В этой серии постов я расскажу вам об основах создания собственного квадрокоптера.
По сути, квадрокоптер — это вертолет КВАДРОТОР, который поднимается и приводится в движение четырьмя несущими винтами. Квадрокоптер — это летательный аппарат, имеющий 4 идентичных винта, равномерно расположенных вокруг центрального фюзеляжа (ступицы).
Бесщеточные двигатели постоянного тока используются в качестве роторов и используют пропеллеры с симметричным шагом.
Управление движением транспортного средства достигается путем изменения шага и скорости вращения одного или нескольких двигателей, тем самым изменяя его крутящую нагрузку и характеристики тяги / подъемной силы. Различные движения возможны за счет изменения направления вращения гребных винтов и изменения скорости двигателей.
Давайте посмотрим, что вам нужно для сборки коптера.
РАМКА
Это самая важная базовая часть квадрокоптера. Как видно из названия, коптер имеет 4 рычага. Рама должна быть легкой и жесткой, чтобы в ней размещалась батарея LIPO, 4 двигателя BLDC, 4 регулятора скорости и контроллер.
Вы можете построить свою собственную раму из алюминиевых или деревянных швеллеров, но я предлагаю вам использовать уже готовую раму, такую как F450 FRAME, которую легко собрать.
Рычаги рамы изготовлены из сверхпрочного материала, чтобы выдержать любую аварию. Платы рамы представляют собой высокопрочные составные рамы для печатных плат, что делает подключение ESC и аккумулятора более безопасным и простым. Чтобы сделать ваш полет ярким, рычаги рамы бывают разных цветов.
Цена составляет примерно 1500 рупий / —
МОТОРЫ BLDC
Как следует из названия, двигатели BLDC (бесщеточные постоянного тока) не используют щетки для коммутации. Они имеют электронную коммутацию, и их преимущества:
Лучшая скорость по сравнению с крутящим моментом, высокая эффективность при бесшумной работе и очень высокий диапазон скоростей с более длительным сроком службы.
Вам нужен электронный регулятор скорости, управляющий двигателем. Так как нет щеток, изнашиваемых, срок службы двигателя BLDC намного больше. Отсутствие искрения и гораздо меньше электрических шумов.
Единственный недостаток бесщеточного двигателя — его более высокая начальная стоимость.
Вам нужно четыре номера. моторов BLDC для коптера.
Обычно двигатели BLDC обозначаются в киловольтах, таких как: 850 кВ, 1100 кВ, 1400 кВ, 1800 кВ, ..
Многих новичков в полете смущают характеристики бесщеточного электродвигателя, в частности, рейтинг Kv, считая, что Kv = киловольт (1 кВ = 1000 вольт). Это совсем не так. Рейтинг Kv бесщеточного двигателя относится к тому, сколько оборотов в минуту он вращает на вольт.
Номинальное значение KV для двигателя BLDC равно RPM на VOLT, приложенный к двигателю. Таким образом, двигатель BLDC с номинальной мощностью 1000 кВ будет вращаться со скоростью 1000 об / мин при подаче 1 вольт, если вы подаете 12 вольт, двигатель будет вращаться со скоростью 12000 об / мин.
Kv = об / мин на вольт, а не киловольт
Согласно определению BLDC в Википедии:
KV — постоянная скорости двигателя, измеряемая в оборотах в минуту на вольт (не путать с «кВ», сокращением для «киловольт») [6]. Номинальное значение KV бесщеточного двигателя — это отношение оборотов двигателя без нагрузки к пиковому (не среднеквадратичному) напряжению на проводах, подключенных к катушкам («противо-ЭДС»).
Это пример технических характеристик двигателя BLDC, доступного на рынке:
Характеристики:
KV (об / мин / об): 1300
Максимальная мощность: 190 Вт
Максимальная тяга: 920 граммов
Вес: 53 грамма
Диаметр вала: 3,175
мм Длина вала: 45 мм
Рекомендуемый пропеллер для аккумулятора: 12 × 4,5 для аккумулятора 2S; 10 × 4,5 для батареи 4S
Батарея: 2S-4S Li-Po
ESC (A): 30A
Вот простой расчет тяги:
С квадроциклом 1,5 кг и полезной нагрузкой 0,5 кг, то есть с полной массой 2 кг, вам потребуется 2 кг тяги, чтобы преодолеть силу тяжести; это 500 г (2 кг, разделенные на 4) тяги на двигатель.
Вам потребуется как минимум удвоенный общий вес (здесь он составляет 4 кг) максимальной тяги; деление на четыре — это тяга 1000 г на двигатель при максимальном дросселе.
Ценовой диапазон двигателей BLDC — от 900 до 1400 рупий за штуку.
ЭЛЕКТРОННЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ СКОРОСТИ (ESC)
ESC, используемый в радиоуправляемых кораблях, выполняет две основные функции. Первый — действовать как цепь исключения батареи (BEC), позволяя питать двигатели и приемник от одной батареи. Вторая (и основная) функция — принимать сигналы приемника и / или полетного контроллера и подавать нужный ток на двигатели.
Каждому двигателю BLDC требуется ESC .ESC Регулирует мощность двигателя в соответствии с входным уровнем газа. Он также обеспечивает питание + 5В для бортовой электроники. ESC построен на 32-битном микроконтроллере (ARM / AVR) и имеет массив MosFet для управления двигателем BLDC. Прошивка ESC запрограммирована на заводе.
Если вы разрежете рукав ESC, вы увидите процессор и массив полевых МОП-транзисторов.
Поскольку бесщеточные двигатели многофазные, обычно трехфазные, вы не можете просто подать на них питание, чтобы заставить его вращаться. Для двигателей требуется специальная электроника управления фазой, способная генерировать три высокочастотных сигнала с разными, но управляемыми фазами, но электроника также должна быть способна обеспечивать большой ток, поскольку двигатели могут быть очень «энергоемкими».
ESC идеально справляются с управлением BLDC. ESC — это просто плата контроллера бесщеточного двигателя с входом от батареи и трехфазным выходом для двигателей. Для управления обычно используется простой сигнал PPM (похожий на PWM), ширина импульса которого составляет от 1 мс (минимальная скорость = выключение) до 2 мс (максимальная скорость).
Частота сигналов также сильно различается от контроллера к контроллеру, но для квадрокоптера рекомендуется получить контроллер, который поддерживает не менее 200 Гц или даже лучше 300 Гц PPM сигнал, поскольку должно быть возможно очень быстро изменять скорость двигателя. для установки квадрокоптера в устойчивое положение.
ESC можно найти во многих различных вариантах, где ток источника является наиболее важным фактором. Вы всегда должны выбирать ESC с током источника около 20 А или более в зависимости от того, что потребуется вашему двигателю.
Программируемые компьютером регуляторы скорости обычно имеют параметры, определяемые пользователем, которые позволяют устанавливать пределы отключения при низком напряжении, время, ускорение, торможение и направление вращения. Изменение направления вращения двигателя также может быть выполнено переключением любых двух из трех проводов от ESC к двигателю.
Цена варьируется от 750 до 1200 рупий в зависимости от текущего рейтинга.
ЛИТИЕВО-ПОЛИМЕРНАЯ БАТАРЕЯ
Литий-полимерный — LIPO — это тип перезаряжаемой батареи, который покорил мир электрических радиоуправляемых устройств, особенно для квадрокоптеров. Они являются основной причиной, по которой электрический полет сейчас является очень жизнеспособным вариантом по сравнению с моделями, работающими на топливе.
LiPo-аккумуляторы легкие по весу и обладают огромной мощностью в небольшом корпусе. Они имеют высокую скорость разряда, чтобы удовлетворить потребности квадрокоптеров.
Помните, что LiPo батареи очень дороги и имеют срок службы всего от 300 до 400 циклов зарядки.
Особое внимание следует уделять зарядке, разрядке или хранению LiPo. Из-за летучего электролита, используемого в LiPo, они могут легко взорваться или загореться при неправильном обращении.
В отличие от обычных никель-кадмиевых аккумуляторных элементов, которые имеют напряжение 1,2 В на элемент, элементы LiPo рассчитаны на 3,7 В на элемент. Таким образом, вы получаете несколько 3,7 В, например аккумуляторы 7,4 и 11,1 В.
В аккумуляторных батареях RC LiPo должно быть не менее двух или более элементов, соединенных последовательно для обеспечения более высокого напряжения. Таким образом, широко используемая батарея на 11,1 В имеет 3 элемента x 3,7 В (3S).
Емкость показывает, сколько энергии может держать аккумулятор, и указывается в миллиампер-часах (мАч). 2200 мАч будут полностью разряжены за один час с нагрузкой в 2200 мАч. Если бы эта же батарея имела нагрузку 1100 миллиампер, то потребовалось бы 2 часа, чтобы разрядиться.
Если вы хотите увеличить время полета, используйте аккумулятор большей емкости, например 3000 мАч.
Батареи LiPo можно найти в упаковках всего, от одноячеечной (3,7 В) до более чем 10 ячеек (37 В). Элементы обычно подключаются последовательно, повышая напряжение, но давая такое же количество ампер-часов.
Еще одна вещь, о которой следует помнить при выборе правильной батареи, — это скорость разряда, ранее известная как C-value. Значение C вместе с емкостью батареи указывает, какой ток вы можете получить от батареи. Расчеты следуют этому простому правилу: MaxSource = DischargeRate x Capacity
Например, возьмем аккумулятор емкостью 4000 мАч с указанной скоростью разряда 20C. . С этой батареей вы сможете получить максимум 20Cx4000mAh = 80A. Поэтому в этом случае вы должны убедиться, что общий ток, потребляемый вашими двигателями (ESC), не превышает 80А.
Скорость разряда — это просто, насколько быстро можно безопасно разрядить аккумулятор. В мире аккумуляторов RC LiPo это называется рейтингом «C». Помните, что никогда не следует разряжать LipO-АККУМУЛЯТОР НИЖЕ 80% ЕМКОСТИ.
ЛИТИЕВОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО
Не заряжайте LipO аккумулятор обычным зарядным устройством, предназначенным для NICAD.
Батарея RC LiPo на 11,1 В заряжается на 100%, когда достигает 12,6 В. Это приведет к повреждению элемента батареи и, возможно, к возгоранию.
Поэтому никогда не оставляйте аккумулятор Lipo для зарядки без присмотра. Если у вас 2-элементный (2S) аккумулятор, вы должны выбрать для зарядного устройства 7,4 В или 2 элемента. Если вы по ошибке выбрали 11,1 В (пакет 3S) и попытались зарядить аккумулятор 2S, пакет будет уничтожен и, скорее всего, загорится.
Хорошее зарядное устройство должно иметь следующие характеристики:
- Защита от обратной полярности
- Температура зарядки — нельзя заряжать при температуре ниже 0 ° C или выше 45 ° C.
- Защита от разрядного тока для предотвращения повреждений из-за короткого замыкания.
- Напряжение заряда — постоянный предохранитель размыкается, если на клеммы аккумулятора подается слишком высокое напряжение.
- Защита от перезарядки — прекращает зарядку, когда напряжение на элемент превышает 4,30 вольт.
- Защита от чрезмерной разрядки — останавливает разряд, когда напряжение аккумулятора падает ниже 2,3 В на элемент.
- Предохранитель срабатывает, если аккумулятор подвергается воздействию температур выше 100 ° C.
Всегда кладите аккумулятор на бетонный пол во время зарядки и не оставляйте его без присмотра. При соблюдении правил обращения с LiPo аккумуляторами всегда безопасно пользоваться.
RADIO 2.4GHZ TX / RX — передатчик и контроллер
Вам понадобится RC-передатчик (радиоуправляемый радиопередатчик 2,4 ГГц), чтобы определять направление и положение квадрокоптера. Радиоуправляемый радиоприемник 2,4 ГГц на квадрокоптере принимает команды от радиоуправляемого передатчика на земле. (Односторонняя ссылка). Вы получаете приемник вместе с соответствующим передатчиком.
Передатчик — это портативный контроллер, который вы используете для удаленного управления своим кораблем. Передатчики имеют два стика, две кнопки обрезки или ползунок на каждый стик, несколько переключателей, дисплей и кнопку питания.
Передатчики и приемники нуждаются в частотном диапазоне для работы, и новый диапазон частот составляет 2,4 ГГц с цифровой модуляцией спектра. 2,4 ГГц — это диапазон ISM (промышленный, научный и медицинский), для работы которого не требуется лицензии.
Режимы и каналы
Когда вы читаете руководство к передатчику, вы сталкиваетесь с терминами «установлен в режим 1», Mode2,3 и т. Д. Это относится к конфигурации стиков передатчика по умолчанию .
Наиболее широко используется РЕЖИМ 2, что означает, что левый джойстик управляет ДРОССЕЛЬНОЙ ЗАСЛОНКОЙ и РУЛЕМ, а правый джойстик управляет ЛИФТОМ и ЭЛЕРОНАМИ.
Чтобы узнать больше об этих условиях, посетите:
Передатчик описывается в первую очередь количеством поддерживаемых каналов. Показанный выше на рис. это 6-ти канальный.
Вообще говоря, каждая функция самолета требует одного канала. Например, типичный 4-х канальный самолет будет иметь управление дросселем, элеронами, рулем высоты и рулем направления.
Таким образом, в терминах RC упомянутый канал является ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ, А НЕ ЧАСТОТНЫМ КАНАЛОМ.
Каналы — это механизм передачи команд. Один канал обычно используется для передачи одного атрибута. Информация о дроссельной заслонке или верхнем / нижнем положении вашего левого джойстика требует одного канала. Точно так же руль направления или правое / левое положение вашего левого джойстика требует одного канала. Следовательно, для левого и правого джойстиков требуется 4 канала.
Приемник обычно представляет собой устройство небольшого размера со спичечной коробкой, которому передатчик отправляет свои команды. Приемник получает питание от основной батареи. Всегда используйте приемник, который идет в комплекте с передатчиком.
На картинке выше вы видите модель с ЖК-дисплеем, которая позволяет вам программировать радио в полевых условиях и больше не брать ноутбук в поле для изменения каких-либо настроек.
Некоторые из уникальных особенностей этой радиостанции:
— взаимозаменяемость от режима 1 к режиму 2 с помощью ползунка на задней панели радиостанции
— дистанционная проверка дальности (вам не нужно проходить километр, чтобы определить дальность действия вашего приемника)
— переменная мощность передачи (для внутреннего и наружного применения)
• Технология FHSS 2,4 ГГц обеспечивает высоконадежное соединение, оптимальную скорость реагирования, увеличенную дальность действия и возможность более безопасного полета.
• Цифровая обрезка 4 основных каналов.
• 8 моделей памяти с наименованием моделей по 4 символа.
• Регулируемая мощность передачи в соответствии с вашим диапазоном полета.
• Разъем имитатора в передней части передатчика.
• Складная ручка и антенна.
• Цифровой программируемый передатчик с 6 каналами, способный эффективно управлять моделями самолетов или планеров.
• Разъем тренера / симулятора доступен на верхней передней части передатчика.
• Короткая выдвижная антенна для удобного хранения устройства во время транспортировки.
• ЖК-дисплей для чтения ваших настроек в любом окружении.
• 4 кнопки программирования обеспечивают быстрый и легкий доступ ко всем функциям.
• Функция DualRate настраивается индивидуально для каждой из 3 осей управления.
• Функция реверса для каждого из 6 каналов.
• Функциональность сопряжения с Rx.
• Уникальная функция тестирования диапазона.
ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯ
Самая распространенная плата управления — это плата управления KK. Доступно множество версий.
Доступны модели KK2.0, KK2.1.5 и KK2.1 HC.
В первых двух моделях есть встроенный ЖК-дисплей, который может сломаться при аварии коптера (для новичков). Чтобы избежать этого, была представлена третья модель, в которой ЖК-дисплей подключен удаленно.
KK2.0
Плата KK имеет встроенные гироскопы, акселерометры и микроконтроллер для управления регуляторами скорости.
ЖК-экран и встроенное программное обеспечение делают установку и настройку проще, чем когда-либо. Предустановлено множество типов многороторных судов. просто выберите тип своего аппарата, проверьте расположение двигателя / направление гребного винта, откалибруйте регуляторы скорости и радио, и вы готовы к работе! все это делается с помощью простых подсказок на экране!
Первоначальная гироскопическая система KK была обновлена до невероятно чувствительной двухчиповой 3-осевой гироскопа и одночиповой 3-х осевой акселерометрической системы, что сделало эту плату KK самой стабильной из когда-либо существовавших и позволяло добавить функцию автоматического выравнивания.
В основе KK2.0 лежит 8-битный микроконтроллер Atmel Mega324PA на базе RISC AVR с 32 КБ памяти. К KK2.0 добавлены 2 дополнительных выходных канала двигателя, что позволяет управлять 8 двигателями. К плате также прилагается удобный пьезо-зуммер для звукового предупреждения при активации и деактивации платы.
Если вы новичок в полете с несколькими роторами или не знаете, как настроить плату KK, то KK2.0 был создан для вас. 6-контактный интерфейс программирования AVR USBasp обеспечивает быстрое и легкое обновление программного обеспечения в будущем.
KK 2.1.5 ПЛАТА
Версия KK2.1.5 имеет модернизированную гироскопическую систему (система 6050 MPU), что делает ее самой стабильной платой KK за всю историю и позволяет добавить функцию автоматического выравнивания. В основе KK2.1.5 лежит 8-разрядный микроконтроллер Atmel Mega644PA на базе RISC AVR с 64 КБ памяти. Для определения напряжения был добавлен дополнительный разъем с защитой полярности, поэтому нет необходимости в пайке на плате. Также имеется удобный пьезозуммер для звукового предупреждения при активации и деактивации платы.
В KK2.1.5 добавлена защита от полярности для разъема датчика напряжения и выхода зуммера, защищенного предохранителем, на случай, если что-то случайно подключится неправильно.
KK2.1HC
KK2.1HC (Hard Case) — новинка с обновленными датчиками, памятью, контактами заголовка, жестким футляром и дистанционным программатором. Чтобы избежать повреждения ЖК-экрана, он предназначен для удаленного подключения.KK2.1HC — это следующая большая эволюция плат управления полетом KK первого поколения. Удаленный ЖК-экран и встроенное программное обеспечение делают установку и настройку проще, чем когда-либо. Экран и кнопки программирования были перемещены на удаленный программатор и установлен жесткий футляр, что делает KK чрезвычайно надежным.Подключаемый программатор использует тот же формат, что и встроенная версия, и может быть подключен в любое время для быстрого изменения значения. Этот новый дизайн позволяет устанавливать KK в рамы, где доступ к встроенным кнопкам и экрану был проблемой, вы даже можете оставить кабель подключенным к стороне KK и вывести его для доступа к программатору. В жестком футляре сохранены стандартные монтажные отверстия 45 мм, а зуммер теперь установлен внутри. Места установки и повреждение ЖК-экрана остались в прошлом. Контроллер полета Hexa quad
Помимо платы контроллера KK, на рынке представлены платы контроллера Hexa Quad Flight.
Вы можете использовать доску KK или Hexa Quad в качестве полетного контроллера.
Доступны 2 модели:
Мультироторный полетный контроллер Thunder QQ Super
Контроллер Avionic Hexa Quad .
Он имеет встроенный 3-осевой гироскоп и 3-осевой датчик ускорения с функцией самостабилизации, что обеспечивает сверхстабильные летные характеристики. Он поддерживает все обычные приемники.
Тип приемника и тип мультиротора очень легко выбрать с помощью небольших DIP-переключателей, а калибровка также чрезвычайно проста с помощью кнопки настройки. Однажды откалиброванная чувствительность также очень проста: всего один небольшой регулятор на передней панели устройства делает этот полетный контроллер одним из самых простых в настройке.
Устройство поставляется с 4 штекерными разъемами и двумя двусторонними монтажными лентами и небольшой отверткой для регулировки. Подходит для мультироторных двигателей с числом двигателей до 6 и поддерживает 4 типа конфигурации.
ПРОПЕЛЛЕРЫ
Причина в том, что крутящий момент двигателя и закон физики заставят квадрокоптер вращаться вокруг себя, если бы все пропеллеры вращались одинаково, без какой-либо возможности его стабилизации.
Заставляя пары гребных винтов вращаться в каждом направлении, но при этом имея противоположный наклон, все они будут обеспечивать подъемную тягу без вращения в одном направлении. Это позволяет квадрокоптеру стабилизировать рыскание, то есть вращение вокруг себя.
Пропеллеры бывают разного диаметра и шага (наклона). Вам нужно будет решить, какой из них использовать в соответствии с размером вашей рамы, и когда это решение будет принято, вы должны выбрать свои двигатели в соответствии с этим.
Некоторые из стандартных размеров гребных винтов, используемых для квадрокоптеров:
1045 — диаметр 10 дюймов и шаг 4,5 дюйма — это самый популярный вариант, подходит для квадроциклов среднего размера.
0845 — диаметр 8 дюймов и шаг 4,5 дюйма — регулярно используется в небольших квадроциклах.
1245 — диаметр 12 дюймов и шаг 4,5 дюйма — используется для квадроциклов большего размера, требующих большой тяги.
При использовании двигателей с высокой частотой вращения следует выбирать пропеллеры меньшего или среднего размера.
Пропеллер с более быстрым вращением (малого диаметра и малого шага) используется, когда у вас есть двигатель, который работает на высоких оборотах (Kv> 1000) и может обеспечить приличный крутящий момент.
Пропеллеры большего размера дают больше тяги двигателя за один оборот.
Стойку меньшего размера легче ускорить и замедлить, тогда как большой опоре требуется очень много времени, чтобы изменить скорость. Выше определенного размера летать практически невозможно. Вот почему вы видите гексакопторы и октокоптеры, которые используют более мелкие реквизиты вместо гигантских квадрокоптеров.
По вопросам наличия квадрокоптеров Ready to Fly обращайтесь:
