Ось кілька порад щодо м'якого монтажу та фільтруючих конденсаторів для зниження шуму.

М'який гіроскоп – Kakute F4

Трохи історії

Історія контролера польоту дрону FPV починається з 2009 року, коли виробник використав аксесуар Wii Motion Plus з платою Arduino для керування дроном. Це призвело до розвитку проекту Multiwii, який у результаті створив власну плату контролера польоту, що працювала на 8-бітному процесорі Atmel.

У 2013 році інший розробник під назвою timecop створив плату контролера польоту з 32-бітним процесором ARM Naze32 і портував на неї вихідний код Multiwii, який отримав назву Baseflight. Ця плата має форм-фактор 35х35 мм (з кріпленням 30х30 мм) та актуальна до цього дня.

У 2014 році Hydra модифікувала Baseflight і створила Cleanflight, що призвело до вибуху на ринку 32-бітних контролерів польоту, коли виробники розробили свої власні варіанти FC.

Betaflight було створено у 2015 році компанією «BorisB» з використанням вихідного коду Cleanflight та внесенням до нього значних змін. Коли Betaflight був вперше випущений, він був зосереджений на поліпшенні продуктивності Cleanflight, а також на додаванні нових функцій і можливостей. Згодом Betaflight значно відрізняється від Cleanflight і тепер вважається окремою прошивкою. Betaflight в даний час є найпопулярнішою прошивкою контролера польоту для FPV-дронів, і вона досі часто оновлюється.