Дрон с нуля. Часть 4. Полётный контроллер

Содержание

• Дрон с нуля: Часть 1. Терминология
• Дрон с нуля: Часть 2. Рамы
• Дрон с нуля: Часть 3. Силовая установка
• Дрон с нуля. Часть 4. Полётный контроллер
• Дрон с нуля. Часть 5. Сборка

Введение

Пришла очередь выбирать полетный контроллер – это интеллектуальная схема, которая состоит из микропроцессора, сенсоров, входных и выходных контактов.

Распаковав контроллер, нужно внести изменения параметров в ПО, после этого информацию, которую вы запрограммировали загрузиться на дрон.

Процессор

8051/ AVR /PIC/ ARM: микроконтроллер лежащий в основе большинства современных контроллеров. Arduino выполнен на базе AVR (ATmel), с оптимальным кодом MultiWii Microchip главный разработчик чипов PIC. Сложно сказать, что лучше, все в конечном итоге определяет ПО ARM пользуется 16-32 битной архитектурой, десятки применяют 8-16 битные AVR и PIC. С течением времени одноплатные компьютеры удешевляются, стоит ожидать появления нового поколения контроллеров, способные работать на базе ОС Линукс и Андроид.

Рабочая частота: Тактовая частота для работы измеряется в герцах, чем больше это значение, тем быстрей процессор обрабатывает данные.

Прог.память/Флэш: является область для хранения основного кода. Чем сложнее программа, тем больше ее «вес». Соответственно, чем объем памяти больше, тем больше информации может храниться. Это будет актуально и при полете, для хранения данных полета (кардинат, план полета и пр.) Код хранится в памяти и после отключения питания.

SRAM/ Статическая память с произвольным доступом: это пространство на чипе, которое начинает функционировать, когда необходимы расчеты. После того, как дрон перестанет получать питание, информация теряется. Больший объем памяти, позволит быстрей и «легче» проводить расчеты.

EEPROM/электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство: Предназначено для того, чтобы хранить «неизменную» информацию (настройки и пр.)

Доп. порты Ввода/Вывода: микроконтроллеры оснащены большим кол-м цифровых/аналоговых портов, они применяются для подключения датчиков, связи и пр. К доп. портам могут подключаться сервпривод, система подвеса, зуммер и т.д.

Выпрямитель(A/D converter/АЦП): Когда датчик пользует бортовое аналоговое напряжение, преобразователь конвертирует полученные данные в цифровые. Принцип, как в процессоре, чем больше бит обработано, тем точнее информация на выходе. Важный момент ваш процессор должен справляться со скоростью получаемых данных.

Питание

В описание полетного контролера часто упоминают 2 диапазона напряжения: Первый отвечает за входное напряжение (5В), второй отвечает за входное напряжение основного микропроцессора (3.3В/ 5В).

Ввиду того, что контроллер полета встраивается, нужно обращать внимание исключительно на входящий диапазон напряжения.

Подытожим. Не стоит подключать питание контроллера полета отдельно от основного аккумулятора.

Сенсоры

Контроллер полета, это обычный микроконтроллер, который можно запрограммировать, единственное отличие, это спец. датчики. Не все контроллеры имеют одинаковые наборы датчиков, рассмотрим основные чаще встречающиеся наборы:

3-х осевой акселерометр: измеряет линейное ускорение по 3-м осям. Главная функция, это регистрация гравитации, получает информацию куда направлен «спуск». Это важно для обеспечения стабильности беспилотника. Установка производится на контроллер полета (линейные оси должны совпасть с осями дрона)

Гироскоп: помогает измерить скорость изменения углов по 3м осям (измеряются в градус/сек). Чтобы получить необходимый для дрейфа угол, вам нужно сделать итерацию. Устанавливают его учитывая совпадения осей вращения с осями беспилотника.

IMU/Инерционный измерительный блок — плата, включающая в себя акселерометр и гироскоп (традиционно многоосевые). У многих 3-х осевой акселерометр и гироскоп, у других могут быть доп. сенсоры, такие как, магнитометр и пр.

Электронный магнитный компас – предназначен для определения магнитного поля земли, полученная информация направляет компас беспилотника (относительно северного плюча). Данный датчик есть практически всегда (если есть GPS вход)

Барометр: в зависимости от того, насколько ваш дрон удаляется от уровня моря, исменяется давление, поэтому данный сенсор выдает четкие показания на какой высоте находится ваш беспилотник. Для точного расчета высоты, многие контроллеры используют информацию от барометра и GPS системы одновременно. Устанавливая барометр, накройте его, так отрицательное влияние ветра, уменьшится.

GPS: нужен, чтобы вычислить местоположения (использует сигналы спутников Земли). GPS может быть встроен или подключен к контроллеру полета. Соответственно, чем больше спутников сможет использовать ваш GPS, тем точнее будут данные.

Датчики расстояния: используют, как дополнительный датчик потому, что GPS и датчик давления, не смогут дать вам информацию, как далеко ваш дрон находится от земли (помогает при облете препятствий). Крепится внизу рамы и для определения расстояния использует ультразвуковую/лазерную/лидарную технологии. Данный датчик практически никогда не входит в комплект контролера (приобретается отдельно)

Режимы полёта

Это способ использования контроллером полученных команд от сенсоров, чтобы позволить стабилизировать полет беспилотника. Если ваша аппаратура предполагает наличие 5 и более каналов, вы сможете переключать режимы непосредственно в воздухе (нужно установить и настроить ПО)

ACRO — используют в акробатическом полете. Часто используется по умолчанию, задействует исключительно гироскоп.

ANGLE — удерживает дрон в горизонтальном положении (не удерживает позицию). Задействованы только гироскоп и акселерометр.

BARO (Altitude Hold) — в данном режиме задействованы: гироскоп, барометр (фиксирует высоту, когда аппаратура не дает команд) и акселерометр.

MAG (Heading Hold) — режим блокирует курс полета, дрон ориентируется по Yaw координатам.

Return to Home — возвращает беспилотник на место, откуда он взлетал.

Waypoint — следует по GPS точкам (предварительно запрограммированными)

Position Hold — благодаря GPS и барометру (опционально) удерживает дрон на определенной позиции.

Failsafe — спасает в критических ситуациях, когда происходит сбой ПО, восстанавливает контроль над дроном, использую ранее установленные команды.

Доп. функции

ПО у контроллеров разное, все зависит от какой контроллер вы выберете. Могут быть такие функции, как: Навигация по точкам – вы закладываете точки маршрута по которым будет следовать дрон в автономном режиме. Oribiting — дрон летает вокруг определенной (заданной вами) GPS координаты, используется для съемки. Следуй за мной — беспилотник фиксирует позицию вашей аппаратуры и следует за вами.