Контроллер полета — один из важнейших компонентов FPV-дрона. Он отвечает за стабилизацию летательного аппарата, обеспечение точных маневров полета и предоставление данных пилоту. В этой статье мы подробно объясним, что такое контроллер полета, как он работает и почему он является такой важной частью любого дрона. Независимо от того, новичок вы или опы тный пилот, понимание основ контроллеров полета имеет решающее значение для получения максимальной отдачи от вашего опыта полета.
Если вы новичок в этом хобби, ознакомьтесь с руководством для начинающих по полетам на FPV-дронах, чтобы узнать больше.
Лучшие рекомендации FC
Speedybee F405 V4
Speedybee F405 V4 в настоящее время является одним из лучших доступных стеков полетных контроллеров, предлагая достойное качество и производительность. Он включает в себя почти все современные функции, которые вы хотели бы видеть в полетном контроллере. Он поддерживает аналоговую систему FPV со встроенным чипом Betaflight OSD и совместим с цифровыми системами FPV по принципу «plug n play».
Доступен по цене и подходит для фристайла, гонок, дальних и кинематографических полетов. Хотя на рынке есть и другие бюджетные стеки FC, они обычно используют чип F722, который имеет только половину памяти F405 в Speedybee. Меньший объем памяти ограничивает количество функций, которые вы можете использовать в Betaflight, и делает систему менее перспективной.
Speedybee F405 Мini
Если вам нужен стек 20x20 мм, это отличный выбор для любых сверхлегких 5″, 4″ дальнобойных, 3″ киновупов или меньших сборок. Номинал 35 А достаточен даже для большинства 5″ сборок, если вы не собираетесь использовать большие, мощные моторы; в этом случае вам, вероятно, следует рассмотреть версию 30x30 мм.
С ценой менее $60 за Speedybee F405 Mini stack этот продукт предлагает отличную ценность. Если вы ищете полнофункциональный контроллер полета и ESC, не опустошая при этом свой кошелек, то SpeedyBee F4 Mini Stack стоит рассмотреть.
iFlight Beast F7 AIO 55A
Для легких сборок с низким профилем, таких как сверхлегкие 5″, 4″ и 3,5″ дроны, iFlight Beast с креплением 25,5×25,5 мм является надежным выбором. Он особенно подходит для гонок благодаря своей легкой и компактной конструкции. Хотя рейтинг ESC 55A может показаться «пуленепробиваемым», важно помнить, что это все еще плата AIO и не такая надежная, как ESC на отдельной плате. Тем не менее, ее более чем достаточно для любого дрона размером менее 5″. Этот контроллер полета предлагает все соединения и функциональные возможности, которые вы могли бы хотеть от контроллера полета Betaflight.
Flywoo GOKU GN745 AIO V3
GOKU GN745 — отличная альтернатива iFlight Beast. Он также имеет форм-фактор 25,5×25,5 мм, что делает его идеальным для легких 3″, 4″ и 5″ зубочисток и cinewhoop-сборок. Оснащенный процессором F7 и регулятором скорости BLHeli32, он поддерживает двунаправленную фильтрацию DSHOT и RPM прямо из коробки, а также другие расширенные функции BLHeli32.
Это, пожалуй, один из самых многофункциональных контроллеров полета в стиле whoop/toothpick, доступных на рынке. Хотя на краю платы расположено множество контактных площадок для пайки, они довольно малы и их может быть сложно паять. Тем не менее, плата предлагает 7 полных UART, и ее набор функций не имеет себе равных. Она включает в себя барометр и даже может похвастаться 8 МБ памяти blackbox на борту!
HappyModel X12 AIO
Для сверхлегких сборок, таких как зубочистки 1S to 2S 2″ и 3″, HappyModel X12AIO — отличный вариант. Он оснащен как приемником ExpressLRS, так и встроенным VTX мощностью 400 мВт.
Flywoo GOKU F405 HD 1-2S 12A AIO V2 FC
Если вы собираете сверхлегкий микроквадрокоптер с цифровыми системами FPV, такими как Walksnail, DJI O3 или HDZero, вам следует серьезно рассмотреть Flywoo GOKU F405 12A AIO V2 FC. Это один из самых мощных полетных контроллеров в этом классе. Он поддерживает как 1S, так и 2S, что делает его универсальным выбором для микросборок. Однако обратите внимание, что он не предназначен для аналоговых систем FPV из-за отсутствия чипа OSD.
Контроллер полета: что это такое и как он работает
Контроллер полета, или «FC», — это мозг FPV-дрона. Это печатная плата, оснащенная датчиками, которые определяют движения дрона и команды пользователя. Используя эту информацию, FC регулирует скорость двигателей, чтобы перемещать дрон в нужном направлении.
Все контроллеры полета оснащены базовыми датчиками, такими как гироскоп и акселерометр, а некоторые даже включают в себя дополнительные датчики, такие как датчики барометрического давления (барометр) и компасы (магнитометр), помогающие осуществлять автономные полеты.
Контроллер полета также может служить концентратором для других периферийных устройств дрона (внешних компонентов), таких как ESC, GPS, светодиоды, сервоприводы, радиоприемник, FPV-камера и видеопередатчик.
Типы FC
Существует два основных типа контроллеров полета: один больше ориентирован на самолет, а другой больше ориентирован на мультиротор. Это не значит, что вы не можете использовать FC самолета на мультироторе или наоборот, но вы, скорее всего, столкнетесь с большими трудностями. Лучше всего выбрать правильный тип FC для более плавного опыта.
Ориентированный на плоскость/крыло FC
Мультироторный ориентированный стек FC/ESC
В линейке мультироторных полетных контроллеров вы найдете обычные полетные контроллеры и контроллеры AIO (All-in-One).
AIO FC объединяет ESC на той же плате, что обеспечивает компактную установку. Однако они не так надежны, как ESC на отдельных платах, как в обычных стеках FC/ESC (две отдельные платы), поскольку им приходится использовать меньшие полевые транзисторы и меньше рассеивать тепло из-за ограничения пространства.
Выбор зависит от ваших требований — если приоритетом являются пространство и вес, вы, вероятно, захотите использовать AIO FC. В противном случае, обычный стек FC/ESC обычно предпочтительнее из-за его надежности.
Обычный стек FC/ESC (2 платы)
AIO FC (1 доска)
FC соединение
Вот пример схемы электропроводки, как компоненты FPV-дрона подключаются к контроллеру полета. Каждый FC имеет различную схему электропроводки из-за различий в компоновке паяных площадок, но концепция остается той же — вам просто нужно определить соответствующие площадки на вашем FC.
Прошивка контроллера полета
Когда дело доходит до контроллеров полета, у вас есть выбор не только в аппаратном обеспечении, но и в прошивке. Различные варианты прошивки предлагают различные функции и специализации для различных приложений. Например, iNav разработан с учетом GPS и автономного полета, в то время как Betaflight больше ориентирован на летные характеристики.
Лучше выбрать между этими двумя вариантами:
Betaflight: Эта прошивка с открытым исходным кодом фокусируется на летных характеристиках. У нее самая большая база пользователей, что облегчает начало работы благодаря обилию обучающих материалов. Это также означает, что поддержка всегда доступна, если у вас возникнут проблемы. Кроме того, Betaflight поддерживает самый широкий спектр контроллеров полета.
iNav: Если вас больше интересуют автоматизированные полеты и миссии с использованием точек маршрута GPS, то iNav — это то, что вам нужно.
После выбора прошивки вы можете поискать совместимую плату контроллера полета.
Конфигурация и настройка
Прошивку контроллера полета можно настроить с помощью компьютера, смартфона или радиоконтроллера. Каждая прошивка имеет свой собственный пользовательский интерфейс (UI) и параметры, которые можно изменять. Однако даже похожие на вид UI могут давать разные характеристики полета в зависимости от прошивки, поэтому требуется время, чтобы изучить и настроить новую.
«Настройка» — это термин, который мы используем в нашем хобби для описания процесса настройки таких параметров, как ПИД, ставки/экспонента и других, для достижения желаемых летных характеристик. Это важный шаг в оптимизации производительности вашего FPV-дрона и максимальном использовании полетного контроллера. У меня есть руководство о том, как настроить ваш FPV-дрон за несколько простых шагов.
Процессор
Контроллер полета использует микроконтроллеры (МК) для хранения кодов прошивки и выполнения сложных вычислений.
В настоящее время Betaflight поддерживает микроконтроллеры STM32, такие как F4, F7 и H7, тогда как F1 и F3 больше не поддерживаются из-за недостаточного объема памяти для расширяющихся требований к прошивке. Поэтому важно обращать внимание на объем памяти, доступный на разных процессорах — он так же важен, как и скорость, если не больше. Например, хотя последняя версия Betaflight позволяет выбирать, какие функции использовать, и сохранять небольшой размер кода для процессоров с меньшим объемом памяти, в долгосрочной перспективе более медленный F405 может фактически иметь преимущество перед более быстрым F722 из-за большего объема памяти.
Исторически чипы STM32 доминировали на рынке контроллеров полета FPV-дронов. Однако в последние годы AT32 быстро становится жизнеспособной альтернативой чипам STM32 благодаря своей доступности и доступности.
Гироскоп
Контроллер полета на дроне FPV использует ряд датчиков для определения движения и ориентации. Основной датчик, используемый для этой цели, называется инерциальным измерительным блоком (IMU). IMU содержит как акселерометр, так и гироскоп, но в хобби термин «гироскоп» часто используется для обозначения датчика IMU.
Гироскоп может измерять угловую скорость, в то время как акселерометр измеряет линейное ускорение. При полете FPV-дрона в полностью ручном режиме (также известном как режим Acro) он использует только гироскоп, в то время как в режимах самовыравнивания, таких как режим Angle, для работы требуются как гироскоп, так и акселерометр.
Обзор гироскопа
Наиболее популярные типы гироскопов для полетных контроллеров FPV-дронов производятся двумя производителями: InvenSense (теперь часть TDK) и Bosch Sensortec.
Ниже приведен список распространенных моделей гироскопов, а также поддерживаемые ими протоколы связи и их максимальная эффективная частота дискретизации:
* MPU9150 по сути является MPU6050 со встроенным магнитометром AK8975, тогда как MPU9250 является MPU6500 с тем же магнитометром
Существует два типа связи между гироскопом и процессором: SPI и i2c. SPI является предпочтительным протоколом связи между IMU и процессором, поскольку он обеспечивает гораздо более высокую частоту обновления гироскопа, чем I2C (который имеет ограничение в 4 кГц). Почти все современные FC сегодня используют SPI-подключение для гироскопа. Мы хотим избежать MPU6050 и 9150, поскольку они поддерживают только i2c, а не SPI.
Как узнать, что использует Gyro FC
Чтобы узнать, какой гироскоп установлен в вашем полетном контроллере, вы можете найти номер модели IMU, напечатанный на чипе, например, это популярный Invensense MPU-6000.
Или вы можете ввести команду «status» в CLI Betaflight Configurator и найти имя IMU в разделе Gyro/ACC. Некоторые FC могут иметь на борту более одного гироскопа, и вы можете выбрать, какой из них использовать в CLI с помощью команды «set gyro_to_use=0 or 1».
Какой гироскоп лучше?
Контроллеры полета не предлагают опцию гироскопа, но, как правило, если вы выбираете надежный бренд, который включает гироскоп с хорошей репутацией, это не должно вызвать никаких проблем. Вот краткая история гироскопов, используемых в контроллерах полета.
Выбор гироскопа зависит от его максимальной частоты дискретизации и восприимчивости к электрическим и механическим шумам. До 2022 года наиболее широко используемым гироскопом был MPU6000 из-за его устойчивости к шумам. Общее мнение заключается в том, чтобы избегать MPU6500 и MPU9250, несмотря на их более высокую скорость дискретизации. ICM20689 также является приличным гироскопом с точки зрения производительности, но, как утверждается, имеет более высокую частоту отказов. ICM20602 — еще один популярный выбор, однако он более восприимчив к шуму и его сложнее настраивать. Начиная с Betaflight 4.1 (октябрь 2019 г.) частота дискретизации гироскопа 32 кГц была удалена из Betaflight, поэтому нет никаких преимуществ при использовании гироскопа с частотой дискретизации 32 кГц.
В 2022 году производители FC перешли с MPU6000 на BMI270 из-за стоимости и доступности. Хотя его максимальная частота дискретизации составляет всего 6,4 кГц, Betaflight заставляет его перейти в режим OSR4 (с частотой среза 300 Гц), что приводит к еще более низкой частоте дискретизации 3,2 кГц. Это может показаться неоптимальным, но фактическая производительность BMI270 сопоставима с MPU6000 (в Betaflight 4.3/4.4). Главным недостатком, вероятно, является дополнительная фильтрация, которая иногда требуется, поскольку частота среза выше во встроенном фильтре нижних частот с гироскопом BMI270.
В 2023 году все больше производителей снова переходят с BMI270 на ICM42688P из-за доступности и стоимости. Гироскоп ICM-42688P стал предметом споров из-за предполагаемого шума и проблем с настройкой. Однако исследования показывают, что проблема не в самом гироскопе; проблема в конструкции контроллеров полета, в которые он интегрирован. В частности, для оптимальной производительности гироскопу требуется чистый источник питания, что было упущено из виду в некоторых ранних конструкциях FC в 2022 и начале 2023 года, что привело к низкой производительности. Для пользователей, рассматривающих возможность покупки контроллера полета с этим гироскопом, решающее значение имеет тщательное изучение обзоров продуктов, сосредоточенных на шумовых характеристиках.
Макет
Компоновка FC относится к расположению штырьков и контактных площадок на плате полетного контроллера, что может существенно повлиять на простоту подключения различных компонентов. Многие люди заботятся только о технических характеристиках полетного контроллера и часто упускают из виду важность компоновки.
Например, сравнивая следующие два контроллера полета, можно увидеть, что первый имеет превосходную компоновку: все панели сгруппированы по функциям и расположены по всем краям.
Совместимость с ESC
В настоящее время регуляторы скорости 4-в-1 часто продаются вместе с полетными контроллерами в виде стека и разработаны по принципу «подключи и работай».
Однако при использовании ESC и FC разных марок, хотя они должны быть совместимы, распиновка может отличаться, что потребует перестановки проводов в жгуте, что может быть большой проблемой. Если это то, что вы хотите сделать, обязательно дважды проверьте распиновку перед подключением FC и ESC, неправильная проводка может сжечь ваш FC при включении питания.
Объяснение контактных площадок припоя
Здесь некоторые важные контактные площадки, которые часто требуются на контроллере полета, и объясню, что они означают.
Напряжения колодки
VBAT, 3,3 В, 5 В, 9 В
Эти площадки используются для питания внешних устройств. VBAT — это прямое напряжение от LiPo-аккумулятора, в то время как все другие напряжения известны как BEC (Battery Eliminating Circuit). Почти все FC имеют площадки VBAT, 3,3 В и 5 В; некоторые более крупные FC предлагают другие напряжения, такие как 9 В и 12 В, для питания видеопередатчиков. Обратите внимание, что все BEC имеют номинальный ток, поэтому избегайте их перегрузки, чтобы избежать повреждения.
UART
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) — самое важное соединение на контроллере полета. Это аппаратный последовательный порт, используемый для подключения внешних компонентов, таких как радиоприемники, видеопередатчики, GPS и т. д.
Каждый UART имеет два контакта: один для передачи данных (контакт TX) и один для приема данных (контакт RX). Важно помнить, что TX на периферийном устройстве подключается к RX на FC, и наоборот. Вам необходимо подключить TX и RX с одинаковым номером для устройства. Некоторые устройства требуют подключения только TX или RX, если двусторонняя связь не нужна.
Как показано в следующем примере, UART3 (контакты R3 и T3) и UART6 (контакты R6 и T6) на контроллере полета могут быть назначены различные задачи на вкладке портов конфигуратора Betaflight.
Контроллеры полета имеют ограниченное количество UART; некоторые имеют до 6, в то время как меньшие FC могут иметь только 2. Это зависит от процессора и доступного пространства. Убедитесь, что для устройств, которые вы планируете использовать, достаточно UART перед покупкой.
Если вам нужно больше портов UART, Betaflight имеет функцию SoftSerial, которая преобразует определенные паяные площадки в «цифровые последовательные порты». Они похожи на UART, но имеют гораздо более низкую скорость обновления, что делает их непригодными для приложений, критичных по времени, таких как приемники и GPS. Их можно использовать для аналогового управления VTX, но они также увеличивают нагрузку на ЦП, что делает их нерекомендуемыми для более медленных процессоров или вам может потребоваться снизить частоту контура ПИД.
Подставка для камеры
Vin or Cam
Если вы используете аналоговую систему FPV, то здесь вы подключаете камеру FPV. Контроллер полета затем наложит OSD на видеопоток, прежде чем вывести его на VTX.
VTX-площадка
Vout или VTX
Здесь вы подключаете VTX, если используете аналоговую систему FPV.
i2C колодки
ПДД и СКЛ (SDA и SCL)
Для подключения таких устройств, как GPS-компас и барометр.
Накладки на зуммер
БЗ+ и БЗ-(BZ+ и BZ-)
Для пейджеров.
Светодиодная панель
Для подключения светодиодных лент RGB.
Монтажная схема
Монтажная схема относится к расстоянию между соседними монтажными отверстиями на контроллере полета. Распространенные схемы включают 30,5×30,5 мм, 25,5×25,5 мм, 20×20 мм и 16×16 мм.
Для 5-дюймовых FPV-дронов и более часто используется FC с монтажным шаблоном 30,5×30,5 мм, тогда как для меньших дронов обычно используется 25,5×25,5 мм или 20×20 мм.
Другие особенности
Контроллеры полета оснащены рядом функций, которые могут улучшить ваши впечатления от полета. Давайте рассмотрим некоторые из них.
Черный ящик
Blackbox полезен для настройки и устранения неполадок. Вы можете записывать данные о полете двумя способами — используя встроенную флэш-память или сохраняя их на SD-карте, если на борту есть регистратор SD-карт.
Флэш-память дешевле, но имеет ограниченную емкость хранения, обычно 16 МБ, что обеспечивает около 5-10 минут данных полета. Загрузка данных с нее также может быть медленной. Используя устройство чтения SD-карт на вашем контроллере полета, вы можете вести запись в течение всего года, не опустошая память, и это дает вам мгновенный доступ к журналам, вставив SD-карту в устройство чтения карт.
Журналы Blackbox — это must-have для опытных пилотов. Они дают вам возможность выжать из дрона все, что можно, и детально диагностировать проблемы.
Если ваш полетный контроллер не имеет слота для SD-карты или флэш-памяти, вы также можете подключить внешний считыватель SD-карт к полетному контроллеру через UART.
Типы соединителей
Три основных типа разъемов на контроллере полета:
- Пластиковые соединители JST
- Площадки для пайки
- Сквозные отверстия
Пластиковые разъемы менее долговечны, но удобны в использовании, в то время как паяные площадки более прочны, но требуют пайки. Сквозные отверстия дают вам возможность прямой пайки или использования штыревых контактов.
BEC
BEC (схема выпрямителя батареи) — это то, что мы называем регуляторами напряжения на контроллере полета.
Почти все контроллеры полета имеют 5 В BEC для питания радиоприемника, GPS и т. д., а некоторые также предлагают 9 В или 12 В BEC, предназначенные для питания видеопередатчика. Хотя вы можете питать FPV-оборудование напрямую от LiPo-аккумулятора, питание от регулируемого источника питания может дать лучшие результаты.
Важно выбрать правильный источник напряжения в зависимости от устройства, которое вы питаете. Некоторые устройства могут питаться напрямую от батареи LiPo, например, видеопередатчик. Однако источник питания от LiPo имеет тенденцию быть шумным, скачки напряжения могут даже повредить ваши устройства, если нет достаточной фильтрации. BEC действует как фильтр питания и обычно является лучшим источником питания, но вам нужно проверить, соответствует ли он требованиям напряжения и тока вашего устройства.
Барометр
Наличие барометра, встроенного в контроллер полета, может сделать полет с использованием GPS более точным (например, режим спасения GPS), но это не обязательно.
OSD-чип
Для аналоговой системы FPV убедитесь, что ваш контроллер полета имеет чип OSD (AT7456E), иначе Betaflight OSD работать не будет. Однако это не обязательно для цифровых систем FPV, таких как DJI, HDZero и Walksnail, все, что им нужно для работы OSD, это просто запасной UART.
Мягкий монтаж
Мягкое крепление полетного контроллера имеет решающее значение для оптимальной производительности, оно снижает уровень шума/вибрации, передаваемой от рамы к гироскопу.
Почти все современные платы FC имеют отверстия M4, в которые можно вставлять резиновые втулки (люверсы), чтобы можно было использовать крепеж M3 для фиксации платы в раме.
Существуют FC с гироскопом, «мягко закрепленным» на куске пены для снижения вибраций, передающихся на гироскоп. Это не очень популярный подход, поскольку доказано, что он не нужен, пока сам контроллер полета достаточно мягко закреплен. Вот несколько советов по мягкому креплению и фильтрующим конденсаторам для снижения шума.
Немного истории
История контроллера полета дрона FPV восходит к 2009 году, когда производитель использовал аксессуар Wii Motion Plus с платой Arduino для управления дроном. Это привело к развитию проекта Multiwii, который в конечном итоге создал собственную плату контроллера полета, работающую на 8-битном процессоре Atmel.
В 2013 году другой разработчик под именем «timecop» создал плату контроллера полета с 32-битным процессором ARM, Naze32, и перенес на нее исходный код Multiwii, назвав ее «Baseflight». Эта плата установила форм-фактор 35x35 мм (с креплением 30x30 мм) и актуальна по сей день.
В 2014 году «Hydra» модифицировала Baseflight и создала Cleanflight, что привело к взрыву на рынке 32-битных полетных контроллеров, поскольку производители начали разрабатывать собственные варианты полетных контроллеров.
Betaflight был создан в 2015 году пользователем «BorisB», который использовал исходный код Cleanflight и внес в него значительные изменения. Когда Betaflight был впервые выпущен, он был в основном сосредоточен на улучшении производительности Cleanflight, а также на добавлении новых функций и возможностей. Со временем Betaflight значительно отклонился от Cleanflight и теперь считается отдельной и отличной прошивкой. Betaflight в настоящее время является самой популярной прошивкой контроллера полета для FPV-дронов и до сих пор часто обновляется.
Чтобы не пропустить новости о новых технологиях, подписывайтесь на наши каналы в Телеграм – GetMiner и GetDrone. Мы подберем лучший дрон и посоветуем, что можно подарить вашим детям. Также вы можете оформить заказ в нашем магазине на Озон. Не забудьте заглянуть и в наш ламповый чат.