Бесплатный фрагмент - Что должен знать и уметь оператор коптера

Список сокращений

1. Сборка квадрокоптера

Сборка квадрокоптера — техническая задача, требующая знаний в области электроники и навыков радиомонтажных работ.

Сборке предшествует подбор компонентов с учетом их программно-аппаратной совместимости.

1.1. Подготовка рабочего места

Рабочее место включает:

1. Стол. Размер рабочей поверхности стола должна быть такой, чтобы на ней свободно размещались компоненты БЛА, паяльник, монтажный инструмент и измерительные приборы. Крышка стола покрывается жаропрочным изоляционным материалом (гетинакс, текстолит или резина).

2. Паяльник — это ручной инструмент, который подключается к стандартной розетке и нагревается, чтобы расплавить припой вокруг электрических соединений. Это один из самых важных инструментов, используемых при пайке, и он существует в нескольких вариантах, например, в форме ручки или пистолета. Новичкам рекомендуется использовать паяльник в форме ручки мощностью от 15 до 30 Вт. Большинство паяльников имеют сменные наконечники, которые можно использовать для различных паяльных работ. Будьте очень осторожны при использовании паяльника любого типа, потому что он может очень сильно нагреваться очень сильно.

3. Подставка для паяльника — очень проста, но очень полезна и удобна в использовании. Эта подставка помогает предотвратить контакт горячего паяльника с легковоспламеняющимися материалами или случайное повреждение руки.

4. Припои и флюсы.

5. Дополнительные принадлежности.

Особенности:

Паяльная станция — это более продвинутая версия базовой автономной паяльной ручки. Если планируется большой объем пайки, то необходима паяльная станция, поскольку она обеспечит большую гибкость и контроль. Основное преимущество паяльной станции — это возможность точно регулировать температуру паяльника, что отлично подходит для множества проектов. Эти станции также могут создать более безопасное рабочее место, поскольку некоторые из них включают усовершенствованные датчики температуры, настройки предупреждений и даже защиту паролем для безопасности.

В случаях, когда необходим ремонт в полевых условиях — сойдет и автономный карманный паяльник, питание которого осуществляется через USB кабель.

Латунная губка или обычная. Использование губки поможет сохранить чистоту жала паяльника, удалив образующееся окисление. Наконечники с окислением будут иметь тенденцию становиться черными и не принимать припой, как когда они были новыми. Можно использовать и обычную влажную губку, но это сокращает срок службы насадки из-за расширения и сжатия металла. Кроме того, влажная губка временно снижает температуру наконечника при протирании. Поэтому лучше использовать латунную губку.

Припой — это металлический сплав, который плавится для создания прочной связи между электрическими частями. Он выпускается как в свинцовом, так и в бессвинцовом вариантах с разными диаметрами. Внутри сердечника припоя находится материал — флюс, который помогает улучшить электрический контакт и его механическую прочность.

Для пайки электроники чаще всего используется припой на основе канифоли, не содержащей свинца. Этот тип припоя обычно состоит из сплава олова и меди.

Можно использовать этилированный припой на основе канифоли 60/40 (60% олова, 40% свинца), но он становится все менее популярным из-за проблем со здоровьем, поэтому при использовании свинцового припоя необходима надлежащая вентиляция, а также обязательное мытье рук после использования.

Припой с кислотным сердечником НЕ ИСПОЛЬЗОВАТЬ, так как это может повредить схемы и компоненты БЛА. Припой с кислотным сердечником продается в магазинах товаров для дома и в основном используется для сантехники и металлообработки.

Флюс. Припой для радиомонтажных работ бывает проволокой или трубчатый — с флюсом внутри. Флюсы в припоях и вне припоев очень различаются по своим свойствам: от обычной канифоли до агрессивных составов, пригодных лишь для лужения кастрюль. Поэтому во флюсе важны две характеристики: наличие остатков и агрессивность. По крайней мере, в обычных оловянно-свинцовых или оловянно-медно-серебряных припоях для пайки радиоэлектронной аппаратуры.

Наличие остатков определяет вид места пайки после ее завершения. Идеальный флюс оставляет после себя полностью прозрачный или слегка желтоватый остаток, который даже без отмывки минимально портит внешний вид места пайки. Флюс похуже оставляет после себя коричневый, хорошо заметный остаток, который очень хочется отчистить.

Агрессивность определяет, насколько хорошо флюс помогает паять не идеально чистые поверхности, т.е. покрытые тем или иным слоем окислов, без предварительной механической зачистки. Кроме того, агрессивный остаток, не очищенный с платы после пайки, может вызвать коррозию дорожек и выводов (особенно при работе устройства в среде с высокой температурой и влажностью), а также уменьшить сопротивление между соседними выводами, вплоть до фатальных сбоев устройства.

Дополнительные принадлежности

При пайке контактов почти всегда существует необходимость поддержать провода или платы, а также проверить качество пайки. Для этого необходимы:

— мультиметр;

— дополнительное освещение;

— минитестеры;

— пинцеты, щипцы, плоскогубцы, отвертки, гаечные ключи;

— держатели с лупой.

ЭТО МИНИМАЛЬНО-НЕОБХОДИМЫЙ НАБОР ДЛЯ СБОРКИ КВАДРОКОПТЕРА. ПРИ НЕОБХОДИМОСТИ НАБОР ФОРМИРУЕТСЯ ИНДИВИДУАЛЬНО.

1.2. Сборка FPV-квадрокоптера

Процесс сборки FPV-квадрокоптера зависит от конструктивных решений и используемых комплектующих.

Однако последовательность основных технологических операций сборки для большинства квадрокоптеров данного типа в целом одинакова:

— Сборка рамы.

— Установка электродвигателей и электронных регуляторов оборотов.

— Монтаж электрической проводки и подключение PDB.

— Установка ПК.

— Установка и подключение приемника.

— Настройка пульта управления.

— Сопряжение передатчика пульта управления с приемником.

— Установка камеры, видеопередатчика, сигнализатора и другого периферийного оборудования.

— Окончательная сборка рамы и фиксирование проводки и компонентов квадрокоптера.

— Подключение АКБ.

Если ESC не интегрированы в плату PDB, а отдельно для каждого двигателя, то они устанавливаются и фиксируются на лучах. Обязательное условие: ESC должен крепиться на силиконовых проставках во избежание осцилляции (лишних вибраций) во время полета квадрокоптера.

3. Монтаж электрической проводки и подключение PDB.

Сборка рамы.

Перед сборкой раму необходимо подготовить: отшлифовать острые края деталей из углеродного волокна, особенно на внешней стороне лучей и пластин, так как острые края могут повредить провода и крепление АКБ при аварии.

После шлифовки необходимо вымыть все детали из углеродного волокна в мыльной воде, чтобы удалить остатки угольной пыли от резки, сверления и шлифования (необходимо учитывать, что углеродное волокно проводит ток). Затем необходимо тщательно высушить детали.

Сборка рамы начинается со сборки нижней деки с лучами. Для затягивания нижних элементов необходимы ключи- шестигранники и наборы головок к ним.

Затем устанавливаются стойки для крепления сборки полетного контроллера, платы распределения питания, электронного регулятора оборотов двигателей и других компонентов.

Установка двигателей и крепление их к раме болтами.

Длина болтов должна быть такой, чтобы не повредить обмотку двигателей. Соединения обрабатываются фиксатором резьбы для минимизации риска самоотворачивания.

Если ESC не интегрированы в плату PDB, а отдельно для каждого двигателя, то они устанавливаются и фиксируются на лучах. Обязательное условие: ESC должен крепиться на силиконовых проставках во избежание осцилляции (лишних вибраций) во время полета квадрокоптера.

Монтаж электрической проводки и подключение PDB.

Элементы конструкции БЛА соединяются между собой шлейфами и проводами. Соединение комплектующих FPV-квадрокоптера проводами осуществляется на всех последующих этапах сборки.

Монтаж электрической проводки начинается с измерения и подгонки длины проводов (с учетом изгибов), необходимых для удобства монтажа. Провода должны быть длиннее рамы на несколько сантиметров.

Схема проводки:

— плата PDB запитывается от аккумулятора;

— питание электродвигателей осуществляется от ESC через три провода;

— питание ПК (+5В) осуществляется от PDB через соответствующие выходы;

— приемник запитывается (+5В) от ПК и подключается через UART2 к нему же;

— питание видеопередатчика осуществляется от PDB, а прием видео для передачи осуществляется с ПК;

— питание камеры (+5В) осуществляется от видеопередатчика или ПК.

Схема подключения компонентов БЛА к полетному контроллеру

Необходимо соблюдать порядок и полярность подключения электродвигателей к ESC в соответствии с их расположением на раме. Если изменить порядок или полярность — двигатель будет вращаться в противоположном направлении.

ESC является силовой составляющей квадрокоптера, поэтому необходима качественная пайка.

После того, как ESC припаян, необходимо соединить его с ПК через комплектный шлейф. Во избежание поломки самого шлейфа или его гнезда шлейф подключать под прямым углом, избегая заломов или перегибов, иначе контакты внутри гнезда шлейфа могут быть загнуты друг к другу (исправляется тонким пинцетом).

Места пайки обязательно изолируются термоусадочной трубкой. Перед пайкой подготавливается термоусадочная трубка требуемого размера и надевается на провода. И только после этого начинается работа с паяльником. Далее необходимо нагреть термоусадочную трубку для изолирования мест соединения. После пайки желательно покрыть все платы изолирующим лаком, причем в несколько слоев.

В процессе монтажа не допускать, чтобы провода выступали за пределы рамы. Необходимо тщательно подбирать их длину и фиксировать стяжками.

Затем к силовым контактным площадкам PDB припаиваются провод АКБ (разъем XT60) и конденсатор на 1500 мкФ, соблюдая правильную полярность.

Конденсатор необходим для уменьшения скачков напряжения и электрических помех, создаваемых электронными регуляторами и двигателями.

Установка полетного контроллера начинается с его фиксирования на раме с использованием смягчающих прокладочных материалов в местах крепления к раме. В полете ПК подвержен различного рода вибрациям, которые негативно влияют на показания некоторых датчиков и их показания искажаются, что может привести к серьезным проблемам во время полета. Поэтому ПК должен устанавливаться на смягчающие прокладочные материалы (амортизаторы).

Полетный контроллер подключается к PDB с помощью шлейфа.

Установка и подключение приемника к полетному контроллеру. Для подключения приемника необходимо к соответствующей контактной площадке на полетном контроллере припаять три провода: белый — сигнальный, красный — питание +5V, черный — заземление. Приемник необходимо располагать в термоусадке.

Приемник крепится так, чтобы антенна была за пределами рамы, чтобы исключить экранирование радиосигнала элементами конструкции БЛА. У большинства приемников с частотой 2,4GHz используются две дипольные антенны, которые устанавливаются под прямым углом друг к другу.

Настройка пульта управления (ПУ). Для корректной передачи данных между ПУ и приемником необходимо установить протокол обмена данными в настройках передатчика ПУ.

Протокол устанавливается в меню НАСТРОЙКА (SETUP) для внешнего (External RF), или внутреннего (Internal RF) модуля передатчика ПУ.

Для выбранного модуля передатчика с целью установления связи с приемниками ExpressLRS или TBS — настройка РЕЖИМ (MODE) устанавливается в положение CRSF.

Настройка тумблеров на ПУ выполняется для каждого БЛА в соответствии с количеством задействованных каналов управления и предпочтениями оператора. Настройки сохраняются в памяти ПУ. В одном ПУ может быть сохранено несколько настроек — моделей (по количеству моделей БЛА или вариантов управления).

Предустановленные настройки управления (модель) не имеют назначенных тумблеров, кроме четырех каналов управления стиками. Поэтому если при проверке сигналов на каналах в программе Betaflight Configurator не работают тумблеры, необходимо их назначить во вкладке Mixes в настройках модели аппаратуры. Для переназначения тумблера необходимо выбрать необходимый канал, зажать кнопку выбора и нажать Edit. Затем выбрать Source и назначить тумблер для данного канала.

Важно!

Для включения и выключения режима парковки (АРМ) в протоколах ELRS и TBS необходимо использовать только AUX1 (5-й канал)!

Сопряжение передатчика ПУ с приемником.

Все передатчики, с поддержкой ELRS и приемники с прошивкой ExpressLRS совместимы независимо от модели. Если используется радиопередатчик Radiomaster TX 12 для частоты 2,4 GHz и внешний модуль Radiomaster Bandit Micro для частоты 915 МHz, то к ним подходят приемники ELRS разных производителей при условии совпадения версии прошивки с радиопередатчиком. Основными отличиями являются качество сборки, размер и поддержка Wi-Fi для обновлений прошивки и настройки.

Поэтому вначале требуется проверить прошивку модуля ELRS передатчика.

Для этого необходимо зажать на ПУ кнопку SYS, перейти в раздел системных настроек и выбрать пункт меню ExpressLRS Lite (или TBS Agent Lite).

На этом этапе может быть проблема — пульт зависает с надписью Loading. В этом случае еще раз проверить в настройках модели: выставлен Internal CRSF для внутреннего передатчика 2,4 GHz, либо External CRSF для внешнего — 915 МHz.

Если загрузка прошла нормально — в самом низу можно проверить версию прошивки передатчика.

Версия прошивки ELRS использует систему с номерами из трех частей — A.B.C.:

A — номер основной версии,

B — второстепенный номер версии,

C — номер патча.

Все выпуски с одинаковым основным номером версии кросс-совместимы, но не с разными основными версиями. Например, 2.0 будет работать с 2.1, 2.2, 2.5 и т. д., но прошивка 2.x не будет привязываться к 3.x.

Так же важно обратить внимание на регион прошивки, он должен совпадать и на приемнике и на передатчике и быть ISM2G4 (на примере модуля 2,4 GHz). Если радиопередатчик будет иметь прошивку 2.X.X. то его потребуется прошить.

В настройках скрипта (Lua Script) необходимо выбрать пункт Wi-Fi Connectivity, выбрать Enable Wi-Fi, нажать ОК еще раз, чтобы включить раздачу Wi-Fi сигнала на передатчике.

Затем подключиться к беспроводной сети ExpressLRS TX с паролем по умолчанию expresslrs.

Особое внимание при сопряжении — настройке программного обеспечения для связи по Wi-Fi передатчика с приемником. Для это на них выполняется настройка одинакового кода (Binding Phrase), по которому приемник будет находить передатчик, поэтому, чтобы к ПУ не подключился другой БЛА, необходимо использовать уникальную символьно-цифровую комбинацию (код).

Код вводится в меню настроек передатчика, которое должно отобразиться в браузере компьютера при успешном подключении к Wi-Fi сети аппаратуры.

После ввода кода — нажать кнопку «сохранить».

Для назначения кода в прошивку приемника необходимо подать на БЛА подать питание — вставить провод USB в ПК или подсоединить АКБ и подождать. Если в течение 60 с после включения приемника он не соединился с передатчиком, то автоматически перейдет в режим раздачи Wi-Fi сигнала. При этом зеленый светодиод на приемнике будет быстро мигать.

Режимы работы приемника:

Светодиод горит постоянным светом — успешное установление соединения с передатчиком;

Двойная вспышка — находится в режиме привязки к пульту;

Медленная вспышка — ожидание подключения радиопередатчика;

Быстрая вспышка — находится в режиме точки доступа Wi-Fi;

Тройное мигание, затем пауза — несоответствие модели.

Подключиться с компьютера или телефона по Wi-Fi к сети ExpressLRS RX с паролем expresslrs и перейти на адрес 10.0.0.1 в браузере. Прошивка приемника указана на открывшейся страничке.

Если в «шапке» версия 3.X.X, то сопряжение с радиопередатчиком произойдет успешно. Больше никаких действий для привязки не требуется.

Если же в «шапке» версия 2.X.X, то требуется прошивка приемника.

Бывают ситуации когда на приемнике прошивку не удается определить таким способом и в шапке прописано ver. unknown. В таком случае приемник лучше перепрошить.

Методики прошивки будут описаны в другом учебном пособии.

Model Match — функция, которая предотвращает случайный выбор неправильной модели в пульте и управления с неожиданным пультом или конфигурацией ELRS, так как позволяет подключать выбранную модель только к определённому приёмнику, т.е. это аналог двухуровневой идентификации.

Например: в пульте настроены две модели для управление разными типами БЛА, но в передатчик нельзя установить две разные бинд-фразы, поэтому для каждой модели управления устанавливается свой идентификатор (для квадрокоптера — 01, для самолетного типа — 02), в приемниках также прописываются такие же идентификаторы и при попытке сопряжения, даже если бинд-фраза одинаковая, но разные идентификаторы Model Match — соединения не установится. В результате нельзя подключиться к квадрокоптеру с моделью управления БЛА самолетного типа.

Настройка Model Match.

1. Настройка пульта:

— включить пульт и перейти в раздел «Модели», кнопка MDL, вторая страница SETUP 2/12;

— раздел Internal RF или External RF (в зависимости какой передатчик используется внутренний или внешний);

— в строке Receiver выставить идентификатор, значения от 01 до 63

— перейти в раздел «Система», кнопка SYS, строка ExpressLRS.

— в строке Model Match установить значение On.

Также, в этой строке будет отображаться выбранный в модели идентификатор.

2. Настройка приемника:

— включить приемник и перевести его в режим WiFi.

— подключиться по WiFi к приемнику и открыть веб-интерфейс.

— на странице MODEL, прокрутить вниз, до раздела Model Match, установить галку Enable Model Match и в строке Model ID ввести такое значение идентификатора, как в передатчике.

8. Установка камеры, видеопередатчика и сигнализатора. Для подключения видеопередатчика к полетному контроллеру необходимо припаять провода видеопередатчика к плате полетного контроллера.

FPV-камеру можно запитать от PDB или от видеопередатчика.

Антенны видеопередатчика крепятся к раме двумя способами:

1. Пластиковыми стяжками под прямым углом друг к другу

2. Установкой на V-образном креплении

Сигнализатор, который облегчит поиск БЛА в случае падения, крепится на соответствующие контакты полетного контроллера.

9. Окончательная сборка рамы и фиксирование проводки и компонентов квадрокоптера. Устанавливается верхняя пластина (дека) и стрепы АКБ. Конденсатор, проводка и другие незакрепленные компоненты БЛА крепятся к неподвижным элементам рамы стяжками или скотчем.

10. Подключение АКБ к разъему XT60 с фиксацией к раме стрепами.

АКБ может крепиться снизу или сверху корпуса БЛА.

Важно!

Монтаж лопастей производится только после настройки полетного контроллера.

После сборки всех компонентов квадрокоптера в полетный контроллер устанавливается (обновляется) и настраивается программное обеспечение (прошивка).

2. Установка и настройка программного обеспечения

Установка и настройка прошивки полетного контроллера — техническая задача, требующая знаний и навыков в области электроники и специализированного программного обеспечения.

2.1. Конфигураторы полетного контроллера

Установка и настройка прошивки выполняется с использованием специальной программы — конфигуратора (Configurator), которых есть несколько видов, каждый из которых поддерживает аппаратные средства различных производителей и различные модели одного производителя.

Конфигуратор — это улита, предназначенна для прошивки, обновления и настройки полетного контроллера (ПК), установленного на квадрокоптере. Существует большое количество конфигураторов для компьютеров и мобильных устройст, например, Betaflight Сonfigurator, Arduino IDE$, PX4, JD-Link, INAV и др.

Для работы с тем или иным конфигуратором необходимо, чтобы прошивка ПК ему соответствовала. То есть нельзя нормально настроить ПК с установленным INAV на конфигураторе Betaflight, хотя существуют конфигураторы, поддерживающие несколько вариаций прошивки такие, как Speedy Bee.

Наиболее распространенным и удобным для настройки FPV-квадрокоптеров является Betaflight Configurator, которые позволяют получить доступ к ПК и всем его датчикам, загрузить в него прошивку и настроить его конфигурацию.

Betaflight Configurator — это программное обеспечение (ПО) полетного контроллера (прошивка) и связанное с ним иное ПО, которые используются для настройки и управления мультироторными летательными аппаратами и летательными аппаратами с неподвижным крылом. Это наиболее популярное ПО, устанавливаемое на большинстве современных БЛА. Существенным ее достоинством является наличие русскоязычного меню настройки.

2.2. Установка конфигуратора Betaflight Configurator

Для установки Betaflight Сonfigurator необходимы:

— квадрокоптер с ПК, поддерживающий Betaflight;

— кабель MicroUSB;

— компьютер с доступом в Интернет.

Для установки Betaflight Configurator в полетный контроллер (ПК) — нажать и удерживать кнопку «Boot» на плате ПК и в этот же момент подсоединить его к компьютеру (ноутбуку).

При нажатии на кнопку запускается режим «Bootloader» — ПК переводится в режим обновления программного обеспечения (ПО).

После подключения USB-кабеля к компьютеру и ПК должен гореть только один светодиод. Если второй светодиод мигает, то в настройках допущена ошибка.

Постоянно должен гореть синий светодиод.

Далее:

— Перейти во вкладку Betaflight Configurator «Firmware Flasher» (1), нажать «Connect» (2).

В последующем для настройки на эту вкладку переходить не нужно, достаточно нажать на «Connect» после подсоединения кабеля к БЛА и ПК.

2. Под цифрой 1 — название ПК. Под цифрой 2 — версия прошивки.

В этом списке выбрать последнюю новую версию. Если активировать верхний ползунок «Show unstable», то можно установить бета-версию прошивки. Все остальное оставить как есть.

3. Выбрать свой ПК и версию прошивки, затем опуститься вниз и нажать кнопку «Load Firmware» (3) — начнется загрузка ПО с сервера, но кнопка «Flash Firmware» (4) еще неактивна.

4. После загрузки файлов ПО на компьютер будет доступно его описание, активируется кнопка «Flash Firmware» и будет написан размер прошивки.

5. Нажать на кнопку «Flash Firmware», чтобы установить ПО на ПК. При этом контролировать кабель USB, чтобы он был надежно вставлен в порт.

6. Начнется процесс загрузки файлов прошивки в ПК.

7. После того, как конфигуратор загрузит файлы, он их проверит.

После этого снова нажать на кнопку, которая сначала называлась «Connect», и отсоединить квадрокоптер.

Затем подсоединить его снова. Должны загореться оба светодиода, причем один будет мигать, а другой — постоянно светить.

2.3. Настройка ПК с конфигуратором Betaflight Configurator

В правом верхнем углу расположен интерфейс подключения устройства, включающий в себя выбор порта, скорость передачи данных между ПК и компьютером и варианты действий с ним, обновление прошивки или подключение конфигуратора.

В левой верхней части главного окна конфигуратора отображена текущая версия установленного ПО.

При стандартной работе не рекомендуется менять установленную скорость общения между устройствами, а выбор порта, как правило, осуществляется автоматически. Если при подключении ПК в разделе «Порты» нет отображения актуального порта и невозможно осуществить подключение, а кабель, которым произведено подключение исправен, то вероятнее всего ПК вышел из строя и нуждается в ремонте.

Если подключение по порту указано, но на экране высвечивается ошибка, это значит, что установленная версия прошивки не соответствует Betaflight и не может использовать данный конфигуратор для настройки ПК.

Необходимо попробовать использовать другой конфигуратор или перепрошить полетный контроллер для дальнейшего использования с этим конфигуратором.

Если же версия установленного ПО соответствует конфигуратору, то откроется рабочий стол для настройки ПК.

В верхней части слева, кроме установленной версии конфигуратора, указана версия прошивки ПК и его наименование.

Справа — показания подключенной АКБ (при наличии) и работа внутренних датчиков.