CXHobby CX-20 aka Quanum Nova — на что способен клон DJI Phantom?

Засилье мультикоптеров на рынке потребительской электроники схоже с нынешней волной популярности на различного рода умные носимые устройства. Способствовали этому прежде всего компании Parrot и DJI, но с разными подходами и, соответственно, итоговыми решениями. Ar.Drone ^[1], представленный французской компанией Parrot в 2010 году меня особо не заинтересовал, а вот выпущенный в 2013 году DJI Phantom заставил углубится в тему и вызвал стойкое желание приобрести нечто подобное. Для студента моего образца сумма в 500 долларов (Phantom первого поколения) казалась весьма затруднительной в следствии чего стартовала фаза активного поиска более дешевых, но не менее функциональных альтернатив. В итоге мой выбор остановился на RTF (готовом к полету из коробки) квадрокоптере CXHobby CX-20 также известном под именем Quanum Nova.

В процессе поиска круг претендентов сузился до трех аппаратов стоимостью ~300$: Walkera QR X350, Wltoys V303 и, собственно, CXHobby CX-20. Последний был выбран из-за ребрендинга оного сайтом-магазином hobbyking, а следовательно большей популярности как у наших, так и зарубежных пользователей. Были и другие претенденты с более емкими аккумуляторами, дальнобойными пультами и прочими фишками, но и цена их приближалась к стоимости второго «фантома» в минимальной комплектации.

Технические характеристики

CXHobby CX-20 — представитель семейства квадрокоптеров 350-го размера. Аппарат из коробки обладает всем необходимым для старта и возврата на родину успешного полета. 350 размер — это ни что иное как расстояние по диагонали между роторами двигателей (допустимы небольшие отклонения в пределах класса). Такой квадрокоптер в стандартной комплектации (аккумулятор емкостью 2700 мА*ч и пропеллеры типоразмера 8045) способен унести за собой 300 грамм полезной нагрузки при этом оставаясь в воздухе до 10 минут. При покупке следует обратить внимание на раскладку ручек управления пульта (Mode 2 и Mode 1 — субъективно и статистически удобней именно Mode 2) и полетный контроллер. Последний бывает трех типов: Open Source (он же Mini ArduPilot Mega), ZERO-версия (на 32-битном контроллере) и Big Shark (совсем уж редкая птица). Выбор, я думаю, очевиден: у APM сейчас громаднейшая база пользователей, мегабайты прошивок и мануалов, как на английском, так и на русском языке. Плюс есть ПО для настройки и расширения функциональности контроллера.

Распаковка и быстрый старт

Поставляется дрон в большой картонной упаковке заполненной коробками под каждый из модулей комплекта. Путешествие из Китая в Украину аппарат пережил без каких-либо повреждений.

Комплектация следующая:

• Квадрокоптер
• Аппаратура управления
• Аккумулятор
• Зарядное устройство и блок питания для оного
• Крепления для GoPro с виброразвязкой
• 4 пропеллера (8045)
• Посадочное шасси
• Инструкция, CD-диск, отвертка и ключ для установки винтов

Инструкция полностью на английском, но даже моего хромающего на обе ноги языка было достаточно чтобы раскурить этот мануал в поле и взлететь. На CD-диске только 2 ознакомительных ролика.

Ни тебе запасных пропеллеров, ни аккумуляторов. На заметку: первые пропеллеры я сломал к 4 запуску. То ли откалибровал плохо, то ли еще что, но когда стартовал с брусчатки квадрик двумя передними винтами встрял в землю и, соответственно, сломал их. Ну, и аккумулятор дополнительный тоже есть резон взять, а то выбираться на просторное место (при первых полетах желательно очень просторное, например пустырь или поле за городом) ради 10-15 минут полета как-то совсем не комильфо.

В случае с CX-20 я прямо с почты рванул к ближайшему пустырю. Первый полет у меня прошел удачно, как и два последующих, что подтверждает готовность аппарата к полету прямо из коробки. Все зависит от прямоты рук пилота, ну и фазы луны в предполетную ночь.

1. Первым делом нужно установить пропеллеры. В квадрокоптере применяется 4 винта (что следует из приставки «quadro»), по два прямого и обратного вращения. Определять на глаз где какой винт в нашем случае не нужно, т.к. на пропеллерах и корпусе есть соответствующие пометки.
   
   После установки винтов нужно обязательно «протянуть» гайки ключом идущим в комплекте, иначе можете лишится одного из пропеллеров прямо в полете. На фото ниже можно заметить не родные пропеллеры, а производства DJI — это те самые, купленные на скорую руку после первой аварии.
   
2. Устанавливаем шасси. Оное крепится посредством двух винтов. С антенной связи будьте осторожны и постарайтесь не передавить провод идущий к приемнику.
3. Производим калибровку компаса.
   Как выполнить калибровку

   1. Вставляем аккумулятор и соединяем разъемы.
   2. Включаем аппаратуру управления и переводим правый стик в нижнее-правое положение. На все про все есть 5 секунд, по истечению которых режим калибровки перестанет быть доступным и придется вернутся к первому пункту.
   3. Дождитесь пока левый индикатор начнет попеременно мигать красным и желтым цветом. Постоянное свечение правого светодиода ожидать не обязательно.
   4. Собственно сама калибровка. Возьмите квадрокоптер «носом от себя» и повернитесь вокруг своей оси 3-5 раз, затем опустите нос коптера и совершите еще 3-5 оборотов*. Направление вращения роли не играет.
   5. Опускаем квадрокоптер на землю и отключаем питание(!). Не обращайте внимание на продолжающий мигать красно-желтый светодиод — просто отключите питание и все настройки сохранятся автоматически.

   *Этот вид калибровки более свойственный DJI Phantom с его полетным контроллером Naza. APM же принято калибровать следующим образом ^[3]. И да, при калибровке старайтесь минимизировать влияние магнитных помех (электросети, автомобили и любые другие устройства генерирующие магнитные поля).

   

4. Вставляем аккумулятор в отсек и соединяем провода. За счет формы коннектора попутать полярность в нашем случае невозможно. Но претензии к такому способу подключения все же есть. Во-первых, коннектор очень тугой (можно вылечить поджав штыри плоскогубцам), а учитывая некоторые глюки с которыми вы можете столкнутся (не всегда разблокируются двигатели) отключать/подключать питание придется часто. Во-вторых, волей-неволей вспоминается подключение аккумулятора в DJI Phantom второй версии, где достаточно просто вставить аккумулятор в отсек.
   
5. Теперь нужно подождать пока GPS обнаружит спутники и установит соединение с оными. Ждать вплоть до 2-3 минут, пока зеленый светодиод не перестанет мигать. После замены батареи спутники определяются за считанные секунды — это называется «горячий старт».
6. Включаем аппаратуру. ВАЖНО, чтобы все тумблеры пребывали в верхнем положении, а ручка газа в нижнем. После установки соединения аппаратуры с приемником квадрокоптера (прозвучит мелодия) нужно разблокировать моторы. Для этого переведите стик газа (в Mode 2 — левый) в правое-нижнее положение. Квадрокоптер попеременно мигнет своими индикаторами.
7. Как только оба светодиода перестанут мигать — можно взлетать! Делать это рекомендуется в ручном режиме, как и садится. С последним будьте осторожны, не переводите висящий в воздухе квадрокоптер в ручной режим, если стик газа установлен в положении ниже 50%, есть вероятность «уронить» аппарат.

Для усвоение материала я снял небольшой ролик по быстрому старту и калибровке:

Если не обращать внимание на мелкие оплошности типа тугого коннектора («фантом» первого поколения, кстати, тоже такой болезнью страдает) или периодического нежелания двигателей разблокироваться, CX-20 оправдывает свой статус мультикоптера готового к полету прямо из коробки. Так что сразу с почты можно ехать на поле и осваивать управление БПЛА.

Стандартные полетные режимы

Оных «из коробки» пять. Это если не считать защиту (Fail-safe режимы) от потери сигнала GPS спутников или связи с приемником. Fail-safe режима при критическом уровне заряда АКБ нет, хоть таковой и заявлен в характеристиках. О последствиях отсутствия последнего я еще расскажу позже.

В верхней части “аппы” расположено два тумблера, комбинируя положения которых можно активировать один из 5 доступных режимов. Для большей наглядности предусмотрено 3 разноцветных индикатора.

Все остальное стандартно: две ручки управления (газ справа, т.е. Mode 2), триммеры для коррекции нейтрального положения джойстиков, кнопка включения со светодиодом индикации и 2 потенциометра для управления двухосевым подвесом (приобретается отдельно). Аппаратура работает от 4 элементов питания типа АА, будь-то Ni-MH аккумуляторы или щелочные батарейки.

Ручной режим (Take-Off Mode)

Он же полуавтоматический. Для стабилизации квадрокоптера используется 9-осевой гиростабилизатор (IMU ^[4]) и барометр (для измерения высоты и удержания коптера на этой самой высоте). Гиростабилизатор состоит из 3 MEMS-сенсоров: гироскопа, акселерометра и магнитометра (цифровой компас).

• Первый (слева направо) фиксирует угловую скорость, предоставляет информацию об углах поворота (значение угла можно получить проинтегрировав угловую скорость по времени).
• измеряет ускорение, используется для определения текущей ориентации квадрокоптера и коррекции показаний гироскопа по углам крена и тангажа.
• измеряет направление и величину магнитного поля, используется для увеличения курсовой устойчивости (удержания направления движения) и коррекции показаний датчиков по углу рыскания.

В реальности же наш IMU состоит из следующих микросхем: Invensense MPU-6000 ^[5] (акселерометр и гироскоп в одном корпусе) и Meas-spec MS5611 ^[6] (барометр).

А вот цифровой компас (HMC5883L ^[7]) вынесен на отдельную площадку, так называемую корпусную «антенну» дабы избежать наводок от силовых цепей. Об остальной электронике расскажу в следующей главе.

Помимо того, что нужный режим, так еще и достаточно интересный, очень драйвовый, но и рискованный одновременно. Именно в Take-Off Mode производитель рекомендует осуществлять взлет и посадку.

Удержание позиции (GPS Mode)

В работу включается GPS-модуль. Почти такой же как у вас в телефоне, только с большой керамической антенной. В GPS Mode квадрокоптер старается удерживать позицию. Режим ужасно скучный, так как на движение стиков аппарат реагирует с запозданием, а углы крена и тангажа ограничены 15-20 градусами из-за чего значительно снижается скорость полета.

Удержание направления (Orientation Mode)

Новички часто сталкиваются с проблемой зеркального управления квадрокоптером, когда тот направлен носом в сторону пилота. Отчасти эта проблема решается установкой FPV-системы или включением режима удержания направления (в реальности же лучше освоить зеркальное управление — пригодится в экстренных ситуациях). В каком положении вы включите этот режим там и будет у квадрокоптера нос и если вы даете команду лететь вперёд по горизонтали, то он улетит от вас даже если повернут носом к вам. Главное при выключении Orientation Mode оказаться позади квадрокоптера иначе управление инвертируется.

Удержание высоты (Altitude Hold Mode)

Мой любимый режим. Взлетаем в ручном режиме до высоты на которой хотим продолжить полет и включаем Altitude Hold Mode. Когда ручка газа в центре — аппарат держит высоту самостоятельно, при этом за пилотом остается возможность контролировать набор высоты или снижение. Аппарат достаточно резвый и летать в целом приятно. Именно в этом режиме у меня лучше всего получается крутить горизонтальную восьмерку ^[8]. :)

Возврат «домой» (Return Home Mode)

Если аппарат улетел слишком далеко, а вы летаете без FPV или просто лень вручную возвращать аппарат домой предусмотрен Return Home Mode. Квадрокоптер сам поднимется (или опустится) на высоту 20 метров и вернется в точку старта ожидая дальнейших действий со стороны пилота. Для отмены RTH необходимо перевести переключатель SWA в позицию «0», затем в «1» и снова в «0». ВАЖНО еще в процессе подготовки к полету дождаться постоянного свечения зеленого светодиода (сигнализирует о подключении к спутникам GPS), иначе квадрокоптер реально может в сторону Китая улететь.

Все основные режимы есть, но лично я из доступных оставил бы только ручной и удержание высоты, а Return Home Mode заменил бы на полноценный возврат домой с посадкой в точку старта и возможностью перехвата управления. К слову, контроллер используемый в CX-20 позволяет нам это сделать, но об этом позже.

Автономность и Failsafe-режимы

В комплект поставки входят: аккумулятор емкостью 2700 mAh (3S, 20C), зарядное устройство и блок питания для оного (15 В, 800 мА).

Всем известно, что мультироторные системы летают мало, чему виной три и больше бесколлекторных моторов с высоким потреблением энергии. Отсюда и особые требования к аккумуляторам по токоотдаче, из-за чего увеличивается их вес. Герой сегодняшнего обзора также не стал исключением, максимум, на что стоит рассчитывать это 12-13 минут полетного времени без полезной нагрузки до активации звукового уведомления о севшем аккумуляторе.

Что будет если вы проигнорирутее уведомление о разряде АКБ и продолжите полет? Теоретически, активируется второй уровень защиты и квадрокоптер автоматически сядет в месте, где защита сработала. На деле же моторы остановятся, квадрокоптер камнем устремится к земле и принесет много боли владельцу, который в очередной раз доверился «китайцам».

Мне относительно повезло. Я намеренно решил протестировать этот Failsafe-режим и оставил квадрокоптер в режиме удержания высоты посреди пустыря. Спустя ~20 минут он упал. Напряжение на аккумуляторе упало до 10 В, или по ~3.3 В на тут ^[9]. Я пока не стал делать, в приоритете пересадить электронику на открытую раму, а потом заняться модификацией бортовой электроники.

Все это происходило в субботу, на носу был еще один выходной и непреодолимое желание летать. Вооружившись термоклеем и кабельными стяжками принялся за дело. Сначала просверлил отверстия в крышке корпуса:

Склеил половинки термоклеем и дал застыть, после чего укрепил все это дело стяжками. Отчасти рукожопство, да, но шов получился хорошим и аппарат до сих пор летает в таком состоянии.

Сложнее было с одним из лучей. Из-за поломки в районе вентиляционных отверстий нормально склеить пластик не представлялось возможным, поэтому тут конструкция получилась менее надежной, но, тьфу-тьфу-тьфу, достаточно крепкой для полетов.

Все воскресенье я спокойно отелтал, периодически бегая от дома к пустырю и обратно (проверил Failsafe-режим при потере связи с пультом управления — он работает хорошо). Заряжается аккумулятор порядка 3 часов о чем сигнализирует погасший красный светодиод на ЗУ. Ничего, опять же, не предвещало беды, но вечером, в четвертом за день полете, квадрокоптер начал сигнализировать о разряженной АКБ уже к 4 минуте пребывания в воздухе. Не стал рисковать, пришел домой, замерил напряжение: 3.7 В на банку. Хм, и вправду севший. На следующий день ситуация повторилась. Видимо сдох аккумулятор, пусть и не вздулся, но в емкости и токоотдачи, внезапно, потерял. Что послужило причиной: брак аккумулятора или «игрушечное» ЗУ на которое повсеместно жалуются юзеры — не понятно. Понятно то, что нужно покупать новый аккумулятор и нормальное ЗУ, типа iMAX B6 ^[10].

Автономность стандартна для такого рода устройств (при условии «здорового» аккумулятора), поэтому к минусам причислять оную не вижу смысла. Нужно больше полтеного времени — приобретайте более емкую батарею. Максимум, что влезет в наш отсек — это 3000 mAh (3S и минимум 20C по токоотдаче). А вот за отсутвие режима защиты при низком уровне АКБ хотелось бы влепить этим же квадрокоптером человеку, который его проектировал. И ладно, если бы этой функции заявлено не было, но в инструкции черным по белому написано о втором уровне защиты — автоматическом приземлении.

Грузоподъемность, аксессуары и модификации

Многих, наверное, интересует, а сколько за собой может утащить квадрокоптер? Имею ввиду не денег, а полезной нагрузки. Хотя бы GoPro с подвесом или какую легкую беззеркалку? К сожалению action-камеры у меня нету, как в прочем и беззеркалки, поэтому решено было прицепить к аппарату первое, что под руку попадется. А попалась вспышка от зеркалки. С комплектом Ni-MH аккумуляторов ее вес составляет 425 грамм, что приблизительно равняется весу беззеркалки с видеопередатчиком (без оного летать с камерой не вижу смысла).

В том, что аппарат взлетит у меня не возникало сомнения, более того с такой нагрузкой он уверенно себя чувствовал в воздухе и незамедлительно выполнял все команды пилота. Другое дело, что автономность снизилась до совсем уж низкого уровня и максимум чего мне удалось достичь это 5 минут до активации «пищалки». В Mission Planer (ПО для настройки контроллера) можно изменить напряжение при котором активируется сигнализация хотя бы до 3.5 В тем самым продлив время полета может быть еще на минуту. Стоит также учесть и потребление передатчика видеосигнала, если таковой планируется использовать. Следуя сообщениям на местных и зарубежных форумах время полета с FPV в лице GoPro (на фиксированном подвесе) составляет порядка 8-9 минут.

Тут же объявился еще один недостаток конструкции китайского аппарата. При переключении в воздухе режима с GPS на ручной я немного расслабился и увел ручку газа ниже половины (моя вина, да), благо аппарат был на небольшой высоте и обошлось всего лишь жестким приземлением, в результате которого сломалось одна из ног. Шасси — одно из самых уязвимых мест CX-20, ломаются они часто, т.к. не всегда удается идеально посадить квадрокоптер, особенно в ветреную погоду.

Но запас сятжек и изоленты у меня достаточно большой. :)

Чтобы нормально следить за напряжением на АКБ или положением квадрокоптера в пространстве можно докупить и подключить телеметрию ^[11]. Цена стандартного набора колеблется в районе 30 долларов. Одну плату подключаем к «мозгам» квадрокоптера (пять прямоугольных пятачков по центру), а вторую в USB вашего компьютера.

После чего посредством соответствующего ПО можем мониторить состояние нашего летательного аппарата удаленно. Вот так это выглядит:

В комплекте с квадрокоптером поставляется крепление для GoPro c виброразвязкой, но если хочется хоть сколько нибудь плавной картинки придется докупить подвес стабилизирующий камеру по двум/трем осям. Несмотря на большие возможности в плане кастомизации квадрокоптера все упирается в автономность, чем тяжелее наш аппарат, тем меньше время полета, плюс потребление энергии дополнительными модулями.

Кишки-потрошки

Разбирается CX-20 путем откручивания 12 больших и еще 4 маленьких шестигранных винтов по всему периметру нижней части корпуса (+ винтик под крышкой батарейного отсека).

Общий вид квадрокоптера сверху. На большой печатной плате, которая играет роль распределителя питания установлены: ArduPilot Mega 2.5.2 (белая коробочка в центре, мозги ^[12] квадрокоптера) и связка из приемника радиоуправления и GPS-моудля с антенной (слева).

В распредплату интегрирован понижающий преобразователь (MP1593 ^[13]) для питания всей бортовой электроники.

И микроконтроллер STM8S003F3 ^[14]. Именно он управляет зуммером (пищалкой) и габаритными светодиодами. Теперь понятно почему у CXHobby CX-20 не работает Failsafe-режим при низком уровне заряда аккумулятора. Силовая часть и полетный контроллер максимально развязаны, а мониторингом напряжения на аккумуляторе и вовсе занимается отдельный микроконтроллер, который никак не связан с «мозгами».

Под регуляторами (ESC) расположены вентиляценные отверстия. С одной стороны необходимые, потому что полевые транзисторы имеют свойство нагреваться под нагрузкой, а с другой стороны не очень, т.к. уменьшается общая жесткость конструкции.

ESC с обратной стороны. Для лучшего отвода тепла от полевых транзисторов (в нашем случае TPCA8057-H ^[15]) к печатной плате припаяно два металлических прута.

Полетный контроллер — это своеобразный бутерброд из двух плат. Собственное верхнюю часть оной я вам уже показывал, в самом начале, когда мы говорили об используемых датчиках. Если разделить бутерброд на две части, то с его внутренней стороны можно заметить: микроконтроллеры ATmega2560 (основной контроллер) и ATmega32U2 (отвечает за USB-интерфейс, PPM-энкодер ^[16]), EEPROM-память AT28C256 и TXB0104 (согласователь логических уровней между датчиками, которые питаются от 3.3 Вольт и контроллером, которому нужно 5 В).

Печатная плата комплектного ЗУ. Выполнена на одностороннем текстолите и, надо признать, спаяна весьма похабно.

Аппаратура управления:

Внутри все сделано хорошо, провода стянуты, а корпуса бортовых модулей дополнительно закреплены стяжками. К пайке также притенизй нет, в местах где протекают большие токи производитель припоя не пожалел, за что ему спасибо.

Подключение к компьютеру

Имея на руках квадрокоптер с OpenSource «мозгами» и ПО тяжело устоять перед искушением что-то улучшить или модифицировать. Для подключения CX-20 к компьютеру понадобится кабель Mini USB и программа для работы с контроллером. Софт можно скачать по этой ссылке ^[17], а кабель придется искать самому, т.к. в комплекте поставки его нет. Вообще на плате контроллера установлен расово верный Micro USB, но на корпус устройства выведен именно Mini USB.

Главную страницу программы Mission Planner я уже демонстрировал — она представляет из себя карту, на которой можно посмотреть передвижение мультикоптера или задать точки для автономного полета. Слева — импровизированная приборная панель и окошко с большим количеством информационных вкладок, перечисление которых требует отдельного материала. Сильно интересующихся или владельцев схожих устройств уже с этой точки можно отправлять к официальному мануалу на ArduPilot Mega (русский ^[18] и английский). Чтобы подключится к MP нужно включить аппаратуру, снять пропеллеры с моторов и подключить аккумулятор (можно и без оного, но тогда квадрокоптер будет “разрываться” по поводу севшей АКБ). В левом верхнем углу выбираем порт, к которому подсоединен квадрокоптер, скорость обмена данными устанавливаем 57600 бод и «коннектимся».

Не пытайтесь сразу обновлять программное обеспечение или что-то менять. В первую очередь рекомендуется сделать резервную копию всех настроек контроллера. Для этого нужно пройти по следующему пути CONFIG/TUNING -> Full Parameter List -> OK -> Save (кнопка в правой колонке). И сохраняете куда нибудь в облако, для надежности. После чего вам открывается полный перечень параметров значение которых можно изменять.

Главное не забыть нажать Write Params после проведенных манипуляций. Сказать честно, далеко я в тему настроек контроллера не углублялся и полет по точкам еще не организовывал, но в интернете уже полно инструкций по работе с нашим квадрокоптером в MP, планировании полета по точкам и его реализации ^[19]. Там же несколько примеров тюнинга квадрокоптера. К слову о тюнинге, помимо того, что в самой программе можно переназначить включение режимов на разные положения тумблеров, народные умельцы скрестили пульт с Arduino и небольшой клавиатурой для упрощения выбора полетного режима. ^[20]

Преимущества и недостатки

Привлекательная цена
Полетный контроллер с открытым исходным кодом и возможностью настройки большинства параметров
Полный набор сенсоров для уверенной стабилизации квадрокоптера в воздухе

Тугой коннектор питания
Хрупкое шасси
Не всегда срабатывает разблокировка двигателей
Отсутсвие failsafe-режима по питанию
Вероятность брака компонентов выше чем у DJI (особенно по части АКБ)

Полезные ссылки

CXHobby CX-20 ^[21] на Multicopter Wiki.
Обсуждение CX-20 ^[22] и Quanum Nova ^[23] на форуме RCdesign
Обсуждение на RCgroups ^[24] (англ.)
Квадрокоптер ^[25] на официальном сайте
Альтернативная инструкция по запуску CX-20 на русском языке ^[26]
База знаний ArduPilot Mega ^[18]
Краткий FAQ по первому вылету CX-20 ^[27]

Где купить

Прочитав (ладно, пролистав) эту статью вы наверное задумались, а стал бы автор чисто из любви к подобного рода устройствам тратить свое время на ее написание? Лично я без какого-либо профита не стал бы. Данный квадрокоптер я приобрел в магазине TinyDeal с 50% скидкой за написание статьи и указание магазина спонсором. Ссылок не оставляю, т.к. сами понимаете, не пройдет и 5 минут, как я окажусь в read-only.

Если таки решились обзавестись этим или подобным устройством, то сразу берите несколько запасных аккумуляторов, побольше пропеллеров и защиту оных. Последняя понадобиться каким бы пряморуким вы не были: при неудачном взлете/посадке, испытаниях в домашних условиях или городских полетах, которых лучше и вовсе избегать.

Все вопросы при невозможности оставлять комментарии на GT прошу отправлять по e-mail (есть в профиле) или ВКонтакте ^[28]. Twitter ^[29] и Facebook ^[30] тоже есть, но быструю реакцию в этих соц. сетях не обещаю.

Автор: frag1k

Источник ^[31]