Для чего нужен полетный контроллер в квадрокоптере?
Полетный контроллер является одной из самых главных частей квадрокоптера. С помощью него производится управление дроном. Без данного элемента невозможно контролировать квадрокоптер, так как он является настоящим его мозгом. Полетный контроллер представлен в виде печатной платы. На ней размещены специальные датчики. Информация, поступающая на эти датчики, передается в контроллер. На основе полученной информации контроллер способен регулировать скорость вращения мотора. О том, для чего нужен полетный контроллер в квадрокоптере, описывает данная статья.
Полетный контролер: описание, задачи и функции
Полетный контроллер представляет собой электронное устройство, которое работает в соответствии со сложными алгоритмами. Реализация алгоритмов происходит за счет специальных программ, что позволяет пилоту управлять всем дроном.
На протяжении длительного периода, системы автоматического пилотирования не использовались по причине их огромного размера и сложности управления. Когда появились доступные и быстродействующие микроконтроллеры, начали выпускать первые модели автопилотов, которые были созданы на их основе. Это способствовало созданию мультикоптеров. Данные аппараты являются аэродинамически неустойчивыми, и для них необходима стабилизация в полёте, поэтому с началом разработки мультикоптеров стали развиваться полётные контроллеры.
Главные задачи и функции, которые выполняет данное устройство:
- сбор и обработка информации. Это обеспечивает аэродинамическую устойчивость аппарата;
- удержание высоты. С помощью специальных датчиков, контроллер проводит расчет высоты, а также создает условия для стабильного полета аппарата;
- устройство гарантирует выполнение дроном построенного маршрута, а также автоматический возврат в точку, откуда начал полет квадрокоптер;
- обеспечение обхода всех препятствий с помощью системы искусственного зрения;
- на землю передаются текущие параметры полета. Устройство собирает информацию, используя датчики тока, напряжения, барометр, акселерометр, магнитометр. Все данные передаются на специальный модуль. Информация отображается на дисплее;
- передача данных телеметрии. Они передаются с помощью радиомодема.
Таким образом, полетный контроллер с помощью датчиков собирает информацию, проводит установку своего положения в пространстве, отправляет корректирующие сигналы.
Основные элементы полетного контроллера
Полетный контроллер включает разнообразные элементы, которые выполняют определенные функции. Самые основные элементы коптера рассмотрены ниже.
Процессор
Одним из главных элементов контроллера является процессор. Он отвечает за обработку данных и осуществляет вычислительные функции. Процессор имеет две основные характеристики: объём памяти и мощность. Чем ниже показатель мощности, тем меньшее количество данных способен обработать контроллер. Чем меньше у процессора объем памяти, тем больше устанавливается ограничений на установку современных прошивок. С каждым годом прошивки «весят» все больше. На данный момент самые современные контроллеры оснащены процессором F4.
Датчики
На всех контроллерах есть акселерометр и гироскоп. Это основные датчики. Первый элемент обеспечивает стабилизацию дрона. Это не позволяет его перевернуть. Акселерометр проводит измерение ускорения дрона по трем плоскостям. Второй элемент измеряет угол наклона дрона. К дополнительным датчикам относятся компас, барометр, сенсоры для определения препятствий.
Периферия
Периферия включает дополнительные устройства. В их числе GPS, Bluetooth, Wi-Fi и прочее. Спутниковая система навигации GPS обеспечивает полет дрона на автопилоте по определенному маршруту. Также за счет данной системы дрон будет возвращаться в точку посадки при наличии неполадок и потере ручного управления. Система передачи видеосигнала видеолинк обычно применяется в формате полетов от первого лица, когда в режиме реального времени пилот ведет управление дроном. Пилот ориентируется по картинкам с камеры беспилотного летательного аппарата. Трансляция видео может осуществляться на монитор, планшет, телефон или на экран специального устройства. Система OSD представляет собой систему отображения дополнительной информации о полете на экран.
Регуляторы оборотов
Используя специальные регуляторы, контроллер осуществляет управление моторами. Данная система работает следующим образом:
- Подача контроллером напряжения на регулятор оборотов.
- Регулятор оборотов проводит последовательный пуск тока на разные участки неподвижной части моторов (статор).
- В результате такой работы создается разница в магнитном поле. За счет этого подвижная часть мотора начинает осуществлять вращение.
Подача тока регулятором происходит последовательно через мосфеты (транзисторы).
Выделяется два типа регуляторов:
- Раздельный вид — на каждый мотор предусмотрен один регулятор.
- Четыре регулятора в одном. Они размещаются на отдельной плате. Данный вид используется все чаще, так как он имеет более компактные размеры и его удобно размещать.
Крепление контроллера к раме
В местах крепления контроллера к раме должны быть предусмотрены специальные смягчающие прокладочные материалы, так как при полете контроллер испытывает разные шумы и вибрации. Они отрицательно сказываются на показаниях датчиков. Для моторов контроллера также должна быть предусмотрена антивибрационная профилактика.
Основные виды полетных контроллеров
Дроны можно разделить на несколько групп, в зависимости от их основного предназначения:
- Для автономных полетов.
- Гоночные виды.
- Для съемок видео и фото.
Для каждого типа квадрокоптера предназначен определенный вид контроллера со специфическими характеристиками.
Для съемки фото и видео
Данный тип контроллеров используется чаще всего. Основными характеристиками таких устройств является простота использования и максимальная стабилизация. На контроллерах этого типа не требуется проводить какие-либо настройки. Даже новички смогут использовать такие квадрокоптеры, так как на них установлены специальные датчики, которые не позволят устройству перевернуться.
Для автономных полетов
Этот тип устройств способен самостоятельно следовать по определенной траектории или по заданным точкам. Дополнительно подобные летательные аппараты оснащены датчиком GPS, компасом и барометром.
Для гоночных дронов
Гоночный тип дронов собирается вручную, поэтому все элементы для него необходимо подбирать самостоятельно. Такие устройства имеют некоторые особенности: у них плоская рама, есть термоусадки и стяжка. Здесь важно, чтобы осуществлялся полный контроль над дроном во всех плоскостях. Контроллеры этого вида коптера имеют минимальный набор датчиков. Многие датчики в этом типе дрона отключаются на усмотрение владельца. Пилот самостоятельно выбирает траекторию по всем плоскостям.
Самые популярные типы коптеров
Далее приведены самые популярные модели квадрокоптеров.
MultiWii
Эта модель контроллера является одной из первых, которая начала массово использоваться. Устройство имеет доступную стоимость. Оно оснащено всеми необходимыми функциями для полета. Данный полётный контроллер построен на основе Arduino. Эта аппаратная вычислительная платформа оснащена такими основными компонентами, как простая плата ввода и вывода и среда разработки на языке Processing. На данный момент платформа оснащена большим количеством сенсоров.
ArduPilot
Это функциональный контроллер, имеющий открытый исходный код. Собран на базе платформы Arduino. Данный вид контроллера оснащен самыми важными функциями:
- автоматический полёт по точкам;
- возможность наложения параметров полёта на видео (OSD);
- удержание позиции и другие.
PixHawk
Это функциональный полётный контроллер с открытым исходным кодом. Он был разработан компанией 3D Robotics. Оснащен более производительным процессорным ядром. В набор полетных контроллеров Pixhawk входят следующие элементы:
- дополнительный микроконтроллер. Он необходим на случай, если перестанет работать основной контроллер;
- гироскоп, акселерометр, магнитометр, барометр;
- светодиодный датчик. Он будет подавать сигнал о текущем состоянии контроллера, его режиме и о неполадках;
- дополнительная периферия — UART, CAN, I²C, SPI и другие.
Pixhawk завоевал репутацию надежной и отработанной системы.
Rabbit
Rabbit является аналогом контроллера MultiWii. Он оснащен собственной программой для настройки и управления. Имеет закрытый исходный код. Основан на 32-разрядном микропроцессоре с тактовой частотой 50 МГц. Контроллер оснащен трёхосевыми гироскопами и трёхосевыми акселерометрами. Управлять устройством возможно по 8 каналам радиоаппаратуры. Контроллер имеет следующие функции:
- Height lock. С помощью нее удерживается высота.
- Head lock. Способность удерживать курс по компасу.
- Auto Land. Дрон способен на автоматическую посадку.
Основные преимущества данного контроллера:
- Простота настройки. Здесь важно только внимательно подключить все разъемы.
- Обновление прошивки и конфигуратора.
- Поддерживаются разнообразные конфигураторы летательного аппарата.
- Устойчив к вибрациям и перепадам температуры.
- Четкое управление.
- Возможно использование для видеосъемки и полетов FPV.
Функциональный набор полетного контроллера определяет сферу использования квадрокоптера. Одни модели имеют ограничения в использовании в одних областях, но предоставляют свободу задействования в других. По этой причине многое зависит от выбора контроллера. Особенно это актуально для гоночных типов контроллеров.