Аппаратура управления для квадрокоптера. Комплекты радиоаппаратуры. Программируемая аппаратура для моделей среднего уровня

Futaba 14SG- система радиоуправления с великолепными характеристиками. Поддерживаются все существующие протоколы, используемые приёмниками Futaba, 14 свободно переназначаемых каналов, поддержка телеметрии, новый протокол FASSTest с обратной связью и многое другое! Меню Futaba 14SG полностью на русском языке!Особенности:Русскоязычное меню.Протокол FASSTest (функция обратной связи) позволяет летать даже в условиях зашумлённого радиоэфира, сохраняя идеально гладкое управление. Исключаются «заедания» рулей, а значит полет становится безопасным.2 дискретных канала и 12 пропорциональных14 свободно переназначаемых каналов.Поддержка S.Bus и S.Bus 2: последовательное подключение сервомашинок и других исполнительных устройств через общий кабель. Привязка каждой сервомашинки к своему каналу. Полная свобода при размещении бортового питания (особенно важно для получения правильной центровки на моделях с ДВС).Поддержка протоколов FASST и S-FHSSПодключение SD карты памяти.Встроенный программатор CIU 2Встроенный программатор для S.Bus устройств.Функциональные возможности для самолётов:7 типов крыла3 типа хвостового оперенияНастройка закрылковДифференциал элеронов14 стандартных настроек микшеров5 свободных микшеровМикшер газ-качество смесиКривые шага и газа по 5 точкамЭкстренное глушение двигателяПоддержка гироскопов с дистанционной настройкой чувствительностиФункциональные возможности для вертолётов:6 типов тарелки автомата перекосаКривые шаг-газ по пяти точкам5 микшеровМикшер шаг-хвостовой ротор для повышения точности удержания хвостовой балкиМикшер газ-качество смесиTrotle HoldПоддержка систем трёхосевой стабилизацииПоддержка гувернёра (700-3500 об/мин)Настройка точки висенияУдобное меню настойки автомата перекосаЭкстренное глушение двигателяВиртуальное кольцо для ручек управленияФункциональные возможности для планеров:6 типов тарелки автомата перекоса11 типов крыла3 типа хвостового оперения2 типа руля направленияМеню настройки закрылковДифференциал элеронов10 специальных планерных микшеров5 свободных микшеровМикшер «бабочка» для закрылков и элероновМикшер «бабочка»-руль высотыДругие заметные особенности:Ручки на подшипникахПредупреждающие сигналы (звук + вибрация); разные настройкиПамять рассчитана на 30 моделейНастройка таймера для каждой моделиКонтрастный и яркий дисплейЭргономичный корпус, изготовленный с применением мягкого пластикаВозможность обновления программного обеспеченияВ комплекте:14-канальный передатчик Futaba T14SG;8-канальный приемник R7008SB;Аккумулятор передатчика Ni-Mh;Зарядное устройство для аккумулятора;Фирменный ремешок Futaba;Отвертка;Инструкция на английском языке.

Приветствуем вас, уважаемые любители БПЛА. Камера для квадрокоптера является если не обязательным, то крайне желательным атрибутом. Большинство дронов способны нести ее на борту, а лучшие модели летательных аппаратов вполне могут использоваться для проведения профессиональной видеосъемки с воздуха. Помимо съемки фото и видео, камеры широко используются для FPV управления, помогая более точно контролировать полет коптера. Об основных нюансах выбора и использования видеоаппаратуры пойдет речь в нашей статье.

Камера для дрона может использоваться для решения многих задач, которые условно разделяются на 2 глобальные группы:

• Фото и видео съемка, а также обзор местности, над которой летит дрон
• FPV управление

В продвинутых моделях летательных аппаратов могут одновременно использоваться две камеры (и даже больше). Одна обеспечивает FPV управление, тогда как вторая ведет качественную съемку. Такое разделение возникло не случайно. Экшн-камеры, часто устанавливаемые на дроны, в большинстве своем способны только снимать, но не могут передавать видеосигнал на монитор. Либо же делают это с некоторыми ограничениями. Проблема решается покупкой FPV оборудования.

Такие производители как Walkera, DJI, Xiaomi и некоторые другие комплектуют свои квадрокоптеры универсальной аппаратурой, умеющей как снимать, так и передавать видео сигнал. Недостаток в данном случае заключается в том, что съемка ведется в цифровом формате, используются алгоритмы сжатия изображения, и только после обработки процессором данные передаются.

Все это приводит к задержке. Для неторопливых полетов на открытом воздухе секундная задержка не имеет критического значения. Такое видео нельзя назвать реальным и, хотя производитель коптера обещает FPV управление, в действительности пилот получает сигнал не сразу.

Аналоговые FPV комплекты для квадрокоптеров работают с минимальной задержкой. Видеопоток не обрабатывается, а сразу транслируется на аппаратуру управления. Для гоночных дронов, для полетов в окружении большого количества потенциальных препятствий (например, плотная городская застройка, лес), для профессиональной видеосъемки все это имеет большое значение.

Есть и еще один немаловажный момент. FPV-оборудование потребляет не много энергии, мало весит и отличается высокой степенью надежности и довольно демократичной ценой.

Итак, выбор обуславливается теми задачами, что будут решаться. Для качественной съемки в комплектацию необходимо включить хорошую экшн-камеру с 3-х осевым подвесом, тогда как для настоящего управления «от первого лица» необходима аналоговая FPV-аппаратура.

Для съемки видео

Многие пилоты приобретают , или собирают БПЛА самостоятельно, и только потом устанавливают на них экшн-камеры. Чуть позже мы расскажем о моделях квадрокоптеров, комплектующихся видеокамерами еще на заводе.

В свое время устройства GoPro создали новый рынок портативных ударопрочных и влагозащищенных видеокамер. Теперь на нем присутствуют десятки компаний. Мы отобрали несколько популярных моделей, которые часто используются для съемки видео.

Топ экшн камер для дронов

В наш небольшой топ экшн камер вошли 3 устройства, отличающиеся сравнительно невысокой стоимостью, и оснащенные Wi-Fi модулями. С их помощью можно использовать бюджетные квадрокоптеры для съемки видео в высоком качестве.

Нас заинтересовали:

• Amkov amk5000
• Xiaomi YI action 4K
• Sjcam sj4000 wifi

Amkov amk5000

Экшн-камера Amkov amk5000 wi fi относится к одним из самых дешевых устройств. Ее стоимость в китайских онлайн магазинах составляет около 90$. Комплект поставки можно назвать исчерпывающим. Помимо разнообразных адаптеров, защелок и площадок, в комплектацию входит водонепроницаемый бокс. Есть и крепление на шлем, то есть область применения amk5000 весьма обширна и явно не ограничивается одними только полетами.

Как понятно из названия, камера оснащена wi-fi модулем. Пользователь может управлять устройством, используя смартфон. И хотя дальность связи не превышает 50 метров, этого достаточно для того, чтобы активировать камеру только после взлета или выключить перед приземлением.

Основные характеристики:

• Размеры 65×73х139 мм
• Вес 78 г
• Датчик изображения CMOS 14 Мп
• Угол обзора 170 градусов
• Время работы до 90 минут в режиме 1080 30p с Wi-Fi
• Функция timelapse
• Micro-HDMI и micro-USB 2.0 разъемы
• Слот для SD, SDHC карт

Качество съемки можно охарактеризовать как среднее. Объективу явно не хватает светосилы, что особенно заметно в пасмурную погоду. С другой стороны, за 100$ найти более качественный вариант, да еще и в такой богатой комплектации, вряд ли получится. Из экшн-камер начального уровня Amkov amk5000 wi fi является одной из лучших. Широкий угол обзора позволяет не упустить ничего из виду.

Отметим, что по внешнему виду amk5000 копирует Hero, что, впрочем, неудивительно.

Xiaomi YI action 4K

Модель Xiaomi YI action 4K является дальнейшим развитием линейки YI и на сегодняшний день является одной из самых продвинутых экшн-камер от китайского производителя электроники. Традиционно для Xiaomi, комплект поставки скромный.

Помимо YI action 4K, в него входят селфи палка и пульт Bluetooth для управления. Нет никаких креплений, подводного бокса, адаптеров. Конечно, любые переходники и адаптеры можно приобрести отдельно, но на фоне более доступных по цене конкурентов комплектация выглядит скудно.

Стоимость устройства составляет около 200$, это не самая дешевая видеокамера, но зато она поддерживает запись в 4К разрешении и известна довольно высоким качеством картинки.

Основные характеристики:

• Размеры 65×42х21 мм
• Вес 95 г
• Угол обзора 155 градусов
• Датчик изображения CMOS ½,3″ 12 Мп (Sony IMX377)
• Электронная стабилизация
• Процессор Ambarella A9SE75
• Светосила F2.8
• Время работы до 110 минут в режиме 3840×2160 30p
• Функция timelapse
• Micro-USB разъем
• Двух диапазонный Wi-Fi-модуль Broadcom BCM43340
• Слот для microSDHC/SDXC карт

Xiaomi YI action 4K можно использовать даже для FPV управления, выбрав пункт «Режим прямой видеотрансляции» в меню приложения. Правда, дальность связи не превышает 50 метров, так что далеко улететь не получится.

Снимать видео с помощью Xiaomi YI совершенно не сложно. Настройки, в том числе и расширенные, доступны в меню приложения, но можно использовать и качественный сенсорный экран самой камеры. Все режимы съемки работают без нареканий. Электронная стабилизация позволяет добиться более плавного изображения, но приводит к уменьшению размера кадра.

Sjcam sj4000 wifi

Экшн-камера Sjcam sj4000 wifi недавно выпущенная в новой ревизии 2.0 отличается невысокой стоимостью (около 80$), богатой комплектацией, наличием 2-х дюймового дисплея. В комплект входят несколько креплений, водонепроницаемый бокс и даже карта памяти на 32 Гб.

Основные характеристики:

• Размеры 60×41х30 мм
• Вес 46 г
• Угол обзора 170 градусов
• Датчик изображения Aptina0330 CMOS 3 Мп
• Электронная стабилизация
• Время работы до 88 минут в режиме 1920×1080 30p
• Функция timelapse
• Детектор движения
• Micro-USB и Micro-HDMI разъемы
• Wi-Fi-модуль
• Слот для microSDHC карт

Эта одна из самых легких экшн-камер в обзоре, вес вместе с аккумулятором составляет всего 46 грамм. Качество съемки можно оценить, как среднее. При недостаточном освещении изображение оказывается темным (типичная проблема для небольших объективов). 30 кадров в секунду при разрешении 1920×1080 являются пределом для sj4000. В настройках можно менять угол обзора, но это приводит лишь к ухудшению картинки.

В целом, на свои деньги sj4000 весьма неплоха. Ее можно устанавливать на бюджетные квадрокоптеры для съемки собственных полетов. Небольшой вес позволяет уменьшить требования к грузоподъемности дрона.

Для FPV

Полный Fpv комплект для квадрокоптера состоит из:

• Передатчика
• Приемника
• Камеры с видеовыходом
• Антенн
• Монитора (шлема, очков)
• Аккумуляторы для приемника и монитора

Все это оборудование размещается на коптере и на пульте управления. Продвинутые модели квадрокоптеров позволяют подключать FPV аппаратуру к собственной сети питания. Время полета при этом снижается, но зато можно обойтись без отдельного аккумулятора.

Собрать FPV набор можно и самостоятельно (и об этом еще пойдет речь в нашей статье), но начинающим пилотам лучше выбрать готовые дроны. В продаже доступны совсем недорогие модели, которые помогут получить представление об ФПВ управлении. Кстати, совершенно не факт, что управление дроном от первого лица вам понравится, поэтому нет смысла сразу тратиться на дорогой беспилотник.

Готовые недорогие FPV дроны

И способен удовлетворить запросы даже очень требовательных покупателей.

Мы рекомендуем обратить внимание на:

• Hubsan H107D FPV
• WLtoys V686G
• JJRC H9D

Все три модели отличаются невысокой стоимостью, оснащены камерами и дисплеями. Стабилизирующими подвесами коптеры похвастать не могут.

Hubsan H107D FPV

Мы уже , поэтому приведу только основные характеристики:

• Размеры 140×140х32 мм
• Вес 365 г
• Длительность полета до 7 минут
• Дальность связи 50-100 метров
• Дальность видеосвязи до 100 метров
• Встроенная камера 0.3 Мп, разрешение 640 x 480
• Размер дисплея 4.3 дюйма
• Аккумулятор 380 mAh

WLtoys V686G

• Размеры 360×360х100 мм
• Вес 860 г
• Длительность полета до 10 минут
• Дальность связи до 150 метров
• Размер дисплея 4.3 дюйма
• Частота 2.4 ГГц для управления и 5.8 ГГц для видео
• Аккумулятор 730 mAh

JJRC H9D

• Размеры 230×230х130 мм
• Вес 450 г
• Длительность полета до 8 минут
• Дальность связи до 150 метров
• Дальность видеосвязи до 150 метров
• Видеокамера 2.0 Мп, разрешение HD
• Размер дисплея 4.3 дюйма
• Частота 2.4 ГГц для управления и 5.8 ГГц для видео
• Аккумулятор 650 mAh

Как выбрать FPV и почему это не так просто

Выбор FPV на квадрокоптер зависит не только и не столько от цены, сколько от тех характеристик и возможностей, которые в итоге желает получить пилот.

У каждого компонента системы есть свои параметры, свои требования к совместимому оборудованию. Значение имеет тип матрицы, разрешающая способность, используемая частота, мощность передатчика.

Нужно представлять, как будет скомпонована FPV система, как организовать ее питание от аккумулятора, какой монитор или шлем выбрать. Далеко не всегда получается найти подробный обзор того или иного элемента.

Тип матрицы и задержка: CCD vs CMOS

О задержке мы уже вкратце говорили в начале статьи. На сегодняшний день нет доступных по цене решений, с помощью которых можно было бы с минимальной задержкой транслировать сигнал с цифровой HD камеры на пульт или смартфон. Лаг неизбежен, и он может оказаться довольно значительным – до нескольких секунд. Любая экшн-камера, даже самого последнего поколения, например, Hero 6, проигрывает в этом показателе недорогой FPV-камере. Как мы уже говорили, если необходимо управление от первого лица, следует смотреть только на аналоговые видеомодули.

Камеры могут использовать один из двух типов сенсоров – CMOS либо CCD. Для FPV оборудования обычно используются CCD матрицы в силу следующих факторов:

• Лучшие возможности для управления экспозицией
• Не так выражен эффект «желе»
• Меньший уровень шума при недостаточном освещении

В свою очередь CMOS (широко применяются в цифровых HD видеокамерах) отличаются:

• Более высоким разрешением
• Лучшей цветопередачей
• Более высокой частотой кадров
• Меньшим энергопотреблением

Для полетов по FPV преимущества CMOS (помимо уменьшенного энергопотребления) не очень важны. Именно поэтому в рейтинги лучших видеокамер для управления от первого лица входят решения на базе CCD матриц.

Разрешение TVL

В эпоху цифрового видео мы привыкли к тому, что разрешение матрицы выражается через пиксели (1980×1080 и так далее). Для аналоговых устройств используется параметр TVL, то есть количество горизонтальных линий, помещающихся в кадре (или количество возможных переходов между цветами).

Чем больше значение TVL, тем качественнее изображение, однако в случае с first-person-video гнаться за максимальными показателями не нужно. Чем выше разрешение, тем больше цена камеры, и, что важнее, больше задержка видеосигнала. Ограничения накладываются и аналоговым 5.8 ГГц передатчиком, способным передавать в единицу времени определенный объем данных. Если возможности передатчика ограничены, то не имеет большого значения, насколько качественная видеоаппаратура используется.

Камеры для дрона обычно имеют разрешение 600TVL, 700TVL, 800TVL.

Стандарт PAL\NTSC

Современное оборудование прекрасно работает с обоими форматами, поэтому можно не особенно переживать о том, что NTSC камера (данный стандарт используется в США) окажется несовместимым с европейским или китайским передатчиком.

Однако различия между стандартами есть, и их можно заметить невооруженным глазом, наблюдая за полетом дрона на мониторе.

PAL поддерживает более высокое разрешение, по сравнению с NTSC (720×576 против 720×480), что положительным образом сказывается на качестве картинки. Зато у NTSC лучшая частота кадров (30 fps против 25 fps), что делает видео более плавным.

Топ камер для FPV

На выбор доступны десятки, если не сотни камер для дронов. К самым известным производителям относятся компании Runcam, Foxeer, Caddx, Aomway, Boscam. Помимо видеоаппаратуры, они производят и другое FPV оборудование.

В наш топ вошли следующие устройства:

• Runcam Eagle 2 (Full, Micro)
• Foxeer Predator (Mini, Micro)
• Caddx SDR1 (Mini, Micro)
• Runcam Swift 2 (Full, Mini, Micro)
• Foxeer Predator Arrow V3 (Full, Mini, Micro)
• Caddx S1 (Mini, Micro)

Частоты

Передатчик, транслирующий сигнал, и приемник, этот сигнал принимающий, работают на определенной частоте. В авиамоделизме принято несколько наиболее распространенных частот, но чаще всего для видео используется частота 5.8 ГГц.

Есть и другие частоты – 900, 1200, 2400 ГГц. На частоте 2.4 ГГц как правило ведется управление квадрокоптером. Чем меньше частота, тем значительнее ее проникающая способность и . Но и тем крупнее размер антенны.

Выбор 5.8 ГГц для передачи видео не случаен. Данная частота является легальной во многих странах (на использование некоторых частот может быть наложен запрет на законодательном уровне). Кроме того, можно использовать небольшую антенну, что важно для беспилотников любительского уровня. Видео, транслируемое на 5.8 ГГц, не влияет или практически не влияет на управляющую частоту 2.4 ГГц.

На частоте 5.8 ГГц доступно до 32 каналов. Это важный параметр, если речь идет о массовых совместных полетах, например, гонках.

Передатчик и его мощность

Чем выше мощность передатчика, тем большая дальность передачи видеосигнала. В продаже есть модели на 25mW, 100mW, 200mW и так далее.

Особенность заключается в том, что для увеличения дальности в 2 раза, мощность должна возрасти в 4 раза. Соответственно, если передатчика на 200mW хватает для транслирования видео на расстояние в 1 км, то для организации передачи сигнала на 2 км придется брать 800mW передатчик. Далеко не всегда это нужно и оправданно, тогда как стоимость оборудования заметно возрастает, также, как и энергопотребление.

Видео-переключатель

Видео-переключатель окажется как нельзя кстати, если на модель квадрокоптера установлены 2 видеокамеры. Например, одна может быть курсовой, тогда как вторая может смотреть назад или вниз. Переключаясь, вы сможете выводить видео на монитор с разных источников.

Приемник

С приемником все несколько проще. Он может быть выполнен как в виде внешнего устройства с антенной и видеовыходом, так и быть встроенным в монитор, или в пульт управления. Приемник должен работать на одной частоте и на одном канале с передатчиком (обычно поддерживаются все 32 канала на 5.8 ГГц). К приемнику можно подключить дисплей, очки или шлем.

Антенны

Приобретая первый недорогой набор, пилот часто довольствуется теми антеннами, что идут в комплекте. В целом, если речь идет о полетах на небольшие расстояния, со своей задачей они справляются хорошо. Но если необходимо обеспечить лучшую дальность связи, штатные антенны меняются на более дорогие аналоги.

Типы

Самые простые штырьковые (всенаправленные) антенны обычно поставляются вместе с FPV оборудованием. Также существуют так называемые клеверные антенны, характеризующиеся небольшим усилением.

Наибольшей дальностью обладают патч антенны (спиральные антенны). Именно они используются в продвинутой аппаратуре управления.

Разъемы

Существует два разъема, с помощью которых антенны подключаются к передатчику и приемнику. Это может быть или SMA разъем, или RP-SMA разъем. Перед покупкой убедитесь в том, что разъемы на антеннах, передатчике и приемнике совместимы.

Очки и мониторы

Чем дороже монитор или очки, тем более качественную картинку они предоставляют. Простенький FPV монитор с небольшой диагональю, бликами, плохо читаемым текстом будет скорее мешать, чем помогать в управлении. Тоже самое справедливо и в отношении дешевых видео очков с низкой частотой и не самыми качественными экранами.
Для начала подойдет и самая простая модель монитора, но, если полеты вас по-настоящему увлекут, советуем смотреть в сторону оборудования от Fatshark.

OSD

OSD является чрезвычайно полезным устройством, благодаря которому можно получать техническую информацию о состоянии квадрокоптера. Небольшая OSD плата (on-screen-display) подключается к датчикам (скорости, напряжения аккумулятора, потребляемом токе, GPS и т.д.), расположенным на полетном контроллере. Также она подключается и к передатчику.

Пилот получает OSD информацию прямо на экран монитора или на очки. Он может добавлять или убирать отдельные показатели, если они ему не нужны.

Продвинутые модели квадрокоптеров могут быть оснащены собственными OSD платами (либо такая функциональность реализуется на плате полетного контроллера).

Про питание

Для того, чтобы FPV оборудование смогло функционировать, его необходимо подключить к источнику питания. Современные наборы требуют напряжения 12V. Соответственно, если на борту коптера установлена 3S батарея (11.1V), то от нее можно запитать и видеокамеру с передатчиком.

Регуляторы напряжения

В случаях, когда коптер оснащен аккумулятором 4S (16.4V) и больше, можно воспользоваться регулятором напряжения. Если регулятора нет, или не хочется подключаться к батарее беспилотника, устанавливается отдельный аккумулятор 3S.

Силовой фильтр

При подключении к энергетической системе коптера, на работу камеры и передатчика могут начать оказывать влияние помехи от моторов. В результате, изображение на экране будет изобиловать белыми полосками. Для борьбы с помехами используется силовой фильтр.

FAQ

В завершении нашей обзорной статьи об организации FPV на квадрокоптерах, мы ответим на несколько часто возникающих вопросов.

Где лучше расположить аппаратуру?

Если на квадрокоптере уже есть камера для видеосъемки, и вы собираетесь ее использовать для записи полетов, небольшую FPV камеру можно прикрепить прямо к ее корпусу.

Что касается антенны передатчика, то ее следует разместить как можно дальше от антенн коптера, чтобы они не создавали друг другу дополнительные помехи.

Что такое «желе»?

Эффект «желе» образуется из-за вибрации корпуса квадрокоптера, вызываемой работой винтов и моторов. Изображение как-бы немного дрожит или плывет. При трансляции видео с камеры эффект может быть незаметным. Но при просмотре записанного видео проявляется в полной мере (если нет гиростабилизированного подвеса).

Что делать с аудиовыходом?

Аудиовыход как правило не используется, поэтому о нем можно смело забыть.

Преобразование видео частоты

Преобразование частоты может понадобиться в том случае, если встроенный в очки или в монитор приемник может функционировать только на частоте 5.8 ГГц, тогда как вы хотите работать на частоте, например, 1.2 ГГц. В этом случае пригодится специальный модуль для преобразования.

Можно ли вывести видео на смартфон?

Многие экшн-камеры, оснащенные Wi-Fi модулем, умеют транслировать видео на смартфон или планшет. Проблема в том, что дальность связи через Wi-Fi соединение весьма ограничена и не превышает 50-100 метров, в зависимости от условий.

Решить проблему с дальностью можно с помощью аналого-цифрового конвертора, но в этом нет большого смысла, так как возникает заметная задержка. За то время, что аналоговый сигнал будет конвертироваться в цифровой, коптер успеет оказаться в другом месте.

Как научиться летать?

Для начала следует освоить , привыкнуть к пульту, попробовать разные режимы полета и разные уровни расходов. Первые полеты дрона следует проводить на небольшом удалении от пульта, на невысокой скорости, на открытой местности без природных или искусственных преград. Освоиться с управлением помогут компьютерные симуляторы, хотя большинство пилотов предпочитают реальный опыт.

Вывод

Мы постарались подробно рассмотреть особенности выбора FPV оборудования, рассказали о наиболее важных параметрах и характеристиках, привели примеры готовых моделей FPV квадрокоптеров.

Управление с помощью видео от первого лица значительно отличается от привычного большинству пилотов управлению только через пульт. Оно дает возможность совершать дальние полеты, не опасаясь разбить коптер о внезапно возникшее препятствие. При использовании качественных комплектующих (в первую очередь, очков и камеры), пилот получает совершенно иной опыт. В этой дополненной реальности он уже не просто отдает команды, но и сам как-бы присутствует на борту летательного аппарата.

На этом мы завершаем статью об FPV на квадрокоптерах. Подписывайтесь на наши новые обзоры, делитесь полезными материалами в социальных сетях, и до новых встреч.

Несмотря на то что квадрокоптеры крайне модная тема, выбирать компоненты для сборки своего аппарата по-прежнему не так просто. Выбор деталей для конкретного проекта - это мучительный поиск оптимального сочетания веса, мощности и функ-циональности. Поэтому прежде, чем окунуться в мир бесчисленных интернет-магазинов и безымянных китайских производителей, давай проделаем подготовительную работу.

Что такое квадрокоптер и для чего это надо

Мультироторы, они же мультикоптеры или просто коптеры, - это беспилотные летательные аппараты, предназначенные для развлечения, съемки фото и видео с воздуха или отработки автоматизированных систем.

Коптеры обычно различают по числу используемых моторов - начиная от бикоптера с двумя моторами (как GunShip из фильма «Аватар») и заканчивая октакоптером с восемью. На самом деле число моторов ограничено только твоей фантазией, бюджетом и возможностями полетного контроллера. Классическим вариантом является квадрокоптер с четырьмя моторами, расположенными на перекрещивающихся лучах. Такую конфигурацию еще в 1920 году попытался соорудить француз Этьен Омишен (Étienne Oehmichen), и в 1922 году у него это даже получилось. По сути, это самый простой и дешевый вариант сделать летательный аппарат, способный без особых проблем поднимать в воздух небольшие камеры вроде GoPro. Но если ты собираешься взлетать с серьезной фото- и видеотехникой, то стоит выбирать коптер с большим числом моторов - это не только увеличит грузоподъемность, но и добавит надежности, если в полете выйдет из строя один или несколько моторов.

Теория полета

В теории полета (аэродинамике) принято выделять три угла (или три оси вращения), которые задают ориентацию и направление вектора движения летательного аппарата. Проще говоря, летательный аппарат куда-то «смотрит» и куда-то двигается. Причем двигаться он может не туда, куда «смотрит». Даже самолеты в полете имеют какую-то составляющую «сноса», которая уводит их от курсового направления. А вертолеты вообще могут летать боком.

Три эти угла принято называть крен, тангаж и рыскание. Крен - это поворот аппарата вокруг его продольной оси (оси, которая проходит от носа до хвоста). Тангаж - это поворот вокруг его поперечной оси (клюет носом, задирает хвост). Рыскание - поворот вокруг вертикальной оси, больше всего похожий на поворот в «наземном» понимании.

Основные маневры (слева направо): движение по прямой, крен/тангаж и рыскание

В классической схеме вертолета основной винт при помощи автомата перекоса лопастей управляет креном и тангажем. Так как основной винт обладает ненулевым сопротивлением воздуха, у вертолета возникает вращающий момент, направленный в сторону, противоположную вращению винта, и, чтобы его скомпенсировать, у вертолета есть хвостовой винт. Изменяя производительность хвостового винта (оборотами или шагом), классический вертолет управляет своим рысканием. В нашем же случае все сложнее. У нас есть четыре винта, два из них вращаются по часовой стрелке, два - против часовой. В большинстве конфигураций используются винты с неизменяемым шагом и управлять можно только их оборотами. Если они все будут вращаться с одинаковой скоростью, то они скомпенсируют друг друга: рыскание, крен и тангаж будут нулевыми.

Если мы увеличим обороты одного винта, вращающегося по часовой стрелке, и уменьшим обороты другого винта, вращающегося по часовой стрелке, то мы сохраним общий момент вращения и рыскание по-прежнему будет нулевым, но крен или тангаж (в зависимости от того, где мы сделаем ему «нос») изменятся. А если мы увеличим обороты на обоих винтах, вращающихся по часовой стрелке, а на винтах, вращающихся против часовой стрелки, уменьшим (чтобы сохранить общую подъемную силу), то возникнет вращающий момент, который изменит угол рыскания. Понятное дело, что все это будем делать не мы сами, а бортовой компьютер, который будет принимать сигнал с ручек управления, добавлять поправки с акселерометра и гироскопа и крутить винтами, как ему надо. Для того чтобы спроектировать коптер, необходимо найти баланс между весом, временем полета, мощностью двигателей и другими характеристиками. Все это зависит от конкретных задач. Все хотят, чтобы коптер летал выше, быстрее и дольше, но в среднем время полета составляет от 10 до 20 минут в зависимости от емкости аккумулятора и общего полетного веса. Стоит запомнить, что все характеристики связаны между собой и, к примеру, увеличение емкости аккумулятора приведет к увеличению веса и, как следствие, к уменьшению времени полета. Чтобы узнать, сколько примерно твоя конструкция будет висеть в воздухе и сможет ли вообще оторваться от земли, существует хороший онлайн-калькулятор ecalc.ch . Но прежде чем вбивать в него данные, нужно сформулировать требования к будущему аппарату. Будешь ли ты устанавливать на аппарат камеру или другую технику? Насколько быстрым должен быть аппарат? Как далеко тебе нужно летать? Давай посмотрим на характеристики различных компонентов.

PX4 - бортовой компьютер с полноценной UNIX-системой

Рама

Основной момент, который нужно решить при выборе рамы, - будешь ли ты использовать готовую раму или же делать ее сам. С готовой рамой все проще, да и заказывать в любом случае придется множество деталей. При этом, учитывая цены в китайских магазинах, самодельный вариант может оказаться дороже. С другой стороны, собственную раму в случае аварии будет проще починить. Ну и, естественно, своими руками можно сделать любую, даже самую сумасшедшую конструкцию. Рассмотрим поподробнее самосборный вариант.

Сделать раму можно из любых подручных материалов (дерево, алюминий, пластик и так далее). Можно подойти чуть серьезнее и выпилить ее на ЧПУ-станке из плетеного карбона, причем можно усложнить задачу и сделать складную конструкцию.

Самый простой вариант для любителей DIY - пойти в OBI, «Леруа Мерлен» или на строительный рынок и купить квадратную алюминиевую трубу 12 × 12, а также алюминиевый лист толщиной в 1,5 мм. Для того чтобы сделать раму из таких материалов типа «четыре палки и крепеж», достаточно дрели или ножовки по металлу. Но нужно быть готовым к тому, что такая конструкция прослужит недолго. Все-таки все эти профили делают из очень мягкого материала (АД31/АД33), при полетах он будет легко гнуться.

Oehmichen № 2, пилотируемый квадрокоптер французского инженере Этьена Омишена, запущенный в 1922 году

В качестве образца для твоей рамы можно взять упрощенную заводскую раму или же найти в интернете готовый чертеж. Более сложные материалы (например, углепластик) можно заменить на алюминий - если и получится тяжелее, то ненамного. В любом случае стоит обращать внимание на длину и симметричность лучей. Длина лучей выбирается исходя из диаметра используемых пропеллеров, так, чтобы после их установки расстояние между окружностями вращающихся винтов было не менее 1–2 см, и уж тем более эти окружности не должны пересекаться. Моторы, устанавливаемые на лучах, должны быть равноудалены от центра рамы, где будет располагаться «мозг», и (в большинстве случаев) находиться на одном расстоянии друг от друга, образуя равносторонний многоугольник.

При проектировании стоит учесть, что центр рамы должен совпадать с центром тяжести, поэтому установить аккумулятор сзади между лучами - плохая идея, если он не будет скомпенсирован грузом спереди, например камерой. Продумай, на что будет приземляться твой аппарат, для новичков можно посоветовать приспособить что-то мягкое на «пузе» или концах лучей, например плотный поролон или теннисные мячики. А также защити аккумулятор на случай неудачного приземления, например установи его между пластинами рамы или расположи под высокими посадочными лыжами.

info

Полет от первого лица (FPV) очень захватывает, особенно если пользоваться видео-очками и HeadTracker’ом, который будет повторять движения головы на подвесе FPV-камеры, создавая ощущение, что находишься в кабине пилота.

Моторы и пропеллеры

Из-за вращения моторов в разные стороны приходится использовать разнонаправленные пропеллеры: прямого вращения (против часовой) и обратного вращения (по часовой). Обычно используются двухлопастные пропеллеры, их легче балансировать и найти магазинах, в то время как трехлопастные дадут больше тяги при меньшем диаметре винта, но доставят много головной боли при балансировке. Плохой (дешевый и неотбалансированный) пропеллер может развалиться в полете или вызвать сильные вибрации, которые передадутся на датчики полетного контроллера. Это приведет к серьезным проблемам со стабилизацией и вызовет сильное смазывание и «желе» на видео, если ты снимаешь что-то с коптера или летаешь с видом от первого лица.

Регулятор скорости,
он же ESC

У любого пропеллера есть два основных параметра: диаметр и шаг. Их обозначают по-разному: 10 × 4.5, 10 × 45 или просто 1045. Это означает, что диаметр пропеллера 10 дюймов, а его шаг 4,5 дюйма. Чем длиннее пропеллер и больше шаг, тем большую тягу он сможет создавать, но при этом повысится нагрузка на мотор и увеличится потребление тока, в результате он может сильно перегреться и электроника выйдет из строя. Поэтому винты подбираются под мотор. Ну или мотор под винты, тут как посмотреть. Обычно на сайтах продавцов моторов можно встретить информацию о рекомендуемых пропеллерах и аккумуляторах для выбранного мотора, а также тесты создаваемой тяги и эффективности. Существуют и пропеллеры с изменяемым шагом, что в теории повысит маневренность, но в реальности добавит сложную механику, имеющую свойство изнашиваться и ломаться с последующим дорогостоящим ремонтом.

Также чем больше винт, тем больше его инерция. Если нужна маневренность, лучше выбрать винты с большим шагом или трехлопастные. Они при том же размере создают тягу в 1,2–1,5 раза больше. Понятно, что винты и скорость их вращения нужно подбирать так, чтобы они смогли создать тягу большую, чем вес аппарата.

И наконец, бесколлекторные моторы. У моторов есть ключевой параметр - kV. Это количество оборотов в минуту, которые сделает мотор, на поданный вольт напряжения. Это не мощность мотора, это его, скажем так, «передаточное число». Чем меньше kV, тем меньше оборотов, но выше крутящий момент. Чем больше kV при той же мощности, тем больше оборотов и ниже момент. При выборе мотора ориентируются на то, что в штатном режиме он будет работать при мощности 50% от максимальной. Не стоит думать, что чем kV больше - тем лучше, для коптеров с типичной 3S-батареей рекомендуемое число находится в диапазоне от 700 до 1000 kV.

info

Более прочный материал - дюраль (Д16Т). Практически не гнется, достаточно пружинистый, и его применяют в авиации. Профили из него в ОБИ не продаются, но можно поймать на Митинском рынке на третьем этаже, на рынке ТВЦ «Строй» тоже были.

Питание и контроллеры питания

Капитан подсказывает: чем больше мощность мотора, тем больше батарейка ему нужна. Большая батарейка - это не только емкость (читай, время полета), но и максимальный ток, которая она отдает. Но чем больше батарейка, тем больше и ее вес, что вынуждает скорректировать наши прикидки относительно винтов и моторов. На сегодняшний день все используют литий-полимерные батарейки (LiPo). Они легкие, емкие, с высоким током разрядки. Единственный минус - при отрицательных температурах работают плохо, но если их держать в кармане и подключать непосредственно перед полетом, то во время разряда они сами слегка разогреваются и не успевают замерзнуть. LiPo-элементы вырабатывают напряжение 3,7 В.

При выборе батареи стоит обращать внимание на три ее параметра: емкость, измеряемую в миллиампер-часах, максимальный ток разряда в емкостях аккумулятора (С) и число ячеек (S). Первые два параметра связаны между собой, и при их перемножении ты узнаешь, сколько тока сможет отдавать этот аккумулятор продолжительное время. Например, твои моторы потребляют 10 А каждый и их четыре штуки, а батарея имеет параметры 2200 мА · ч 30/40C, таким образом, коптеру требуется 4 10 A = 40 A, а батарея может выдавать 2,2 A 30 = 66 A или 2,2 А 40 = 88 А в течение 5–10 секунд, что явно будет достаточно для питания аппарата. Также эти коэффициенты напрямую влияют на вес аккумулятора. Внимание! Если тока будет не хватать, то в лучшем случае батарея надуется и выйдет из строя, а в худшем загорится или взорвется; это же может произойти при коротком замыкании, повреждении или неправильных условиях хранения и зарядки, поэтому используй специализированные зарядные устройства, аккумуляторы храни в специальных негорючих пакетах и летай с «пищалкой», которая предупредит о разрядке. Число ячеек (S) указывает на количество LiPo-элементов в батарее, каждый элемент выдает 3,7 В, и, например, 3S-аккумулятор будет отдавать примерно 11,1 В. Стоит обращать внимание на этот параметр, так как от него зависят скорость оборотов моторов и тип используемых регуляторов.

Элементы батареи объединяют последовательно или параллельно. При последовательном включении увеличивается напряжение, при параллельном - емкость. Схему подключения элементов в батарее можно понять по ее маркировке. Например, 3S1P (или просто 3S) - это три последовательно подключенных элемента. Напряжение такой батареи будет 11,1 В. 4S2P - это восемь элементов, две группы, подключенных параллельно по четыре последовательных элемента.

Однако моторы подключаются к батарее не напрямую, а через так называемые регуляторы скорости. Регуляторы скорости (они же «регули» или ESC) управляют скоростью вращения моторов, заставляя твой коптер балансировать на месте или лететь в нужном направлении. Большинство регуляторов имеют встроенный стабилизатор тока на 5 В, от которого можно питать электронику (в частности, «мозг»), можно использовать отдельный стабилизатор тока (UBEC). Выбираются контроллеры скорости исходя из потребления мотором тока, а также возможности перепрошивки. Обычные регули довольно медлительны в плане отклика на поступающий сигнал и имеют множество лишних настроек для коптеростроительства, поэтому их перепрошивают кастомными прошивками SimonK или BLHeli. Китайцы и тут подсуетились, и часто можно встретить регуляторы скорости с уже обновленной прошивкой. Не забывай, что такие регули не следят за состоянием аккумулятора и могут разрядить его ниже 3,0 В на банку, что приведет к его порче. Но в то же время на обычных ESC стоит переключить тип используемого аккумулятора с LiPo на NiMH или отключить уменьшение оборотов при разрядке источника питания (согласно инструкции), чтобы под конец полета внезапно не отключился мотор и твой беспилотник не упал.

Моторы подключаются к регулятору скорости тремя проводами, последовательность не имеет значения, но если поменять любые два из трех проводов местами, то мотор будет вращаться в обратном направлении, что очень важно для коптеров.

Два силовых провода, идущих от регулятора, надо подключить к батарейке. НЕ ПЕРЕПУТАЙ ПОЛЯРНОСТЬ! Вообще, для удобства регуляторы подключают не к самой батарейке, а к так называемому Power Distribution Module - модулю распределения энергии. Это, в общем-то, просто плата, на которой припаяны силовые провода регуляторов, распаяны разветвления для них и припаян силовой кабель, идущий к батарее. Конечно, батарею не надо припаивать, а надо соединить через разъем. Ты же не хочешь перепаивать батарею каждый раз, как она сядет.

Бортовой компьютер и сенсоры

Выбор полетных контроллеров для коптеров очень велик - начиная от простого и дешевого KapteinKUK и нескольких open source проектов под Arduino-совместимые контроллеры до дорогого коммерческого DJI Wookong. Если ты настоящий хакер, то закрытые контроллеры тебя не должны сильно интересовать, в то время как открытые проекты, да еще и основанные на популярной ардуинке, привлекут многих программистов. О возможностях любого полетного контроллера можно судить по используемым в нем датчикам:

Гироскоп позволяет удерживать коптер под определенным углом и стоит во всех контроллерах; акселерометр помогает определить положение коптера относительно земли и выравнивает его параллельно горизонту (комфортный полет); барометр дает возможность удерживать аппарат на определенной высоте. На показания этого датчика очень сильно влияют потоки воздуха от пропеллеров, поэтому стоит прятать его под кусок поролона или губки; компас и GPS вместе добавляют такие функции, как удержание курса, удержание позиции, возврат на точку старта и выполнение маршрутных заданий (автономный полет). К установке компаса стоит подойти внимательно, так как на его показания сильно влияют расположенные рядом металлические объекты или силовые провода, из-за чего «мозги» не смогут определить верное направление движения; сонар или УЗ-дальномер используется для более точного удержания высоты и автономной посадки; оптический сенсор от мышки используется для удержания позиции на малых высотах; датчики тока определяют оставшийся заряд аккумулятора и могут активировать функции возврата на точку старта или приземление.

Сейчас существует три основных открытых проекта: MultiWii, ArduCopter и его портированная версия MegaPirateNG. MultiWii самый простой из них, для запуска требует Arduino с процессором 328p, 32u4 или 1280/2560 и хотя бы одним датчиком-гироскопом. ArduCopter - проект, напичканный всевозможным функционалом от простого висения до выполнения сложных маршрутных заданий, но требует особого железа, основанного на двух чипах ATmega. MegaPirateNG - это клон ArduCopter, который способен запускаться на обычной ардуине с чипом 2560 и минимальным набором датчиков из гироскопа, акселерометра, барометра и компаса. Поддерживает все те же возможности, что и оригинал, но всегда догоняет в развитии.

Продвинутый девяти-
канальный пульт

С железом для открытых проектов аналогичная ситуация, как и с рамами для коптера, то есть ты можешь купить готовый контроллер или собрать его самостоятельно с нуля или на основе Arduino. Перед покупкой стоит всегда обращать внимание на используемые в плате датчики, так как развитие технологий не стоит на месте, а старье китайцам как-то надо распродать, к тому же не все сенсоры могут поддерживаться открытыми прошивками.

Наконец, стоит упомянуть еще один компьютер - PX4, отличающийся от клонов Arduino тем, что у него есть UNIX-подобная операционная система реального времени, с шеллом, процессами и всеми делами. Но надо предупредить, что PX4 - платформа новая и довольно сырая. Сразу после сборки не полетит.

Настройка полетных параметров, как и программы настройки, очень индивидуальна для каждого проекта, а теория по ней могла бы занять еще одну статью, поэтому вкратце: почти все прошивки для мультикоптеров основаны на PID-регуляторе, и основной параметр, требующий вмешательства, - пропорциональная составляющая, обозначаемая как P или rateP. Если при взлете твой коптер дергается из стороны в сторону, то это значение надо уменьшать, если же вяло реагирует на внешние воздействия, то наоборот - повышать, остальные нюансы ты сможешь найти в инструкциях и на сайтах разработчиков.

Безопасность

Все новички, думая о безопасности, вспоминают AR.Drone и его защиту винтов. Это хороший вариант, и он работает, но только на мелких и легких аппаратах, а когда вес твоего коптера начинает приближаться к двум килограммам или давно перевалил за эту цифру, то спасти может только прочная железная конструкция, которая будет весить очень много и, как ты понимаешь, сильно уменьшит грузоподъемность и автономность полета. Поэтому лучше сперва тренироваться подальше от людей и имущества, которое можно повредить, а уже по мере улучшения навыков защита станет и не нужна. Но даже если ты пилот со стажем, то не забывай о технике безопасности и продумывай возможные негативные последствия твоего полета при нештатных ситуациях, особенно при полетах в людных местах. Не стоит забывать, что сбой контроллера или канала связи может привести к тому, что аппарат улетит от тебя далеко, и тогда для поиска может пригодиться GPS-трекер, установленный заранее на коптер, или же простая, но очень громкая пищалка, по звуку которой ты сможешь определить его местоположение. Настрой и заранее проверь функцию fail safe твоего полетного контроллера, которая поможет приземлиться или вернуть коптер на точку старта при потере сигнала с пульта.

Управление

Немного про радиоаппаратуру. Сейчас практически все передатчики для летающих моделей работают на частоте 2,4 ГГц. Они достаточно дальнобойные, и этот частотный диапазон не так зашумлен, как, например, 900 МГц. Для полета вообще-то достаточно четырех каналов: газ, рыскание, тангаж, крен. Ну а восьми каналов точно хватит и на что-нибудь еще.

info

Для полетов с камерой обзаведись подвесом, который будет удерживать камеру параллельно горизонту при маневрах, а также поможет управлять наклоном камеры. Большинство контроллеров имеют выходы для стабилизации подвесов с сервоприводом, а также выход для переключателя управления кнопкой спуска камеры.

Комплект обычно состоит из самого пульта и приемника. На приемнике находятся ручки управления и дополнительные кнопки. Обычно выбирают аппаратуру Mode2, когда левый стик управляет газом и поворотом, а правый - наклонами коптера. Все ручки, кроме газа, подпружинены и возвращаются в начальное положение при отпускании. Также стоит обращать внимание на количество каналов. Для беспилотника потребуется четыре канала управления и один канал для переключения режимов полета, кроме того, могут потребоваться дополнительные каналы для управления камерой, для настройки или для особых режимов полетного контроллера. При выборе пульта стоит также учитывать возможность смены радиомодуля, чтобы в будущем его можно было легко обновить.

Квадрокоптер на пульте управления - это современная и многофункциональная игрушка, которая будет интересна всем любителям свободных полетов. При помощи компактной камеры пользователь может наблюдать за траекторией движения устройства, а также осуществлять воздушные съемки. Даже бюджетный квадрокоптер может летать на довольно большие расстояния при исправной работе оборудования. Однако что делать, если какая-либо деталь устройства вышла из строя?

Комплектующие для квадрокоптеров: особенности

Стандартная аппаратура квадрокоптера может не устраивать опытного пользователя по целому ряду причин - недостаточное количество каналов, низкое качество сборки, возможность приобретения более современных запчастей. В специализированном магазине моделей представлено большое количество комплектующих для квадрокоптеров - пропеллеры, аккумуляторы, камеры, а так же передатчики.

Передатчик для квадрокоптера - это своеобразный пульт управления, при помощи которого удается осуществлять полный контроль над воздушным устройством. От качества и функциональности данного элемента напрямую зависят возможности самого квадрокоптера. Именно поэтому, выбирая передатчик для своего устройства, необходимо отдавать предпочтение только проверенным брендам и производителям.

Пропеллер - не менее важный конструктивный элемент квадрокоптера. При выборе воздушных винтов важно учитывать следующие их параметры:

Количество лопастей. В пропеллер в стандартном исполнении имеет всего 2 лопасти, однако трехлопастные элементы обладают гораздо большей подъемной силой.

Диаметр пропеллера. Чем он больше, тем больше подъемная сила квадрокоптера. При этом нужно учитывать расстояние между винтами, чтобы они не пересекались.

Шаг пропеллера. Этот показатель характеризует величину воздушного столба, который пропеллер поднимает за один оборот.

Выбирая аккумулятор нужно, в первую очередь, обратить внимание на его емкость, но напряжение и максимальный разрядный ток также не менее важны. Кроме того, следует учитывать температурный диапазон, в котором аккумулятор нормально функционирует.

Где купить комплект аппаратуры для квадрокоптера в Москве?

Специализированный интернет магазин предлагает своим клиентам качественную аппаратуру для квадрокоптеров онлайн с возможностью быстрой доставки в любой регион. Доступная цена на все детали от брендов FPV, DJI и многих других.