Не обязательно покупать беспилотник в магазине — теперь вы можете сделать квадрокоптер на базе arduino самостоятельно. Дрон будет иметь мощное автономное питание и функционировать на стабилизационный системе, основой которой будет база Arduino. Если сделать летательный аппарат своими руками, можно сэкономить приличную сумму. Покупной коптер стоит минимум 80 долларов. Если вы создадите его самостоятельно, это обойдется примерно в 60 условных единиц.
Самодельный квадрокоптер — предмет отдельного разговора. Всегда были, есть и будут пользователи, которым мало просто летать. Им необходимо почувствовать себя великими конструкторами и быть уверенными, что дрон, сделанный собственноручно, будет летать так, как хочется именно им.
Летающую модель с 4 ножками можно сотворить своими руками. Процесс не покажется вам сложным, а наоборот, доставит удовольствие, но только при условии изучения инструкции и пошагового ее соблюдения. Прежде всего, перед процессом создания дрона, стоит определиться с элементами, которые будут использованы в работе. В качестве контролера, как и предполагалось, будем использовать платформу Arduino — это недорогая, но качественная база, которая обеспечит устройству бесперебойную работу.
Для создания беспилотника важно правильно подобрать двигатели. Бесщеточные достаточно мощные, но их стоимость составляет минимум 20 долларов, это означает, что устройство обойдется около 80 долларов. В данном случае стоит отдать предпочтение щеточному варианту — намного дешевле, и не требуют установки дополнительных контроллеров.
Так же необходимо позаботиться о приобретении качественного мотора, а затем заняться его стабилизацией. Здесь не обойтись без акселерометра и гироскопа. Так определим угол наклона и ускорение. Данные сенсоры — для создания мощной модели. Чтобы сделать квадрокоптер своими руками с управлением Arduino, вам понадобятся:
- аккумуляторы на 3,7 В литиевого типа;
- провода;
- транзистор не слабее ULN2003A Darlington Transistor;
- моторы Coreless Motors;
- микроконтроллер 0820 Coreless Motors;
- гироскоп;
- акселерометр;
- инструменты для спаивания;
- 3D принтер.
Первое, что следует сделать – это создать раму для будущего квадрокоптера. Каркас получится легким и прочным, если воспользоваться 3D принтером. Затем следует настроить акселерометр и гироскоп. Не нужно подключать к 5 В — это может привести к тому, что плата испортится. Лучше отдать предпочтение 3.3 В. Необходимо учесть, что в большинстве плат есть специальный регулятор напряжения.
После подключения акселерометра можно начать сборку электросхемы. Чтобы сделать все правильно, стоит просмотреть подробное видео, где доступно разъясняют способы сборки. Теперь у вас есть свой квадрокоптер, который вы сделали под нашим четким руководством.
Как оказалось – это вполне реальная задача. Процесс не доставит вам забот, зато можно сэкономить большую сумму. Если возникли сомнения по поводу запуска вашего устройства, инструкцию о том как это сделать читайте . При правильном обращении квадрокоптер на базе arduino прослужит долго.
Управлять квадрокоптером – это веселое и интересное занятие. Интереснее может быть только создание своей системы управления такой игрушкой на базе какой-нибудь популярной платформы, например, Arduino. Чем и занялся энтузиаст под ником Dzl. Первым делом он разобрал пульт дистанционного управления для того, чтобы посмотреть, какая радиосистема в нем используется.
Внутри, как и ожидалось, была пара дешевых печатных плат с небольшим количеством компонентов на них.
Радиосвязь обеспечивалась небольшим дискретным радиомодулем. После дополнительного анализа и поиска в интерненте выяснилось, что модуль основан на микросхеме передатчика BK2421, работающего в диапазоне 2.4 ГГц. Сегодня, в принципе, большинство дешевых игрушек с радиоуправлением основаны на этом модуле.
Благодаря осциллографу и документации на микросхему было довольно просто найти выводы, по которым осуществлялась связь по интерфейсу SPI между модулем и остальной частью пульта.
Благодаря «прослушке» с помощью Arduino UNO стал понятен порядок инициализации и режим связи. имеется порядок инициализации.
Не вдаваясь в подробности низкоуровневой коммуникации, при включении пульта и квадрокоптера происходит следующее:
1. Пульт передает свой уникальный сетевой адрес или ID
2. Квадрокоптер принимает эту передачу, подтверждает ее и начинает прослушивать канал с данными от этого ID
3. После подтверждения пульт начинает передавать пакеты данных каждые 20 мс
Можно управлять одновременно несколькими квадрокоптерами, назначив им разные адреса. Передача ID проходит по одному фиксированному каналу, и данные передаются по одному из 12 каналов. Квадрокоптеры автоматически сканируют радиоканалы, пока не найдут данные.
Данные передаются в пакете, состоящем из 8 байт, в следующем формате:
Байт 0 = throttle (газ) 0-255
Байт 1 =Yaw (рыскание) 0-255
Байт 2 =Yaw_trim (подстройка Yaw) 0-128
Байт 3 = Pitch (тангаж) 0-255
Байт 4 = Roll (крен) 0-255
Байт 5 = Pitch_trim (подстройка Pitch) 0-128
Байт 6 = Roll_trim (подстройка Roll) 0-128
Байт 7 = Fly/run 0=fly, 16=run
Затем была создана базовая станция, которая должна связываться квадрокоптерами. В качестве модулей использовались RFM-70, содержащие ту же микросхему BK2421. Следует отметить, что выводы BK2421 толерантны к 5 В, поэтому дополнительные резисторы для 3.3 В можно не ставить.
Для подключения одного и более квадрокоптеров к Arduino была написана специальная библиотека . Эта библиотека должна работать с любыми платами Arduino на базе чипов ATMEGA88 - ATMEGA328P. И в конце видео работы:
Основная идея проекта - создать недорогой квадрокоптер, который имеет автономное питание и алгоритм стабилизации полета на Arduino.
Помимо Arduino нам понадобятся гироскоп/акселерометр и щеточные моторы. В приведенном проекте не рассмотрены методы управления полетом квадрокоптера, но их однозначно можно добавить. Стоимость данного квадрокоптера приблизительно равна 60$.
Что такое квадрокоптер?
Уверен, что большинство читающих эту статью уже знают, что такое квадрокоптер. Если нет, привожу краткое описание этих замечательных устройств.
Квадрокоптер - это летающее устройство с четырьмя "ногами", на каждой из которых установлен мотор с пропеллером. Квадрокоптеры по своей сути схожи с вертолетами, но перемещение, поворот, наклон у них обеспечивается за счет синхронной работы четырех пропеллеров. Кроме того, у квадрокоптеров существует такое понятие как “pitch” (“тангаж”) – поворот вокруг продольной оси. Для того, чтобы стабилизировать полет квадрокоптера, два пропеллера вращаются в одно направлении (по часовой стрелке), а два - в противоположном направлении (против часовой стрелки). Благодаря этой возможности - зависать в одном положении в воздухе, квадрокоптеры в первую очередь используются для фотографии с воздуха и видеосъемки. Конечно же, квадрокоптеры и остальные подобные устройства со множеством двигателей, используются в спасательных операциях, полицией, военными и т.п. В последнее время стоимость компонентов для производства квадрокоптеров значительно уменьшилась и многие компании принялись за их производство. Купить готовое изделие на сегодняшний день не составит проблем.
Итак, вы уже немного сориентировались, что такое квадрокоптер, давайте теперь перейдем к краткому описанию процесса его изготовления.
Первое, что было сделано: гуглинг по магазинам в поисках компонентов, которые нам понадобятся для его изготовления.
В большинстве случаев используются микроконтроллеры и безщеточные (вентильные) моторы. В качестве контроллера было решено использовать Arduino, так как это идеальная платформа с точки зрения цены. Первая проблема, которая возникла - безщеточные двигатели. Помните, мы ведь ориентируемся на бюджет в 60 $. А стоимость одного безщеточного двигателя, который можно использовать в нашей конструкции квадрокоптера, колеблется в диапазоне от 20 $ до 60 $! Кроме того, использование этих моторов предполагает установку дополнительных контроллеров - speedcontrollers. Так что было решено использовать щеточные двигатели. Габариты нашего квадрокоптера небольшие, так что были куплены моторы с относительно маленьким крутящим моментом. Гугл подсказал, что квадрокоптеры с подобными приводами существуют. Найденные моторы могут поднять до 55 грамм веса, что нас вполне устроило. Следующий шаг - решение проблем стабилизации моторов с помощью гироскопов и акселерометров. Гироскоп - это устройство, которое использует гравитацию Земли для определения угла наклона (ориентации) в пространстве. Классическая конструкция гироскопа состоит из свободно вращающегося диска, который называется ротором. Ротор установлен на оси, которая расположена по центру большего, более стабильного колеса. При вращении оси ротор остается в статичном состоянии, которое соответствует центру гравитации. Акселерометр же представляет из себя компактное устройство, которое используется для измерения ускорения. Когда объект выходит из состояния покоя (начинает двигаться) акселерометр фиксирует вибрации, которые возникают при этом движении. В акселерометрах используются микроскопические кристаллы, которые генерируют напряжение при ударах. Это напряжение снимается и формируется значение ускорения. Эти два сенсора обязательны в квадрокоптере. Именно на основании их показаний формируется управляющий сигнал, который регулирует скорость вращения двигателей для обеспечения крена, перемещения или стабилизации нашего квадрокоптера.
Необходимые узлы, детали и оборудование
Для проекта квадрокоптера с управлением от Arduino нам понадобятся:
- - провода;
- - литиевые аккумуляторы на 3.7 В;
- - транзистор: ULN2003A Darlington Transistor (можно взять транзистор, который поддерживает нагрузки и побольше);
- - моторы: 0820 Coreless Motors;
- - микроконтроллер: Arduino Uno;
- - акселлерометр/гироскоп: плата MPU-6050 (дешевый и сердитый вариант типа "все в одном");
- - 3D принтер или доступ к нему для печати деталей конструкции квадрокоптера;
- - инструменты (в том числе паяльник и умение им пользоваться!).
- КУПИТЬ литиевые аккумуляторы 3.7 В (Будьте внимательны, среди предлагаемых товаров Вам надо найти именно подходящий Вам!) ;
3-D печать деталей квадрокоптера
Один из первых шагов - создание рамы нашего квадрокоптера. Было решено пойти по пути наименьшего сопротивления и напечатать раму на 3D принтере. Помимо простоты изготовления, каркас, напечатанный на 3D принтере , получается достаточно легкий благодаря печати "сотами". Детали были спроектированы в Solidworks. Ниже представлены все твердотельные модели. Все можете их спокойно скачать и отправлять на печать. Детали сохранены в формате.stl. Если хотите, можете их смело дорабатывать и изменять с использованием того же Solidworks. Модели параметрические, так что если вы решите использовать другие моторы, достаточно просто изменить несколько параметров в модели и вы получите готовый каркас под ваши габаритные размеры квадрокоптера.
В результате вы получите что-то вроде такого:
Настройка акселерометра-гироскопа (I2C)
В этом примере использовалась плата MPU6050 от SparkFun . На Amazon она стоит около $10, работает хорошо. Аналогичный Китай на Aliexpress или Ebay предлагает подобные платы по цене до 5 долларов. Тоже отлично работает.
Что такое I2C?
На простых платах акселерометра все логично и понятно: на ней предусмотрены отдельные аналоговые выходы для осей X, Y и Z. Каждый выход соответствует отдельной оси акселерометра. Если вы теперь взглянете на плату с I2C, поймете, что тут все несколько запутаннее. I2C - это стандарт обмена данными, при котором большие объемы информации передаются с помощью цифровых логических импульсов вместо аналоговых выходов. MPU6050 предоставляет вам 6 контролируемых осей (3 для гироскопа и 3 для акселерометра). Если бы они все были аналоговыми, нам пришлось бы задействовать все аналоговые порты на Arduino Uno. С протоколом I2C мы задействует гораздо меньше контактов для подключения.
Схема подключения Arduino
Схема подключения платы MPU6050 приведена ниже. Обратите внимание, что библиотека для Arduino предполагает использование именно этих контактов. Как правило, даже если у вас плата от другого производителя, контакты обозначены одинаково, следовательно, схема подключения остается такой же.
Если вы запитаете от 5 В, плата может испортиться, так что будьте внимательны и используйте именно 3.3 В. На некоторых платах MPU6050 есть регулятор напряжения, который выполняет роль предохранителя, но рисковать все равно не стоит. Если на вашей плате есть контакт AD0, его надо подключить к земле (GND). В нашем случае контакт VIO подключен к AD0 на самой плате, так что подключать пин AD0 не надо.
Скетч для Arduino
На этом этапе вам понадобятся некоторые знания в программировании Arduino. Если вы чего-то не понимаете, остановитесь на этом моменте и постарайтесь с ним разобраться. Приведенные ниже пояснения помогут вам со многими вопросами, но описать все возможные нюансы невозможно.
После того как вы подключили MPU-6050 к вашему Arduino, включите его и загрузите скетч I2C scanner code .
Скопируйте код программы, вставьте его в пустой скетч и запустите. Откройте серийный монитор Arduino IDE (Tools->Serial Monitor) и убедитесь, что вы подключены к 9600 (нижний левый).
Если вы все сделали правильно, должно обнаружиться устройство I2C и ему присвоиться адрес 0x68 ил 0x69. Запишите его. Если появились ошибки, проверьте подключение.
Теперь вам надо загрузить скетч, который обрабатывает информацию с акселерометра/гироскопа. По сети гуляет не один вариант подобных скетчей, рекомендуем использовать вот этот . После перехода по ссылке, нажмите “Download Zip”. После скачки, разархивируйте архив. Потом этого откройте Arduino IDE. Перейдите в sketch->import library -> add library. Вам надо будет добавить обе папки: I2Cdev и MPU6050.
После того как вы установили библиотеки , откройте файл MPU6050_DMP6 (MPU6050 -> Examples). Рекомендую вам его просмотреть, даже если вы не особо ориентируетесь в коде. Если у вас присвоился адрес 0x69, вам надо раскомментировать одну строку в верхней части кода (после #includes), так как по умолчанию стоит 0x68. Теперь программа должна компилироваться.
Загрузите программу, откройте окно серийного монитора (в этот раз с 115200) и следуйте инструкциям. Поздравляю, так как сейчас вы должны были получить значения с акселерометра/гироскопа через Arduino!
Теперь запустите скетч для калибровки, который можно скачать здесь: MPU6050_calibration.ino (опять-таки, по умолчанию установлен порт 0x68, но вы можете его изменить). Запишите данные отклонений (offset), которые вы получите. Эти данные вы будете использовать в скетче MPU6050_DMP6 (и в дальнейшей программе для квадрокоптера).
Теперь у вас есть рабочий, безусловно полезный, акселерометр/гироскоп.
Подключение к Arduino
Подключение акселерометра мы рассмотрели. Следующий шаг - заставить Arduino управлять моторами. Плата Arduino предоставляет на выход небольшое значение силы тока и напряжения, так что вместо того, чтобы подключать моторы напрямую к цифровым выходам платы, мы используем транзисторы для "усиления" напряжения.
Начнем сборку электросхемы. На этом этапе нам понадобятся Arduino, моторы, транзисторы (монтажная плата и коннекторы). Схема подключения приведена ниже, под необходимыми текстовыми пояснениями. Подключите четыре ШИМ выхода (отмечены на Arduino знаком ~) к транзистору, как это показано на рисунках. После этого подключите коннекторы к моторам, которые подключены к источнику питания. В приведенном проекте квадрокоптера использовался источник питания 5 В, но должна подойти и батарея 3-5 В.
Убедитесь, что транзисторы заземлены, и земля на Arduino подключена к земле от источника питания. Убедитесь, что роторы двигателей вращаются в правильном направлении (они должны обеспечивать подъем квадрокоптера, а не крен). Если вы переключите контакт мотора с 5 В на транзистор, ротор двигателя начнет вращаться в противоположном направлении. После настройки изменять направление вращение двигателей больше не придется. Изменять мы будем только скорость.
После запуска акселерометра и его проверки, необходимо установить все на ProtoBoard (можно использовать монтажную плату, на которую напаять рельсы для установки на Arduino. Можно пойти по более элегантному пути и приобрести Proto Shield). Не стоит припаивать транзистор на плату для прототипирования. Лучше использовать для него сокет с контактами, чтобы вы могли его в любой момент заменить.
В нашем случае мы припаяли акселерометр к плате и только после этого провели калибровку. Но практика показывает, что это не совсем правильно. Для увеличения точности показаний гироскопа/акселерометра, его лучше сначала откалибровать на ровной поверхности и только потом припаять.
Можете почитать по поводу ПИД-регулирования на Вики, если вы не знакомы с этими регуляторами. PID класс для Arduino использует три входа: заданное положение, измерение и выход. Выход зависит от текущего положения и измерений. ПИД-регулятор старается изменить выход таким образом, чтобы измерения соответствовали заданному положению. В алгоритме используется интересная математика. Алгоритм ПИД-регулирования старается отработать таким образом, чтобы значения оставались максимально стабильными.
В нашем алгоритме для стабилизации используется два ПИД-контроллера: один для тангажа и другой для крена. Разница в скорости вращения пропеллеров 1 и 2 будет такой же как и разница в скорости пропеллеров 3 и 4. Аналогично для пар 1,3 и 2,4. После этого ПИД-регулятор изменяет разницу в скорости, выводя тангаж и крен в нуль.
Не забудьте проверить какие цифровые пины с Arduino идут к моторам и соответственно изменить скетч.
Дальнейшая модернизация квадрокоптера на Arduino
Основные проблемы с маленьким квадрокоптером - его стоимость и вес. Можете поискать моторы побольше и помощнее, но это особо не улучшит его характеристики. Что вам действительно поможет, (если вы готовы отдать больше денег) - это безщеточные (вентильные) моторы. По характеристикам они на порядок лучше, но в довеску к ним надо использовать контроллеры скорости, что сделает квадрокоптер дороже.
Для уменьшения веса конструкции лучше всего использовать именно Arduino Uno, так как к этой модели контроллера можно снять "прошитый" чип микропроцессора и установить его непосредственно на вашу ProtoBoard. В результате вы выиграете около 30 грамм веса, что немало при таких масштабах. Дополнительно вам надо будет использовать еще несколько конденсаторов и т.п. Или, как альтернативный вариант, можно использовать Arduino Pro Mini.
Программа для Arduino, которая написана и представлена в предыдущем разделе, может быть легко расширена и обогащена дополнительным функционалом. Самое главное, что на этом этапе квадрокоптер уже может автоматически стабилизировать полет. Если вы хотите настроить дистанционное управление, можете посмотреть в сторону трансмиттеров/ресиверов или bluetooth модулей. В общем, основа у вас теперь есть, а пространства для дальнейшей модернизации - еще больше.
Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!
Здравствуйте, хаброжители!
В этой серии статей мы с вами приоткроем крышку квадрокоптера чуть больше, чем этого требует хобби, а также напишем, настроим и запустим в воздух собственную программу для полетного контроллера, которым будет являться обычная плата Arduino Mega 2560.
У нас впереди:
- Базовые понятия (для начинающих коптероводов).
- PID-регуляторы с интерактивной web-демонстрацией работы на виртуальном квадрокоптере.
- Собственно программа для Arduino и настроечная программа на Qt.
- Опасные тесты квадрокоптера на веревке. Первые полёты.
- Крушение и потеря в поле. Автоматический поиск с воздуха средствами Qt и OpenCV.
- Окончательные успешные тесты. Подведение итогов. Куда дальше?
Материал объемный, но постараюсь уложиться в 2-3 статьи.
Сегодня нас ожидает: спойлер с видео, как наш квадрокоптер полетел; базовые понятия; PID-регуляторы и практика подбора их коэффициентов.
Зачем все это?
Академический интерес, который, кстати, преследует не только меня ( , ). Ну и, конечно же, для души. Я получил огромное удовольствие во время работы и ощутил настоящее непередаваемое счастье, когда «ЭТО» полетело с моей программой:-)Для кого?
Данный материал может быть интересен в том числе и людям, которые далеки, или пока только собираются заняться мультироторными системами. Сейчас поговорим про назначение основных узлов квадрокоптера, про то, как они взаимодействуют между собой, про основные понятия и про принципы полёта. Конечно, все знания, которые нам потребуются, можно найти в сети, но нельзя же заставлять выискивать их на просторах необъятного интернета.Без ущерба для понимания в базовых понятиях смело пропускайте все, что вам известно, до следующего незнакомого термина, выделенного жирным , или до непонятной иллюстрации.
НЕТ №1!
Не беритесь писать собственную программу для полетного контроллера, пока не попробуете готовые решения, которых сейчас достаточно много (Ardupilot, MegapirateNG, MiltiWii, AeroQuad и т.п.). Во-первых, это опасно! Чтобы управлять квадрокоптером без GPS и барометра нужна практика, а тем более, когда он глючит, переворачивается, летит не совсем туда, куда надо - а этого почти не избежать во время первых тестов. Во-вторых, вам будет во много раз легче программировать понимая, что нужно программировать и как оно должно работать в итоге. Поверьте: математика полета - лишь малая часть кода программы .НЕТ №2!
Не беритесь писать собственную программу для полетного контроллера, если вас не преследует академический интерес и вам нужно только то, что уже давно умеют готовые решения (летать, фотографировать, снимать видео, летать по заданию и т.п.) Пока вы сами все напишите, пройдет немало времени, даже если вы не один.Базовые понятия
Квадрокоптеры бывают разные, но всех их объединяют четыре несущих винта:
Мы будем летать на раме квадрокоптера формы «X», потому что она мне больше нравится внешне. У каждой конструкции свои плюсы и свое предназначение. Кроме квадрокоптеров есть и другие мультикоптеры. Даже если не считать экзотические варианты, все равно их видов - целая куча!
Разберемся, как наш квадрокоптер устроен внутри, и чем же должен заниматься полетный контроллер, который мы планируем программировать.
Углы тангажа, крена и рыскания (pitch, roll, yaw) - углы, которыми принято определять и задавать ориентацию квадрокоптера в пространстве.
Иногда слово «угол» опускают и просто говорят: тангаж, крен, рыскание. Но согласно Википедии это не совсем точно. Полет квадрокоптера в необходимом направлении достигается изменением этих трех углов. Например, чтобы полететь вперед квадрокоптер должен наклониться за счет того, что задние моторы закрутятся чуть сильнее передних:
Газ квадрокоптера - среднее арифметическое между скоростями вращения всех моторов. Чем больше газ, тем больше суммарная тяга моторов, тем сильнее они тащат квадрокоптер вверх (НЕ ВПЕРЕД!!! «Тапок в пол» здесь означает наискорейший подъем). Обычно измеряется в процентах: 0% - моторы остановлены, 100% - вращаются с максимальной скоростью. Газ висения - минимальный уровень газа, который необходим, чтобы квадрокоптер не терял высоту.
Газ, тангаж, крен, рыскание - если вы можете управлять этими четырьмя параметрами, значит вы можете управлять квадрокоптером. Их еще иногда называют каналами управления. Если вы приобрели двухканальный пульт, с квадрокоптером вам не совладать. Трехканальный скорее подойдет для маленьких вертолетов: без управления креном летать можно, но на квадрокоптере - не удобно. Если вы хотите менять режимы полета, придется раскошелиться на пятиканальный пульт. Хотите управлять наклоном и поворотом камеры на борту - еще плюс два канала, хотя профессионалы используют для этого отдельный пульт.
Режимов полета существует много. Используется и GPS, и барометр, и дальномер. Но мы хотим реализовать базовый - режим стабилизации (stab, stabilize , летать в «стабе»), в котором квадрокоптер держит те углы, которые ему задаются с пульта не зависимо от внешних факторов. В этом режиме при отсутствии ветра квадрокоптер может висеть почти на месте. Ветер же придется компенсировать пилоту.
Направление вращения винтов выбирается не случайно. Если бы все моторы вращались в одну сторону, квадрокоптер вращался бы в противоположную из-за создаваемых моментов. Поэтому одна пара противостоящих моторов всегда вращается в одну сторону, а другая пара - в другую. Эффект возникновения моментов вращения используется, чтобы изменять угол рыскания: одна пара моторов начинает вращаться чуть быстрее другой, и вот уже квадрокоптер медленно поворачивается к нам лицом (ужас какой):
- LFW - left front clockwise rotation (левый передний, вращение по часовой стрелке)
- RFC - right front counter clockwise rotation (правый передний, вращение против часовой стрелке)
- LBC - left back counter clockwise rotation (левый задний, вращение против часовой стрелке)
- RBW - right back clockwise rotation (правый задний, вращение по часовой стрелке)
Скоростью вращения моторов управляет полетный контроллер (контроллер, мозги) . Обычно это небольшая плата или коробочка с множеством входов и выходов. Существует огромное количество различных контроллеров с разным набором возможностей, разными прошивками, разными задачами. Вот лишь некоторые:
Обобщенной задачей полетного контроллера является несколько десятков раз в секунду выполнять цикл управления в который входит: считывание показаний датчиков, считывание каналов управления, обработка информации и выдача управляющих сигналов моторам, чтобы выполнять команды пилота. Именно это мы и собираемся запрограммировать.
Различных видов датчиков, которые можно задействовать, очень много. Мы будем использовать ставшие уже почти обязательными во всех квадрокоптерах трехосевой гироскоп и трехосевой акселерометр . Акселлерометр измеряет ускорение, гироскоп измеряет угловую скорость. Благодаря им полетный контроллер узнает текущие углы тангажа, крена и рыскания. Эти датчики бывают встроенными в полетный контроллер, а бывают внешними. Процесс вычисления трех углов по показаниям датчиков - тема для отдельной статьи. Но нам этого здесь знать не надо: за нас все сделает MPU-6050. Это небольшая плата, проводящая необходимые вычисления и фильтрации у себя внутри и выдающая по протоколу i2c уже почти готовые углы. Нам останется их считать, обработать с остальными данными и выдать управляющие сигналы моторам.
Моторы на мультикоптерах потребляют большие токи, поэтому полетный контроллер управляет ими не напрямую, а через специальные аппаратные драйвера, называемые регуляторами скорости (ESC , ре́гуль, е́ска) . Эти регуляторы питаются от основного бортового аккумулятора, управляющий сигнал получают от контроллера, а на выходе у них стоит по три провода (A, B, C), которые непосредственно идут к моторам (каждому мотору - свой регуль!)
«Протокол» общения между регулятором и мотором нам не так важен, как «протокол» общения между полетным контроллером и регулятором, ведь нам предстоит из контроллера программно управлять регулятором. Бывают регуляторы, управляемые по i2c, но наиболее распространенные управляются сигналом прямоугольной формы с минимумом 0 вольт и максимумом 3-5 вольт (его называют ШИМ или PWM , а некоторые утверждают, что правильнее - PPM . Подробнее, например, ).
«Протокол» - это громко сказано: чтобы дать команду мотору вращаться с максимальной скоростью контроллер должен отправлять импульсы длительностью 2 миллисекунды, перемежающиеся логическим нулем длительностью 10 - 20 миллисекунд. Длительности импульса в 1 миллисекунду соответствует остановка мотора, 1.1 мс - 10% от максимальной скорости, 1.2 мс - 20% и т.п. Практически длительность нуля не играет никакой роли, важна только длительность самого импульса.
При всей кажущейся простоте, здесь кроется засада: полетные контроллеры бывают разные с разными настройками, регуляторы бывают разные, и минимум (1 мс) и максимум (2 мс) - не универсальны. В зависимости от множества факторов диапазон 1-2 мс может на деле оказаться 1.1 - 1.9 мс. Для того, чтобы регулятор и контроллер говорили абсолютно на одном языке существует процедура калибровки регуляторов . В ходе этой процедуры диапазоны регуляторов изменяются и становятся равными диапазону контроллера. Процедура зашита в программу каждого регулятора и включает в себя несколько простых шагов (шаги могут отличаться в зависимости от производителя - читайте инструкции!):
- Отключить питание регулятора.
- Снять с мотора пропеллер.
- Подать на вход регулятора сигнал, соответствующий максимальной скорости вращения.
- Подать на регулятор питание. Мотор при этом должен сохранять неподвижность без посторонней помощи.
- Подать на вход регулятора сигнал, соответствующий минимальной скорости вращения.
- Сделать паузу 1-2 секунды, дождаться характерного писка.
- Отключить питание регулятора.
После этого в регулятор будут занесены соответствующие границы интервала. При попытке взлететь с некалиброванными регуляторами последствия могут оказаться неожиданными: от внезапного рывка квадрокоптера в ближайшее дерево до полной неподвижности моторов при любом значении газа.
PWM с точно таким же принципом использует и бортовой приемник . Это небольшое устройство, получающая сигналы радиоуправления с земли и передающая их в полетный контроллер. Чаще всего в полетном контроллере для каждого канала управления (газ, тангаж, крен и т.п.) имеется свой вход на который поступает PWM. Логика взаимодействия проста: команда, например, «70% газ» непрерывно идет с земли на приемник, где преобразуется в PWM и по отдельному проводу поступает в полетный контроллер. Аналогично с тангажем, креном, рысканием.
Раз между приемником и контроллером свои товарищеские PWM отношения, то их тоже придется калибровать: пульты с приемниками бывают разные со своими диапазонами работы. Контроллер должен уметь подстраиваться. Процедуру калибровки радио , в отличие от калибровки регуляторов нам придется создавать самим как часть полетный программы. Общий план калибровки такой:
- Снять пропеллеры с моторов на всякий случай.
- Каким-либо образом перевести контроллер в режим калибровки радио.
- Контроллер запускает калибровку радио на несколько десятков секунд.
- За отведенное время двигаем всеми стиками пульта во все стороны до упоров.
- Контроллер запоминает максимумы и минимумы для всех каналов управления во внутреннюю память на века.
Помимо программы для полетного контроллера необходима еще одна программа: интерфейс настройки полетного контроллера . Чаще всего им является программа для PC, которая соединяется с полетным контроллером по USB и позволяет пользователю настраивать и проверять полетную программу, например: запускать калибровку радио, настраивать параметры стабилизации, проверять работу датчиков, задавать маршрут полета на карте, определять поведение мультикоптера при потере сигнала и многое другое. Мы свой интерфейс настройки будем писать на C++ и Qt в виде консольной утилиты. Вот она, если заглянуть в будущее:
Никто не застрахован от случайностей. Даже десятидюймовые пластиковые винты на маленьких моторах могут оставить кровавые синяки на коже, которые будут болеть еще неделю (проверено лично). Элементарно сделать себе новый макияж и прическу, если зацепить стик газа на пульте, пока несешь включенный квадрокоптер. Поэтому полетный контроллер должен обеспечивать хоть какую-то безопасность: механизм armed/disarmed . Состояние квадрокоптера «disarmed» означает, что моторы отключены и даже команда полного газа с пульта не имеет никакого эффекта, хотя питание подано. Состояние «armed» квадрокоптера означает, что команды с пульта выполняются полетным контроллером. В этом состоянии квадрокоптеры взлетают, летают и садятся. Квадрокоптер включается и должен сразу попасть в состояние disarmed на тот случай, если невнимальельный пилот включает его, когда стик газа на пульте находится не в нуле. Чтобы перевести коптер в состояние «armed» пилоту необхоимо сделать какой-то заранее оговоренный жест стиками пульта. Часто этим жестом является удержание левого стика в правом нижнем углу (газ = 0%, рыскание = 100%) втечении пары секунд. После этого полетный контроллер делает хотя бы минимальную самопроверку и при ее успешном прохождении "армится " (к полету готов!) Другим жестом (газ = 0%, рыскание = 0%) квадрокоптер "дизармится ". Еще одна хорошая мера безопасности - автодизарм , если газ был на нуле втечении 2-3 секунд.
О моторах, аккумуляторах, регуляторах, пропеллерах
Выбор комплектующих для мультикоптера - тема для целого цикла статей. Если вы собираетесь сделать свой первый квадрокоптер - сформулируйте, для чего он вам нужен, и воспользуйтесь советами бывалых или возьмите список комплектующих, который составил кто-то другой и успешно на нем летает.
И все же для общего понимания полезно знать основные моменты.
Аккумуляторы
Среди любителей и профессионалов многороторных систем наиболее распространены литий-полимерные аккумуляторы, как основные источники питания бортовой электроники и моторов. Их различают по емкости, напряжению и максимальной токоотдаче. Емкость, как обычно, измеряется в ампер-часах или миллиампер-часах. Напряжение измеряется в количестве «банок» аккумулятора. Одна «банка» - в среднем 3.7 вольт. Полностью заряженая «банка» - 4.2 вольта. Наиболее распространеты аккумуляторы с количеством банок от трех до шести. Максимальная токоотдача измеряется в амперах, а маркируется, например вот так: 25C. C - емкость аккумулятора, 25 - множитель. Если емкость равна 5 амперам, то такой аккумулятор может отдавать 25 * 5 = 125 ампер. Конечно же параметр токоотдачи лучше брать с запасом, но, в основном, чем он больше, тем дороже аккумулятор. Пример маркировки: 25C 3S 4500mah.
Каждая банка является отдельным аккумулятором. Все они спаяны последовательно. Для того чтобы равномерно заряжать все банки предусматривается баллансировочный разъем с доступом к каждой банке отдельно, и использутся специальные зарядные устройства.
Моторы, пропеллеры, регуляторы
Основной параметр бесколлекторного мотора - его kv. Это количество оборотов в минуту на каждый вольт поданного напряжения. Наиболее распространены моторы с kv от 300 до 1100. Kv ближе к 1000 обычно выбирают для малых квадрокоптеров (1-2 килограмма плюс 500 граммов полезной нагрузки) и ставят на них пластиковые пропеллеры до 12 дюймов в диаметре. На больших мультикоптерах (для поднятия хорошей и тяжелой фото-видео техники) или на долголетах (для рекордов по времени полета) обычно стоят моторы с низким kv (300-500) и огромными карбоновыми пропеллерами (15 - 20 дюймов в диаметре). Kv - не единственный важный параметр мотора: часто можно встретить целые таблицы зависимости мощности мотора и тяги от подаваемого напряжения и типа установленного пропеллера. Кроме того, каждый мотор рассчитан на свой диапазон напряжений (количество банок аккумулятора) и на свой максимальный ток. Если производитель пишет 3-4S, не стоит использовать его с 5S аккумуляторами. Это же касается и регуляторов.
Если мотор рассчитан на ток до 30А, то регулятор стоит рассчитывать на ток до 30 + 10А, чтобы не допускать перегревов. Некачественные или неподходящие регуляторы могут вызвать так называемые «срывы синхронизации» и остановку мотора в полете, и вы узнаете еще один мультироторный термин: "поймал планету ." Еще один важный момент - толщина и качество проводов. Неправильно рассчитанное сечение провода или плохой коннектор могут привести к пожару в воздухе.
Как видите, нюансов очень много. Я не перечислил даже половины, поэтому самому подобрать комплектующие для первого мультикоптера довольно трудно.
Математика стабилизации, ПИД-регуляторы (PID)
Если вы решили заняться мультикоптерами, то рано или поздно вам придется столкнуться с настройкой ПИД-регулятора, поскольку этот математический аппарат применяется почти во всех задачах стабилизации: стабилизация углов квадрокоптера в воздухе, полет и удержание позиции по GPS, удержание высоты по барометру, бесколлекторные механизмы стабилизации видеокамеры в полете (подвес камеры).
Вы приобретаете двухосевой подвес для камеры, ставите туда, например, GoPro, включаете и вместо стабилизации получаете конвульсии, вибрации и дергания, хотя все датчики откалиброваны и механические проблемы устранены. Причина - неверные параметры ПИД-регуляторов.
Вы собираете мультикоптер, калибруете датчики, регуляторы, радио, все проверяете, пытаетесь взлететь, а он такой унылый в воздухе, что его даже легким ветерком переворачивает. Или наоборот: он такой резкий, что внезапно срывается с места и крутит тройное сальто без разрешения. Причина все та же: параметры ПИД-регуляторов.
Для многих устройств использующих ПИД-регуляторы существуют инструкции по настройке, а то и несколько в добавок к многочисленным видеонструкциям от самих пользователей. Но чтобы легче ориентироваться в этом многообразии полезно понимать, как же внутри устроены эти регуляторы. Кроме того, мы же собираемся писать собственную систему стабилизации квадрокоптера! Предлагаю вместе со мной самим заново «изобрести» и «на пальцах» понять формулу ПИД-регулятора. Для тех, кому больше нравится сухой математический язык, я рекомендую Википедию, т.к. в русской пока не так подробно изложен материал.
Будем рассматривать квадрокоптер в двумерном пространстве, где у него есть только один угол - угол крена, и два мотора: левый и правый.
В полетный контроллер непрерывно поступают команды с земли: «крен 30 градусов», «крен -10 градусов», «крен 0 градусов (держать горизонт)»; его задача - как можно быстрее и точнее их выполнять с помощью моторов с учетом: ветра, неравномерного распределения веса квадрокоптера, неравномерного износа моторов, инерции квадрокоптера и т.п. Таким образом, полетный контроллер должен непрерывно решать задачу, какую скорость вращения подавать на каждый мотор с учетом текущего значения угла крена и требуемого. Непрерывно - это, конечно, громко сказано. Все зависит от вычислительных возможностей конкретного железа. На Adruino вполне можно одну итерацию цикла обработки и управления уместить в 10 миллисекунд. Это значит, что раз в 10 миллисекунд будут считываться показания углов квадрокоптера, и на их основе будут отправляться управляющие сигналы к моторам. Эти 10 миллисекунд называют периодом регулирования . Понятно, что чем он меньше, тем чаще и точнее происходит регулирование.
Уровень газа поступает из приемника в контроллер. Обозначим его . Напомню, что это среднее арифметическое между скоростями вращения всех моторов, выраженное в процентах от максимальной скорости вращения. Если и - скорости вращения левого и правого моторов, то:
где - реакция квадрокоптера (усилие), которое создает момент вращения за счет того, что левый мотор вращается на быстрее, чем газ, а правый - на столько же медленнее. может принимать и отрицательные значения, тогда правый мотор закрутится быстрее. Если мы научимся вычислять эту величину на каждой итерации цикла обработки, значит мы сможем управлять квадрокоптером. Понятно, что как минимум должно зависеть от текущего угла крена () и желаемого угла крена (), который поступает с пульта управления.
Представим ситуацию: поступает команда «держать горизонт» ( = 0), а квадрокоптер имеет крен влево:
- разность (ошибка) между и , которую контроллер стремится минимизировать.
Чем больше разность между желаемым углом крена и текущим, тем сильнее должна быть реакция, тем быстрее левый мотор должен закрутиться относительно правого. Если это записать с использованием наших обозначений:
Здесь P - коэффициент пропорциональности. Чем он больше, тем сильнее будет реакция, тем резче квадрокоптер будет реагировать на отклонение от требуемого угла крена. Эта интуитивно понятная и простая формула описывает работу пропорционального регулятора . Суть элементарна: чем сильнее квадрокоптер отклонился от требуемого положения, тем сильнее надо пытаться его вернуть. К сожалению, эту формулу придется усложнить. Главная причина - перерегулирование.
За несколько десятков миллисекунд (несколько итераций цикла обработки) под воздействием пропорционального регулятора квадрокоптер вернется в требуемое (в данном случае горизонтальное) положение. Все это время ошибка и усилие будут иметь один и тот же знак, хоть и становиться все меньше по модулю. Набрав какую-то скорость поворота (угловую скорость) квадрокоптер просто перевалится на другой бок, ведь никто его не остановит в требуемом положении. Все равно что пружина, которая всегда стремится вернуться в начальное положение, но если ее оттянуть и отпустить - будет колебаться, пока трение не возьмет верх. Конечно, на квадрокоптер тоже будет действовать трение, но практика показывает, что его не достаточно.
По этой причине в пропорциональный регулятор нужно добавить еще одно слагаемое, которое будет тормозить вращение квадрокоптера и препятствовать перерегулированию (переваливанию в противоположную сторону) - своего рода имитация трения в вязкой среде: чем быстрее поворачивается квадрокоптер, тем сильнее надо пытаться его остановить, конечно, в разумных пределах. Скорость вращения (скорость изменения ошибки) обозначим как , тогда:
где D - настраиваемый коэффициент: чем он больше, тем сильнее останавливающее усилие. Из школьного курса физики всплывают смутные воспоминания, что скорость изменения любой величины - производная этой величины по времени:
.И вот пропорциональный регулятор превращается в пропорционально-дифференциальный (пропорциональное слагаемое и дифференциальное):
.
Ошибку вычислить легко, ведь на каждой итерации мы знаем и ; P и D - настраиваемые перед запуском параметры. Для вычисления производной (скорости изменения ) необходимо хранить предыдущее значение, знать текущее значение и знать время, которое прошло между измерениями (период регулирования). И вот она - физика шестого класса школы (скорость = расстояние / время):
.
- период регулирования; - значение ошибки с предыдущей итерации цикла регуляции. Кстати, эта формула - простейший способ численного дифференцирования, и он нам здесь вполне подойдет.
Теперь у нас есть пропорционально-дифференциальный регулятор в плоском «бикоптере», но осталась еще одна проблема. Пусть левый край будет весить чуть больше правого, или, что то же самое, левый мотор работает чуть хуже правого. Квадрокоптер чуть наклонен влево и не поворачивается обратно: дифференциальное слагаемое равно нулю, а пропорциональное слагаемое хоть и принимает положительное значение, но его не хватает, чтобы вернуть квадрокоптер в горизонтальное положение, ведь левый край весит чуть больше правого. Как следствие - квадрокоптер будет все время тянуть влево.
Необходим механизм, который бы отслеживал такие отклонения и исправлял их. Характерной особенностью таких ошибок является то, что они прявляют себя со временем. На помощь приходит интегральное слагаемое. Оно хранит сумму всех ошибкок по всем итерациям цикла обработки. Как же это поможет? Если пропорционального слагаемого не достаточно, чтобы исправить маленькую ошибку, но она все равно есть - постепенно, со временем, набирает силы интегральное слагаемое, увеличивая реакцию и квадрокоптер принимает требуемый угол крена.
Тут есть нюанс. Предположим равна 1 градусу, цикл регулирования - 0.1с. Тогда за одну секунду сумма ошибок примет значение 10 градусов. А если цикл обработки - 0.01с, то сумма наберет аж 100 градусов. Чтобы за одно и тоже время интегральное слагаемое набирало одно и тоже значение при разных периодах регулирования, полученную сумму будем умножать на сам период регулирования. Легко посчитать, что в обоих случаях из примера получается сумма в 1 градус. Вот оно - интегральное слагаемое (пока без настраиваемого коэффициента):
.
Эта формула - не что иное, как численный интеграл по времени функции в интервале от нуля до текущего момента. Именно поэтому слагаемое называется интегральным:
,где T - текущий момент времени.
Пришло время записать окончательную формулу пропорционально-интергрально-дифференциального регулятора:
,
где - один из настраиваемых параметров, которых теперь трое: . Эта формула удобна в применении из программного кода, а вот формула, которая приводится в учебниках:
.
Существует несколько ее вариаций, например, можно ограничить модуль интегрального слагаемого, чтобы он не превысил определенный допустимый порог (мы так и будем делать).
Практика
Ну а теперь пришло время для практики подбора коэффициентов. Читателям предлагается JavaScript-страничка с виртуальным квадрокоптером, который он уже видел на картинках: подбор параметров PID-регулятора для квадрокоптера (JSFiddle). При первом запуске сразу видно перерегулирование - колебания вокруг требуемого положения. Когда колебания останавливаются, можно наблюдать эффект, что пропорциональный коэффициент не справляется с ошибкой из-за «несимметричного» квадрокоптера (задается галочкой «Asymmetry»). Для настройки доступны параметры P, I, D. Теперь вы знаете что с ними делать. «Скролом» под квадрокоптером можно управлять требуемым значением крена. «Interval (ms):» - интервал регулирования. Уменьшать его - «читерство», но посмотреть как он влияет на качество стабилизации - очень полезно.Для любителей «чистой» математики можно предложить настроить абстрактный ПИД-регулятор
Введенные параметры автоматически не применяются: нужно жмакать «Apply». Пара небольших советов: если вам кажется, что квадрокоптер слишком медленно реагирует на управление - можно увеличить P, но слишком большое значение P может привести к перерегулированию. С перерегулированием поможет справиться параметр D, но слишком большие значения приведут к частым колебаниям, или опять к перерегулированию. Параметр I, обычно, в 10 - 100 раз меньше, чем параметр P т.к. его сила в накоплении во времени, а не в быстром реагировании.
Ручная настройка ПИД-параметров требует практики. Существуют аналитические методы их вычисления, но они требуют хорошей подготовки и точного знания многих параметров конкретной настраиваемой системы. Как среднее между ручным подбором и аналитическим вычислением есть широкий ряд эмпирических методов, предложенных различными исследователями.
В нашем 2D квадрокоптере меняется только один угол - угол крена. В настроящем 3D квадрокоптере потребуется три независимых ПИД-регулятора для каждого из углов, а управление конкретным мотором будет представлять сумму усилий по всем регуляторам.
Заключение первой части
В этой статье мы познакомились с базовыми понятиями: квадрокоптер и принцип полета, тангаж, крен, рыскание, газ, газ висения, режим полета stabilize, полетный контроллер, гироскоп, акселерометр, регулятор скорости, ШИМ, калибровка регуляторов, калибровка радио, бортовой приемник, интерфейс настройки полетного контроллера, состояния armed/disarmed, автодизарм .После этого мы заново изобрели формулу ПИД-регулятора немного каснувшись численного дифференцирования и интегрирования , и на своей шкуре испытали, как настраивать параметры P, I, D на виртуальном квадрокоптере .
Теперь, если вы владеете световым мечем-программированием, вы можете приступать к своей программе стабилизации квадрокоптера, или, еще лучше, присоединиться со свежими идеями к существующими open source проектам. Ну а я через неделю-другую, когда появятся силы и время, чтобы соответствовать качеству, продолжу рассказ, как это все программировалось, тестировалось, падало, резало мне пальцы и вовсе улетало в неизвестном направлении. Если вам очень захотелось продолжения - можете напнуть меня здесь или, например, Вконтакте: это немного придает стимула.
В заключении этой части я просто обязан упомянуть человека, который помогал мне в выборе комплектующих и настройке самого сложного (первого!) квадрокоптера на прошивке MegapirateNG и терпеливо отвечал на сотни вопросов по этим самым базовым понятиям: , спасибо тебе! :-)
В награду тем, кто смог промотать всю эту простыню, выкладываю обещанное маленькое видео, как наш квадрокоптер с нашими «изобретенными» ПИД-регуляторами, на нашей программе для Arduino Mega 2560 летает:
Конечно, ему не хватает GPS, как в коммерческих и массовых продуктах, немного не хватает устойчивости, но зато - НАШ, и мы знаем его вдоль и поперек до последнего множителя при интегральном коэффициенте! И это действительно круто, что сегодня нам доступны такие технологии.
Еще квадрокоптер имеет автономное питание. Итоговая стоимость такой самоделки порядка 60$.
Если есть более солидная сумма, то перспективнее оснастить самоделку моторами без щеток с соответствующими контроллерами.
Для стабилизации полета используется гироскоп и акселерометр. Гироскоп нужен для того, чтобы определить угол наклона квадрокоптера относительно земной гравитации. Акселерометр нужен для того, чтобы вычислять ускорение.
Материалы и инструменты:
- литиевые аккумуляторы (на 3.7 В);
- провода;
- транзистор ULN2003A Darlington Transistor (можно использовать и более мощные транзисторы);
- двигатели типа 0820 Coreless Motors;
- микроконтроллер Arduino Uno;
- плата MPU-6050 (это одновременно и гироскоп и акселерометр);
- наличие 3D-принтера или доступ к нему;
- необходимые инструменты.
Процесс изготовления:
Шаг первый. Создаем корпус квадрокоптера
Корпус делается очень быстро и просто. Он распечатывается с помощью 3D-принтера. Создание каркаса, таким образом, хорошо тем, что он выходит легким, все это благодаря печати «сотами». Проектирование деталей происходило в программе Solidworks. С помощью этой программы можно отредактировать параметры корпуса, внести в него свои изменения, если это нужно.
После того как каркас квадрокоптера будет распечатан, можно устанавливать двигатели и припаивать к ним провода.
Шаг второй. Подключаем Arduino
Как подключать плату MPU6050 можно увидеть на схеме ниже. Важно понимать, что библиотека Arduino подразумевает подключение именно через эти контакты. Если используется схема другого производителя, то важно проследить, чтобы контакты располагались в такой же последовательности.
Для питания платы используется напряжение только 3.3 В, если запитать ее от напряжения 5 В, она испортится. На некоторых платах MPU6050 имеется предохранитель, который защищает систему от высокого напряжения, но лучше не рисковать. Если на плате имеется контакт AD0, его нужно подключить к земле (GND). В данном случае VIO подключен к выходу AD0 непосредственно на плате, поэтому подключать контакт AD0 не нужно.
Чтобы Arduino могла управлять двигателями, понадобятся транзисторы, благодаря ним можно будет подавать большое напряжение на двигатели. Более подробно увидеть, как подключаются все элементы, можно на схеме.
Шаг третий. Скетч для Arduino
После того как MPU-6050 будет подключен к Arduino, его нужно включить и загрузить скетч I2C scanner code. Далее нужно скопировать код программы и вставить его в пустой скетч. После этого нужно открыть серийный монитор Arduino IDE (Tools->Serial Monitor) и убедится в том, что подключен 9600.
Если все сделано верно, будет обнаружено устройство I2C, ему будет присвоен адрес 0x68 или же 0x69, его нужно записать.
Далее загружается скетч, который обрабатывает информацию с гироскопа и акселерометра. Их в интернете есть много, но лучше всего использовать .
На заключительном этапе нужно будет откалибровать значения гироскопа и акселерометра. Для этого нужно найти плоскую поверхность и поставить на нее MPU6050. Далее запускается скетч для калибровки, полученные данные отклонения записываются и используются затем в скетче MPU6050_DMP6 .
Шаг четвертый. Программа для Arduino
благодаря программе, которая выложена , квадрокоптер стабилизируется и зависает в стабильном состоянии. Далее с помощью этой программы происходит управление квадрокоптером.
Для стабилизации квадрокоптера используется два ПИД-контроллера. Один нужен для тангажа, а второй для крена. Контроллер измеряет скорости вращения винтов и на основе этого происходит управление квадрокоптером.
Шаг пятый. Модификация квадрокоптера
Главная проблема маленького и дешевого квадрокоптера - это его вес. Чтобы решить эту проблему, нужно установить более мощные и легкие двигатели, лучше всего подойдут безщеточные, их еще называют вентильными. Они на много лучше щеточных, но к ним нужно покупать еще и контроллеры скорости, поэтому стоимость самоделки резко возрастает.
