Що таке FPV дрон? Все, що вам потрібно знати

Якщо ви тільки починаєте свій шлях у світі FPV-дронів, ця стаття для вас. FPV розшифровується як First Person View, що означає "вид від першої особи". У контексті безпілотників це означає систему, в якій оператор керує пристроєм, спостерігаючи зображення, що передаються безпосередньо з камери, встановленої на борту дрона. Це зображення передається в режимі реального часу на спеціальні окуляри, які носить пілот, що дозволяє повністю зануритися в перспективу польоту. Нижче ви дізнаєтеся найважливіші терміни та абревіатури FPV.

Створення FPV-дрона

Основним елементом FPV-дрона є рама, яка з'єднує всі компоненти між собою. Двигуни, контролер польоту, камера або батарея - це лише деякі з частин, з яких складається дрон.

Нижче ми описуємо окремі елементи:

Рамка - Рама дрона - зазвичай виготовляється з вуглецевого волокна (карбону), легка і дуже міцна. Рами бувають різних розмірів (наприклад, 5" - стандартна для фрістайлу, 3" - для кінообруча). Форма рами впливає на аеродинаміку, вагу та простір для компонентів.

Двигуни - Двигуни для дронів, які дозволяють керувати дроном у повітрі та розганяти його до дуже високих швидкостей. Існує 2 основних параметри для двигунів - KV і розмір. KV показує нам, на яку напругу розрахований дрон, і яку швидкість він матиме при певному джерелі живлення (висока напруга = низький KV і низька напруга = високий KV).

Наприклад, для 5-дюймового дрона на батареї 6S найкращий КВ буде на рівні 1700-1900 кВ. Розмір визначає ширину статора (внутрішньої нерухомої частини двигуна) і висоту. Наприклад. розмір 2207 означає, що статор має діаметр 22 мм і висоту 7 мм.

Реквізит / Пропелери - Пропелери з різним діаметром (наприклад, 5", 3") і кількістю лопатей (2, 3, 4). Більше лопатей = більша тяга і стабільність, але більше навантаження на двигуни. Тип пропелера обирається залежно від стилю польоту та технічних характеристик дрона.
Крок також важливий - це величина, виражена в дюймах (дюймах), яка визначає, наскільки пропелер просунувся б вперед за один повний оберт, якби він рухався в ідеально м'якому повітрі (тобто без опору або ковзання).

Стек - Набір електронних плат (FC, ESC, VTX), встановлених вертикально в башті, часто з використанням силіконових втулок (для усунення вібрацій). Полегшує монтаж і організацію кабелів. Популярні розміри включають:

• 20x20 мм
• 30.5x30,5 мм
• 16x16 мм (мікростеки)

Акумуляторна батарея (комплект, акумулятор) - Вони забезпечують дрон енергією. Надзвичайно важливим елементом є ємність акумулятора, вага, кількість елементів або розміри - параметри, на які слід звертати увагу при виборі акумулятора.

Типи корпусів і стилів FPV дронів

Дрони відрізняються за вагою, розміром і призначенням. Ті, хто має меншу статуру, зазвичай краще підходять для пілотажу і тренувань у стилі польоту - переважно в приміщенні. З іншого боку, більші дрони мають якіснішу камеру і здатні літати на відстані до кілометрів. Нижче ми опишемо основні чотири типи FPV-дронів:

Cinewhoop - Стабільні постріли, що летять близько до людей або перешкод. Вони мають захист пропелера, часто встановлюють легкі камери (наприклад, GoPro Naked).

Фрістайл - Акробатика, плавні переходи, креативний політ. Дрони Freestyle мають міцні рами та чудову конфігурацію.

Перегони - Швидкість, маневреність, низька затримка. Пріоритет надається низькій затримці, мінімальній вазі та максимальній швидкості.

Уп! - Невеликий, часто 1-2 дюймовий дрон з захисними кожухами пропелера (каналами). Розроблено для безпечного польоту в обмеженому просторі, кімнатах і навіть серед людей. Популярний для навчання та польотів вдома.

Зображення та передача

Вибір правильної трансмісії та окулярів є дуже важливим підпунктом при створенні FPV-комплекту. Ми повинні відповісти на питання, чи дбаємо ми про спортивні польоти, чи хочемо зосередитися на записі та якості польотів? Аналогова передача набагато швидша і дешевша за цифрову, але ви не отримаєте дуже хорошої якості передачі.

Типи сигналів, що надсилаються на окуляри:

• Аналоговий (наприклад, 5,8 ГГц VTX) - Низька затримка, доступна за ціною, але гірша якість зображення і чутливість до перешкод.
• Цифрові (наприклад, DJI FPV, Walksnail, HDZero) - Висока якість HD, краща читабельність, але зазвичай більша затримка, вища ціна, більш сучасне обладнання.

FPV камера - Невелика камера (аналогова або цифрова), встановлена на передній частині дрона. Передає зображення в реальному часі на відеопередавач, що дозволяє здійснювати політ "від першої особи". Характеристики: FOV (кут огляду), латентність (затримка), роздільна здатність. Популярні бренди: Caddx, Runcam, DJI. Він під'єднується до відеопередавача, який змінює сигнали з камери та надсилає їх до окулярів. Зазвичай він доступний у комплекті з модулем передачі.

Затримка - Затримка між реальною подією та її відображенням в окулярах. Вирішальне значення для швидкого та точного польоту. Менша затримка = кращий контроль. Аналогові системи мають затримку 10-15 мс, цифрові (наприклад, DJI) приблизно від. від 20 до 50 мс залежно від налаштувань та відеопередавача.

Компоненти та вузли

Кожна частина має певну функцію і впливає на роботу всієї системи. Щоб побудувати, відремонтувати або свідомо модифікувати дрон, корисно знати основні компоненти його електроніки і те, як вони працюють разом.

Далі ми опишемо найважливіші компоненти, що використовуються в FPV-дронах - від контролера польоту, систем керування живленням і частотою обертання двигуна до модулів, що відповідають за передачу відео- та радіосигналу. Знання цих компонентів дозволяє не тільки краще зрозуміти роботу вашого дрона, але й адаптувати його характеристики до ваших конкретних потреб.

AIO - Все-в-одному - Плата, яка об'єднує кілька пристроїв - зазвичай контролер польоту (FC) і електронний регулятор швидкості (ESC) - в одному блоці. Використовується переважно на мікродронах і невеликих квадрокоптерах (наприклад, 1-3 дюйми), де економія місця і ваги має першорядне значення. Спрощує збірку, зменшує вагу, але якщо одна система (наприклад, ESC) виходить з ладу, доводиться замінювати весь AIO.

FC - Контролер польотів - Центральний блок керування дроном - обробляє дані з інерційних датчиків (IMU, гіроскопів, акселерометрів), команди від приладів та алгоритмів (наприклад, PID). На основі цих даних він регулює двигуни через ESC, стабілізуючи політ. Серед популярних програм - Betaflight, iNav, ArduPilot - вибір залежить від сфери застосування: фрістайл, перегони, кіно або автономні місії.

ESC - електронний регулятор швидкості - Регулює напругу, що подається на двигуни, і контролює їх швидкість в режимі реального часу. Отримує сигнали від ПЧ і миттєво регулює швидкість кожного двигуна. Може бути одинарним (1 шт.)./двигун) або 4в1. Сучасні ESC використовують протоколи, такі як DSHOT600/1200, для низької затримки та більшої точності.

VTX - відеопередавач - Відеопередавач, що передає зображення з FPV-камери на окуляри або монітор пілота. Вони відрізняються потужністю передачі (наприклад, від 25 мВт до 1 Вт), каналами та якістю сигналу. Чим вища потужність (мВт), тим більший радіус дії, але також більше споживання енергії та перешкод. Часто VTX мають можливість зміни потужності (SmartAudio) через екранне меню або панель приладів.

VRX (відеоприймач) - Приймач відеосигналу. Може бути вбудована в FPV-окуляри або як зовнішній модуль. Підтримує аналогові або цифрові стандарти передачі. В аналогових системах популярні диверсифікаційні приймачі - з двома антенами для вибору найкращого сигналу. У цифровому форматі (наприклад, DJI, Walksnail) якість передачі залежить головним чином від пари передавач-приймач.

RX (приймач) - Приймач сигналів керування - приймає команди від апарату (TX) і надсилає їх на ПЧ. Найчастіше встановлюється на дрон. Має бути сумісним з протоколом передачі, наприклад, ELRS (ExpressLRS), FrSky, Crossfire, FlySky. Сучасні RX часто мають телеметрію, тобто зворотний канал, який інформує пілотів про напругу батареї, RSSI, якість сигналу тощо.

TX (передавач) - Апарат управління, який тримає в руках пілот. Надсилає команди через обраний протокол (наприклад, ELRS, FrSky, Crossfire) на приймач на дроні. Сучасні прилади мають програмовані кнопки, конфігурації профілів, дисплеї та підтримують OpenTX, EdgeTX або інші прошивки. Для зміни протоколу часто використовують зовнішні модулі (наприклад, Crossfire Nano, ELRS JR).

BEC (Battery Eliminator Circuit) - Модуль для зниження напруги від основного джерела живлення (наприклад, 4S = 16,8 В) до безпечного для електроніки значення (наприклад, 5 В для RX або камери). Він доступний у вигляді вбудованого FC, ESC або окремого модуля. Захищає чутливі компоненти від перенапруги.

Блок живлення та роз'єми

Акумулятори відіграють дуже важливу роль у створенні FPV-дрона. Напруга має значення, як і вага та ємність. Часто самі лише розміри можуть впливати на розподіл ваги і центр ваги дрона:

LiPo (літієвий полімер) - Найпоширеніший тип акумуляторів у FPV-дронах. Забезпечує високу струмову потужність, що має вирішальне значення для швидких маневрів. Має низький внутрішній опір і дозволяє дуже швидко віддавати струм (чим вищий С-рейтинг, тим швидше батарея віддає струм).

• Чутливий до перезарядки та глибокої розрядки - може роздутися або загорітися.
  
• Номінальна напруга: 3.7 В/елемент (повний: 4,2 В, розряджений: прибл. 3.5-3.6 V)

LiHV (літієва висока напруга) - Варіант LiPo, що забезпечує вищу напругу зарядки - до 4,35 В на елемент (замість 4,2 В).

• Збільшує доступну напругу і, отже, час польоту.
• Популярний у мікродронах і гоночних дронах, де важлива кожна сота частка секунди.

Li-Ion (літій-іонний) - Елементи часто використовуються в дальніх FPV і дронах для тривалих польотів (іноді навіть >20 хвилин)

• Менший розрядний струм (C), але значно більша ємність (Вт-год) при тій самій вазі.
  
• Не підходить для агресивних маневрів - двигуни можуть не отримати достатньої потужності.
  
• Номінальна напруга: 3.6-3,7 В/елемент, повна: 4,2 В, мінімум: 2.5-3.0 V
  
• Популярні моделі камер: Sony VTC6, Molicel P45B

Типи роз'ємів живлення:

• PH2.0 - старіший, популярний у найпростіших мікродронах 1S
• BT2.0 - Покращення PH2.0: менші падіння напруги, кращий струм
• BT3.0 - новий роз'єм BetaFPV, адаптований до 2S
• XT30 - використовується на невеликих дронах 2-4S
• XT60 - найчастіше використовується на 5-дюймових дронах (4S-6S)
• XT90 / AS150 - для великих дронів і застосувань з високим струмом

Програмне забезпечення та регулювання

Недостатньо просто зібрати комплект, його ще потрібно правильно запрограмувати. У програмі є доступ до кожного параметра, тому, щоб все працювало належним чином, необхідно пройти через калібрування та налаштування обладнання. Хоча більшість готових комплектів вже попередньо налаштовані, варто знати про можливість налаштувати дрон відповідно до ваших уподобань.

PID (пропорційний, інтегральний, похідний) - Параметри польотного контролера, які визначають, як дрон реагує на помилки положення/кута нахилу. Неправильні налаштування можуть призвести до нестабільності, надмірної вібрації або затримки реакції. Правильні налаштування PID - ключ до плавного, стабільного і точного польоту.

Ставка - Параметри, що визначають швидкість обертання дрона навколо осі за рахунок руху стиків. Висока частота = агресивна реакція (наприклад, для фристайлу), низька частота = більш плавний і точний контроль (наприклад, для записів на кінематографічний обруч).

Експоненціальний (Exponential) - Зменшує чутливість в середньому діапазоні ключки, але зберігає повний діапазон руху при максимальних замахах. Це дозволяє вам точно літати з невеликими поправками, одночасно швидко реагуючи на більші рухи.

Чорний ящик - Функція запису польотних даних (наприклад, вібрація, рискання, PID, напруга). Ці дані аналізуються в таких програмах, як Betaflight Blackbox Explorer, яка допомагає в налаштуванні PID, виявленні вібрацій і поліпшенні поведінки безпілотника.

Екранне меню (OSD) - Графічний інтерфейс, що накладається на зображення з FPV-камери, показує таку інформацію, як: напруга батареї, час польоту, RSSI, режим польоту, горизонт, GPS тощо. У цифрових системах екранне меню може бути інтегровано в польотний контролер або відеосистему.

Підсумок

Світ FPV дронів відкриває можливість створювати власні конфігурації обладнання. Ми можемо підібрати правильні деталі для конкретного завдання, що стоїть перед вами. На жаль, багато термінів і параметрів можуть бути складними для початківців-виробників дронів. На щастя, на ринку з'являється все більше і більше готових рішень, але для того, щоб зробити правильний вибір, все ж варто провести попереднє дослідження, щоб уникнути покупки не того обладнання, яке вам підходить.