Схема электронных блоков квадрокоптера. Квадрокоптер (дрон) своими руками из модулей

14.03.2024

Закладывается на этапе проектирования аппарата, разрабатывается с учетом среды полета, местности, требований и задач, стоящих перед дроном. Для профессиональных квадрокоптеров схема будет иметь одну конфигурацию, для любительских – более простую. Очень высоки требования к точности сборки и размеров деталей. Небольшие просчеты могут значительно усложнить управление техникой и понизить тактико-технические летные характеристики. Специалисты компании ARMAIR расскажут в данной статье, на что нужно обратить внимание при проектировании данного перспективного вида техники.

С чего нужно начать разработку схемы?

Определить цели и задачи, стоящие перед аппаратом.
Рассчитать полезные нагрузки, комплектацию коптера.
Задать предварительные параметры по скорости, высоте, дальности полета.
Учесть среды, в которых будет летать квадрокоптер (в условиях дождей, минусовых температур, высоких температур, сильных порывов ветров и т.д.).

На проектирование каких деталей стоит обращать внимание при сборке квадрокоптера?

Корпус коптера. Его размеры, материал, ударопрочные характеристики. Для производства корпусов используется углепластик. Просчеты в схеме корпуса аппарата даже на 1-3 миллиметра, могут привести к тому, что коптер может в полете завалиться, получать постоянный крен, терять балансировку.
Схема управления коптером, а точнее – микросхемы дрона. При проектировании и создании легких простых коптеров используется широко известная платформа Arduino. При разработке профессиональных коптеров – используются платы, микросхемы и контроллеры заводов производителей. Параметры, характеристики микроэлектроники составляют зачастую коммерческую тайну.
Также нужно правильно подобрать системы двигателей, системы регуляторов оборотов, соединители. Размер лопастей также играет важную роль. В случае, если будет мощный мотор, а размер лопастей будет малым, то двигатель будет на 30% и более работать вхолостую, растрачивая свои мощности зря.
Системы радиоуправления, получения GPS сигналов от спутников. Как правило данные системы уже установлены в платы, требуется только их настройка через операционную систему управления коптером. Практически все платы работают с GPS и Глонас.
Блок батарей, как правило, используются литиевые аккумуляторы различной мощности и емкости. Для больших коптеров возможна установка бензопаков и бензиновых моторов.
Моторы.
Акселлерометры (гироскопы), есть различные платы для этого, одна из них – это MPU-6050.

Остались вопросы? Желаете узнать больше о беспилотной технике? Хотите посмотреть больше моделей квадрокоптеров у нас на сайте? Посетите разделы главного меню или оставьте заявку (запрос) на конкретные модели.

Страница 3 из 4

Электроника квадрокоптера

Вот пример комплектации квадрокоптера из пластиковых труб электроникой:

4 мотора D2822/14 1450kv
4 регулятора - Turnigy Multistar 30 Amp Multi-rotor Brushless ESC 2-4S
Винты - такие и такие , последние – правого вращения.
Разъем - 3.5 мм это силовой разветвитель для регуляторов Multistar (ХТ60 на 4 X 3.5мм)
Мозги квадрокоптера - MultiWii NanoWii ATmega32U4 , хоть она чуть и подороже других, но, зато позволяет подсоединяться к компьютеру по usb.
Аккумулятор - Nano-Tech 2200 30C
Зарядное устройство - HobbyKing Variable 6S 50W 5A , не дорогое и прекрасно работает.

Еще понадобится передатчик с приемником для управления квадрокоптером, рекомендую или , впрочем, подойдет даже - все зависит от вашего желания и финансовых возможностей.

Плата управления квадрокоптером - его мозги, тоже может быть выбрана более дешевая, например такая , однако, не стоит гнаться за дешевизной там, где находится "сердце полетов".

Регуляторы стоит брать оптимизированные под квадрик, можно полазить по форумам и найти те, которые перепрошиваются и под которые есть готовая мультикоптерная прошивка, но я, к примеру, не готов заниматься перепрошивкой регулторов - там придется использовать микропаяльник для того, что бы прокинуть провода от программатора к чипу регулятора оборотов бесколлекторного двигателя.

Еще потребуется программатор для мозгов квадрокоптера - тут выбираем тот, которые поддерживает программирование выбранных мозгов. Впрочем, указанный MultiWii NanoWii ATmega32U4 имеет USB порт и на программаторе можно сократить расходы.

Электронику защищают с помощью засовывания ее в коробку - самый простой вариант, это использование бокса от CD/DVD дисков, как на фотографии выше. Можно использовать и бокс для продуктов - они бывают разного размера, от совсем мелких, до весьма больших. Главное - крышку расположить под платой электроники квадрокоптера, а самим боксом закрывать сверху.

Заинтересовали квадрокоптеры. Решил сделать заказ, выбор пал на хабсан х4 c камерой 0.3мр.
Дождался, получил.Достаточно много отлетал на нём(были краши, долгие ожидания запчастей и ремонты). Мой мозг посетила идея собрать большой квадрокоптер, окунулся в эту тему, перечитал много статей. По возможности отвечал на вопросы людей, состоящих в группе Rc моделистов: по поводу выбора деталей, сборки квадрокоптера. Из всего этого возникла идея написать сию статью.
Принцип полёта

Итак, Если вы решили собрать свой квадрокоптер, то вам необходимо определиться с бюджетом. От суммы, которую вы готовы потратить на это Чудо, зависит размер. Наиболее частые размеры(в мм.) это 250,330,450,550 и больше.
*250 размер : маленький, легкий, чаще все используют только для FPV полётов.
*330 и 450 золотая середина для бюджетного квадрокоптера. Приемлемая масса и цена сборки.
*550 и больше можно отнести к профессиональным коптерам или мультироторам. Такие машины получатся тяжелыми и дорогостоящими. Для данных ЛА будут мощные двигатели и они могут таскать приличный вес, вплоть до килограммовых зеркалок.
Своё повествование я продолжу опираясь на коптер 450 масштаба.
Особое место в данной категории занимают рамы DJI 330 и 450, TBS Discovery.

Цена их соответствующая…высокая.
Есть множество клонов, его я и выбрал.

Настало время выяснить,что же такое квадрокоптер и из чего он состоит.
1. Рама
2. Приёмник/Передатчик
3. Контроллер полёта:
a) AIOP
b) NAZA
c) MuliWii
d) HKPilot
е) AMP
f) И другие

4. Силовая установка
a) Мотор
b) Регулятор скорости
c) Пропеллеры
5. Аккумулятор
6. Доп. Оборудование:
a) FPV система (вид от первого лица в реальном времени)
Курсовая камера
Передатчик
OSD
b) Подвес для бортовой камеры
c) Подсветка

Теперь можно все детально рассмотреть.
1) С рамой уже определились. 450 масштаб, клон TBS.

2) Приёмник/Передатчик. Выбор его имеет очень важное значение. Вам нужно для себя понять: как далеко вы хотите летать.
Самые популярные варианты:
 1,5-2км обеспечит 2,4Ггц
 433 мгц обеспечит около 5-10км(все зависит от мощности, можно улететь и на 20км)
Для себя выбрал 2,4Ггц FlySky Th9x 9каналов

Не дорогая и простая в настройке аппаратура.
Для квадрокоптера необходимо от 5 каналов.
Выбор данной аппаратуры обусловлен её популярностью, давностью на рынке.Существует множество клонов.Ведётся много споров по поводу того, какая фирма была первой, это та же тургига 9, авионикс и другие… В интернете множество настроек.
3) Контроллер полёта
На данный момент очень много контроллеров полёта для квадрокоптеров. Свой выбор я сделал. Это Naza Lite c GPS

Не очень дорого и сердито. Наза требует минимальной настройки и сделать это очень просто.
С контроллерами AIOP, Crius и MultiWii будет много раз сложнее и особенно новичку.
Почему я взял контроллер с GPS?
Данная функция необходима для зависания в точке и возврата домой.
Я вижу это очень удобным функционалом.
4) Силовая установка
Вызывает множество вопросов у непосвященных.
Используются БК моторы. Они являются трёх фазными(3 провода), их КПД около 90%.
Для управления скоростью вращения таким мотором используется регулятор оборотов(регуль), который получает команды от контроллера полёта.

Рассмотрим рамы 330,450мм. В зависимости от ваших потребностей необходимо прикинуть вес квадрокоптера. В среднем получается от 1к до 1,5кг. Желательно чтобы тяга моторов была в 2-2,5 раза больше общей массы. Это говорит о том, что тяга должна быть 2-3 кг. Делим это на 4 и получаем тягу одного мотора: примерно 500-750 гр.
Возникает вопрос: какой двигатель выбрать? Смотрим в характеристики рамы: нас интересует какие двигатели можно в неё поставить. Должны интересовать первые 2 цифры: 22 или 28 в большинстве случаев.
Начинаем выбор двигателя. У названия двигателя вы увидите некую величину, например: 1100kv. Это величина обозначает количество оборотов на 1 вольт. Двигатели с высокими значениями kv имеют меньше витков обмотки статора, чем менее оборотистые.Из этого вытекает, что максимальная сила тока будет выше в двигателях с меньшим kv, которые имеют большую силу крутящего момента и это позволяет использовать большие пропеллеры.
Можно сравнить с коробкой передач автомобиля. 380kv и 1400kv это как первая и третья передача у авто.
380kv для размеренных медленных и долгих полётов с большой грузоподъемностью
1400kv для быстрого и маневренного хода.
В просторах интернета или же в описании этого двигателя можно увидеть его технические характеристики и результаты тестов. Нужно узнать максимальную силу тока (А) которую сможет потянуть двигатель и исходя их этих данных подобрать регулятор оборотов(ESC). Допустим max А для двигателя 20А. Тогда, ESC берём на 20-25% мощнее, 25-30А.
Теперь смотрим результаты тестов.
Например видим: 11х4.7 –3S-12А – 830гр
Это означает
11х4.7 - характеристики пропеллера(11-дюймы, 4.7 шаг)
3S - число банок LiPo батареи
12А - сила тока в цепи при данной нагрузке
830гр – тяга двигателя при даных условиях
Таким образом, максимальная тяга 830х4=3300 гр., max сила тока в цепи 12х4=48А
Максимальная сила тока нужна для подбора Аккума и Проводки.

Для начала не берите карбоновые пропы. Переплата. Учитесь летать на дешевых.
Крепление пропеллера зависит от самого двигателя. Большинство пропеллеров имеют адаптер под ось двигателя. Возможно крепление на Цангах или же резьбой. Есть прекрасные варианты самозатягивающиеся-крепления у DJI, при таком варианте ваш пропеллер никогда не открутится во время полёта.
Для более простых вариантов советую дополнительно закрепить герметиком для резьбы.

Обращаю внимание : сравнивать моторы с разным kv можно при условиях одного типоразмера. Например, EMAX XA 2212 существуют в разных конфигурациях:
820
980
1400
Их можно сравнить.
Эффективность мотора с 1400kv будет максимальной при использовании пропеллера 8040,
А мотора с 820kv - при пропеллере 1147.
Максимум крутящего момента будет у мотора с 820kv, поэтому целесообразно использовать большие пропеллеры. А мотор с 1400kv будет любить высокие обороты при меньшей нагрузке.
Разница между представленными моторами в обмотке.
Разумно их использовать так:
1400kv на раме 330 и пропеллерами 8040
980kv на раме 450 и пропеллерами 1045
820kv на раме 500-550 и пропеллерами 1147
Я выбрал
И пропеллеры
Замечательный набор.
Схема подключения
Для простоты: Сигнальный- черный, Силовой(+\-) - красный

5) Аккумулятор
Выбирая аккум необходимо подобрать токоотдачу. Это число С.(25С,35С)
Не забываем что, по нашим данным система кушает 48А.
Допустим что, есть аккум 3300mAh 3S 35C Lipo Pack
3300 mAh - ёмкость аккума
3S – число банок(одна банка 3,7v)
35C – токоотдача. Т.е. Аккум ёмкостью 3.3Ah(3300 mAh) х 35C = 115А
Что достаточно покрывает наше энергопотребление. Даже излишне. Чем больше С, тем тяжелее и дороже аккум.
Посмотрим сможет ли аккум такой же ёмкости, но с токоотдачей 25С справится с нашими задачами или нет: 3.3Ah(3300 mAh) х 25C = 82А
Ответ:да.
Такой аккум будет легче и дешевле.
Для контроля состояния батареи можно купить такую штуку.

Для зарядки аккумов очень популярна Imax B6, будьте осторожны, очень много подделок.

И не забывайте с LiPo надо очень осторожно обращаться.
Мой совет: берите не меньше пары аккумов.
6) Доп. Оборудование.
Когда вы определились с дальностью полёт и выбрали систему управления, можно начинать выбор FPV системы:
FPV- дословно: вид от первого лица в реальном времени.
 2,4Ггц совместима с 5,8Ггц
 433Мгц совместима с 1,2 Ггц
Иначе будут создаваться совместные помехи.
Для своей 2.4Ггц я подобрал 5,8Ггц 200mw

FPV-система стостоит из:
1) Курсовой камеры
2) Передатчика на квадрике
3) Приёмной станции на земле.
Для Увеличения дальности связи можно заменить стандартные антены на ""клеверы""

Большая часть передатчиков питается в пределах 9-12v, небольшая 3S батарея сможет запитать передатчик и камеру, которая выбирается для данного вольтажа.
Что значит 200mw?
Это мощность передатчика. Она непосредственно влияет на дальность связи. На открытой местности с нештатными антенами сигнал можно получать на расстоянии до 1 км.
С учетом того, что моя система управления на расстояние больше 1,5-2км не способна, это идеальный
вариант для моих потребностей.
С выбором приёмника и передатчика теперь все понятно, а как выбрать камеру, их огромное колличество?
Выбор камеры первоначально упирается в денежные средства.
Есть камеры которые имеют функцию потоковой передачи данных и одновременной записи.Стоимость таких камер значительно выше. Очень популярной является камера мобиус.

Появился её конкурент, тоже имеющий AV выход

Можно использовать курсовую камеру из самых дешовых, без корпуса. Стоимость которой колеблется от 600 до 1000рублей, а записывать с помощью хорошей экшен камеры на подвесе.
У FPV камеры мы увидим число ТВЛ. Что это такое? Это число строк развертки. Для FPV камеры будет достаточно 500-700ТВЛ. Важное значение имеет уровень минимальной освещенности, данный параметр измеряется в люксах. 0.01 люкс достаточно для полётов даже вечером. Угол обзора имеет не менее важное значение. 100-120 градусов это идеально. Не плохо бы иметь автоматическую коррекцию засветов и авто. баланс белого.
Картинку можно вывести на такой монитор

Можно прикупить 2х- или 3х-осевой подвес для камеры. Такая штука позволяет поворачивать камеру и иметь более стабильную картинку, без рывков и дерганий.
Штука достаточно дорогая.
У меня вот такой:
Естественно сама бортовая камера
Можно установить LED подсветку, пищалку,GPS-трэкер

Как вы поняли, что бы собрать такой БПЛА необходимо не мало вложений.
Цена приблизительно в пределах 400-500 долларов.

Этот обзор предназначен для новичков и несет в себе теорию, в скором времени будет продолжение.Со сборкой и настройкой.
Я запланировал цикл статей и буду не спеша их реализовывать.
Буду рад критике,спасибо за просмотр.
Вскрою карты: конечный результат

Как такую штуку собрать и поднять в небо?
Инструкция будет в следующей части)

Вот небольшой ролик из первых полётов с подвесом.

P.S Покупалось все на личные средства. Планирую купить +99 Добавить в избранное Обзор понравился +62 +150

Квадрик может висеть в одном месте и вести фото и видеосъемку, именно по этому, многие фотографы идут в ногу с прогрессом и покупают квадрокоптеры для видео съемки.

Квадрокоптеры ворвались в нашу жизнь вместе с техническим прогрессом. Сегодня заказать электронику для квадрокоптера из китая стоит очень дешево. Собрать раму квадрокоптера своими руками из подручных материалов и вовсе не сложно. Научиться управлять можно с помощью авиасимуляторов. Так что главное – это наличие желания сделать квадрокоптер своими руками.

Электронику для квадрокоптера лучше всего купить готовую.

Детали самодельного квадрокоптера

Двигатели для квадрокоптера, 4 шт - D2822/14 1450kv

Конечно, дополнительная покупка мелкого квадрокоптера немного накладна, но, летая на таком вы научитесь управлять и сможете летать на большом квадрокоптере с камерой без падений! А мелкую игрушку всегда можно будет подарить ребенку.

Ну и на последок, небольшое видео полета на квадрокоптере, запись с камеры.

В этой статье мы рассмтрели основные прнципы изготовления самодельных квадрокоптеров. Если вы хотите узнать больше - смотрите раздел