Квадрокоптер: дотянуться до небес

^[1] Прошло некоторое время после сборки моего квадрокоптера и предыдущей статьи ^[2].
Вдохновившись статьями (1 ^[3], 2 ^[4]) товарища PaulMan ^[5] решил написать свою. Правда не так подробно, и не в виде туториала, а скорее рассказ о первых месяцах использования и установке FPV.

Заветная даль

Полетав день на поле, накручивая круги, восьмерку и побаиваясь более сложных фигур, захотелось более высоких и дальних полетов.

Конечно, уже на второй день обладания техникой к нему была прицеплена мыльница, и совершены первые записи с борта.

Первые впечатления: круто! Я и до этого знал, что хочу FPV, но тут понял, что это будет моё.
Дома нашлась завалявшаяся радио-«видеокамера» и приемник для неё, а так же USB устройство видеозахвата. Прикрутив камеру к коптеру, с ноутбуком подмышкой побежал на поляну. В принципе первый FPV полет состоялся… Но в той картинке, которую передавало это чудо — китайская камера, сложно было понять: что и куда летит.
Принято решение о покупке нормального приемника и передатчика. Но вот выбрать их не так-то просто…

Приемопередающая аппаратура

Для радиомоделей самые распространенные частоты передачи видео сигнала это:

• 900 MHz (длинна волны: 333.1 мм);
• 1.2-1.3 GHz (длинна волны: 234.2 мм);
• 2.4 GHz (длинна волны: 124.9 мм);
• 5.8 GHz (длинна волны: 51.6 мм).

Чем больше длинна волны, тем лучше у неё проникаемость через объекты, но тем меньше данных можно передать. Так же от частоты напрямую зависит размер антенн.
Качество картинки (количество передаваемых данных) в пределах этих частот, вроде бы, меняется несущественно, хотя некоторые говорят, что на 5.8 качество куда лучше.
Выбирать как-то надо. Опыта нет. Примеры посмотреть негде. Ну ладно, начнем с отсеивания:

• 2.4GHz — это частота WiFi, а я собирался летать в городе. Кстати, вообще не очень популярная частота, видимо именно по этой причине.
• 900MHz — огромные антенны. Да и сообщество всё больше выбирает 1.2ГГц, а не 0.9.

Остаются 2.4ГГц и 5.8ГГц.
Основываясь на данных с форумов (а они очень сильно разняться — кто-то говорит, что на 5.8 даже за одинокое дерево залететь нельзя, а кто-то уверяет, что за домом спокойно летал), решил рассматривать более низкую частоту.
Она тянет за собой две проблемы:

• Желательно, чтобы частота видео была выше пульта — более длинная волна может «перебивать» короткую. Мне не хотелось видеть в хорошем качестве, как мой квадрокоптер падает, лишившись управления.
• Вторая гармоника волны 1.2 совпадает с 2.4, что ещё ухудшает этот выбор.

И вроде бы логичный выбор: брать 5.8ГГц — и летать с ним. Но меня сильно угнетало, что на форуме очень много пишут про слабую проникающую способность.

В конце концов неожиданно для себя я решил: беру 1.2-1.3 ГГц, докупаю для него фильтр высоких частот и, если что-то будет не устраивать, докуплю приемник и передатчик на 433MHz для пульта.

Следующая проблема: мощность. Передатчики бывают от 10мвт до нескольких ватт (обычно уже с усилителями, но всё же). Какая мощность мне нужна? Многие говорят, что 800 мвт — хорошо. Другие говорят, что 100 мвт выше крыши. Я прикинул, что разнести видео-излучающую и принимающую управление антенны я сильно не смогу. А передающий сигнал всего 50 мвт. 800 мвт может «задавить» его, даже не совпадая по частотам. Причем люди очень аргументировано говорили про «100 мвт выше крыши». Я решил брать 200 мвт.

Так же для себя решил, от греха подальше, брать комплект, чтобы не ошибиться по совместимости (хотя выглядело всё просто — и приемник, и передатчик должны поддерживать хотя бы один одинаковый канал).
И вот я заказал 1.3Ghz 400mW передатчик в комплекте с приемником ^[6] (да-да, не 200, а 400 — передумал в последний момент) ну и фильтр ^[7] для него.
Начались недели ожидания и практика полетов.

Первые полеты «От первого лица»

Долгожданная посылка пришла. Взял у друга GoPro Hero 2 и установил всё на коптер. Первый полет — ощущения непередаваемые. Это компьютерная игра, тип «симулятор полета», с очень сложным управлением и одной жизнью, но только в реальности.

(На видео дополнительно запечатлены моя жена, родители и собака. Но я думаю никто не обидится.)

В общем — это круто! Если вы думаете, стоит или нет этим заниматься, то я вам советую: стоит! Только сначала прочитайте статьи PaulMan ^[5] — там очень четко, может даже чересчур подробно, написано, с чего стоит начинать, как тренироваться и т.д.

Но, конечно, всё проходило не так гладко, как хотелось бы. Сигнал видео становился зашумленным уже через 50 метров (но это на моей тестовой поляне — в том месте до сих пор иногда пробивается шум). Пульт при тестах на земле то работал на 300 метров, то терял связь через 100.
^[8] Первым делом решил переделать видео антенны. Решил делать 3х лепестковый "клевер ^[9]" на передатчик и 4х лепестковый на приемник. Сигнал изменился в разы! Наземный тест показал дальность 3 километра — сигнал ещё был, но дальше по прямой ехать было уже некуда. Пульт всё так же работал на 100-300 метров.

Полетав один день так, я понял, что хочу летать дальше! Но я даже не мог улететь на всю дальность пульта — телеметрии нет — RSSI (Received Signal Strength Indication) данные передавать нечем. Обратной связи у пульта тоже нет.
Заказал модули OpenLRS для пульта ^[10] и для модели ^[11]. Сейчас, кстати, брал бы оба для модели и встраивал в пульт сам — не так уж хорошо он подходит. А так же заказал OSD (On Screen Display) модуль ^[12]. Ну и всякой мелочи, конечно — пропеллеры, аккумулятор и т.д.

Опять ожидание и учебные полеты с FPV. За это время прикупил GoPro Hero 3 Black.

Забрав с почты долгожданную посылку, прикручиваю всё к коптеру. OpenLRS с оригинальными антеннами, вызывающий подозрения фильтр для видео можно выкинуть, и кончено OSD — сразу чувствуешь себя как пилот истребителя!

Естественно, не обошлось без кучи перепрошиваний OpenLRS, причем USB-UART переходник на 3.3 вольта я заказать забыл, так что пришлось вытравить самому (одна FT232RL обошлась в 3 раза дороже, чем готовое изделие оттуда, но зато плату сделал универсальную на 3.3 и 5 вольт). Разок uart уже не хватило — что-то случилось с бутлоадером — надо программатором перепрошивать, а мой только на 5 вольт. Ну, это тоже довольно просто победилось — благо программатор самодельный и на AtMega8.

Теперь у пульта есть обратная связь! Он пищит при потере пакетов. Отлетаю на ~150 метров — и раздается писк. Мда… Система для дальних полетов… ^[13] Надо попробовать сделать антенны! Для аппаратуры я выбрал простейшие Vee-dipole ^[14] антенны. И опять результат великолепный — за всё время с этими антеннами было попискивание только один раз, когда я залетел за ЛЭП. Дальность не мерил, но отлетал на 3км в сторону и 1км в высоту — сигнал был стабильный.

Высота нас зовёт

Над облаками пока не летал. Проблема, как оказалось не в том, чтобы туда взлететь, а в том, чтобы потом спуститься вниз! Квадрокоптер при спуске ведет себя не стабильно — и спускается не так уж быстро. А бросать его быстро вниз как-то стремно — вдруг на торможении что-нибудь не выдержит?
В общем пока личный рекорд — 1.1км. Это уже в слоисто-кучевых облаках, но не над ними.

Но цель конечно — высоко-кучевые облака! Проверю быстрые спуски — и можно будет пробовать!

Переделки, время полета и аварии

За всё это время ничего не переделывал (не считая расположения плат на устройстве). Только добавлял новое оборудование:

• FPV;
• Bluetooth;
• OSD;
• uBEC.

^[15]Ну и конечно пропеллеры. Для начальных полетов у меня были 10х4.5. Сейчас стоят 12х4.7. И хочу заказать 15х4 карбоновые, но боюсь моторы могут не выдержать. Собираюсь в ближайшее время замерить ток, который потребляется сейчас — и на основе этого делать выводы.
Тяга сейчас очень приличная, но всегда хочется больше. Вот попробовал подвесить зеркалку (900 грамм). Запас тяги ещё есть!

Ну и конечно хочется увеличить время полета.

Время отрыва от земли

С купленными вначале батареями на 2650 mAh время полета с увеличением веса стало уменьшаться. Решил попробовать подсоединить обе батареи параллельно. Время полета 14 минут. Отлично. Если просто висеть, то и того больше. Заказал 2 батареи по 5000 mAh. С каждой по 15 минут лета (одна батарея легче, чем 2 по 2650) + ещё 14 на спаренных старых. Пока достаточно, но ещё есть куда стремиться.

Houston we have a problem

Пока падение было только одно:

Не очень сильное. В принципе, всё описание внутри видео. Для тех, кто не хочет/не может посмотреть короткое описание: я не послушал умных дядек и не поставил самозатягивающиеся хомуты на пропеллеры (ну а чё, они и так хорошо держатся). Вот один из них и раскрутился — и стал проворачиваться на оси мотора.

Было пару моментов, когда думал, что всё — сейчас разобью. Например ещё без FPV взлетел метров на 150. Квадрокоптер уже плохо видно, gps тогда ещё как-то непонятно работал. Его стало уносить — а я даже не понимаю, где у него перед. Абсолютно непонятно, куда он наклоняется! Но, с горем пополам, прилетел на место. Сердце бьется, руки вспотели — я же ещё и в городе умудрился так сделать! Но хорошо то, что хорошо кончается.

Вместо заключения

Очень доволен своей игрушкой. Доставляет массу удовольствий. В населенных местах вызывает огромное волнение:

Что в общем-то приятно.

На данный момент в планах:

• как уже говорил ещё большие пропеллеры;
• хорошая система стабилизации камеры (я собрал одну, но у меня были очень низкокачественные сервы, из за которых терялся весь её смысл);
• возможно очки для FPV;
• ну и хочу зеркалку поднять и сделать пару качественных фото (пока состоялся только тестовый полет метров на 15).

Как обычно у меня ничего конкретного в статье, а одни рассказы. Строго не судите.
Задавайте любые вопросы — отвечу как смогу.
Спасибо тем, кто дочитал до конца.

PS: пожалуйста, не надо говорить, что собрать из готового — это ерунда, надо делать своё. Я придерживаюсь другого мнения: нет смысла самому травить плату, если только комплектующие обойдутся дороже, чем она же готовая. И софт самому писать с нуля смысла мало. Я лучше потрачу время на помощь проекту MultiWii — незачем в таком деле изобретать велосипед. А вот после сотни полезных коммитов возможно и можно будет начать что-то свое.

Автор: Brick85

Источник ^[16]