Содержание
DIY автономный дрон с управлением через интернет / Хабр
Сначала я написал длинное предисловие откуда взялась такая задача, а потом оно мне показалось скучным и я его удалил.
Итак, задача: создание автономного БПЛА для мониторинга состояния линий электропередач (ЛЭП).
Так как:
- это хобби-проект и я могу сильно ошибаться в расчетах
- летающие предметы представляют опасность для живых существ и их имущества,
то эту статью следует воспринимать только как расширяющую кругозор, а не руководство к действию.
Список дефектов для обнаружения на ЛЭП.
Требования к БПЛА
- Вертикальный взлет и посадка (без катапульт и парашютов), то есть коптер
- Умеет взлетать, лететь по заданным точкам, возвращаться обратно и садиться в автоматическом режиме
- Редактировать полетное задание, давать команду на взлет и на посадку можно из любой точки мира
- Трансляция телеметрии и видео в реальном времени через интернет
- Загрузка на сервер фото и видео с бортовой камеры в процессе или после полета
- Зарядка или механизированная замена аккумулятора без участия человека.
А также два противоречащих друг другу требования:
- Надежная электроника (если где-то упадет, считай потерял)
- Относительно низкая стоимость эксперимента (если где-то упадет, считай потерял)
Степень автономности в идеале хочется фантастическую: дрон сам летает по заранее спланированному маршруту, загружает фото на сервер, ПО на сервере выявляет дефекты по фото и формирует заявку ремонтной бригаде с координатами мест проведения работ. Сам дрон не должен требовать к себе внимания человека до окончания рабочего ресурса какой-нибудь детали, например, аккумулятора или подшипников.
Понятно, что эта задача не на один год, но я начну, а кто-нибудь, может быть, подхватит и продолжит.
Для примера, готовые промышленные варианты автономных комплексов: раз, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять, одиннадцать, двенадцать, тринадцать, четырнадцать.
Я всем написал запросы как потенциальный покупатель, чтобы узнать цены. Из них готовых к продаже: 2; готовых к продаже в Россию: 0.
Выбор полетного контроллера
Так как мне нужно транслировать видео и телеметрию через интернет, то сразу приходит на ум поставить на дрон микрокомпьютер с 4G модемом и камерой, и сделать из этого комплекта web-трансляцию. Нашлись вот такие решения: раз, два, три. Это обычные одноплатники с внешним USB 4G модемом и камерой. Для кодирования и трансляции видео используется gstreamer. Но эти штуки сами по себе дроном управлять не умеют, их нужно использовать совместно с полетным контроллером.
Полетный контроллер — это мозг дрона. Он следит за состоянием датчиков положения (гироскоп, акселерометр, компас), GPS-координатами, положением ручек на пульте управления и, исходя из этих данных, управляет моторами, чтобы висеть в одной точке или куда-то лететь. Полетный контроллер нужно будет как-то связать с бортовым компьютером, чтобы можно было загрузить полетное задание или указать произвольную точку куда лететь и когда включать камеру.
В продаже можно найти много разных контроллеров сильно отличающихся друг от друга по цене и функционалу. Какие-то из них работают на своем родном ПО, а какие-то используют open-source ПО, такое как Ardupilot и его форк PX4.
С Ardupilot я игрался еще на 8-битных атмегах, в которых не было USB-bootloader’а, а прошивались они на программаторе. С тех пор с ним не сталкивался и был приятно удивлен, когда узнал, что сейчас он может работать на 64-битных компьютерах с Linux, у него огромное сообщество пользователей как хобби, так и профи, длинный список поддерживаемых “из коробки” датчиков и расписанные планы на 2018-2019 годы. За это время он успел перерасти в проект DroneCode, а потом и отсоединиться от него.
На первый взгляд в нем как раз реализованы все необходимые функции: автоматический взлет и посадка, загрузка полетных заданий, есть desktop и мобильные приложения под все основные семейства ОС. Программы управления (GCS — Ground Control Station) общаются с бортовым контроллером короткими сообщениями по открытому протоколу MAVLink через комплект радиомодемов (дрон шлет телеметрию, GCS шлет команды управления).
Подозреваю, что эти сообщения получится пустить через интернет.
Взглянем на список поддерживаемых контроллеров и что-нибудь подберем. Вариантов там полтора десятка от мала до велика и с разными характеристиками.
Из всего того многообразия контроллеров мне понравилось несколько вариантов:
| Полетный контроллер | Erle PXFMini | Emlid Edge | Navio 2 | Erle Brain 3 | PixHawk 2 Cube |
| Доп компьютер | Raspberry Pi Zero W | нет | Raspberry Pi 3 | нет | Raspberry Pi 3 |
| Вес комплекта, г | 84 | 97 | 98 | 145 | 150 |
| Процессоры, общее кол-во | 1 | 2 | 2 | 1 | 3 |
| ОС, одновременно работающих | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 |
| IMU датчики, комплектов | 1 | 2 | 2 | 1 | 3 |
| Датчик воздушного давления | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 |
| Резервирование питания | нет | 2х | 3х | нет | 2х |
| GPS, Глонасс | внешний модуль с доп магнитометром | внешний модуль с доп магнитометром | встроенный приемник, внешняя антенна | внешний модуль с доп магнитометром | внешний модуль |
| Видеовход | CSI на Raspberry | HDMI | CSI на Raspberry | CSI | CSI на Raspberry |
| WiFi | есть | есть Long Range 2км +52 г | есть | есть | есть |
| Стоимость комплекта, $ | 212 | 700 | 215 | 341 | 331 |
Самый легкий комплект (84 г) получается из микрокомпьютера Raspberry Pi Zero W (9 г), контроллера Erle PXFMini (15 г), родного внешнего GNSS модуля (46 г) и дополнительного USB-концентратора (14 г).
Рабочий процессор в этом комплекте один — на Raspberry Pi. На нем висит управление ШИМ регуляторов моторов, считывание показаний датчиков, ОС Linux со всеми потрохами и декодирование видео с камеры. Так как в Pi Zero не предусмотрены USB порты, то в этом варианте приходится использовать внешний концентратор. IMU датчики и вход питания без резервирования.
Следующий комплект (97 г) от гонконгской компании с русскими фамилиями в команде разработчиков — контроллер Emlid Edge (59 г) с GNSS модулем (38 г). GNSS модуль работает по протоколу UAVCAN и дополнительно оснащен магнитометром и датчиком воздушного давления. За ШИМ здесь отвечает отдельный процессор ARM Cortex-M3, ОС Linux крутится на основном ARM Cortex-A53 quad-core.
В контроллере имеется HDMI видеовход, что позволяет подключить к нему напрямую любую камеру с таким выходом, например GoPro 4 или 5. Относительно высокая стоимость объясняется дальнобойными wifi-приемопередатчиками в комплекте (до 2 км с трансляцией HD-видео).
Вес бортового модуля (52 г) в общей таблице не включен, так как мне нужна связь по 4G, однако такой вариант можно иметь в виду: из дальнобойного wifi можно сделать запасной канал связи через стационарный роутер с проводным интернетом.
Следующий вариант (98 г) состоит из знаменитого микрокомпьютера Raspberry Pi 3 (45 г) с контроллером-шилдом Navio 2 (23 г) от той же Emlid и внешней GNSS-антенны (30 г). На контроллере стоит отдельный процессор Cortex-M3 для управления ШИМ на 14 каналах и расшифровки входящих SBUS и PPM сигналов от приемника. Он, в свою очередь, управляется через драйвер в ядре ОС Linux, которая крутится на Raspberry.
Контроллер оснащен парой раздельных IMU датчиков (акселерометр, гироскоп, магнитометр) MPU9250 и LSM9DS1, одним датчиком воздушного давления и GNSS-модулем U-blox NEO-M8N, который видит GPS, Глонасс и BeiDou с внешней антенной через разъем MCX.
Запитывать этот “пирог” от 5 вольт можно одновременно с трех сторон, которые работают как дублирующие друг друга независимые источники: основной разъем питания на шилде, PWM серво выходы, micro-USB на Raspberry.
Контроллер Erle Brain 3 (100 г) с внешним GPS модулем (45 г) по своим весу, цене и набору датчиков смотрится в таблице так, что даже фото сюда вставлять не буду.
Далее у нас самый надежный и самый тяжелый комплект (150 г), который состоит из популярного полетного контроллера PixHawk 2 Cube (80 г) с открытой архитектурой и компьютера Raspberry Pi 3. Вместо Raspberry в этом случае можно использовать любой легкий одноплатник, например, Odroid XU4, NVIDIA Jetson или любой другой с нужными интерфейсами и подходящим весом.
В самом PixHawk установлено 2 процессора: первый 32-битный STM32F427 Cortex M4 — основной, на котором работает ОС реального времени (RTOS) NuttX и второй резервный (failsafe) 32-битный STM32F103. Контроллер сделан в виде модулей: в кубе установлены процессоры и датчики IMU (на антивибрационном креплении, да еще и с подогревом), а на основу выведены питание и разъемы на всю периферию. Предполагается, что основы могут быть разными и все желающие могут разработать свою собственную под специфические требования, на которую можно потом поставить готовый куб.
Есть, кстати, готовый вариант с разъемом под установку микрокомпьютера Intel Edison. Но, так как, Intel больше эти компьютеры не выпускает, то и в этом комплекте в качестве бортового компьютера будет Raspberry.
Raspberry используется как дополнительный компьютер для связи с интернетом и на нем можно запускать любые ресурсоемкие задачи (например, распознавание образов в OpenCV), не боясь, что сбои в таком процессе “повесят” критичные функции, такие как управление моторами.
Итак, учитывая вес, характеристики и цену на первое место для меня выходит комплект Navio 2 + Raspberry, а на второе Pixhawk 2 Cube + Raspberry (+52 г). Вот, если бы под Pixhawk была основа в разъемом для маленького Raspberry Zero, да еще и выводом USB, то было бы интересней. Но такую еще купить нельзя, а изготавливать ее пока не интересно.
Запишу в заметки, что повышенная надежность стоит дополнительные 52 грамма и $110. По общему итогу расчетов эти цифры могут оказаться незначительными.
Автономная зарядка
Как можно видеть в готовых вариантах выше, существует несколько подходов к подготовке автономного дрона к следующему полету: зарядка аккумулятора через контактные площадки, бесконтактная индукционная зарядка и механизированная замена аккумулятора с последующей его зарядкой на станции.
У каждого метода есть свои плюсы и минусы, о них я напишу отдельно, но в любом случае, для их функционирования дрон должен уметь приземляться в нужную точку практически с сантиметровой точностью.
Посадка “в точку”
Для точной посадки можно использовать стандартную камеру бортового компьютера, визуальные маркеры и OpenCV для их распознавания. Вот один из вариантов решения, который можно нагуглить. Еще один свежий появился, когда я писал эту статью. Но распознавание образов достаточно трудоемкий процесс для Raspberry, и без особой необходимости загружать его не хочется. Также качество распознавания будет сильно зависеть от материала из чего сделан маркер и условий освещенности. Желательно, чтобы это был отдельный датчик и отдавал готовые координаты нужной визуальной точки, независимо от наличия и угла падения света. И такой есть в списке поддерживаемого оборудования Ardupilot, называется IR-Lock.
Airobotics из списка выше также использует это решение. Он сделан на основе модуля камеры с открытым кодом Pixy CMUcam5. Этот модуль снабжен камерой и процессором, и его можно “научить” распознавать определенные образы объектов, а, затем, на выходе получать готовые координаты этих объектов на изображении.
Зная координаты распознанного образа на изображении и расстояние до него, полетный контроллер вычисляет на какое расстояние и в какую сторону нужно переместить дрон.
Модификация IR-Lock состоит в том, что в качестве маркера, который нужно распознать используется ИК фонарь из светодиодов, а на камере обычные линзы заменены на те, что пропускают только ИК свет. В итоге, при любом освещении, камера видит свечение фонаря белым цветом на черном фоне (и больше ничего), что сильно повышает точность распознавания.
Для нормальной работы этого датчика необходим еще и дальномер, который будет измерять высоту над землей.
Разработчики рекомендуют использовать лазерный дальномер, например LightWare LW20 (20 грамм и $299, меряет до 100 м), или дешевый и короткий VL53L0X (менее 1 грамма и $10, меряет до 2 м), который стал поддерживаться в последних версиях Ardupilot. Почему-то ультразвуковой датчик для целей посадки не заслуживает доверия разработчиков IR-Lock.
Кстати, дроны DJI автоматически садятся, используя ультразвук и стереокамеры.
Висеть, как вкопанный
Чтобы дрон умел висеть на одном месте и не “плавать”, одного только GPS не достаточно. К сожалению, из-за состояния атмосферы координаты с приемников GPS могут плавать в пределах десятков метров и для сантиметровой точности нужно использовать корректирующие системы GPS RTK. Эта система использует наземную неподвижную станцию, как эталон отклонений координат, и радиосвязь с бортом, чтобы отправить туда значения этих отклонений. Такая штука обязательно нужна для съемки фотопланов с последующей склейкой в большие карты, а для целей висения на месте я пока ограничусь оптическим датчиком PX4Flow.
Работает он по такому же принципу, как и оптическая мышь. В отличие от IR-Lock, он не распознает конкретный образ и в Ardupilot они работают в разных полетных режимах. Изображение с камеры анализируется на смещение 400 раз в секунду, а вычисленные значения смещения могут быть прочитаны контроллером по протоколу I2C. Датчик (open-hardware) весит 15 грамм и имеет все необходимое у себя на плате: процессор 168 MHz Cortex M4F CPU (128 + 64 KB RAM), оптический сенсор 752×480 MT9V034 и 3-х осевой гироскоп L3GD20. Для его нормальной работы также рекомендуется использовать лазерный дальномер, вместо ультразвукового. Хотя на самом модуле предусмотрен разъем как раз для УЗ датчика.
Минимальный комплект электроники
Вот, что собралось:
Общий вес получается 199 г. Все компоненты работают от 5 Вольт и потребляют в режиме трансляции видео почти 2 Ампера (10 Ватт).
В наборе присутствует ультразвуковой датчик расстояния, который будет смотреть вперед на предмет препятствий.
Стереозрение и круговые лидары я оставил на потом, если в них возникнет реальная необходимость.
Полезная нагрузка
Так как родная камера от Raspberry делает средние по качеству фото, а также не умеет захватывать фото одновременно с видео, то она будет использоваться только для web-трансляции, а в качестве основной камеры нужна подходящая для выявления дефектов на ЛЭП. Для большей части позиций из списка выявляемых дефектов подойдут GoPro Hero 5 Session, мультиспектральная Parrot Sequoia, двойная Sentera Double 4K и инфракрасная FLIR Vue Pro. Каждая из них весит около 100 г.
Для стабилизации камеры с целью улучшения качества снимков в нагрузку с ней полетит 2х или 3х осевой подвес.
Простые 3-х осевые подвесы весят около 160 г и питаются от 12 Вольт, имеют рабочий ток при таком напряжении около 50 мА и максимальный ток 700 мА при заклинивании моторов.
Питание
Для питания всей электроники необходимы источники на 5 Вольт (минимум 2,2 Ампера) и 12 Вольт (минимум 1 Ампер).
С учетом резервного питания полетного контроллера, нужно два независимых источника на 5 Вольт. Сделать систему питания можно из отдельных модулей подходящего номинала или найти готовый “3 в 1”, например такой (24 г, макс входное напряжение до 28 Вольт, выходы по 3А). К нему будет подключен датчик тока (22 г), чтобы была возможность измерять расход мАч на аккумуляторе.
Комплект электроники + камера + подвес + система питания весят 505 г.
Моторы и пропеллеры
На многих профессиональных дронах я видел моторы и пропеллеры компании T-Motor. Видимо, не спроста. В документации Ardupilot они также рекомендованы как силовая установка для профессиональных дронов. Поэтому, поищем подходящие моторы у них.
Чтобы дрон летал долго, нужны моторы с максимальным КПД. Эффективность связки мотора и пропеллера измеряется количеством тяги в граммах на 1 Ватт затраченной электроэнергии.
Чтобы узнать какой мотор самый подходящий, нужно знать общий вес полностью собранного дрона с учетом рамы, аккумулятора и самих моторов с винтами.
Аккумулятор нужен такой, чтобы его хватило минут на 30 полета. Рама нужна такая, чтобы на нее все поместилось и винты ничего не задевали.
Слишком много неизвестных, поэтому воспользуюсь онлайн калькулятором для квадрокоптеров E-calc.
Поигравшись в калькулятор, я выбрал моторы Antigravity 4004 KV300 (53 г) с винтами 15х5 (27 г). В оптимальном режиме при напряжении питания 24 Вольта такой комплект тянет 474 грамма при токе 1,4 А. Эффективность получается 14.11 г/Ватт, отношение тяги к собственному весу = 5.9:1. На полном ходу тяга составляет 1311 грамм при токе 7,5 А. Коптер будет с четырьмя моторами, то есть квадро. Оптимальный взлетный вес = (474 г * 4 мотора) = 1896 г, максимальный (с учетом тяговооруженности 2:1) = (1311 г * 4 мотора) / 2 = 2622 г.
Моторы управляются регуляторами оборотов. Напряжение питания моторов = 24 Вольта, максимальный рабочий ток = 7,5 А, поэтому нужен регулятор под такое напряжение и с рабочим током, с учетом запаса, минимум 10А. У T-Motor самый легкий регулятор (7 г без проводов) под такое напряжение — это FPV 35A-32bit 3-6S.
Он сделан на основе популярной прошивки BLHeli-32, с закрытым кодом, но с широкими возможностями настроек и большим числом аналогов.
Подитог:
ВМГ (винто-моторная группа), состоящая из моторов, пропеллеров и регуляторов (по 4 шт каждого) весит 346 г.
Вместе с электроникой и полезной нагрузкой (346 + 505) получается 851 г. С учетом крепежа, проводов и разъемов (прикинем +100 г) = 951 г.
При оптимальном весе, на раму и аккумулятор остается (1896 — 951) = 945 г. При максимальном (2622 — 951) = 1671 г.
Рама
Рассчитаем минимальный размер рамы, чтобы выбранные 15-дюймовые пропеллеры не мешали друг другу создавать тягу. Размеры рамы производители указывают в расстоянии между осями моторов, расположенных по диагонали друг от друга.
По картинке можно узнать гипотенузу, которая вычисляется из катета, равного сумме диаметра винта и расстояния между пропеллерами. Соседние лопасти 15-дюймового винта будут крутиться в 1 миллиметре друг от друга при диагонали рамы 540 мм.
Добавим немного пространства и размер подходящей рамы будет равен примерно 600-700 мм.
В продаже найти таких можно много, например, раз: 600мм и 750г, два: 650мм и 450г, три: 690 и 675г, четыре: 650мм и 750г. Все они отличаются исполнением и наличием складных элементов (шасси, лучи) для удобства транспортировки.
Выбор конкретного экземпляра для своих нужд пока отложу, для дальнейшего расчета буду иметь в виду вес рамы равный 450 г.
Остается аккумулятор весом 495 г для оптимального веса и 1221 г для максимального.
Аккумулятор
Для выбора аккумулятора нужно знать какой он должен отдавать ток.
На полном ходу двигатели будут “есть” 30А (7,5А * 4 мотора), а электроника примерно 0,45А (10 Ватт). С учетом небольшого запаса округлим минимальный рабочий ток аккумулятора в 35А. Для Li-Po батарей с высокой токоотдачей в 30С минимальная емкость будет равна 1,2 Ач (35/30), а для более легких Li-Po и Li-Ion с токоотдачей в 10С минимальная емкость 3,5 Ач (35/10).
Как вариант, сборка 6S2P из Li-Ion Sony VTC6 с BMS весит примерно 630 г (при емкости 6 Ач). С этим аккумулятором дрон будет весить 2031 г, что больше оптимального на 135 г, но в пределах максимального. Теперь посчитаем на какое время коптер сможет зависнуть при идеальных условиях. При общем весе в 2031 г на каждый мотор приходится 508 г. Взглянем на характеристики мотора и найдем потребляемый ток при такой тяге. Он примерно будет равен 1,6А. 4 мотора и электроника дадут в сумме 6,85A (1,6 * 4 + 0,45). С учетом разрядки аккумулятора до 20% получится (6 Ач * 80% / (6,85 A)) = 0,7 часа или 42 минуты.
Компоновка
Пока я выбирал подходящую раму и думал как все это на ней размещать и чем крепить, пришел к выводу, что проще будет нарисовать несколько деталей и заказать 3D-печать из пластика и фрезеровку из карбона. Пару готовых железок и крепеж можно заказать на Алиэкспрессе.
Немного поэкспериментировав с компоновкой и центром тяжести, получилась вот такая рама:
Она состоит из карбоновых трубок и пластин, деталей из алюминия и крепежа из титана.
Расчетный вес рамы получился 350 г при диагонали 700 мм. 3D-модель рамы и список деталей.
Полностью собранная модель (без проводов):
Общий вес коптера с электроникой, аккумулятором Li-Ion 6S2P и проводами должен получится 1931 г.
Да, мне тоже показалось, что дрон получился слишком голым для автономного варианта и мелкий дождик легко намочит бортовую электронику. Поэтому добавил немного пластика:
3D-модель рамы. Список деталей рамы.
3D-модель в сборе. Список компонентов.
Вес пустой рамы с корпусом 384 г, общий вес 2020 г, расчетное время висения на одной зарядке (разряд аккумулятора до 20%): 44 минуты.
Бокс для зарядки
Бокс для зарядки будет сделан из алюминиевого профиля, крепежной фурнитуры и алюминиевых сендвич-панелей. В нем будут установлены роутер, компьютер, погодные датчики и камера с видом на посадочную зону. Я решил сделать покатую крышу из двух створок, чтобы зимой на ней не скапливался снег и не мешал открыванию.
Механизм открывания створок до конца еще не продуман, а также не определена система зарядки (нуждаюсь в подсказках).
В следующей статье я расскажу как настроить и запустить дрон через интернет с помощью GUI или командной строки, про варианты систем зарядки из которых я сейчас выбираю, ПО для управления коптером и анализа снимков и почему мой первый полет через интернет продлился так недолго:
Продолжение следует…
Часть 2 про ПО.
Дрон с камерой — подробный обзор популярного девайса.
Отличную возможность для съемки с высоты птичьего полета предоставляют квадрокоптеры с камерой, позволяющие делать не только фото, но и видео. Существуют модели со встроенной камерой, а некоторые имеют специальные крепления. В них можно установить любую камеру, приобретенную отдельно.
Важные характеристики камер
Каждое устройство имеет свои плюсы и минусы. Главным образом, камера выбирается на основе того, для каких целей она предназначается.
Чтобы просто наблюдать за полетом в режиме реального времени, можно использовать недорогую модель. Если же необходимо снимать качественные фото и видео, то здесь нужна более дорогая и модифицированная камера.
Главные характеристики:
- возможность установить камеру на подвес квадрокоптера;
- высокое разрешение видео для съемки замечательных материалов;
- наличие приставки Wi-Fi для получения изображения в прямой трансляции на дисплей пульта управления или мобильного устройства;
- хороший угол обзора, чтобы запечатлеть как можно больше окружающего пространства и природных пейзажей;
- продолжительное время работы, которое особенно важно для создания длинных видеороликов.
Вес камеры тоже имеет значение, он влияет на длительность полета БПЛА. Чем меньше дрон – тем легче должна быть камера. Ее комплектация может включать всевозможные зажимы и крепления, или не иметь ничего в своем составе. Второй вариант подойдет тем, кто желает самостоятельно собрать квадрокоптер под личные нужды.
Преимущества дронов с камерами
Устройства, оснащенные специальными камерами – это средство развлечения, а также проведения профессиональной аэросъемки. С такими квадрокоптерами можно:
• любоваться с высоты красивыми пейзажами;
• получать прекрасные фотографии;
• снимать качественные видеоролики с высоким разрешением.
Существуют камеры с функцией TimeLapse – замедленная съемка. Она позволяет создавать интересные видео и делиться ими с друзьями. Многофункциональные квадрокоптеры с камерой – это идеальный вариант для тех владельцев дронов, кто занимается фото и видеосъемкой. Довольно распространены и промышленные квадрокоптеры, которые используют профессионалы в разных отраслях, в основном для мониторинга.
Аккумуляторы для квадрокоптера
Такой элемент, как аккумуляторы для квадрокоптеров – то же самое, что и топливный бак в вертолете или самолете – одна из важнейших частей. Без нее дрон просто не взлетит. Время нахождения в воздухе зависит от главных характеристик батареи.
Лучший аккумулятор для квадрокоптера
Для устройства следует выбирать батарею с небольшим весом, но большой емкостью. Отличным вариантом являются литиевые аккумуляторы, которые используются практически во всех моделях дронов от различных компаний-производителей. Главными характеристиками батарей являются:
- емкость, измеряемая в ампер-часах. Она определяет ток, выдаваемый аккумулятором в течение часа до того, как наступит полная разрядка. Чем выше значение этого тока, тем быстрее произойдет разряд;
- максимальный разрядный ток. Эта величина указывает то, какой ток аккумулятор способен выдавать кратковременно и насколько его значение выше емкости;
- напряжение, измеряемое в вольтах. Каждый аккумулятор состоит из ячеек с напряжением, равным в среднем 3,7 В. Чем больше таких ячеек, тем выше напряжение батареи.
Заряжаются аккумуляторы от устройства, обеспечивающего равномерный заряд всех составных ячеек. Питание приборов осуществляется не от электрической сети, а от специальных источников с постоянным током в 12 В.
Мощный аккумулятор – залог продолжительного полета
Токоотдача батарей (максимальный разрядный ток) должна быть как можно выше, потому что от этого зависит продолжительность полета. Но такой высокий показатель напрямую влияет на вес аккумулятора, делая его тяжелее.
У LiPo (литий-полимерных) батарей имеется ряд преимуществ:
- низкий саморазряд – в «спящем» режиме не будет происходить моментальная разрядка;
- отсутствует эффект памяти – при неправильном режиме зарядки не произойдет потеря емкости;
- они могут работать при любых температурных условиях – жарким летом и холодной зимой.
Литий-полимерные аккумуляторы для квадрокоптеров – это необходимая деталь для уверенного и длительного полета
Конструкция и комплектация квадрокоптера
Квадрокоптером называют летательное беспилотное устройство, снабженное четырьмя пропеллерами. Управляется такой аппарат с помощью специального дистанционного пульта. Благодаря встроенной профессиональной камере производится съемка (фото и видео) в процессе полета.
При выборе лучшего квадрокоптера учитывается множество моментов, включая функциональность и стоимость.
Внешне похожий на «гостя» с другой планеты, квадрокоптер смотрится очень оригинально и даже немного фантастически. Кроме того, необычная конструкция улучшает технические характеристики аппарата (мощность, скорость, маневренность).
В базовую комплектацию любого коптера входит:
- рама из карбона, алюминия или стекловолокна;
- контроллер, к которому подсоединяются двигатели и элементы управления полетом;
- моторы. В квадрокоптере их 4, что, собственно, и дало название летательному аппарату;
- пропеллеры – по одному на каждый двигатель. Половина из этих винтов вращается по часовой стрелке, остальные – в обратном направлении;
- три гироскопа, позволяющие аппарату удерживать курс и зависать при необходимости в воздухе;
- аккумулятор;
- пульт дистанционного управления.
Помимо основных элементов дроны могут оснащаться барометрическими датчиками, акселерометром, системами GPS, SPI, FPV, камерой и т.
д. «Начинка» квадрокоптера зависит от фирмы-производителя, модели и сферы применения. Среди огромного разнообразия имеются квадрокоптеры радиоуправляемые с диаметром винтовых лопастей от 4,5 до 30 см и больше.
- мини или нано модели – беспилотники для начинающих, которые можно запускать даже в помещении;
- миди или средние – для более продвинутых пользователей. Имеют защиту от падений и повреждений окружающих предметов. Запускаются в доме, либо на улице в безветренную погоду. Могут оснащаться простыми камерами;
- макси или большие – квадролеты для профессионалов. Имеют более разнообразный функционал, лучше защищены от внешних воздействий, более мощные и качественные. Использовать такие аппараты внутри помещения нельзя, необходимо зарегистрировать данный аппарат и для полета необходимо получать разрешение.
Кроме размера есть еще один важный параметр — возможность складывания. Складной дрон имеет больше преимуществ за счет компактного размера и легкой транспортировки.
Некоторые коптеры можно легко поместить в рюкзак или в карман, но что касается более сложных аппаратов, их транспортировка обычно осуществляется в защитном кейсе или чемодане.
Как правильно выбрать квадрокоптера?
Перед тем как приобрести беспилотный летательный аппарат, необходимо определиться с целью покупки. Сегодня его используют для съемки репортажей, гонок, развлечений. Срок передвижения квадрокоптера зависит от объема батареи. Обычно после заряда аккумулятора аппарат может летать в течение получаса. Диапазон цен на рынке довольно широкий: отбюджетных вариантов до самых дорогих, цена которых исчисляется тысячами долларов.
Критерии выбора квадрокоптера:
- стоимость;
- функциональные возможности;
- качество камеры;
- свойства полета;
- цель покупки.
Новичкам не рекомендуют приобретать слишком дорогие беспилотники, поскольку неопытность в обращении часто приводит к поломкам.
Рейтинг лучших квадрокоптеров
Определяя наилучшие образцы беспилотных летательных аппаратов, потребители учитывают такие факторы, как фотоформат (видео), максимальная скорость, операционная программа.
Важное значение имеет качество съемки, угол обзора камеры, поддержка. Практические показатели в процессе тестирования являются определяющими.
Квадрокоптеры, которые пользуются популярностью во всем мире:
- Skydio 2 (США) – дорогая многофункциональная модель, изготовленная из прочного пластикового материала.
- Yuneec Typhoon h4 (Китай, Германия) – аппарат снабжен инновационной оптикой, позволяющей получать детализированные снимки и видео.
- 3D Robotics IRIS+ (США) – многофункциональный экземпляр, созданный на основе передовых технологий.
- Aeryon Scout (США) – модель отличается высокой скоростью (50 км/час).
- DJI Mavic 2 Enterprise Dual (Китай) – беспилотник оснащен тепловизионной камерой, со встроенной памятью – 24 Гб.
- Xiaomi Fimi X8 SE (Китай) – относительно недорогая модель, оснащенная надежной камерой (4 килопикселя) и барометром.
- Hubsan h217S Zino (Китай) – бюджетный складной квадрокоптер с GPS-навигатором, барометром.
- Ryze Tech Tello (Китай) – недорогой маневренный, компактный аппарат.
- Syma X20 (Китай) – прочная модель с подсветкой, способная летать в помещении.
- Fimi X8 SE (Китай) – относительно недорогой аппарат, наделенный мощной скоростью (64,8 км/ч, по прямой).
камер FPV для дронов | Ключевые факторы и рекомендации
FPV означает просмотр от первого лица. Зачем нам камера? Правильный вопрос!!! Камера FPV должна обеспечивать пилоту прямую аналоговую видеотрансляцию, чтобы пилот мог маневрировать своим дроном. Видеопоток с этой камеры FPV поможет пилоту летать. HD-камеры — еще одна разновидность камер, используемых на коптерах. Теперь следующий вопрос, который приходит вам на ум, почему существует 2 разных типа камер?
Подробнее…
Камеры FPV и HD — это два типа камер, которые служат двум разным целям.
Камеры FPV обеспечивают передачу видео с очень малой задержкой и исключительным качеством изображения.
HD-камеры записывают сверхчеткие видеоролики, на которые приятно смотреть.
Задержка HD-камеры слишком велика для передачи (примерно 150 мс) и, следовательно, не может использоваться для прямой передачи видео, тогда как FPV-камеры не могут записывать HD-видео (или могут!! Подробнее об этом ниже).
Quick Navigation
Imaging Sensor- CCD or CMOS
Form Factor
Aspect Ratio
Latency
Input Voltage
Field of View
Video Encoding Format- NTSC or PAL
TVL- Camera Resolution
Wide Динамический диапазон (WDR)
Характеристики при слабом освещении
Экранное меню (OSD)
HD-камеры для FPV
Настройки камеры
Традиционно пилоты FPV использовали относительно дорогие, большие и громоздкие HD-камеры, такие как Runcam 3 или GoPro Герой 7. Но каменный век ушел в прошлое, когда крошечные миниатюрные камеры FPV, такие как Runcam Split 2, имеют печатную плату 36×36, записывающую видео 1080p, стоят в 4 раза дешевле GoPro и в 5 раз легче по весу.
Камеры FPV бывают всех форм и размеров. Чтобы упростить процесс покупки, ниже перечислены некоторые факторы, которые помогут человеку оценить FPV-камеру и выбрать подходящую.
Лучшая FPV-камера для дрона
Лучшие FPV-камеры со временем стали лучше: задержки значительно сократились, а качество изображения значительно улучшилось. Камеры FPV бывают разных размеров для различных применений квадроциклов, используемых сегодня.
Существуют преимущественно 3 основных размера камер FPV: стандартные или полноразмерные, микроразмерные и наноразмерные камеры.
Камеры стандартного размера в основном поэтапные из-за их громоздкости и были заменены камерами микроразмера, но стандартные камеры все еще используются сегодня из-за их надежности и прочности.
Камера FPV стандартного размера | Камера FPV микроразмера | Nano-sized FPV Camera | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
FPV Camera | Runcam Swift 2 | Caddx Ratel | Runcam Nano 2 | ||||||||||||||||
размеры | 28,8 x 26 x 26 мм | 19 x 19 x 19 мм | 14 x 14 x 16 м. | ||||||||||||||||
Weight | 14g | 8g | 3.2g | ||||||||||||||||
Camera Sensor | CCD | CMOS | CMOS | ||||||||||||||||
Соотношение сторон | Фиксированный 4:3 | Изменяемый 16:9, 4:3 Фиксированный 9008 003 | |||||||||||||||||
Signal type | PAL | Changeable 16:9, 4:3 | Fixed 4:3 | ||||||||||||||||
Input voltage | 5 — 36 В | 5 — 40 В | 3 — 5,5 В | ||||||||||||||||
| . |
0003
0052
Сам датчик камеры — это то, что Runcam называет ПЗС-датчиком Super HAD II с разрешением 600 ТВЛ. Сигнал камеры выводится в формате PAL и с соотношением сторон 4:3. Swift 2 также поставляется с 3 вариантами объектива: 2,5 мм при 130 ° FOV, 2,3 мм при 150 ° FOV и 2,1 мм при 165 ° FOV, и может питаться от батареи 6S Lipo. Камера также когда-то имела революционные функции, которые сейчас в основном избыточны, встроенное экранное меню, которое может отображать напряжение батареи, встроенный микрофон, который выводит звук, и черно-белый режим для полетов при слабом освещении. Функция экранного меню сделала его удобной покупкой для пилотов с неподвижным крылом, чтобы следить за напряжением батареи.
Кто еще может сделать FPV-камеры лучше?
Видеопередатчик представляет собой 48-канальный видеопередатчик, способный передавать мощность 0 мВт, 25 мВт и 200 мВт, который может питаться от напряжения в пределах 2,9 В.-5,5В. Передатчик, что удивительно для его небольшого размера, поддерживает интеллектуальное аудио, через которое он подключается к Betaflight. Ближайшим вторым является Wolwhoop Micro AIO с аналогичными характеристиками.
ПЗС-сенсоры используют глобальный затвор (захватывает изображение мгновенно), а КМОП-сенсоры используют скользящий затвор (скользящий затвор — захват изображения построчно). Поскольку датчик CMOS выводит изображение построчно, любые вибрации могут привести к искажению изображения. Это искажение известно как эффект JELLO.
Следовательно, важно принять во внимание размер камеры перед покупкой камеры и иметь несовместимую камеру, которая слишком велика или слишком мала для использования в кадре, который вы собираетесь использовать.
Обычно они не поставляются в жестких футлярах, как камеры стандартного размера. Они в основном используются на квадроциклах размером до 2 дюймов.
Это время, необходимое камере для преобразования изображения в электрические сигналы, называется задержкой. Чем меньше задержка, тем лучше.
Камеры имеют встроенный линейный BEC, который снижает напряжение до 3,3 В (внутреннее рабочее напряжение электроники внутри камеры составляет 3,3 В).
Напряжение в пределах 12В считается номинальным.Lens Size | FOV | ||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1.8mm | 170° | ||||||||||||||||||
2.1mm | 150° | ||||||||||||||||||
2,3 мм | 140 ° | ||||||||||||||||||
2,5 мм | 130 ° 9008 | 130 ° 9008 | 130 ° 9003 9008 | 130 °. Формат кодирования видео — NTSC или PALКодирование видео — это процесс преобразования видеосигналов (в нашем случае электронов от камеры FPV) в формат, который может быть прочитан мониторами (мониторами FPV или очками). Обычно об этом заботится камера FPV. Наиболее часто используемыми форматами видео являются NTSC (Национальный комитет по телевизионным системам или PAL (Phase Alternating Line)).0010, а PAL имеет разрешение 720×576 при 25 кадрах в секунду . NTSC с более высокой частотой кадров обеспечивает плавное воспроизведение видео. PAL с его немного лучшим разрешением позволяет отображать более четкие тексты из экранного меню. TVL-разрешение камерыTVL означает TV Lines. TVL — это мера разрешения аналоговых камер. Камера 1000 ТВЛ может зафиксировать 500 черных и 500 белых чередующихся линий в одном кадре.
Wide Dynamic Ranging (WDR)Wide dynamic ranging is the fancy word referring to the camera’s ability для захвата ярких и темных частей изображения. Динамический диапазон — это разница между самыми темными и самыми яркими частями изображения. WDR появляется, когда вы летите на открытом воздухе, где солнце отбрасывает тени, и становится менее важным фактором при полете в пасмурные дни. На переэкспонированном изображении более яркие части изображения затемняются, а на недоэкспонированном изображении более темные части изображения кажутся еще темнее. Хорошая камера с поддержкой WDR имеет идеальный баланс между передержкой и недодержкой. В большинстве современных FPV-камер WDR включен по умолчанию, но возможности WDR камеры обычно не публикуются производителем. Joshua Bardwell WDR Другие факторы, которые необходимо учитыватьХарактеристики при слабом освещенииРабота камеры, улавливающая свет, отражающийся от тела. Вечером и даже ночью, когда солнце не освещает, камеру становится очень трудно разглядеть. Производительность при слабом освещении, как следует из названия, — это способность камеры делать снимки в условиях очень слабого освещения. Производительность при слабом освещении не следует путать с WDR. Некоторые FPV-камеры заявляют о 0,00001 люкс (единица измерения освещенности) по сравнению с освещением гостиной среднего дома при 50 люкс. Таким образом, люди, летающие ночью, должны учитывать это как решающий фактор. Экранное меню (OSD) OSD — это способность камеры отображать полетную информацию. Но если камера будет использоваться на радиоуправляемом самолете, который не имеет специализированных чипов FC или OSD, информация OSD, предоставляемая камерой, становится существенной. HD-камеры для FPVHD-камеры, такие как показанная здесь GoPro hero 7, предназначены для записи HD-видео во время полета коптера. Камеры HD позволяют записывать видео с разрешением 720p (1280×720) или даже с разрешением 1080p (1920×1080) по сравнению с разрешением 360p (480×320) камеры FPV без HD. Так почему же люди используют HD-камеры, а не DVR (цифровую видеозапись) на своих очках? Ответ прост, Пилоты просто не любят использовать видео (которое имеет более низкое разрешение и заполнено статикой или шумом), предоставляемое видеорегистратором. Традиционно использовались большие громоздкие и дорогие HD-камеры, где приличная HD-камера стоила более 150 долларов. Но с развитием технологий HD-камеры превратились в крошечные печатные платы размером 36×36. Runcam split 2 На изображении выше показана Runcam split 2, одна из первых камер HD/FPV. Это улучшение не только устраняет необходимость в отдельных камерах FPV, предоставляя видеовыход для аналоговых vTx, тем самым уменьшая вес, а также записывая видео со скоростью 1080p/60fps. Видео записывается на SD-карту, а аксессуары включают в себя модуль Wi-Fi для беспроводной связи с доской. Хотя мы не рекомендуем эту FPV-камеру 2-в-1 для новичков, она будет прекрасным обновлением для пилотов среднего и продвинутого уровня и последующих. строит для новичка. Настройки камеры Настройки по умолчанию или заводские настройки обычно работают нормально, но эксперты сообщества FPV настраивают эти настройки и иногда получают лучшие результаты, чем заводские настройки. ЗаключениеИтак, что мы узнали, терминология камеры FPV, факторы, которые следует учитывать, и другие полезные функции, на которые следует обратить внимание при покупке. Эта статья пытается дать вам краткое представление и ни в коем случае не охватывает все. Каждый пилот летает в разных условиях, и, следовательно, рекомендуемая камера FPV может меняться, но факторы, которые следует учитывать, играют важную роль при покупке камеры FPV для ваших нужд. Если вы не уверены в себе, чтобы принять решение самостоятельно, ниже перечислены некоторые из лучших камер FPV на рынке. Related Posts Как собрать собственный дрон за 99 долларовЛетать на дроне — это весело, но гораздо приятнее, когда ты можешь управлять дроном, который сам собрал! И, пожалуй, самый приятный аспект полета на собственном гении: экономия денег при этом. Для таких сложных машин дроны состоят из очень небольшого количества деталей, и для их сборки не требуется сложной инженерной мысли. Есть куча забавных наборов «собери свой собственный дрон». Некоторые из них имеют разную степень усилий, и вы можете выбрать тот, который соответствует вашим потребностям. Например, для детей этот набор дронов LEGO просто восхитителен, хотя его сложно купить задним числом. Если вам нужен очень простой набор для дронов и онлайн-учебник — и у вас солидный бюджет — нет лучшего выбора, чем комплект для дронов Drone Dojo Raspberry Pixhawk. Этот комплект включает в себя простые в использовании пошаговые видеоуроки, а также все необходимые расходные материалы (включая Raspberry Pi 4B, контроллер полета Pixhawk, раму дрона, бесколлекторные двигатели, ESC, радиоуправляемый передатчик и приемник, аккумулятор и многое другое). Но этот комплект будет стоить около 1000 долларов, что может не вписаться в ваш бюджет. Если вы готовы поработать ногами (и выискивать сделки по отдельным частям), вы можете сделать это менее чем за 100 долларов. И нет лучшего человека, чем RC Hobby Обзор эксперта Джейка Картера, который расскажет вам, какие детали вам нужно сделать своими руками. Так что без дальнейших церемоний, я позволю Джейку взять это отсюда. Вот руководство Джейка о том, что вам нужно знать, чтобы собрать собственный дрон менее чем за 9 долларов.9: Выберите дизайн рамы квадрокоптера Квадрокоптеры — наиболее распространенный тип дронов, узнаваемый по форме буквы «X» с пропеллерами на каждом конце рамы. Рамы также бывают трикоптерными (три пропеллера), гексакоптерными (шесть пропеллерных) и октокоптерными (восемь пропеллерных). Гексакоптеры отлично подходят для резервирования; если один двигатель выходит из строя, у вас все еще есть некоторая стабильность. Но если вы хотите сократить расходы, лучше всего начать с квадрокоптера, учитывая его более низкую стоимость. Купить раму из углеродного волокна Карбоновая рама немного дороже, чем другие варианты рамы, но она легкая и прочная. Он прослужит вам намного дольше, если вы будете хранить дрон несколько лет. Самый дешевый вариант каркаса – деревянный, но дерево коробится под дождем. Обычно используется прочный пластик. Если у вас есть 3D-принтер, вы даже можете сделать пластиковую рамку своими руками. Алюминиевые рамы также используются из-за их легкого веса, но они не такие прочные. Если у вас есть несколько лишних долларов, выберите углеродное волокно. Если деньги являются проблемой, следующим лучшим вариантом является пластик. Древесину следует использовать только для начинающих дронов, которые вы ожидаете заменить. Martain II 220 мм и Lisam 210 мм — две качественные рамы из углеродного волокна по доступным ценам. Купить бесщеточный двигатель Двигатели для дронов бывают двух типов: бесщеточные и щеточные. Коллекторные двигатели содержат магнит и катушки. Магниты остаются на месте, пока катушки вращаются. Проблема с щеточными двигателями заключается в том, что щетки изнашиваются и должны быть заменены. Бесщеточные двигатели также содержат магниты и катушки, но в этих двигателях катушки остаются на месте, пока магниты вращаются. Поскольку у них нет щеток, эти двигатели более долговечны и служат дольше. BrotherHobby, T-Motor и Racestar производят качественные бесколлекторные двигатели. Ознакомьтесь с некоторыми примерами их бесколлекторных гоночных двигателей ниже. • BrotherHobby 2450KV Выбирайте более высокие KV для гоночных дронов Двигатели имеют рейтинг KV. Если у вас больше опыта, покупайте двигатели с более высоким номинальным значением KV в диапазоне 1500-2300. Эти двигатели используются для гонок, придавая вашему дрону больше мощности и крутящего момента, а также позволяя маневрировать вокруг деревьев и препятствий. Установка гребных винтов меньшего диаметра Пропеллеры бывают двух- или трехлопастными и изготавливаются из различных материалов. Углеродное волокно — лучший материал, но вы также можете сделать пропеллеры из пластика или дерева. Пропеллеры меньшего диаметра облегчают замедление или ускорение, что важно для нового владельца дрона. Более длинные лопасти хороши для стабильных, длительных полетов. Аккумуляторы, соответствующие требованиям к напряжению двигателя Одна из самых распространенных ошибок среди новых владельцев дронов — это покупка аккумуляторов, которые не соответствуют требованиям по напряжению двигателя. Обратите внимание на датчики вашего контроллера полета Контроллер полета — это то, что вы используете для управления дроном. Каждый контроллер оснащен несколькими датчиками, сообщающими вам о местоположении и текущем состоянии вашего дрона. Если вы отправляете дрон слишком далеко, вам нужен датчик, который говорит вам подтянуть дрон ближе, иначе вы можете его потерять. Наиболее важным датчиком является GPS. GPS показывает местоположение вашего дрона. У вас не всегда будет визуальный обзор дрона, и GPS будет направлять вас во время полета. Другим важным датчиком является барометр. Барометр – это датчик, определяющий атмосферное давление. Это давление сообщает вам высоту дрона. Слишком высокий полет дрона может привести к его падению. Гироскоп дрона сообщает вам угол наклона дрона. |
. С большим полем зрения становится трудно наблюдать мельчайшие детали, такие как ветки деревьев. С нашими ограниченными vTx все становится намного хуже. Поле зрения между 130-150° считается идеальным для значительного обзора и исключительной детализации. На приведенной ниже диаграмме показана камера с узким и широким полем зрения.
Но это зависит от ваших личных предпочтений. Выберите формат видео, который вам подходит. Поскольку большинство камер FPV поддерживают оба формата, будет проще переключиться туда-сюда и выбрать тот, который работает.
43 MP
Экранное меню на камере может предоставить нам только основную информацию, такую как приблизительное напряжение батареи. Если вы летите на квадроциклах, этот фактор не так важен, потому что контроллеры полета дрона имеют специальные чипы OSD, чтобы позаботиться об этом.
Этот HD-видеопоток можно использовать для аэрофотосъемки, инспекций или загружать видео на Youtube и демонстрировать навыки пилота.
Каждая FPV-камера уникальна, поэтому рекомендуется просматривать веб-страницы и проверять, стоит ли вносить изменения в настройки, которые могут работать или не работать для вашего конкретного использования.
Вместо того, чтобы тратить несколько сотен долларов на покупку дрона, вы можете создать свой собственный дрон всего за 9 долларов.9.
Поскольку они такие большие, октокоптеры обычно предназначены для пассажиров, которые хотят нести полезную нагрузку.
Рейтинг KV указывает количество вольт, необходимое для питания двигателя. Для квадрокоптера новичка вы можете использовать моторы с низким номиналом KV в диапазоне 1000-1500. Эти двигатели дают вам возможность стабилизировать и практиковаться с вашим новым дроном.
Рейтинги KV дают вам количество вольт, необходимое для питания каждого двигателя. Сначала определите двигатель, который вы хотите купить, а затем сопоставьте аккумулятор с требованиями по напряжению.