Аппаратура управления

Управление

Управление – процесс передачи управляющих сигналов в каналах связи:

Радиоканал (радиоволна)

Оптоволоконный канал (свет).

Схема взаимодействия пульта управления и приемника радиосигнала в БпЛА

Виды протоколов связи в FPV

ESC protocols – протоколы взаимодействия ПК с регуляторами моторов:
PWM (ШИМ) -> OneShot -> Multishot -> Proshot -> Dshot (самый надёжный, быстрый, функциональный)
RX protocols – протоколы серийной проводной передачи данных (устройство – устройство): PWM (универсальный), SPI_RX (универсальный), … , SBUS (Futaba, Frsky), CRSF (ELRS, TBS)
TX protocols – беспроводные протоколы радиосвязи: PWM, ACCST->ACCESS (Frsky), … , TBS Tracer, TBS Crossfire, ExpressLRS, Отечественные производители связи - Гермес, Кузнечик, Радуга, Коралл, Пеппа

Основные параметры аппаратур

Все приемники ExpressLRS и модули передатчика являются кросс-совместимыми, независимо от бренда, так как они основаны на одной и той же конструкции с открытым исходным кодом.
Когда дело доходит до аппаратного обеспечения, рассмотрите приемники с “PA” и “LNA” для лучшей производительности диапазона. Ищите приемники с “TCXO”, поскольку они предлагают более стабильную связь.
PA (Power Amplifier) и LNA (Low-Noise Amplifier) являются компонентами, улучшающими производительность приёмника. ПА обеспечивает более прочную телеметрическую связь для дальних полётов, в то время как ЛНА значительно повышает чувствительность приёмника и даёт лучшую дальность.
TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator) - это тип осциллятора, который обеспечивает гораздо более стабильную частоту с гораздо более широким диапазоном температур. Это важно, потому что, когда компоненты нагреваются или охлаждаются, это может вызвать сдвиг частоты в генераторе, и если этот сдвиг частоты находится за пределами определенного предела, ваш приемник потеряет связь с передатчиком. Таким образом, наличие приемника с TCXO обеспечит оптимальную производительность и надежность.
Дивёрсити обеспечивает лучший диапазон и силу сигнала. Существует два типа приёмников диверсити. “Antenna Diversity” использует один радиочип, подключенный к 2 антеннам, в то время как “True Diversity” использует 2 независимых RF-чипа, каждый со своей собственной антенной. True Diversity дороже, чем Antenna Diversity, но более эффективное использование установок с двумя антеннами обеспечивает лучшую производительность. Ресиверы тру диверсити также поддерживают режим Gemini.
Более высокая скорость пакетов имеет меньшую задержку, но меньшую дальность.

Пульт

Наиболее важной составляющей FPV-системы является аппаратура управления и передачи данных. Основными передаваемыми данными являются телеметрия и видеопоток с FPV-камеры. Принцип работы аппаратуры основан на использовании радиосигналов для передачи сигналов управления от оператора к дрону и данных от дрона на пульт оператора и FPV-очки.

Пульт – это устройство управления полетом FPV-дрона (передатчик). Интерфейс управления - клавиши, стики.

Требования безопасности:

Выключать всегда! Следить за зарядом.
Включаем сначала пульт, затем дрон.
Выключаем дрон, затем пульт.
Не включаем передатчики без антенн.
Перед запуском дрона – проверить, что все свитчи от себя, кнопки отжаты.

При выборе пульта управления важно учитывать габариты, дизайн, удобство захвата, наличие петли для шнура, расположение и типы переключателей. Немаловажным фактором является вес пульта управления. Работа с тяжелым устройством может быстро вызвать усталость.

Основными характеристиками пульта управления являются:

форм-фактор (полноразмерные и «геймпад»);
количество переключателей, а также режимы их работы;
рабочая частота радиопередатчика;
протоколы связи;
наличие отсека для внешнего модуля;
мощность передатчика;
дальность действия;
количество каналов;
программная прошивка;
поддержка телеметрии;
поддержка FPV-симуляторов;
наличие тренерского порта (Trainer Port).

Основными элементами пульта управления являются два стика (англ. gimbals), используемые оператором для управления движением БпЛА по четырем каналам (осям):

Газ (Throttle) – управление тягой электродвигателей, используется для перемещения летательного аппарата вверх или вниз.
Тангаж (Pitch) – управление вращением БпЛА вдоль поперечной оси,
используется для перемещения летательного аппарата вперед или назад.
Крен (Roll) – управление вращением БпЛА вдоль продольной оси, используется для перемещения летательного аппарата влево или вправо.
Рыскание (Yaw) – управление вращением БпЛА вокруг вертикальной оси, используется для поворота летательного аппарата влево или вправо.

Существуют четыре разных режима работы стиков пульта управления: Mode 1, Mode 2, Mode 3 и Mode 4.

Выбор пульта с соответствующим режимом зависит от личных предпочтений оператора, но лучше всего выбирать наиболее часто используемый пилотами дронов режим Mode 2. В режиме Mode 2 команды Throttle и Yaw подаются с левого стика, а Pitch и Roll – с правого стика.
Переключатели пультов управления служат для активации дополнительных функций (запуск, режимы полета, звуковой сигнал и др.). Эти переключатели могут быть двухпозиционными или трехпозиционными, а также иметь ползунки и поворотные ручки.

При выборе пульта управления следует учитывать число каналов – это количество функций летательного аппарата, которыми можно управлять. Производители радиооборудования, как правило, указывают в характеристиках информацию о том, сколько каналов поддерживают их устройства. Это связано с максимальным количеством элементов управления и доступных переключателей, поскольку каждый из них требует выделенного канала для передачи данных на приемник дрона.
Два стика на пульте управления используют четыре канала, потому что отвечают за четыре команды: Throttle, Yaw, Pitch и Roll.
Дополнительные каналы (они называются AUX-каналы) привязаны к переключателям, отвечающим за запуск дрона и другие функции. Поэтому для полета FPV-дрона необходимо, как минимум, 5 каналов.
Программное обеспечение (прошивка) служит интерфейсом, который позволяет взаимодействовать с пультом управления и контролировать полет дрона. Одна из рекомендованных прошивок – EdgeTX. Она имеет открытый исходный код и обширную пользовательскую базу. Значительная часть представленных на рынке радиопередатчиков поддерживает эту прошивку и поставляется с предустановленной EdgeTX. Это позволяет без труда перенести настройки на новое устройство при обновлении аппаратуры.
EdgeTX предлагает множество различных настроек и поддерживает различные типы летательных аппаратов. Для новичков освоение прошивки может быть нелегким, но знания, полученные при использовании EdgeTX, будут бесценны в долгосрочной перспективе. OpenTX также является популярной прошивкой, но она отстает от EdgeTX в плане функций и производительности. Из других вариантов можно упомянуть FreedomTX, которая базируется на OpenTX и используется в TBS Tango 2 и Mambo.

Усилители мощности радиопередатчиков

Усилители мощности для сигнала управления в FPV — это устройства, которые позволяют значительно увеличить дальность и надежность полета, а также сделать сигнал управления устойчивее к воздействию средств РЭБ.

Чтобы выбрать подходящий усилитель, обратите внимание на следующие моменты:

Частотный диапазон: Он должен точно совпадать с частотой вашей аппаратуры управления (например, 433 МГц, 868/915 МГц, 2.4 ГГц).
Входная мощность: Запрещено подавать на вход сигнал мощностью больше допустимого. это приводит к выходу из строя усилителя. При подаче на вход слабого сигнала и выходной сигнал будет слабее заявленного.
Выходная мощность: Измеряется в Ваттах (Вт) или dBm. Чем выше мощность, тем больше потенциальная дальность, но тем выше энергопотребление и нагрев.
Тип разъемов: Убедитесь, что разъемы усилителя (SMA, RP-SMA, N-type) подходят к вашим кабелям и антеннам.
Энергопотребление: Питание необходимо подавать соответствующее усилителю, при подаче питания больше заявленного, усилитель выйдет из строя.
Охлаждение: Мощные усилители требуют хорошего питания и могут сильно греться. Обращайте внимание на наличие радиатора или активного охлаждения (вентилятора). Внешние устройства часто имеют собственный аккумулятор.
Поддерживаемые протоколы: Усилитель должен корректно работать с вашим протоколом управления (ExpressLRS, Crossfire и др.), не внося искажений. Например, Aeronetix LR1121 специально заточен под ELRS.

Подводные камни и важные нюансы

Усилитель усиливает и шумы: Он не делает "грязный" сигнал чище. Если сигнал от пульта слабый или искаженный, усилитель сделает его просто более мощным и искаженным.
Дополнительная задержка: Любое активное устройство вносит задержку. Для большинства FPV-полетов она не критична, но в скоростных гонках может быть ощутима.
Качество антенн имеет решающее значение: Бесполезно ставить мощный усилитель на плохую антенну. Хорошая антенна часто дает больший эффект, чем просто увеличение мощности.
Тепловыделение: Мощные усилители греются. Перегрев может привести к снижению мощности или выходу устройства из строя. Обеспечьте вентиляцию.

Установка приемника ELRS: подключение пульта Radiomaster TX12 к FPV дрону

Подключаем LiPo аккумулятор. На приемнике должен начать мигать светодиодный индикатор:
Медленное мигание 500 мс вкл/выкл - Ожидание подключения от пульта управления;
Двойное мигание, затем пауза - Режим привязки активен;
Быстрое мигание 25 мс включение/выключение - Включен режим WiFi;
Постоянный свет - Приемник находится в режиме загрузчика.
Если светодиод приемника вообще не загорается, требуется быстро отключить питание и еще раз проверить проводку.
В конфигураторе Betaflight нужно перейти на вкладку "Порты" и включить "Serial RX" для UART, подключенного к приемнику (UART2 в нашем примере).

На вкладке "Приемник" выберите "RX_Serial" в Receiver Mode и выберите "CRSF" в "Serial Receiver Provider".

Презагружаем полетный контроллер (FC) и как только приемник начинает медленно мигать, привязываем пульт.

Нажимая кнопку "SYS" на пульте входим в меню в ExpressLRS. И нажимаем "Bind".

Если подключение пульта происходит удачно, то на приемнике загорается светодиод и горит постоянным светом. Заходим в конфигуратор Betaflight на вкладку "Приемник". Каналы должны двигаться, когда вы перемещаете стики на пульте в разные стороны.

Если отвечают неправильные каналы, требуется изменить другую карту каналов - "(AETR)" или "TAER".

Проблемы с которыми можно столкнуться при установке и подключении пульта к приемнику:
Неправильно припаяны провода Rx и Tx от приемника к полетному контроллеру (FC) - короткое замыкание между ними;
Неправильно определен порт UART в конфигураторе Betaflight;
Версия прошивки приемника и пульта управления должна совпадать;
В пульте должна быть настроена работа с внутреннем модулем передачи;
Не соответствие версии прошивки пульта и приемника.