Дрон своими руками: от схемы до программирования
В этой статье поговорим о том, как своими руками собрать полностью автономный дрон. Наш аппарат будет оборудован GPS, он будет уметь летать по заданной траектории и координатам и выполнять большое количество различных полетных заданий. Мы продемонстрируем процесс сборки летательного аппарата, готового к полету и выполнению миссий.
Важное замечание
Перед попыткой выполнить инструкции данной статьи убедитесь в том, что в вашей стране не действуют запреты на покупку и хранение запчастей для дронов, а также сборку и запуск таковых. Пожалуйста, ознакомьтесь с законодательством, связанным с использованием самодельных беспилотных летательных аппаратов по месту проживания.Комплектующие
Для сборки нам понадобятся следующие запчасти:
Рама
ZMR250 или аналог
Контроллер
SpeedyBee F405 V3
Батарея
XT-60, 3500 мАмп
Двигатели
Racerstar BR2306S 2700 KV
Пропеллеры
По часовой
Пропеллеры
Против часовой
GPS модуль
UBLOX 7M или 8M
Модемы
Holybro SiK
Изолента
Любая
Важное замечание
Контроллер SpeedyBee F405 V3 изначально разрабатывался для полетов, управляемых при помощи пульта. И прошивка по умолчанию от Ardupilot тоже на это рассчитана. Однако мы немного изменим ее в процессе настройки квадрокоптера, что даст нам возможность подключить модуль телеметрии и сделать беспилотник полностью автономным и принимать все команды от компьютера.Важное замечание
Двигатели, которые мы рекомендуем, отличаются от тех, что используются в этой статье. Первая версия этого дрона собрана именно на Racerstar. Просто у нас не оказалось под рукой таких же и решено было продемонстрировать на похожих. Они сделали наш дрон на 50 граммов тяжелее предыдущего, что, естественно, скажется на длительности полетов.Инструменты
Ниже приведен необходимый набор инструментов:
Паяльник
Жидкости
Инструменты
Сборка: часть первая
Для начала необходимо собрать часть нижнего этажа рамы, прикрутив красные стойки, как показано на картинке:
Как будет видно на изображениях ниже, я зыбыл это сделать в самом начале и поплатился тем, что в конце пришлось перебрать раму заново.
Соберите до конца первый этаж, и обязательно установите на него плату распределения питания по центру, затем закрепите болтами из набора для полетного контроллера. Далее, поочередно прикрутите все двигатели, обмотайте изолетнтой их провода у основания рамы, так чтобы не болтались. После этого отмерьте длину проводов, достаточную для того, чтобы быть последовательно припаянной к контактам платы распределения и отрежьте. Затем, оголите кончики проводов, чтобы подготовить их к лужению.
Важное замечание
Будьте предельно осторожны и не старайтесь с первого раз найти идеальную длину проводов. Лучше отрезать с небольшим запасом, так как он не будет сильно мешать. А вот слишком короткие провода наращивать достаточно сложно. Также, не стоит выбрасывать обрезки. В будущем они могут пригодиться, если понадобится собрать дрон побольше на этих же моторах.Пайка
Плата распределения питания
В первую очередь произведем пайку проводов моторов, проводов подключения источника питания к плате распределения, а также конденсатора.
Выполните пайку в соответствии со схемой на изображении:
Важное замечание
Не забудьте залудить контакты перед пайкой: покройте флюсом место пайки, затем расплавьте припой и нанесите его поверх флюса, чтобы образовалась круглая горка, достаточная для того, чтобы к ней надежно закрепился провод. Повторите то же самое с проводами, чтобы они "впитали" достаточно припоя. Только после этого производите пайку первого ко второму.
Важное замечание
Красный провод источника питания должен быть припаян к знаку "+", черный - к знаку "-".Конденсатор необходим для сглаживания скачков напряжения, подаваемого на плату от источника. У конденсатора 2 полюса. Традиционно более длинный провод соответствует знаку "+", но для удобства пайки его лучше укоротить. Не забудьте перед началом пайки конденсатора надеть термоусодочные трубки, поставляемые в комплекте, на контакты.
Важное замечание
После пайки все места, где она производилась, необходимо покрыть специальным изолирующим лаком и оставить сохнуть на время, указанное производителем лака. Для надежности, можно сделать это 2 раза с промежутком в 30-60 минут.Полетный контроллер
Далее, нам потребуется припаять провода модема и GPS модуля к полетному контроллеру.
Пайка должна соответствовать следующей схеме:
Важное замечание
От модема отходят 6 проводов. На нашем контроллере для RTS и CTS нет интерфейса, поэтому паять будем только оставшиеся 4, а RTS/CTS можно вытащить для эстетичности. Выбрасывать их не стоит - могут пригодиться в будущем если решите перейти на другой полетный контроллер. Следуйте инструкции ниже. Если вы правша, то паять проще в таком же порядке.
5V -> 5V
Gnd -> G
TX -> R3
RX -> T3
RTS - не припаиваем
CTS - не припаиваем
Обратите внимание на то, что контакты "Tx" (Transmit) от модема/GPS-модуля припаиваются к контактам "Rx" (Receive) на контроллере. Также, необходимо строго соблюдать нумерацию "Т" и "R", так как наш контроллер будет запрограммирован на отправку и прием сигналов именно по этим конкретным каналам.
Важное замечание
Перед пайкой GPS-модуля необходимо укоротить провод до длины примерно равной длине верхней крышки рамы квадрокоптера. Также, до начала пайки нужно протянуть провод через отверстие крышки, как показано на картинке:
От GPS модуля отходит 2 группы проводов:
- UART + power - 4 провода: Tx, Rx, GND, 5V
- I2C - 2 провода: SCL, SDA
Паять следует по той же логике, что и с модемом. Если вы правша, то проще соблюдать порядок ниже:
SDA->SDA
SCL->SCL
Gnd->G
5V->4V5
Tx->R6
Rx->T6
Важное замечание
После пайки все места, где она производилась, необходимо покрыть специальным изолирующим лаком и оставить сохнуть на время, указанное производителем лака. Для надежности, можно сделать это 2 раза с промежутком в 30-60 минут.Сборка: часть вторая
Соедините плату распределения питания с платой полетного контроллера при момощи 8-контактного провода из комплекта:
Установите контроллер поверх платы распределения и закрутите пластмассовыми гайками из комплекта. Если вы все сделали правильно, то стрелка на плате полетного контроллера должна указывать вперед - в сторону, противоположную от провода для источника питания.
Сборка: часть третья
Теперь нужно закрепить модем на первом этаже рамы квадрокоптера в передней ее части. По желанию, можно использовать липучку, двусторонний скотч или изоленту, как кому нравится. Я для надежности использовал 2 варианта: сначала приклеил липучку, затем, после установки, замотал модуль изолентой. Так я могу быть уверен, что в случае вибраций, модуль не оторвется и мой дрон не потеряет связь с НСУ.
Не забудьте перед установкой подсоединить кабель, связывающий контроллер с модемом, а также прикрутить антенну к модему. На этом сборка первого этажа нашего дрона закончена.
Важное замечание
Ни в коем случае не подавайте питание на модем, пока не убедитесь, что к нему прикручена антенна. Иначе он очень быстро выйдет из строя.Сборка: часть четвертая
Нам необходимо установить штатив GPS-модуля на верхнюю крышку рамы, через которую мы продевали кабель. Модуль должен обязательно стоять на таком штативе, так как в нем находится еще и компас. Поднимая его над всей конструкцией мы избегаем влияния магнитного поля от электродвигателей. Если этого не сделать, сигнал от компаса будет неверным.
Нам также потребуется укоротить стойку штатива в 2 раза и заново сточить конец стойки со стороны, где был произведен срез. Учитывая то, что штатив итак стоит на втором этаже коптера, растояния должно быть достаточно. К тому же GPS-модуль будет подвергаться меньшей амплитуде при вибрации дрона, а также это сделает наш аппарат красивее.
Результат после всех манипуляций должен выглядеть примерно так:
Прикрутите верхнюю крышку к металическим стойкам красного цвета, не трогая пока 2 задние стойки - там где у нас находится кабель источника питания. Установите на место задних стоек штатив для GPS-модуля. У штатива 4 места для крепления, но нам понадобится только 2 из них, так как на этой раме производителем не предпологалось использование штативов UBLOX. Остальные крепления можно оставить, как есть для будущих сборок, а можно по желанию срезать.
После этого возьмите двусторонний скотч круглой формы из набора и наклейте на тарелочку штатива. А поверх скотча наклейте GPS-модуль, чтобы тот смотрел стрелкой строго вперед.
Установка пропеллеров
Сейчас будет продемонстрировано, как правильно установить пропеллеры на вашем квадрокоптере. Но сделано это будет лишь с целью дать вам понимание, так как начинать летать пока рано - нужно еще разобраться с прошивкой полетного контроллера и настройками. Ниже приведено изображение с направлением вращения винтов.
На изображении отчетливо должно быть видно что винты справа и слева зеркальны друг другу и "гребут" внутрь спереди и сзади. Это обязательное условие, не выполнив которое, вы не сможете летать. Как вы уже догадались, разные цвета пропеллеров выбраны не случайно - это несколько облегчает процесс установки. Но это не является требованием.
Также, пока что рано устанавливать пропеллеры на ваш квадрокоптер, потому что впереди еще следует ряд операций:
- Прошивка полетного контроллера
- Настройки SERIAL-портов
- Калибровка акселлерометра
- Калибровка компаса
- Тестирвоание вращения двигателей
Все эти операции обязательно должны быть выполнены без винтов во избежание получения травм. Винты стоит прикручивать в самый последний момент - непосредственно перед полетом.
На этом этапе сборку дрона можно считать законченой. В следующей статье, будет рассказано о том, как прошить полетный контроллер.
Автор статьи
