Schéma elektronických blokov kvadrokoptéry. Schémy montáže kvadrokoptér

Bezpilotné lietadlá (drony) sú high-tech drahé vybavenie. Zdá sa však, že „drony“ amatérskej úrovne výkonu sú celkom cenovo dostupné. Ani náhodou posledné roky malé drony, vrátane tých, ktoré si sami zostavili, si rýchlo získavajú obľubu medzi obyvateľmi mesta. Nová, takzvaná technológia FPV (First Person View) – pohľad z prvej osoby, poskytuje jedinečný zážitok z letu každému. Rádiom riadené modelovanie lietadiel bolo vždy v dopyte mládežníckej spoločnosti. Príchod dronov len podnietil tento dopyt, ktorý sa dá ľahko uspokojiť, ak si kúpite hotové lietajúce auto alebo zostavíte dron vlastnými rukami.

Kvadrokoptéra (dron) je dizajn bezpilotného vzdušného dopravného prostriedku, jedného z najpopulárnejších leteckých modelov.

Najjednoduchší spôsob, ako získať UAV, je jednoducho si vziať a kúpiť kvadrokoptéru (dron), pretože trh (vrátane internetu) takúto príležitosť voľne poskytuje.

Pre väčší záujem a lepšie pochopenie toho, čo je to dron, je však praktickejšie a ekonomickejšie poskladať si kvadrokoptéru vlastnými rukami (DIY - Do It Yourself) napríklad zo sady hotových dielov. Vážnejšou možnosťou je zostaviť kvadrokoptéru (dron) od základu s použitím minima hotových komponentov.

Čo potrebujete na zostavenie kvadrokoptéry (dronu)

Predtým, ako začnete zostavovať dron vlastnými rukami, budete sa musieť rozhodnúť o komponentoch na vytvorenie kvadrokoptéry (dronu). Zvážte preto zoznam základných komponentov, ktoré tvoria (dron):

Rám kvadrokoptéry

Rám dronu (kvadrokoptéry) môže byť vyrobený z rôznych materiálov:

kov,
plast,
drevené.

Ak padla voľba na drevený rám dronu (ako technologicky najjednoduchší), budete potrebovať drevenú dosku hrubú cca 2,5-3,0 cm, dlhú 60-70 cm.

Doska je narezaná tak, že sa získajú dva pásy dlhé 60 cm a široké 3 cm.Tieto dva pásy sú štruktúrou budúceho kvadrantu kvadrokoptéry.

Rámová konštrukcia dronu je postavená jednoduchým prekrížením dvoch drevených dosiek pod rámovým faktorom „X“. Výsledný rám je v strednej časti vystužený obdĺžnikovým kusom - prešívaním. Veľkosť obdĺžnika je 6 × 15 cm, hrúbka je 2 mm. Materiál je tiež drevo.

Klasická rámová konfigurácia kvadrokoptéry (dronu), ktorá sa používa vo väčšine montážnych puzdier pre domácich majstrov. Zobrazené s nainštalovanými motormi a ovládačom

Iné rozmery rámu kvadrokoptéry (dronu) okrem uvedených nie sú vylúčené, no netreba zabúdať na rešpektovanie proporcií. Spojenie častí rámu sa zvyčajne vykonáva klincami a lepidlom.

Namiesto dreva je povolené používať kov alebo plast rovnakých rozmerov. Spôsoby spájania lamiel sa však budú líšiť.

Nižšie je uvedený zoznam hotových karbónových rámov pre kvadrokoptéry (drony) dostupných na trhu:

LHI 220-RX FPV
Readytosky FPV
iFlight XL5
RipaFire F450 4-os
Usmile X štýl
Readytosky S500

Motory, moduly ESC, vrtule

Na výrobu klasickej kvadrokoptéry (dronu) musíte mať 4 motory. Preto, ak sa vytvorí projekt oktokoptéry, bude potrebných osem motorov.

Jedna z možností výroby motorových vrtúľ kvadrokoptér (dronov). Zvoleným materiálom je tvrdý plast, vzhľadom na malé rozmery konštrukcie.

V ruštine sa modul ESC (Electronic Speed Controllers) kvadrokoptéry nazýva regulátor rýchlosti. Toto nie je menej dôležitá súčasť bezpilotného lietadla ako elektromotor.

Moduly ESC sú zodpovedné za správny prenos energie do motorov dronu. Počet modulov kvadrokoptér zodpovedá počtu elektromotorov.

Bezuhlíkové motory Emax RS2205 2600KV
Bezuhlíkové motory DLFPV DL2205 2300KV
Bezuhlíkové motory Gemfan GT2205 2650KV
Kombinované motory HOBBYMATE pre kvadrokoptéru

35A ESC BlHeli32 32bit DSHOT1200
Thriverline Sunrise ESC 20A BLHeli-S

Vrtule sa dajú kúpiť kovové 9-palcové. Tieto produkty sú priaznivá cena voľne dostupné na trhu.

Kovové konštrukcie sú odolné, počas letu sa neohnú pri vysokých zaťaženiach. Avšak pre výkonnejšie vrtule - najlepšia možnosť uhlíkové vrtule. Napríklad tieto:

Rýchloupínacie vrtule BTG vystužené uhlíkovými vláknami
Performance 1245 Black Propellers MR Series
Skladacie rýchloupínacie vrtule YooTek 4 páry
Samonaťahovacie vrtule Myshine 9450
Jrelecs 2 páry vrtule z uhlíkových vlákien

Elektronika a napájací modul

Zostava elektroniky pre drony (kvadrokoptéry) sa tradične skladá z letového ovládača a bezdrôtového riadiaceho systému. To zahŕňa aj napájací modul, pretože väčšina výkonových modulov je vybavená elektronický systém monitorovanie batérie.

Stav nabitia batérie je dôležitým bodom letu. Je ťažké si predstaviť, čo sa stane so zariadením, ak sa batéria vybije napríklad počas letu nad vodnou plochou.

Letový ovládač udržiava stabilitu letu kvadrokoptéry spracovaním údajov týkajúcich sa smeru a sily vetra, ako aj mnohých ďalších parametrov.

Letový ovládač na čipe STM32F103C8T6: 1, 2 - výškový reproduktor (+; -); 3 - tok; 4 - RCCI; 5 - telo; 6 - 5 voltov; 7 - batéria; 8, 9 - UART TX, RX; 10 - páskový indikátor; 11, 12, 13, 14 - motory; 15 - PPM

Riadiaca jednotka je spravidla vybavená takzvaným "firmvérom" - pamäťovým čipom, kde sa zapisujú základné informácie pre čip, podobne ako mikrokontrolér AVR.

Letový ovládač sa dá kúpiť v hotovej verzii, ale nie je vylúčené ani zostavenie obvodu vlastnými rukami. Je pravda, že pre druhú možnosť musíte mať zručnosti elektronického inžiniera a zodpovedajúce. Preto je jednoduchšie stále používať hotové riešenia. Napríklad jeden z nasledujúcich:

ArduPilot- kvalitný ovládač (drahý), určený pre bezpilotné lietadlá. Firmvér sa vyznačuje prítomnosťou plne automatizovaných letových režimov. Systém poskytuje vysoké technické vlastnosti.

OpenPilot CC3D- systém založený na digitálnom pohybovom procesore, vybavený celou rodinou senzorov riadenia letu. Obsahuje trojsúradnicový akcelerometer a gyroskop. Projekt je pomerne jednoduchý na konfiguráciu a inštaláciu. Existuje návod na použitie.

NAZE32- je tiež pomerne flexibilný a výkonný systém, ale zdá sa byť trochu komplikovaný z hľadiska konfigurácie. Vybavený pokročilým programom firmvéru.

KK2- jedno z populárnych riešení, ktoré si začiatočníci často vyberajú, pretože ovládač je relatívne lacný a je vybavený LCD displejom. Základom obvodu je mikrokontrolér AVR jednej z najnovších modifikácií. Schéma zabezpečuje pripojenie snímačov MPU6050. Nastavenie je však len manuálne.

Bezdrôtový systém diaľkové ovládanie pozostáva z vysielača a prijímača rádiových signálov. Prostredníctvom systému diaľkového ovládania sa vykonáva nielen riadenie letu, ale aj riadenie polohy inštalované na drone.

Ovládací panel dronu (kvadrokoptéry) v klasickej variácii vysielača rádiového signálu s možnosťou sledovania cez LCD displej

Tu sa spravidla používajú iba hotové riešenia. Napríklad ktorýkoľvek zo systémov diaľkového ovládania v zozname nižšie:

Futaba 10JH 10-kanálový Heli T-FHSS počítačový rádiový systém
Rádiový riadiaci systém Turnigy 9xr PRO
Rádiový vysielač Spektrum DX8
6-kanálový rádiový riadiaci systém YKS FlySky FS-i6 2,4 GHz

Zostavenie dronu (kvadrokoptéry) vlastnými rukami

Na vytvorenom ráme sú inštalované elektromotory. Ak neexistujú žiadne iné možnosti, môže byť potrebné vypočítať umiestnenie motorov a vyvŕtať montážne otvory v ráme.

Približne podľa takejto mechanickej schémy sa odporúča upevniť elektromotory na rám kvadrokoptéry (dronu). Je pravda, že veľa závisí od materiálu rámu.

Potom sú namontované regulátory rýchlosti. Tradične sa tieto moduly inštalujú na spodnú rovinu rámu. Regulátory otáčok sú pripojené priamo k motorom pomocou plochých káblov.

Ďalej sa do rámu pridá pristávací modul - časť konštrukcie navrhnutá na organizáciu „mäkkého“ pristátia dronu. Konštrukcia tohto konštrukčného prvku by mala zabezpečiť zmiernenie otrasov pri pristávaní na tvrdú zem. Možné sú rôzne prevedenia.

Ďalším krokom je montáž letového ovládača. Umiestnenie tohto modulu nie je rozhodujúce. Hlavná vec je zabezpečiť ochranu elektroniky a neprerušovanú prevádzku.

Let dronu je pripojený podľa priloženej schémy k modulu (prijímaču) diaľkového ovládača a k elektronickej doske pre nastavenie otáčok motorov. Všetky pripojenia sa vykonávajú pomocou spoľahlivých konektorov a najdôležitejšie body sú „sadnúť“ na spájkovanie cínom.

V zásade sa tu dokončuje hlavná zostava. Netreba sa ale ponáhľať s uzavretím dronu telom. Na to je potrebné otestovať všetky systémy – senzory a ďalšie komponenty kvadrokoptéry špeciálny softvér OpenPilot GCS (CC3D a GCS). Je pravda, že vydanie programu je dosť staré a nemusí byť podporované novým vývojom.

Po teste je zostavené zariadenie – bezpilotná kvadrokoptéra pripravené na let. V budúcnosti je možné dron jednoducho upgradovať – vybaviť ho videokamerou a ďalšími zariadeniami, ktoré rozšíria funkčnosť.

Pravdepodobne nestojí za to hovoriť o tom, aké populárne sú teraz kvadrokoptéry. A s najväčšou pravdepodobnosťou viete, koľko stoja, a už ste o tom prestali uvažovať. V našom článku sa dozviete ako vyrobte si vlastnú kvadrokoptéru doma. Hneď vás varujeme, že ide o zodpovednú a náročnú úlohu, no v konečnom dôsledku budete mať neoceniteľné skúsenosti a vzácne zariadenie za smiešnu cenu.

Existuje niekoľko spôsobov, ako zostaviť kvadrokoptéru sami:

Ako zostaviť kvadrokoptéru vlastnými rukami

Upozorňujeme, že pokyny sú zovšeobecnené a že v niekoľkých bodoch môžu existovať rozdiely. Povieme vám základy o montáži a výbere dielov.

Aké podrobnosti sú potrebné

Rám a jeho komponenty. Hlavná vec v helikoptére je nosná časť. Ak je rám ľahší, zmizne menej energie. Ale majte na pamäti - ľahké rámy sú drahšie. Odolnosť nie je taká dôležitá, pokiaľ neplánujete umiestniť na štvorkolku ťažší fotoaparát. Existujú tri typy rámov: štvorlúčový, šesťlúčový a osemlúčový (jeden motor pre každý lúč).

Vlastnosti výberu komponentov

Motory.Čínske internetové obchody sú väčšinou prefíkané a preceňujú špecifikácie. Preto sa kvôli spoľahlivosti oplatí kúpiť výkonnejšie motory. Umožní tiež zdvihnúť ťažší fotoaparát. Tiež existuje dva typy kvadrokoptérových motorov- tieto sú zberné a bezkartáčové
Vrtule. Ich cena závisí od účelu vašej helikoptéry. Ak vaše plány neobsahujú zložitejšie „úlety“ – postačia vám plastové vrtule. Ak plánujete leteckú fotografiu, budete musieť vziať kompozitné materiály. Čím sú vrtule drahšie, tým sú pevnejšie a vyvažovanie trvá menej času.
Diaľkové ovládanie, prijímač signálu. Diaľkové ovládanie je potrebné vziať spolu s prijímačom. V tomto prípade prijímač prijme signál vyslaný z diaľkového ovládača. Normálne diaľkové ovládače opäť stoja od tisíc rubľov a viac - majú vyšší dosah. Samotné diaľkové ovládače môžu mať veľa zbytočných prepínačov, ktoré vás budú zmiasť - je lepšie nebrať takéto prípady.
Regulátory a batérie. Odporúčame vám okamžite vziať súpravu motorov s ovládačmi. Môžete to urobiť bez toho, ale potom budete musieť nastaviť výkon sami. Batériu treba kúpiť s výkonnejšou, najmä ak chcete dať ťažší fotoaparát.
Ovládač. Ovládače sú dvoch typov. Universal je pohodlný, pretože funguje na dronoch akejkoľvek zostavy, prispievajú k tomu senzory a multifunkčnosť. Nevýhodou je cena ovládača - od 17 tisíc rubľov. Bude tiež potrebné nakonfigurovať pomocou špeciálneho softvéru napísaného pod konkrétny model. Špecializovaný ovládač už má potrebné nastavenia pre konkrétny typ koptéry.
Fotoaparát. Výber kamery pre kvadrokoptéru nie je jednoduchá záležitosť. Odporúčame vám nainštalovať kameru ako GoPro alebo analógy od čínskych spoločností - ich kvalita sa príliš nelíši. Hlavnú úlohu zohráva hmotnosť a pozorovací uhol, o tom druhom budeme diskutovať nižšie. Čím je fotoaparát masívnejší, tým ťažšie bude jeho vycentrovanie. Polohu kamery môžete vypočítať pomocou vzorca L \u003d 2 * tg (A / 2) x H, (L je zorné pole, A je uhol, D je vzdialenosť od vrtúľ).

Analógové kamery GoPro

Akčná kamera Xiaomi Yi

Cena na AliExpress: 49,99 – 109,99 USD

Technické údaje:

Snímač: CMOS 1/2,3″ 16 megapixelov;
Objektív: f/2,8, FOV 155 stupňov;
Video: 1920×1080, 60fps;
Foto: 4608×3456;
Hmotnosť: 72 gramov;
Časozber: Áno
Vstavaná obrazovka: nie;
Pamäť: microSD karta.

SJCAM SJ5000X 2K

Cena na AliExpress: $126.58

Technické údaje:

Snímač: CMOS 12 megapixelov;
Objektív: f/2,8, FOV 170 stupňov;
Video: 2560 × 1440, 30 snímok za sekundu;
Foto: 4032×3024;
Hmotnosť: 74 gramov;
Časozber: Áno
Vstavaná obrazovka: áno;
Pamäť: microSD karta.

O diely z Číny

Samozrejme, čínskych výrobcov nepodceňujte, ale ani nechváľte. Prebíjanie ich produktov je bežná vec. Môžete si vziať, ale nie lacné diely, inak musíte urobiť všetko znova.

Montážny návod

Určite ste si prečítali tento článok a vzali si rám s rozvodnou doskou. Ale ak ste to neurobili, nevadí, stačí pripojiť vodiče k riadiacemu modulu.

Vezmite si napríklad helikoptéru zostavenú z nasledujúcich komponentov:

Základňa (rám) - Sada rámu pre kvadrokoptéru Diatone Q450 Quad 450 V3 450
4 motory Bezuhlíkový motor DYS D2822-14 1450KV.
regulátor rýchlosti Firmvér DYS 30A 2-4S bezuhlíkový regulátor rýchlosti ESC Simonk
Vrtule DYS E-Prop 8×6 8060 SF ABS pomalý vrtuľový list pre RC lietadlo
riadiaci modul 1,5kk21evo
Batéria, typ: lítium-polymérová — Turnigy nano-tech 2200mah 4S ~90C Lipo Pack
Nabíjačka Hobby King Variable6S 50W 5A
Konektor batérie XT60 Zástrčka samec 12AWG 10cm s drôtom
Konektory 20 párov 3,5 mm Bullet Connector Banana Plug pre RC batériu / motor
Diaľkové ovládanie Spektrum DX6 V2 s prijímačom AR610 (s prijímačom a vysielačom)

To všetko bude stáť asi 20 tisíc rubľov.

Kroky montáže kvadrokoptéry

Všetku túto dobrotu vyložíme na stôl a pokračujeme.

Približne odhadnite požadovanú dĺžku vodičov ovládača, pre každý prípad pridajte malú rezervu a odrežte ich na požadovanú dĺžku.
Na výstupy regulátorov prispájkujeme konektory pre zjednodušenie zapojenia motorov.
Prispájkujte regulátory rýchlosti na dosku vodičov.
Prispájkujte aj konektor batérie na elektroinštaláciu.
Opatrne naskrutkujte motory na ramená dronu. Pri inštalácii dávajte pozor na závit.
Spájkujeme konektory motora, ak nie sú.
Nosníky upevňujeme motormi k doske.
Regulátory pripevňujeme k lúčom vrtuľníka. Najpohodlnejšie je to urobiť pomocou plastových svoriek.
Zapíname vodiče regulátorov k motorom v náhodnom poradí. V prípade potreby zmeňte poradie.
Riadiaci modul upevníme na puzdro (po nasnímaní zadnej strany pochopíte prečo). Fixujeme aj na žuvačku, ale na začiatok odporúčam použiť mäkkú obojstrannú lepiacu pásku.
K regulátoru pripojíme regulátory otáčok. V portoch označených znakmi "plus" - "mínus" - "prázdny" spravidla pripájame k obrazovke biely vodič.
Zvyšnou lepiacou páskou pripevníme prijímač bližšie k riadiacej jednotke a pripojíme potrebné kanály k príslušným portom. Používame dokumentáciu tohto prijímača a snímku vonkajšieho okraja dosky, aby sme pochopili, ktorý zväzok vodičov je za čo zodpovedný.
Pripájame napájanie zariadenia z batérie, cez konektor.
Máte dobrú prácu! Zostavili ste svoj prvý dron.

Inštalácia a konfigurácia zariadení

Teraz ho stačí nastaviť tak, aby sa nezrútil v prvý deň letu.

Naštartujeme motory (stáva sa to všetkými spôsobmi, preštudujte si dokumentáciu)
Pridávame plyn a pozeráme, ktorým smerom sa točia vrtule. Musia sa otáčať tak, ako je napísané v schéme, ktorá je pripojená k ovládaču. V opačnom prípade bude ovládanie obrátené. V prípade, že sa niečo pokazilo, otočíme konektor, ktorý kombinuje motor a ovládač.
Ak sa všetko otáča správne, upevníme hornú časť rámu. Nepokúšajte sa ho zatlačiť na miesto. Ak vstala tesne - niečo sa pokazilo. Povoľujeme spodné skrutky, potom všetko postupne doťahujeme.
Blok fixujeme batériami.
Na motory montujeme adaptéry na vrtule.
Dali sme vrtule, berúc do úvahy smer otáčania motorov. Vyvýšený prvok čepele musí vyzerať v smere otáčania.
Jedzte! Vaša kvadrokoptéra je pripravená na prvý let.

Skontrolovali sme jednoduchý príklad zostavenia kvadrokoptéry, ktorá si nevyžaduje veľké náklady a úsilie z hľadiska montáže. Ak sa teda rozhodnete na drone zdvihnúť niečo ťažšie (navigátor, ťažšie strelecké vybavenie atď.), bude potrebné dopracovať a posilniť dizajn. Prvé skúsenosti s montážou takýchto konštrukcií ste však už získali. Ďalej bude pre vás jednoduchšie pochopiť princíp helikoptéry a vedieť, ako ju v budúcnosti vylepšiť.

Kvadrika môže visieť na jednom mieste a fotiť a natáčať videá, a preto mnohí fotografi držia krok s pokrokom a kupujú si kvadrokoptéry na natáčanie videa.

Kvadrokoptéry vtrhli do našich životov spolu s technologickým pokrokom. Dnes je objednávanie elektroniky pre kvadrokoptéru z Číny veľmi lacné. Zostavenie rámu kvadrokoptéry vlastnými rukami z improvizovaných materiálov nie je vôbec ťažké. Môžete sa naučiť lietať pomocou leteckých simulátorov. Hlavná vec je teda túžba vyrobiť kvadrokoptéru vlastnými rukami.

Najlepšie je kúpiť si hotovú elektroniku do kvadrokoptéry.

Podrobnosti o domácej kvadrokoptére

Kvadrokoptérové motory, 4 ks - D2822/14 1450kv

Samozrejme, dokúpenie malej kvadrokoptéry je trochu drahé, ale lietaním na tejto sa naučíte ovládať a vedieť lietať s veľkou kvadrokoptérou s kamerou bez pádu! Malá hračka môže byť vždy daná dieťaťu.

A nakoniec, krátke video let kvadrokoptérou, kamerový záznam.

V tomto článku sme sa pozreli na základné princípy výroby domácich kvadrokoptér. Ak chcete vedieť viac, pozrite si sekciu

komentáre iskra:

ako vyrobiť kvadrokoptéru tak, aby letela v okruhu 500 metrov pomocou kamery v reálnom čase, ktorá zobrazuje obraz na obrazovke

chelovek komentáre:

Chlapi pomôžte!
Chcem zostaviť quadric na mega platforme arduino pomocou týchto komponentov:

Elektronika kvadrokoptéry

EX - elektronický regulátor otáčok (regulátor otáčok motora)

Bezkartáčové motory sú viacfázové (zvyčajne trojfázové), takže ich nebude možné spustiť jednoduchým pripojením k zdroju priamy prúd. Na tento účel sa používajú špecializované EX (nie však tie, ktoré vykonali revolucionári), ale oveľa technologicky vyspelejšie a miniatúrnejšie. EX generujú sériu (v závislosti od počtu fáz) vysokofrekvenčných signálov, ktoré spôsobujú otáčanie hriadeľa motora. V závislosti od spotreby motora musí mať EKS primer priepustnosť silou prúdu.

ECS je v podstate regulátor výkonu, ktorý premieňa napájací prúd na trojfázový prúd na napájanie bezkomutátorových motorov kvadrokoptéry. Každý EX je ovládaný samostatne PPM - signály, podobný PWM - modulácia.

POZNÁMKA PRE PREKLADATEĽA: PPM (Pulse-position modulation, rusky: Phase - Pulse Modulation)— spoločný spôsob kódovania signálov prenášaných na diaľku v komunikačných systémoch s požiadavkami na nízku odolnosť voči šumu.

Metóda PPM je sled impulzov konštantného trvania, ktoré sú od seba oddelené rôznymi časovými úsekmi. Hodnota periód medzi signálmi a nastavuje kódované hodnoty. Skupiny impulzov sa spájajú do takzvaných rámcov (paketov).

PWM - modulácia (pulz-šírkamodulácia , rusky: Pulse Width Modulation, rusky. otvorené: PWM) je metóda riadenia priemernej hodnoty napätia na záťaži zmenou pracovného cyklu (pomer frekvencie opakovania k trvaniu) impulzov. Čím dlhšie sú signály, tým väčšie napätie spotrebiteľ prijíma.

Frekvencia signálov sa môže značne líšiť, najmä v zložitom systéme, ktorým je kvadrokoptéra. Riadiaci systém na zabezpečenie požadovaného počtu otáčok motora (a tým aj letovej stability nášho zariadenia) musí byť schopný spracovať povely snímača s frekvenciou až 200-300 hertzov, teda meniť pracovný cyklus impulzov na každom motory až 300-krát za minútu. Niektoré modely kardiostimulátora je možné ovládať cez riadiaci systém I2C, no ich cena je stále neprimerane vysoká.

POZNÁMKA PRE PREKLADATEĽA: I2C Inter-Integrated Circuit) sériová dátová zbernica pre komunikáciu integrovaných obvodov pomocou SDA a SCL (obojsmerné komunikačné linky). Používa sa na pripojenie nízkorýchlostných periférií k riadiacim jednotkám. Široko používaný na ovládanie zariadení založených na mikrokontroléroch.

Tu je, EX...

Jedným z najdôležitejších kritérií pri výbere EX je množstvo prúdu, ktoré je možné zapnúť na spotrebič, v našom prípade na motor. Autor odporúča použiť EX, ktoré dokážu spínať prúd nie nižší ako 10 ampérov a v prípade použitia výkonných motorov nie nižší ako je ich špičková spotreba. Druhým najdôležitejším faktorom je softvérová kompatibilita ovládačov s riadiacou doskou. To znamená, že niektoré modely ECS umožňujú použiť časovanie riadenia (časové obdobia), ktoré presahuje štandardný rozsah pre modelovanie od 1 do 2 ms. To poskytuje pridané vlastnosti pri samostatnom vývoji riadiacich modulov kvadrokoptér.

Zdroj

Na napájanie kvadrokoptérových systémov autor odporúča LiPo (lítium-polymérové) batérie z dvoch dôvodov. Po prvé, majú nižšiu hmotnosť a po druhé, majú spätný ráz, ktorý je pre naše projekty tak akurát. Je možné použiť NiMH (nikel-metal hydridové) batérie, ale majú oveľa väčšiu hmotnosť, aj keď nižšiu cenu.

Lítium-polymérová batéria

Napätie

LiPo zdroje sú dostupné ako samostatné články so štandardným výstupným napätím 3,7V, ako aj batérie s viac ako 10 samostatnými článkami s napätím 37V a vyšším. Obľúbenou voľbou fanúšikov kvadrokoptér sú tzv. 3SP1 - batérie, to znamená tri články zapojené do série s celkovým výstupným napätím 11,1 voltov.

Kapacita napájacieho zdroja

Pri výbere kapacity batérie musíte vziať do úvahy nasledujúce aspekty:

Aká je spotreba vašich motorov?
O aký čas letu máte záujem?
Aký vplyv bude mať hmotnosť batérie na celkovú konštrukčnú hmotnosť zariadenia?

Za slušné správanie sa považuje, ak vaša kvadrokoptéra so 4 rotormi, model EPP1045 a štyrmi motormi s menovitým Kv 1000, pri plnom výkone motorov zostane vo vzduchu niekoľko minút, ktoré sa rovnajú kapacite zdroja energie. zariadenie v Amp/h. To znamená, že pri kapacite batérie kvadrokoptéry 4000 mAh musí zariadenie v režime plného výkonu motora zostať vo vzduchu 4 minúty s užitočnou hmotnosťou 1 kg. Pri zohľadnení spotreby batérií to dáva 16 minút letu v režime vznášania.

Úroveň vybitia batérie

Ďalším dôležitým faktorom je stupeň vybitia C. Spolu s kapacitou batérie táto premenná určuje maximálny prúd, ktorý je možné odoberať z napájacieho zdroja. Maximálny výstupný prúd napájacieho zdroja sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca: mto = kapacita batérie X stupeň vybitia.

Príklad: batéria má úroveň vybitia 30 S a kapacita v roku 2000 mA/h. Maximálny vybíjací prúd, ktorý môžete získať zo špecifikovanej batérie, je 60 podľa vyššie uvedeného vzorca. Ampere. Pri návrhu teda musíte brať do úvahy, že maximálny prúdový odber všetkých systémov vašej kvadrokoptéry by nemal presiahnuť 60 Ampere.

IIK - inerciálny merací komplex

IMC je zvyčajne kombináciou 3-súradnicového akcelerometra s 3-súradnicovým gyroskopickým modulom, ktorý tvorí senzorový systém so 6 stupňami voľnosti. Pre zvýšenie smerovej stability je tento systém niekedy doplnený o 3-súradnicový magnetometer, v dôsledku čoho systém dostáva celkovo 9 stupňov voľnosti.

POZNÁMKA PRE PREKLADATEĽA: Magnetometer (digitálny kompas) je potrebný na orientáciu na svetové strany, aby sme zistili, kam ísť, na ktorej strane nášho zariadenia sa nachádza sever.

Princíp fungovania IIC

Akcelerometer (snímač zrýchlenia) je určený na meranie rozdielu medzi zrýchlením vozidla a gravitačnou zložkou. Keďže akcelerometer má tri meracie osi, môžeme pomocou neho určiť aktuálnu orientáciu našej kvadrokoptéry.

IIC so 6 stupňami voľnosti

Gyroskopický senzor sa používa na meranie uhlovej rýchlosti, teda rýchlosti rotácie kvadrokoptéry okolo každej z troch osí.

Čo sa stane, ak pri návrhu použijeme iba akcelerometre?

V prípade použitia iba senzorov zrýchlenia v našej kvadrokoptére budeme vedieť určiť orientáciu zariadenia vzhľadom na zemský povrch. Akcelerometer je však veľmi citlivý a niekedy nepresný snímač a kvôli vibráciám od motorov môže udávať nesprávne údaje. To samozrejme povedie k strate orientácie. Na vyriešenie tohto problému sa používajú gyroskopické senzory. V dôsledku spracovania údajov snímača zrýchlenia a gyroskopov môžeme pri určovaní skutočnej polohy zohľadniť rušenie vibrácií.

inerciálny snímač

Čo sa stane, ak pri návrhu použijeme len gyroskopy?

A tu je gyroskopický senzor

Ak gyroskopické senzory k nám poskytuje informácie o otáčkach aparátu, prečo nepoužiť pri návrhu iba ich?

Gyroskopy majú tendenciu kumulovať chyby výmenného kurzu. To vedie k tomu, že počas otáčania gyroskopický senzor presne indikuje uhlovú rýchlosť, ale po zastavení nemusí nutne resetovať svoje hodnoty. Pri použití výhradne gyroskopických snímačov si teda rýchlo všimnete, že ich hodnoty sa pomaly menia (driftujú) aj po zastavení rotácie. Preto, aby ste mohli presne orientovať svoju kvadrokoptéru v priestore, musíte použiť dva typy senzorov.

Akcelerometer nedokáže detekovať vybočenia rovnakým spôsobom ako zmeny uhlov náklonu a sklonu. Na tento účel sa do konštrukcie kvadrokoptér niekedy zavádza magnetometer.

Magnetometer meria smer a veľkosť magnetické pole. Je schopný určiť smer pohybu nášho aparátu a smer na severný a južný pól. Uhol odchýlky od smeru k magnetickému pólu Zeme, berúc do úvahy uhlové rýchlosti otáčania pozdĺž horizontu, získaný z gyroskopického snímača, sa používa na výpočet stabilného uhla smeru.

Výber IIC

Napriek tomu, že na trhu sú dostupné všetky tri typy snímačov, autor odporúča zakúpiť špecializované súpravy, kde sú na jednej doske zostavené snímače so 6 alebo aj 9 stupňami voľnosti.

Senzorová doska prenáša údaje do centrálnej výpočtovej jednotky cez I2C alebo v analógovej forme. Systémy digitálneho prenosu dát sú pre vývojárov a dizajnérov pohodlnejšie, sú však oveľa drahšie ako analógové.

Predávajú sa dokonca aj kompletné IIC - komplexy, ktoré obsahujú samostatné výpočtová jednotka. Typicky je riadený 8-bitovým mikrokontrolérom naprogramovaným na spracovanie údajov snímača vybočenia, natočenia a sklonu. Výsledky výpočtu sa prenesú CPU v analógovej forme alebo cez I2C.

Voľba IIC priamo určuje výpočtovú jednotku. ktoré môžete použiť. Takže pri kúpe IIC si prečítajte pokyny pre váš riadiaci systém. Niektoré centrálne výpočtové moduly majú zabudované senzory.

Tu sú príklady IIC, ktoré je možné zakúpiť online:

A tu je IIC so systémom na spracovanie údajov snímača:

Systém riadenia letu (centrálny výpočtový modul)

V procese vytvárania kvadrokoptéry môžete si zakúpiť špecializovaný ovládač alebo si ho zostaviť sami z jednotlivých komponentov. Niektoré z týchto ovládačov sa dokonca dodávajú so vstavanými senzormi, zatiaľ čo iné vyžadujú nákup špeciálnych senzorových dosiek.

Aero QuadMEGAŠtítTheAero Quad doska je rozširujúca doska pre mikrokontroléry na báze Arduino a vyžaduje si dodatočný poplatok Zábava 9DOF, ktorá sa predáva aj ako rozširujúca doska (štít).

zaplatiť ArduPilot, ako aj je postavený na báze mikrokontroléra ATMEGA328. Rovnako ako AeroQuad, ani tento modul sa nedodáva s vlastnými senzormi a pre radosť z lietania si musíte zakúpiť rozširujúcu dosku ArduIMU.

digitálny počítač openpilot– ešte pokročilejší systém riadenia kvadrokoptér založený na procesore ARM Cortex-M3 s frekvencia hodín 72 megahertzov. Doska má zabudovaný akcelerometer a gyroskop. Samostatne je potrebné poznamenať softvér ktorý sa dodáva s doskou. Umožňuje vám kalibrovať senzory a, ak máte modul GPS, nastaviť trasové body pre let vašej kvadrokoptéry.

Centrálny výpočtový modul urob si sám

Autor tvrdí, že s určitou zručnosťou a rovné ruky,každý nadšenec môže vyrobiť digitálny počítač quadrocopter vlastnými rukami. Napríklad pomocou mikrokontroléra Arduino. Autor zároveň sľubuje, že tieto cenné zručnosti poskytne aj v budúcnosti.

Rádiový riadiaci systém

Kvadrokoptéry sa dajú ovládať rôzne cesty, ale najbežnejšie je rádiové ovládanie, v režimoch Tempo (Akrobacia) a Auto Stabilization. Rozdiel spočíva v spôsobe, akým riadiaci systém kvadrokoptéry interpretuje aktuálnu polohu zariadenia a príkazy prijaté z ovládacieho panela.

V režime akrobacie sa na ovládanie kvadrokoptéry používajú iba údaje z gyroskopického senzora. Ovládací panel slúži na ovládanie ťahu motorov a rolovania na všetkých troch osiach. Ak však prestanete ovládať kvadrokoptéru, nebude automaticky vyrovnaná. Táto funkcia je užitočná v akrobacii na mierne pootočenie kvadrokoptéry, po ktorom nevykoná automatický kompenzačný manéver.

Samozrejme, akrobatický režim pre začiatočníkov môže byť zbytočne komplikovaný a autor odporúča začať s režimom Auto Stabilization. Na udržanie orientácie kvadrokoptéry v tomto režime sa využívajú všetky dostupné senzory. Pre udržanie rovnováhy bude existovať konštantná a symetrická kontrola ťahu každého motora. Vy zase budete ovládať kurz a pohyb kvadrokoptéry po ľubovoľnej osi pomocou joystickov ovládacieho panela. Napríklad, aby ste sa pohli dopredu, stačí posunúť jeden z joystickov dopredu, aby ste zmenili uhol sklonu. Po návrate joysticku do nulovej polohy kvadrokoptéra automaticky koriguje náklon a stabilizuje sa vzhľadom na zem.

Ďalšie komponenty

Po zakúpení všetkých potrebných súčiastok, stále živej kvadrokoptére a chuti pokračovať v tomto tele, môžete skúsiť použiť ďalšie komponenty, ako je modul GPS, ultrazvukový senzor, barometer atď. To všetko môže zlepšiť letový výkon a použiteľnosť vašej kvadrokoptéry.

GPS pomocou satelitov získate presné informácie o polohe vašej kvadrokoptéry. Tieto informácie je možné použiť na výpočet prejdenej vzdialenosti a zistenie trasy pohybu. obzvlášť užitočné danú funkciu môže byť pre plne autonómne kvadrokoptéry, ktoré pri výbere ďalšieho smeru pohybu musia brať do úvahy aktuálnu polohu.

Ultrazvukový senzor meria vzdialenosť od zeme, teda aktuálnu výšku letu. To je veľmi užitočné pri lietaní vo vopred stanovenej výške bez pilotovej kontroly. Ultrazvukové snímače pracujú spravidla v rozsahu vzdialeností od 20 cm do 7 metrov.

POZNÁMKA PRE PREKLADATEĽA: Používajú sa aj laserové snímače vzdialenosti (LIDAR), z ktorých cenovo najdostupnejšie pracujú v rozsahu od 3 cm do 5 metrov.

Ak sa rozhodnete vyliezť vyššie, potrebujete barometer. Tento senzor meria vlhkosť a tlak vzduchu v závislosti od výšky letu. Ak je kvadrokoptéra v malej výške pri zemi (kde zmena týchto faktorov nie je taká výrazná), barometer stráca účinnosť.

Záver

Autor dúfa, že oboznámenie sa s jeho článkom pomôže čitateľom určiť účel a vlastnosti fungovania každej časti kvadrokoptéry a pomôže vybrať komponenty potrebné na jej konštrukciu.