Контроллеры для квадрокоптера

Зачем нужен полетный контроллер мультикоптеру

Полетный контроллер (flight controller) - основная плата которая собирает данные с датчиков и команды с пульта управления и управляет квадрокоптером. В общем случае контроллер выполняет ряд функций:

• Опрашивает и собирает данные с датчиков установленных на самой плате либо подключенных через специальные порты. (акселерометр, барометр, GPS, компас и др.)
• Рассчитывает или устанавливает свое местоположение
• Стабилизирует себя в воздухе
• Принимает управляющие сигналы от пилота либо следующий шаг программы автопилотирования
• Рассчитывает Пропорционально-Интегрально-Дифференциальные (PID) коэффициенты.
• Отправляет управляющие сигналы

Для профессионального квадрокоптера ставят высокие требования по функционалу. Так он должен уметь удерживать себя на точке используя GPS для облета препятствий может использовать ультразвуковые, лазерные датчики, возвратятся в точку взлета при потере сигнала, автоматически взлетать или садиста, уметь летать по заданному маршруту в автоматическом режиме, управлять видеокамерой или другим дополнительным оборудованием. Для мультикоптеров игрушек обычно ограничиваются минимальным набором функций (максимум удержание высоты).

Что нужно знать для выбора контроллера

Отличия есть не только в аппаратной части, но и в прошивках, а так же программах для компьютера. Прошивки можно настраивать не только через компьютер, но и через смартфон (опционально либо через дополнительные модули), а можно и непосредственно с аппаратуры управления. Список прошивок: Betaflight, Baseflight, Cleanflight, Raceflight, iNav, OpenPilot, KISS, TauLabs, dRonin, LibrePilot. ПО для компьютера имеет графический интерфейс и разное количество настроек (зависит от прошивки). Следующим шагом после выбора прошивки идет выбор непосредственно самого контроллера. Выбор контроллера:

• Процессор - на данный момент основными сериями STM32 для контроллеров стали F4 (168 МГц) и F7 (216 МГц) у более ранних уже даже не хватает памяти для современных прошивок.
• Гироскопы (Gyro), инерциальная навигация (IMU) - модуль гироскопа и акселерометра для определения положения мультикоптера в пространстве. Основными характеристиками является частота опроса (семплирования) и насколько данные зашумлены (электрическими помехами и механическими вибрациями). Как правило, обе характеристики растут одновременно. Поэтому для улучшения финального результата используют демпферные площадки для изоляции механических вибраций и использовать конденсаторы для фильтрации шумов по питанию.
• Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART, последовательные порты) - асинхронный последовательный порт имеет 2 контакта RX (получение) и TX (передача). Используются эти порты для подключения внешних устройств. Например приемника, телеметрии, транспондера для гонок, управление видеопередатчиком и прочее.

Дополнительные встраиваемые в контроллер функции

• Power Distribution Board (PDB, плата распределения питания) - для экономии места (особенно в гоночных мультикоптерах) контроллер и PDB делают как единую плату.
• OSD (On Screen Display) - позволяет выводить дополнительную информацию (таймер, напряжение аккумулятора и другое) на дисплей (очки, шлем).
• Датчик тока - позволяет "видеть" потребляемый ток и использованную мощность (более информативно, чем просто индикация напряжения).
• Регуляторы скорости (хода) - как и PDB еще больше экономит место и упрощает сборку квадрокоптера.

Существуют версии "все в одном" которые упрощают сборку, но имеют и минусы. Например их цена намного выше. Модульный ремонт не возможен.