Общее устройство FPV дрона. Часть 3
Полетный контроллер (FC)
Полетный контроллер - электронное устройство, представляющее из себя вычислительную cистему, работающую по сложным алгоритмам и управляющую полетом, образно мозг беспилотного летательного аппарата.
Функции полетного контроллера могyт определяться установленной на борту дополнительной периферией (GPS, приёмники и передатчики, OSD, подвес для фото/видеокамеры, датчики тока и напряжения, поисковые средства и т.д.).
Основные задачи выполняемые полетным контроллеров:
У всех FC имеется базовый набор датчиков: гироскоп и акселерометр (определяют текущее расположение дрона в пространстве). Некоторые конфигурации имеют также барометр (определяет высоту полёта, измеряя давление воздуха) и магнитометр/компас (определяет направление полёта).
- 5v, 9v и тд. - Выдаваемое напряжение
- V Batt - напряжение с батареи
- Rx или R - приёмник
- Tx или T - передатчик
- SCL или SDA - подключение к GPS
- Buzz - пищалка
- СС - камера
- Curr - датчик тока
- GND или G - земля
- VO (Vid.out) – вывод видео с пина на VTX
- Vi (Vid.in) – получение видео с камеры
- S (M) – моторы
- Led – подсветка
- Акселерометр - определяет текущее положение дрона в пространстве
- Барометр - определение/удержание высоты, лаком не мазать, иначе приведёт к неадекватному поведению дрона.
- Компас - удержание направления полёта
- UART – обозначается двумя пинами RX, TX и цифрой в конце. К примеру RX3/TX3, RX6/TX6 и тд. Количество UART портов варьируется от микроконтроллера, установленного в ПК.
Микроконтроллер (MCU)
ПК использует MCU — микроконтроллер типа STM32, процессор полетного контроллера.
Микроконтроллер состоит из ядра процессора, статической оперативной памяти, флэш-памяти, интерфейса отладки и различных периферийных устройств. Мозг полетного контроллера, который обрабатывает данные. Он запускает программное обеспечение, которое называется «прошивкой» и управляет квадрокоптером, получая данные с различных устройств и датчиков(например с гироскопа, акселерометра, барометра, GPS, компаса, лидаров и т.д.)
В настоящее время STM32, такие как F1 и F3 больше не поддерживаются в Betaflight из-за нехватки памяти для растущих требований к прошивке. Важно обращать внимание на объём памяти, доступный на разных процессорах, — он так же важен, как и скорость.
F1 - это самый медленный процессор. Данный процессор сможет выполнять максимум 2000 расчетов в секунду. Микропроцессор «F4» способен обеспечить более 8К расчетов за одну секунду, а F7 — выдает 32К.
Инерциальный измерительный блок (IMU)
IMU – Inertial Measurement Unit - это система, которая определяет своё положение в пространстве используя свойства инерции тел, то есть определяет на какой угол и по какой оси она была повернута и была смещена относительно начальной точки.
Включает трёхосевые акселерометр, гироскоп и магнитометр, обеспечивающий в общей сложности 9 осей измерения. Основной задачей датчиков на ПК является непрерывное получение навигационных данных для математических расчетов микроконтроллером, который устанавливает положение беспилотника относительно горизонта и обнаруживает изменения углов ориентации, относительно его предыдущего положения в пространстве, затем направляет данные в ESC.
Вычисленные микроконтроллером данные позволяют обеспечивать полет коптером, управляя газом, углами крена, тангажа и рысканья (throttle, pitch, roll, yaw).
Гироскоп измеряет угловую скорость, а акселерометр — линейное ускорение по трём плоскостям. При управлении дроном в режиме ACRO используется только гироскоп, а в режимах стабилизации (ANGLE, HRZN и др.) для работы требуются и гироскоп, и акселерометр. Акселерометр должен быть установлен на контроллере полёта так, чтобы линейные оси совпадали с основными осями беспилотника.
Гироскоп определяет положения квадрокоптера в пространстве, а акселерометр стабилизирует его в пространстве.
Два критерия выбора гироскопа - частота работы и чувствительность к шумам (электро- и механическим). Самым популярным и надежным считается гироскоп MPU6000.
Барометр нужен для определения, удержания высоты полёта и навигации. Наличие встроенного в контроллер барометра может повысить точность полёта с помощью GPS (например, в режиме GPS-спасения), но это необязательно.
Барометр может быть как встроенным в полётный контроллер, так и располагаться отдельно.
Магнитометр измеряет плотность магнитного потока по осям тангажа, крена и рыскания. Система может использовать эти данные в сочетании с данными акселерометра и гироскопа, чтобы оценить ориентацию самолёта относительно магнитного северного полюса и использовать эту обратную связь для управления угловой скоростью таким образом, чтобы поддерживать желаемое угловое положение по оси рыскания.
Устанавливать полетный контроллер следует на резиновые проставки или любой другой пористый материал, который сможет гасить вибрацию, чтобы частично убрать механические шумы (вибрацию),которые негативно влияют на датчики ПК.
UART (универсальный асинхронный приёмник/передатчик)
Это самое важное соединение в полётном контроллере. Аппаратный последовательный порт, используемый для подключения внешних компонентов, таких как радиоприёмники, видеопередатчики, GPS и т. д.
У каждого UART есть два контакта: один для передачи данных (контакт TX) и один для приёма данных (контакт RX).
Важно помнить, что TX на периферийном устройстве подключается к RX на FC, и наоборот. Для устройства необходимо подключить TX и RX с одинаковым номером. Для некоторых устройств требуется подключить только TX или RX, если двусторонняя связь не нужна. У полётных контроллеров ограниченное количество UART-портов; у некоторых их до 6, в то время как у небольших полётных контроллеров их может быть всего 2. Это зависит от процессора и доступного пространства.
Стек (Stack)
Такая система (FС + ESC) называется башней или стеком (Stack), так как образуется что-то похожее на башню из плат. Расположение плат в форме башни или стека экономит место и очень популярно на коптерах. Бывают стеки даже из 3 или 4 плат.
Полётные контроллеры можно прошивать и гибко настраивать с помощью специальных программ (конфигуратор), таких как Betaflight, INAV и Ardupilot.
Программное обеспечение ПК (прошивка) - это набор правил и алгоритмов, которые обрабатывает процессор и управляет всем оборудованием.
Для каждого ПО разработан свой конфигуратор — это специальная программа, которая загружает в полетный контроллер программное обеспечение и позволяет наглядно и удобно настраивать свой коптер, благодаря графическому интерфейсу прошивки.
