Магнитометр в квадрокоптере для чего нужен

Магнитометр в квадрокоптере для чего нужен

Магнитометры не подвержены вибрации, но на их показания влияют внешние близко расположенные металлические предметы. Помехи можно разделить на три основных класса.

• «Искажения твердого железа» (Hard Iron Distortion) — к магнитному полю земли добавляется постоянное магнитное поле от намагниченных предметов, например магнита звукоизлучателя. Намагниченными могут быть даже выводы радиодеталей, изготовленные из луженого железа. Эта постоянная составляющая может быть исключена при калибровке.

• «Искажения мягкого железа» (Soft Iron Distortion) — магнитное поле искажается посторонними предметами, не имеющими собственной намагниченности. Например, сплавы никеля, пермаллой искажают силовые линии поля. Такие искажения зависят от положения объекта в пространстве и труднее компенсируются. К счастью, в конструкции квадрокоптера обычно не бывает таких предметов. Детали из сплавов алюминия и меди не вносят искажения.

• Динамические или вихревые помехи. Это специфическая особенность электрических летательных аппаратов, особенно коптеров. Мощные токи, протекающие через проводники силовых цепей и батарею, порождают магнитные поля в окружающем пространстве. Причем напряженность этих полей постоянно меняется в зависимости от нагрузки на моторы.

Иногда магнитные помехи настолько сильны, что делают невозможным использование компаса и даже способны привести к аварии. К сожалению, переменные магнитные поля невозможно скомпенсировать программно и приходится применять специальные конструктивные меры. Для уменьшения наводок микросхему компаса стараются выносить с платы контроллера и поднимать вверх на 10–20 см над рамой. При укладке силовых проводов следует избегать образования петель, все провода должны иметь минимальную длину. Силовые провода рекомендуется перекручивать. Впрочем, в квадрокоптерах начального уровня вполне можно обходиться без компаса и при наличии магнитных помех просто отключать его в настройках.

Малогабаритные контроллеры, предназначенные для полетов внутри помещения, по очевидной причине компас не содержат.

Перед началом полетов магнитометр необходимо откалибровать, проведя процедуру вращения коптера по всем осям. Детали этой процедуры могут зависеть от применяемой прошивки контроллера.

Благодаря наличию компаса возможен интересный режим полета, именуемый Headfree. В этом режиме фиксируется курсовое положение квадрокоптера в момент активации моторов. Если в процессе полета развернуть раму квадрокоптера по Yaw, то условное направление «вперед», зафиксированное при взлете, не изменится. При наклоне правого стика пульта вперед квадрокоптер всегда будет лететь вперед, при наклоне вправо — всегда вправо и т. д., независимо от того, как в данный момент развернута рама. Считается, что этот режим удобен для начинающего пилота, а также при полетах на большом удалении, без видеоканала и средств телеметрии, когда визуальный контроль над положением рамы затруднен. Если пилот случайно развернул квадрокоптер, то это не отразится на управлении и поможет избежать аварии.

Используя компас, при настройке квадрокоптера не забудьте указать такой параметр, как магнитное склонение (не путайте с магнитным наклонением) для своей местности. Магнитное склонение — это угол между географическим и магнитным меридианами в точке земной поверхности. Магнитное склонение считается положительным, если северный конец магнитной стрелки компаса отклонен к востоку от географического меридиана, и отрицательным — если к западу. Значение магнитного склонения используется для определения истинного меридиана до показанию магнитного компаса. Узнать значение магнитного склонения для своей местности можно на сайте www.magnetic-declination.com или http://www.ngdc.noaa.gov/geomag-web/. Обратите внимание, что сервисы дают значение в градусах и минутах, но при настройке компаса используется значение в градусах и десятичных долях градуса.

Остался еще один важный параметр полета — высота. Стабилизация высоты важна как для комфортного управления квадрокоптером, так и для безопасного полета, особенно в режиме автоматического возврата к точке старта по GPS. Для измерения высоты в квадрокоптерах используют либо интегральный барометр, либо внешний ультразвуковой сонар, либо оба устройства сразу. Поскольку они оба выполняют одинаковую задачу, мы немного забежим вперед и рассмотрим достоинства и недостатки ультразвукового сонара в этой главе, хоть сонар и является дополнительным оборудованием.

Источник

Полетный контроллер, для чего он нужен

Полетные контроллеры делятся на 3 группы:

Каждый контроллер имеет свое программное обеспечение, которое управляет всем оборудованием. Самые популярные контроллеры можно прошивать и гибко настраивать с помощью специальных программ, таких как CleanFlight, Betaflight и Raceflight.

Какие бывают полетные контроллеры?

Ниже рассмотрим вопрос — какие бывают полетные контроллеры, а точнее, для каких целей.

Гоночные полетные контроллеры

Naze32, также на базе этого контроллера есть SP Racing F3:

На нем присутствуют все стандартные датчики – гироскоп и акселерометр, а в расширенной версии DELUXE также есть барометр и компас.

Гироскоп и акселерометр определяют текущее расположение дрона в пространстве. Барометр определяет высоту по давлению (чтобы удерживать высоту, например), компас для удержания направления полета.

На сегодня, полетные контроллеры серии F4 являются самыми популярными полетными контроллерами для мини и гоночных квадрокоптеров, так как прекрасно работают с такими программами, как CleanFlight, Betaflight и Raceflight. На их смену уже выходит серия F7, становясь все более популярной.

Разработка прошивок для полетного контроллера F3 уже прекратилась из-за ограничения ресурсов, поэтому выбирайте для покупки F4 или F7:

Также еще два популярных контроллера:

KISS – прошивать своей прошивкой нельзя. Имеет графический интерфейс с минимумом настроек.

LUX – такой же гибкий, как Naze32, но все же уступает ему. Прошивать можно.

Контроллеры для съемки видео и фото с дрона

Поддерживает весь набор датчиков (GPS, телеметрию, OSD и т.д.)

ArduPilot AMP поддерживает GPS и автономный полет по заданным координатам. Тоже достаточно популярный контроллер, но стоит дороже обычных из-за наличия более важных датчиков.

Vector Flight Controller- профессиональный полетный контроллер с встроенной системой Eagle Tree.

Новичок тоже сможет на таком летать. Эти контроллеры стоят дорого, а вес и размер стремятся к идеалу для аэросъемки.

Контроллеры для автономных полетов

3DR Pixhawk — самый популярный контроллер для автономных полетов. На его борту есть резервная система, а также он поддерживает все известные датчики для дронов.

MultiWii Pro — дешевый и доступный, позволяет отлично стабилизировать коптер, также на нем есть барометр, магнитометр и GPS.

Теперь, после краткого обзора типов полетных контроллеров, перейдем к полному описанию.

Прошивки полетного контроллера, их виды

Полетные контроллеры отличаются не только по типу компонентов, из которых они состоят, но и по прошивкам, на которых они работают, то есть программным обеспечением, на котором работает полетный контроллер.

Как уже написано выше, на сегодня самыми популярными прошивками являются:

Что из себя представляет программное обеспечение полетного контроллера — прошивка? Это набор правил и алгоритмов, которые обрабатывает процессор.

А теперь ответ на вопрос, как прошить полетный контроллер? Конкретно для каждой прошивки разработан свой конфигуратор — это специальная программа, которая загружает в полетный контроллер программное обеспечение, а зачем конфигуратор работает в роли графического интерфейса прошивки — чтобы вам было наглядно и удобно настраивать свой квадрокоптер.

С помощью графического интерфейса можно вносить различные настройки в прошивку, например, менять параметры PID, включать и редактировать фильтры, включать или отключать датчики, настраивать начальные и максимальные обороты двигателей и так далее. Но стоит отметить, что в зависимости от прошивки у них будет разный интерфейс, критичных отличий, конечно, не будет, но все же.

Процессор полетного контроллера

От процессора будет зависеть то, насколько быстро будут обрабатываться поступающие к нему данные. Процессоры делятся по поколениям: F1, F3, F4, F6. Вот такие странные поколения, где пропущены 2-е и 6-е поколения. Отличаются они частотой работы и архитектурой:

Сейчас все новые полетные контроллеры поставляются с процессором 7-го поколения, так как обрабатывать фильтры и PID становится все труднее, прогресс шагает километровыми шагами в этой сфере. Но у многих пилотов ПК на процессорах 3-го поколения, так как F3 был самым (да и остается) массовым поколением со стабильной работой.

Гироскоп и акселерометр полетного контроллера

Гироскоп и акселерометр — очень важные датчики, они определяют положение квадрокоптера в пространстве, а также движется ли он, посылают эти данные процессору, а тот уже решает, какому двигателю поддать газа, а какому наоборот, снизить обороты.

Акселерометр выполняет роль стабилизатора в пространстве, есть даже такой режим полета — «Режим стабилизации», при котором квадрокоптер невозможно будет перевернуть в воздухе и он всегда будет держаться параллельно земле (если просто отпустить стики на пульте). Опытные пилоты почти всегда летают в режиме АКРО, поэтому они отключают акселерометр или используют его крайне редко.

Гироскоп же выполняет роль определения положения квадрокоптера в пространстве.

Какие самые популярные гироскопы используются в полетных контроллерах? Смотрим таблицу ниже:

MPU9150 — это MPU6050 со встроенным магнитометром AK8975, а MPU9250 — это MPU6500 и тоже с магнитометром.

Номер и название гироскопа можно найти на самом чипе, например это — MPU-6000:

Выбор гироскопа: частота опроса и шумы

Есть два критерия, которые нужно учитывать при выборе полетного контроллера с конкретным гироскопом, это частота работы и чувствительность к шумам (электро- и механическим).

На сегодня самыми популярными и надежными считаются гироскопы MPU6000, у них частота работы 8KHz, а также они достаточно не чувствительны к шумам. Советуем не покупать полетные контроллеры с гироскопами MPU6500 и MPU9250, у них хоть и частота выше, но они больше подвержены воздействию шумов.

Серия гироскопов ICM работает лучше и плавнее, чем MPU6000 на 32KHz, но из-за шумных двигателей и регуляторов оборотов производительность ICM будет ниже, чем MPU6000. Например, ICM20602 на Raceflight Revolt V2 или ICM20689 на Kakute F4, оба этих гироскопа могут работать на частоте 32KHz, но с регуляторами оборотов, которые генерируют много шума, они работать будут хуже, чем MPU6000. По этой причине на полетные контроллеры устанавливают сетевые фильтры для частичного удаления шумов.

Чтобы частично убрать механические шумы (вибрацию), полетный контроллер следует устанавливать на резиновые подушки или любой другой пористый материал, который сможет гасить вибрацию, например кусок резины или вспененного материала.

i2c и SPI

Порт UART в полетном контроллере

Аббревиатура UART с английского расшифровывается как (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) — универсальный асинхронный приемник/передатчик.

К порту UART подключаются различные периферийные устройства, такие как, приемник, различная телеметрия и так далее. У порта есть два контакта для обмена данными — прием и передача.

На фото ниже вы можете увидеть пример UART порта и их настройки в Betaflight, точнее, вы можете назначить в этой вкладке порту любое устройство, которое поддерживает обмен данными:

Сколько бывает портов UART на полетном контроллере?

UART портов много не бывает — чем больше, тем более гибко можно будет настраивать ваш квадрокоптер, а также они будут дублировать друг друг в случае поломки.

Но само количество портов зависит от размеров платы полетного контроллера и от того, как расположены на ней компоненты, а также от типа процессора, который использует ПК. 3-е и 4-е поколение полетных контроллеров (F3-F4) имеют от 3 до 5 UART, а 7-е поколение — 7 и более. Оно и понятно, слабый процессор не сможет физически обрабатывать столько периферии.

Инвентированный сигнал и UART

Инвентированный сигнал поддерживают полетные контроллеры 3-го и 7-го поколения, а вот 1-е и 4-е поколения не могут.

Передатчики FrSky с протоколом работы SBUS и SmartPort на выходе инвертируют свой сигнал, и их могут обработать только процессоры нового поколения, такие установлены на 7-м и 3-м поколении (F3 и F7), так как у них уже есть встроенный инвертор.

А вот для устаревших поколений (F1 и F4) нужно перед портом UART устанавливать инвертор, который будет обрабатывать и преобразовывать сигнал и передавать его уже в UART. Хотя в некоторых полетных контроллерах F4 производители сразу устанавливают инверторы для SBUS и SmartPort, пилоту можно сразу подключать приемник к ПК.

Если у вас закончились UART порты, то можно воспользоваться функцией в Betaflight «soft-serial», благодаря которой можно создавать виртуальные UART. С помощью ПО Betaflight создается эмуляция этого порта, как будто он есть физически, но на самом деле его нет. Также стоит отметить, что такой порт будет работать значительно медленнее, чем физический и он не подойдет для подключения приемника, например, так как такое замедление критично. Процессор тоже будет работать с повышенной нагрузкой.

Размеры платы полетного контроллера

Монтажная схема полетного контроллера — это расстояние между отверстиями для крепления ПК к раме дрона. В этом вопросе есть стандарт, который состоит из 3 схем:

Размер платы соответствует размеру дрона, который вы будете собирать, например, 30,5 х 30,5 мм устанавливаются в рамы размером от 200 мм и больше, а на меньшие рамы устанавливаются последующие размеры полетных контроллеров.

Какие есть дополнительные функции в полетном контроллере?

OSD — это очень важная и нужная функция. OSD накладывает на видеопоток дополнительную информацию с различных датчиков квадрокоптера, например, напряжение аккумулятора, высота, скорость и так далее. Любой, кто сталкивался с minimOSD, знает, какая трудность — подключить и настроить эту плату, да и мало подключить, ее еще нужно программатором прошить, и только после этого плату OSD можно будет настраивать в Betaflight.

Поэтому делайте выбор в пользу полетных контроллеров с встроенным OSD, это сбережет вам нервы и время.

Плата разводки питания (PDB)

К плате разводки питания подключаются аккумулятор и двигатели с регуляторами оборотов, а также полетный контроллер и прочая периферия. У некоторых ПК такая плата уже есть, они совмещены. Это, конечно, плюс, но где плюсы, там и минусы — в такой компоновке будет мало места, и в случае поломки ее будет сложнее устранять.

Датчик тока (Current Sensor)

На плате разводки обычно есть контакты VBAT, куда подключаются контакты полетного контроллера и ПК снимает данные о текущем напряжении, но свой собственный датчик тока эффективнее.

Регуляторы оборотов (ESC)

Наверняка вы уже слышали или видели регуляторы оборотов 4 в 1, такая квадратная плата вместо 4 плат. Инженеры решили интегрировать регуляторы сразу в полетный контроллер и теперь, если вы купите такой ПК, вам можно будет припаять двигатели напрямую к ПК. О целесообразности такого выбора решать только вам.

Черный ящик (Blackbox)

Черный ящик нужен для записи логов работы квадрокоптера, туда записываются всевозможные данные, которые обрабатывает полетный контроллер. Есть два места, куда можно вести запись логов, это флеш-память полетного контроллера и SD-карта (флешка).

Плюсы встроенной флеш-памяти:

Минусы встроенной флеш-памяти:

Плюсы SD-карты:

Минусы SD-карты:

Типы коннекторов

Это, конечно, не функция, но не рассказать об этом нельзя. На полетном контроллере есть 3 типа соединений между периферией:

Пластиковые коннекторы в основном используются для подключения периферии, которую иногда нужно отключать и снимать, в этом их плюс — быстро снять/подключить. Они не очень прочные, но удобные.

Контактные площадки для припаивания удобны в использовании, но если контакт сильно нагреется во время использования, то есть вероятность, что он оторвется. То же самое и в вопросе о разрыве при сильном натяжении.

Отверстия для припаивания удобны тем, что провод гораздо прочнее будет «сидеть» в пазу. Также можно использовать угловые штифты для более удобного подключения периферии.

Регулятор напряжения (BEC)

На современных (да и не только) ПК есть отдельные контакты для подключения источника потребления на 5V и на 12V, иногда встречаются даже на 9. Хоть сейчас почти все FPV-компоненты рассчитаны на ток в широком диапазоне и их можно подключать даже к аккумулятору, мы все же рекомендуем подключать их к отдельному входу на полетном контроллере, где ток подается стабильным, тогда как в аккумуляторе он будет постоянно «скакать» от нагрузки.

Светодиод состояния

Удобная функция, которая отображает текущее состояние полетного контроллера. Обычно у светодиода есть 2 цвета — красный и синий. В зависимости от того, каким и сколько раз мигает ПК — пилот понимает, все ли в порядке. Эта спецификация всегда указывается с конкретным контроллером.

Кнопка для перехода в режим прошивки

Без такой кнопки не обойтись ни одному полетному контроллеру. Для прошивки замыкают 2 контакта, затем подключают к компьютеру и запускают Betaflight конфигуратор или любой другой. Есть два типа:

С кнопкой удобнее — нажал отверткой и все, а вот для контактов нужно использовать пинцет или скрепку, чтобы закоротить их.

Какие еще бывают функции в полетном контроллере?

Заключение

Как вы заметили, полетный контроллер — это очень важный узел в квадрокоптере и занимает очень много места в теории. И на вопрос, как правильно выбрать полетный контроллер, у вас не должно оставаться этих самых вопросов, а если остались, вы должны понять, для чего вам нужен квадрокоптер, для каких нужд. Если для гонок и драйва, то одни контроллеры, если для съемки, то другие. Также стоит учитывать ваши навыки, если вы новичок, то не стоит брать дорогие контроллеры с кучей датчиков или наоборот те, в которых абсолютно ничего не настроено и даже нет прошивки.

Также стоит учитывать бюджет, который вы можете потратить, так как цены очень сильно разнятся. Например, SP Racing F7 с OSD для гоночных дронов стоит от 1600 до 2500 рублей, а вот DJI A3 для профессиональной фото- и видеосъемки стоит 50 000 – 60 000 тысяч рублей.

Подведем итоги:

Выбирать полетный контроллер следует из ваших потребностей – для гонок, для съемки или для автономных полетов, а также, а также, на основе статьи, что написана выше.

Источник

Зачем дрону компас?

Как мы знаем, компас предназначен для определения сторон света в пространстве. По факту, магнитный датчик (он же компас) устанавливается только на те летательные аппараты, которые оснащены приёмником GPS. Без GPS компас бесполенез, точно так же как и GPS не может полноценно работать без компаса, и вот почему:

Приёмник GPS может с высокой точностью определить положение дрона на местности, но не имеет информации о том, какой стороной дрон повёрнут к северу.
Попробую пояснить на примере: Датчик GPS получил информацию о том что дрон снесло ветром на 1 метр на запад. Чтобы его вернуть в первоначальную позицию — нужно сместить его на тот же метр на восток. А где у квадрокоптера восток? Слева? Справа, Сзади? Вот чтобы ответить на этот вопрос — ему нужен компас! Компас определит какой стороной дрон повёрнут к северу и переместит дрон на метр в нужную сторону!

Датчик магнитного поля (он же компас) — самый подверженный помехам датчик! Кроме того, что в разных полётных территориях естественное магнитное поле может быть разным, на него могут влиять и посторонние магнитные поля, например от высоковольтных линий электропередач или даже от бортовой электроники самого квадрокоптера. Именно поэтому самодельщики, собирающие дроны сами, стараются разместить компас подальше от бортовой электронике, например на отдельно стоящей ноге выше остальных деталей.

Кроме этого, компас желательно заново калибровать на каждом новом полётном месте. Вы, возможно, видели, как владельцы квадрокоптеров перед полётов вращают их на земле в разные стороны — это и есть калибровка. Она позволяет настроить компас на окружающее магнитное поле именно на этой местности.

Неправильная калибровка компаса является причиной неверных данных на центральном контроллере, как следствие — дрон получает неправильные навигационные данные и летит не в нужном направлении. Проявляться это может как УНИТАЗИНГ (когда дрон летает по окружностям вместо зависания в точке), или УЛЁТ В КИТАЙ (дрон резко и быстро улетает в непредсказуемом направлении).

В самосборных моделях как правило используют датчик компаса, встроенный прямо в корпус приёмника GPS.

4 comments

Мдаааа, видел я GPS без компаса. Но чтобы компас без GPS.

Я сейчас полётный контроллер подключил к компьютеру кабелем USB, при этом сам полётный контроллер держал неподвижно нарисованной на нём стрелкой от себя. Включил программу INAV, в ней отображается ориентация полётника в виде «кирпичика», так вот.. это изображение повторяет все повороты полётного контроллера по всем осям в пространстве… Главное в момент подключения питания к полётнику, нужно зафиксировать положение полётника в соотвествии со сторонами света.. и всё гироскоп запоминает ориентацию и работает как компас. Наверное можно обойтись и без компаса.

Это было бы очень удобно, жаль только INAV с Вами не согласен и не включит навигационный режимы пока не увидит рабочий, откалиброванный компас.

Источник