3D Printed FPV Drone 10" 2814 4S 6S RCB.UAV.001

Γιατί σχεδιάσα το δικό μου  3D Printed FPV Drone .. ?

Η απόφαση για τον σχεδιασμό και την κατασκευή του δικού μου FPV Drone προέκυψε μετά από  συζητήσεις που είχα με χειριστές επειχειρισιακων εμπορικών μηχανημάτων οι οποίοι χειρίζονται μεγάλα μηχανήματα κυρίως των υπηρεσιών τους και " φοβούνται " να  πιέσουν τα μηχανήματα τους να φτάσουνε στις επιχειρησιακές τους δυνατότητες, καθώς δεν έχουνε την ευελιξία να τα " επισκευάσουν " εύκολα και οικονομικά μετά από μία ενδεχόμενη πτώση . 

Έχοντας το παραπάνω πρόβλημα ως δεδομένα ξεκίνησα να σχεδιάσω ένα εκπαιδευτικό FPV Drone.

Το πρώτο μοντέλο που έφτιαξα και έπειτα από αξιολόγηση με τους χειριστές διαπιστώσαμε ότι παρά ήτανε εκπαιδευτικό και αργό με αποτέλεσμα να μην είναι ρεαλιστικό.

Για αυτό προχώρησα και ξανασχεδίασα από την αρχή όλο το μηχάνημα ώστε να έχει τις δυνατότητες ενός επιχειρησιακού FPV Drone σε συνδυασμό με την ευελιξία και την επισκευασιμότητα του εκπαιδευτικού.

Τα βασικά χαρακτηριστικά του μηχανήματος που σχεδίασα θα τα δούμε στα επόμενα βήματα παρακάτω.
 

Πολλαπλών εφαρμογών

Εκπαιδευτικό : ιδανικό για την εκπαίδευση καθώς είναι ανθεκτικό στις πτώσεις επισκευάζεται  εύκολα και οικονομικά από τον ίδιο χειριστή χωρίς να χρειάζονται ιδιαίτερες γνώσεις 
Έρευνα και διάσωση : έχει την δυνατότητα να  επιχειρεί ακόμα και με άνεμο 9 μποφορ Ταχύτητα ανέμου 75-88 χμ./ώρα καθώς είναι δυνατόν να απενεργοποιηθούν όλες οι δικλείδες ασφαλείας του λογισμικού όσπου το μηχάνημα να εκτελέσει το σενάριο με κάθε κόστος. 
Μεταφορά προμηθειών : Δεν φτάνει να βρεις κάποιον σε εξαιρετικά δυσμενής συνθήκες θα πρέπει να μπορείς και να του μεταφέρεις διασωστικό εξοπλισμό μαζι με έξοπλισμό επικοινωνίας και ένα κιτ πρώτων βοηθειών
Μεταφορά εξοπλισμού : έχουμε την δυνατότητα να μεταφέρουμε εύκολα γρήγορα και χωρίς ανθρώπινο ρίσκω ανταλλακτικά εργαλεία και εξαρτήματα σε εργοτάξια όπου είναι απαραίτητη η μεταφορά εξαρτημάτων σε μεγάλες αποστάσεις.

Δεν είναι κατασκευασμένο για επιθεώρηση,
Είναι κατασκευασμένο για να σηκώνεται, να πηγαίνει γρήγορα σε ένα σημείο, να εκτελεί αναγνώριση και να επιστρέφει.
Δυνατότητα Πρόγραμματισμού αυτόνομο mission ώστε να εκτελέσει αυτόνομη πτήση χωρίς την  αλληλεπίδραση του χειριστή 
Η παραπάνω δυνατότητα σε συνδυασμό με την απενεργοποίηση της εκπομπής βίντεο και τηλεμετρίας το καθιστούν αόρατο καθώς δεν έχει ψηφιακό αποτύπωμα η πτήση του.

Χειριστήριο ονομάζεται η συσκευή που κρατάει ο χειριστής στα χέρια του και δίνει τις απαιρέτητες εντολές στο μηχάνημα για να τις εκτελέσει.
Συνήθως έχει δύο joystick αλλιώς gimbal των οποίων ελέγχει την κίνηση του οχήματος.
Επίσης διαθέτει αρκετούς διακόπτες και sliders μέσω των οποίων μπορούμε να προγραμματίσουμε συγκεκριμένες εντολές στο όχημα.
 

Ο δέκτης είναι τοποθετημένος στο μηχάνημα και συνδέεται στον flight controller.
Συνήθως η επικοινωνία είναι μέσω sbus ή crsf ανάλογα με το μοντέλο.
Σε κάθε περίπτωση χρειαζόμαστε μια ελεύθερη σειριακή επικοινωνία από τον εγκέφαλο για να τον συνδέσουμε.
Στην περίπτωση sbus συνδέουμε μόνο το sbus στο rx και χρειαζόμαστε μια ανάστροφη σειριακή.
Ενώ στην περίπτωση crsf  χρειαζόμαστε μία απλή σειριακή και συνδέουμε rx και tx ανάποδα.

Κατά την διαδικασία της ζεύξης ή αλλιώς bind οριστικοποιούμε την επικοινωνία μεταξύ  του χειριστηρίου και του δέκτη.
Είναι Πονοκέφαλος και χρειάζεται αρκετά μεγάλη προσοχή καθώς όλα τα παρακάτω θα πρέπει να ισχύουν για να μπορέσει να ολοκληρωθεί η διαδικασία.
Θα πρέπει και το τηλεχειριστήριο και ο δέκτης να εκπέμπουν στην ίδια συχνότητα. 
Θα πρέπει και το τηλεχειριστήριο και ο δέκτης να είναι στην ίδια έκδοση filmware, αν δεν είναι θα πρέπει να τα κάνετε αναβάθμιση και τα δύο.
Στην συνέχεια ανάλογα με την τεχνολογία διαμόρφωσης ασύρματης επικοινωνίας θα πρέπει να ακολουθήσετε τα βήματα για την διαδικασία της ζεύξης.
Μην αγχώνεστε με την ίδια ακριβώς διαδικασία που έχω φτιάξει την περιγραφή για το πως να σχεδιάσουμε ένα uav θα ετοιμάσω και την διαδικασία για το πώς θα προγραμματίσουμε!

Το χειριστήριο έχει την δυνατότητα να έχει είτε ένα ενσωτερικό module το οποίο θα διαχειρίζεται την ασύρματη επικοινωνία είτε ένα εξωτερικό, το οποίο το έχει στο πίσω μέρος του.
External λοιπόν είναι αυτό το οποίο τοποθετείται στο πίσω μέρος του τηλεχειριστηρίου και δέχεται τα δεδομένα μέσω της σειριακής επικοινωνίας του τηλεχειριστηρίου με το module.

Το χειριστήριο έχει την δυνατότητα να έχει είτε ένα εσωτερικό module το οποίο θα διαχειρίζεται την ασύρματη επικοινωνία είτε ένα εξωτερικό το οποίο το έχει στο πίσω μέρος του
Internal rf module είναι το εξάρτημα που βρίσκεται στο εσωτερικό του τηλεχειριστηρίου και διαχειρίζεται την μορφοποίηση της ασύρματης επικοινωνίας. Δεν μπορείς να το αντικαταστήσεις καθώς μπορεί να είναι κολλημένο επάνω στην πλακέτα του τηλεχειριστηρίου.

Με τον όρο κανάλια τηλεκατεύθυνσης αναφερόμαστε στον αριθμό των μοναδικών εντολών που μπορεί να μεταφερθούν από το χειριστήριο στον δέκτη.
Τα περισσότερα χειριστήρια έχουνε 16 κανάλια που σημαίνει ότι μπορούμε να μεταφέρουμε 16 εντολές από το χειριστήριο στον δέκτη.
Ανάλογα βέβαια με την μορφοποίηση του ασύρματου σήματος που επιλέγουμε, υπάρχει περίπτωση, ορισμένα κανάλια να είναι με χαμηλότερη ανάλυση ή τροποποιημένα.

Συχνότητα τηλεκατεύθυνσης είναι η μπάντα στην οποία διαμορφώνεται η ασύρματη επικοινωνία μεταξύ του module του τηλεχειριστηρίου και του δέκτη.
Συνήθως έχουμε 2.4ghz και 980ghz
Ο τρόπος με τον οποίο αποφασίζουμε ποια από τις δύο μπάντες θα έχουμε, παίζει ρόλο με την ασύρματη επικοινωνία μεταφοράς βίντεο.
Κατά προσωπική μου άποψη αποφεύγω την 2.4 καθώς εκεί εκπέμπουν τα περισσότερα wi-fi module με αποτέλεσμα όταν είσαι μέσα σε πυκνοκατοικημένη περιοχή να μην έχεις και τόσο ισχυρή λήψη και εκπομπή λόγω των παρεμβολών.

Ισχύς εκπομπής είναι η φυσική ισχύς του τηλεχειριστηρίου και του δέκτη.
Συνήθως τα τηλεχειριστήρια ξεκινάνε από τα εκατομμυρια λιβάτ και μπορούνε να φτάσουνε μέχρι και τα 1000.
Όσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του τηλεχειριστηρίου τόσο πιο μακριά μπορούμε να πάμε το μηχάνημα οπότε έχουμε και μεγαλύτερη εμβέλεια.
Αντίστοιχα και ο δέκτης έχει μέσα του έναν πομπό και η μέγιστη ισχύς του φτάνει περίπου τα 100mw. Μέσο αυτού του πομπού μας έρχεται η τηλεμετρία πίσω.
Σύμφωνα με τα παραπάνω, καταλαβαίνουμε ότι μπορεί να έχουμε επικοινωνία από το χειριστήριο στο μηχάνημα αλλά από το μηχάνημα στο χειριστήριο η επικοινωνία μπορεί να χαθεί, καθώς η ισχύς εκπομπής του χειριστηρίου είναι 10 φορές μεγαλύτερη από την ισχύς εκπομπής του δέκτη.
Μα επίσης όταν πρόκειται να πετάξουμε πίσω από κτίρια ή μέσα σε αυτά χρειαζόμαστε την μέγιστη ισχύς του χειριστηρίου καθώς όταν περνάμε φυσικά εμπόδια μειώνεται η εμβέλεια λόγω της παραμόρφωσης του σήματος όταν αυτό περνάει μέσα από κτίρια.
Σε περίπτωση που θέλουμε να πετάξουμε μέσα σε δάσος ξεχνάμε την επιλογή των δύο τέσσερα και θα πρέπει να πάμε στα 980.

Το χειριστήριο έχει δικό του λογισμικό μέσω του οποίου παραμετροποιούμε την διαμόρφωση των καναλιών προτού να τα στείλουμε στο module για την αποστολή τους στον δέκτη.
Το λογισμικό  που έχει επικρατήσει αυτή τη στιγμή είναι το hdx.
Αυτό σημαίνει ότι οποιασδήποτε μάρκας χειριστήριο και να πάρετε αν επιλέξετε να έχει αυτού του τύπου το λογισμικό το χειριστήριο θα έχει παρόμοιες λειτουργίες, ασχέτως της εταιρείας που το κατασκευάζει.
Με λίγα λόγια είναι σαν να λέμε ότι είναι το λογισμικό windows.
Οπότε είτε del πάρεις είτε novo cate, το ίδιο μηχάνημα θα έχεις με διαφορετικό hardware.

Στη συνέχεια έχουμε το λογισμικό διαχείρισης ασύρματης επικοινωνίας. Το λογισμικό αυτό παραλαμβάνει τα δεδομένα από το λογισμικό διαχείρισης του χειριστηρίου και στην συνέχεια τα μορφοποιεί και τα στέλνει στον δέκτη.
Το επικρατέστερο λογισμικό που χρησιμοποιώ αυτή τη στιγμή είναι το ExpressLRS.

Όπως αναφέραμε και στην αρχή της ενότητας, η επικοινωνία είναι αμφίδρομη που σημαίνει ότι δεν στέλνουμε μόνο δεδομένα στο μηχάνημα αλλά και παραλαμβάνουμε τα δεδομένα πτήσης πίσω.
Αυτή η διαδικασία  ονομάζεται τηλεμετρία επιτυγχάνεται είτε μέσω της ηλιακής επικοινωνίας crsf την οποία έχουμε συνδέσει στον δέκτη είτε μέσω extra επικοινωνίας, η οποία λέγεται smartphone εάν έχουμε sbus.
Η μορφοποίηση των δεδομένων που επιστρέφουν προκύπτει από το λογισμικό διαχείρισης πτήσης.

Αφού παραλάβουμε στο χειριστήριο και τα δεδομένα πτήσης στην συνέχεια θα πρέπει να τα εμφανίσουμε στην οθόνη του τηλεχειριστηρίου μας ώστε να μπορούμε να τα αξιοποιήσουμε. Αυτά θα τα καταφέρουμε με τα λεγόμενα LUA Script τα οποία τα εγκαθιστούμε στο χειριστήριο ώστε να διαχειριστούμε τα δεδομένα τηλεμετρίας.

Αφού αποφασίσαμε τα λογισμικά τα οποία θα χρησιμοποιήσουμε για Για την πτήση του μηχανήματος

Στη συνέχεια Θα αναλύσουμε το λογισμικό που χρησιμοποιούν τα τηλεχειριστήρια καθώς και τον τρόπο διαχείρισης του link το οποίο  χρησιμοποιούμε.

Το αναλογικό σύστημα FPV είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιείται ευρέως στον κόσμο των αερομοντέλων και drones.
Σε αυτό το σύστημα, η κάμερα που τοποθετείται στο drone μεταδίδει την εικόνα σε έναν αναλογικό πομπό, ο οποίος στέλνει το σήμα σε έναν δέκτη στον πιλότο, που το λαμβάνει μέσω μιας αναλογικής κεραίας.

Πλεονεκτήματα του αναλογικού FPV:

• Χαμηλή καθυστέρηση: Το αναλογικό FPV συνήθως έχει χαμηλή καθυστέρηση, πράγμα που το καθιστά ιδανικό για αγωνιστικές εφαρμογές όπου η ακρίβεια και η απόκριση στο χειρισμό είναι κρίσιμες.
• Κόστος: Συνήθως, οι συσκευές αναλογικού FPV είναι πιο οικονομικές σε σχέση με τα ψηφιακά συστήματα, καθιστώντας το αντιπροσωπευτικό επιλογή για αρχάριους ή εκείνους που έχουν περιορισμένο προϋπολογισμό.
• Εύκολη εγκατάσταση και ρύθμιση: Τα αναλογικά συστήματα FPV συνήθως απαιτούν λιγότερη παραμετροποίηση και είναι πιο απλά στην εγκατάσταση σε σύγκριση με τα ψηφιακά συστήματα.

Μειονεκτήματα του αναλογικού FPV:

• Χαμηλότερη ποιότητα εικόνας: Η εικόνα σε ένα αναλογικό σύστημα FPV μπορεί να είναι λιγότερο καθαρή και να έχει περισσότερο θόρυβο σε σύγκριση με τα ψηφιακά συστήματα.
• Περιορισμένη αντοχή σε παρεμβολές: Επειδή η μετάδοση γίνεται με αναλογικά σήματα, το σύστημα μπορεί να επηρεαστεί πιο εύκολα από παρεμβολές, όπως η συμφόρηση από άλλα αναλογικά σήματα ή τα εμπόδια στο περιβάλλον.
• Περιορισμένη εμβέλεια και ποιότητα σήματος: Η εμβέλεια και η ποιότητα του σήματος σε ένα αναλογικό σύστημα FPV μπορεί να περιορίζεται σε σχέση με ορισμένα πιο προηγμένα ψηφιακά συστήματα.

Το ψηφιακό σύστημα FPV αντιπροσωπεύει την πρόοδο στην τεχνολογία FPV, εισάγοντας ψηφιακή μετάδοση εικόνας.
Σε αυτό το σύστημα, η εικόνα από την κάμερα μεταδίδεται ψηφιακά στον δέκτη του πιλότου, παρέχοντας βελτιωμένη ποιότητα και εμβέλεια σε σύγκριση με τα αναλογικά συστήματα.

Πλεονεκτήματα του ψηφιακού FPV :

• Υψηλή ποιότητα εικόνας: Το ψηφιακό FPV προσφέρει καθαρή και υψηλής ανάλυσης εικόνα, χωρίς το θόρυβο που συνήθως συναντάται σε αναλογικά συστήματα.
• Βελτιωμένη αντοχή σε παρεμβολές: Τα ψηφιακά συστήματα FPV έχουν συχνά καλύτερη αντοχή σε παρεμβολές και παρέχουν πιο σταθερή σύνδεση, καθιστώντας τα κατάλληλα για περιβάλλοντα με υψηλή συμφόρηση σήματος.
• Υψηλή εμβέλεια: Τα ψηφιακά συστήματα μπορούν να προσφέρουν μεγαλύτερη εμβέλεια μετάδοσης σήματος σε σύγκριση με πολλά αναλογικά συστήματα.

Μειονεκτήματα του ψηφιακού FPV :

• Υψηλότερο κόστος: Τα ψηφιακά συστήματα FPV συνήθως είναι πιο δαπανηρά σε σύγκριση με τα αναλογικά, καθώς περιλαμβάνουν πιο προηγμένη τεχνολογία.
• Υψηλότερη καθυστέρηση: Παρόλο που η τεχνολογία συνεχώς βελτιώνεται, ορισμένα ψηφιακά συστήματα FPV μπορεί να έχουν μια μικρή καθυστέρηση στη μετάδοση της εικόνας σε σύγκριση με τα αναλογικά.
• Περίπλοκη εγκατάσταση και ρύθμιση: Σε ορισμένες περιπτώσεις, η εγκατάσταση και η ρύθμιση των ψηφιακών συστημάτων FPV μπορεί να είναι πιο πολύπλοκη σε σύγκριση με τα αναλογικά.

Πίστεψέ με την ίδια απορία έχουνε το 80% των νέων πιλότων που ξεκινάνε το υπόλοιπο 20% έχουνε ένα φίλο ο οποίος  χρησιμοποιεί ήδη ένα από τα δύο συστήματα γνωρίζει να το χειρίζεται τους δίνει να το δοκιμάσουν και στη συνέχεια επιλέγουνε αυτό
Σε κάθε περίπτωση μην μπερδεύεσαι επέλεξε ένα από τα δύο διότι με το που θα βρεθεί στον αέρα για πρώτη φορά θα καταλάβεις ότι δεν έχει και πολύ μεγάλη σημασία το αναλογικό ή το ψηφιακό.

Το βασικότερο για μένα είναι να ξεκινήσεις ξεκίνα με κάτι κι αν δεν σου κάνει το αλλάζεις

Σε γενικές γραμμές όπως διαβάσαμε παραπάνω τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα είναι ξεκάθαρα

Από το 70% των νέων πιλότων ξεκινάει με ψηφιακό το υπόλοιπο 20% ξεκινάει η αναλογικά και τέλος το τελευταίο 10% το σκέφτεται τόσο πολύ που μέχρι να το πάρει απόφαση έχει φάει τα λεφτά και δεν κάνει τίποτα

Σε κάθε περίπτωση η καλύτερη επιλογή είναι να βρεις κάποιον στην περιοχή σου που πετάει ήδη είναι εύκολο να του ζητήσεις να δοκιμάσεις το συστημα το οποίο έχει

Εαν είσαι εσύ είσαι αυτός απ τον οποίο θα δοκιμάσουνε το σύστημα το οποίο έχεις φρόντισε να βοηθήσεις τους νέους πιλότους. Θα χρειαστούμε πολλούς

Αφού αναλύσαμε τις διαδικασία με την οποία θα χειριστούμε το μηχάνημα και την διαδικασία με την οποία θα δούμε το πού πάει το μηχάνημα

Στη συνέχεια προχωράμε στην αυτόνομη πτήση του μηχανήματος στο λεγόμενο mission planet και Autonomous flight