Club Aurora

Твоят прозорец към космоса.

Направи си дрон – част ІІІ (монтаж на частите)
След като предишния път напазарувахме, сега ще запретнем ръкави и ще започнем реалната работа по нашия квадрокоптер. Днес ще разберем как да свържем отделните... Направи си дрон – част ІІІ (монтаж на частите)

След като предишния път напазарувахме, сега ще запретнем ръкави и ще започнем реалната работа по нашия квадрокоптер. Днес ще разберем как да свържем отделните му компоненти и как да направим сами някои от тях.

Изработване на рамката

Необходими материали:

  • 1 бр. П-образен алуминиев кант профил (2 m)
  • 1 бр. дървена плоскост 11x11x0,7
  • 0,5 m гъвкава полипропиленова тръба за парна инсталация  ø16
  • 4 бр. винт М4х30
  • 4 бр. винт М3х12

Трябва да започнем от рамката, тъй като ще разполагаме всичко по нея. Не твърдя, че представеното от мен предложение за рамка е най-доброто (малко е тежичка), но затова пък е изработена изцяло от евтини лесно достъпни материали, които можете да си набавите от най-близкия магазин, веднага след като разбиете квадрокоптера си някъде, лесно ремонтируема e и е много здрава.

Основните усилия в рамката се поемат от централната пластина – дървена плоскост, която съм изрязал с посочените размери от малка кухненска дъска, направена от някакво много здраво дърво. От  лайсната (на чертежа по-долу можете да видите размерите на профила, който използвам) се изрязват четири парчета с дължина 19 cm, които се монтират в единия си край към ъглите на дървената дъска. Една забележка – аз използвам планки от фибростъкло при монтажа на двигателите, които увеличават фактическата дължина на рамената на рамките . Те обаче са по-скоро аксесоар и можете да монтирате двигателите направо към алуминиевите рамена, само че тогава трябва да ги изрежете с 3 cm по-дълги.

Гъвкавата тръба ще служи за колесник на рамката. Трябва да подходим с внимание към колесника, защото всъщност заедно с витлата, това са най-податливите откъм чупене части от квадрокоптера. Идеалният колесник е лек, здрав и  леко еластичен. Хубаво е да устойчив както на нормални натоварвания (при натиск), така и на странични (при огъване); хубаво е той да се монтира към централната пластина, която е най-здравият елемент от конструкцията, а не към четирите рамена; хубаво е опорните му точки да са максимално раздалечени една от друга… Тръбата е добър компромисен вариант, който в някаква степен отговаря на всички тези условия. И е нещо, което остана от последния ремонт 🙂 Изрежете от нея две парчета с дължина около 26 cm. Пробийте в тях по два отвора и монтирайте всяко от парчетата към два от винтовете М4. Огънете тръбите бавно, така че да се получат дъги, като внимавате да не ги скъсате.

Изработване на захранваща платка

Необходими материали:

  • 4 бр. женски Т-конектори
  • 1 бр. мъжки Т-конектор
  • 2 бр. шайби М20

„Платка” в случая не е точната дума, но ще я използваме, за да е ясно какво имаме предвид. Идеята е да захраним четирите контролера от батерията. Четирите женски Т-конектора ще включваме към контролерите (предполага се, че преди това сте запоили мъжки конектори на захранващите кабели на контролерите). Разположете ги един срещу друг с краищата им, които трябва да се запоят. Трябва да запоите хоризонталните изводи на конекторите към едната шайба, а вертикалните над тях – към другата. Звучи просто и наистина е, но спойките трябва да бъдат качествени и стабилни. Остава да запоите и две парченца кабел 1,5 mm^2  по 10 cm. Единият край на  всяко от кабелчетата трябва да запоите към една от шайбите, а другият край – към съответният извод на мъжкия Т-конектор, който ще се включва към батерията. И това е. Проверете дали работи както трябва – включете батерията и контролерите към „платката”, като се уверите преди това че поляризацията ви е правилна (черните кабели на контролера трябва да отиват към масата  на батерията, червените – към плюса). Трябва да чуете звукова сигнализация (ако  сте запоили и двигателите към контролерите преди това). При успех покрийте  шайбите с колофон или някакъв лак, за да ги изолирате. И още нещо – за да си улесните монтажа на платката върху рамката и да увеличите механическата й якост, залепете със секундно лепило платката върху диск от изолационен материал с подходящи размери (аз използвам пластмасова врътка от старо радио). Монтирайте към рамката чрез винт.

Зареждане на батерията и изработване на зарядно устройство.

Трябва да подхождате с голямо внимание при експлоатацията на литиево-полимерните батерии, тъй като непредпазливост при работата с тях ще съкрати  живота им, а не е изключено и да ги възпламените. Ето няколко съвета, които е препоръчително да спазвате:

  • Не допускайте батерията да понася механически удари. Поради позицията и на рамката тя е особено уязвима към удари при по-твърди кацания, но подобни удари могат да доведат до окъсяване на електродите й и възпламеняване;
  • Не допускайте батерията да се нагрява;
  • Не допускайте батерията да се разрежда под 3 V на клетка (9 V за 3S LiPo батерия);
  • Не допускайте батерията да се разрежда с по-голям ток, отколкото е указано от производителя;
  • Не зареждайте батерията с по-голям ток от максимално допустимия и не зареждайте батерията до по-високо напрежение от максималното й напрежение.

Максимално допустимият ток на зареждане, независимо дали е уточнен или не от производителя, не трябва да надхвърля стойността на капацитета на батерията – характеристика, отбелязвана като „1С”. В нашия случай с 2200 mAh батерия не трябва да я зареждаме с по-голям ток от 2,2 А. Всъщност дори и с по-малко – хубаво е да се застраховаме, защото е възможно реалният капацитет на батерията да е  по-нисък от обявения от производителя.

Когато получите LiPo батерията си и я измерите с мултицет най-вероятно ще установите, че тя е заредена до около 11 V (по около 3,7 V на клетка).  Това е напрежението, при което батерията трябва да се съхранява, но не е оперативното й напрежение. Преди да се използва, батерията трябва да се зареди до 4,2 V на клетка или общо 12,6 V. Запомнете, че дори минималното превишаване на максималния заряден ток или оперативното напрежение на батерията ще доведе до влошаване на характеристиките и намаляване на живота й. При правилна експлоатация тя би могла да изкара няколко стотин зарядно-разядни цикъла.

А ето и как да си направите просто зарядно за батерията.

ВНИМАНИЕ! При неправилна и невнимателна изработка и експлоатация на представените по-долу зарядни устройства рискувате да увредите необратимо батерията си и още по-лошо – да предизвикате пожар. Ако не сте сигурни в уменията си, използвайте само специализираните зарядни устройства.

Това е максимално опростената схема на зарядното. Входното напрежение взимам от зарядно на лаптоп, което в моя случай дава на изхода си ток с напрежение 19 V и големина 1,6 А. Резисторът R1 (1 W) определя големината на зарядния ток ( I = Uin/R1). По принцип регулаторът на напрежение LM317T работи с максимален ток до  1,5 A, така че трябва да се съобразите с този факт. При тази схема препоръчвам да работите със заряден ток до 500 mA, за да избегнете прекомерното  нагряване на регулатора и резистора. Изходното напрежение трябва да е равно на 12,6 V и се постига приблизително по формулата Uout = 1,25 V * (1 + R3/R2). С ръчно регулиране на R3 ще постигнете нужното напрежение. Преди всяко зареждане проверявайте дали изходното напрежение е колкото трябва. Включвайте зарядното първо към захранване и след това към батерията. Остава да изчакате около два часа, докато се зареди батерията.

Въз основа на тази схема можете да изготвите друга по-добра, но и по-сложна, която елиминира два недостатъка на простата:

  • не зареждате с постоянен ток. Токът е най-голям в началото на зареждането, когато напрежението на батерията е най-малко, и непрекъснато намалява. Това увеличава времето за зареждане.
  • не зареждате балансирано клетките на батерията. Всяка от трите клетки трябва да се зареди точно до 4,2 V, но след определен брой зареждания някои започват да се зареждат по-бързо от други, така че, когато стигнете до 12,6 V за цялата батерия, всъщност една от клетките може да е заредена до 4,3 V, а друга – до 4,1 V и т.н. Зареждане над допустимото дори само с 0,1 V ще съкрати живота на батерията. Принципно клетките на новите батерии се зареждат синхронно, но след стотина зарядно-разрядни цикъла, трябва да помислите как да решите този проблем.

Тъй че понякога ще се налага да зареждате батерията си не през основния Т-конектор, а през допълнителния четирипроводен куплунг за балансирано зареждане. Схемата, по-която можете да извършвате такова зареждане (взел съм я от този сайт – http://www.coolcircuit.com/project/lipo_charger/lipo_charger.html), е следната:

Това е схемата, която използвам в момента, изпитана е и работи. Първият LM317T този път служи като регулатор на тока. Той поддържа постоянен ток  – големината му се определя по формулата I = R1/1,25, като в сила отново са съображенията, които разгледахме по-горе (ограничение до 1,5 А). Схемата позволява зареждане както през Т-конектор направо към 12,6 V, така и чрез балансиращия куплунг, като при заредена батерия светват светодиодите.

Каквото и зарядно устройство да използвате, следвайте тези правила за безопасност:

  • винаги проверявайте с мултицет напрежението на зарядното устройство преди зареждане;
  • когато зареждате батерията, поставяйте я върху огнеупорна повърхност – най-добре бетонен под.
  • и най-важно – докато батерията се зарежда, не я оставяйте без надзор!!!

Монтаж на частите

Двигателите се закрепват или направо към рамката или като първо се монтират към кръстовидните алуминиеви подложки, които се продават заедно с тях. Както споменах по-горе, аз използвам монтажни подложки от фибростъкло. Витлата се монтират по следния начин. Първо се слага подходящо уплътнение (уплътненията се продават заедно с витлата) върху вала на двигателя. То трябва да влезе стегнато до долу. След това се слага долната част на приставката, витлото и накрая горната част на приставката, която се завинтва, докато всичко се затегне здраво.

И малко встрани от темата. Неприятно е, но тъй като споменах, че може да има проблеми с двигателите, не е зле да се научите да ги отваряте, за да отстраните някои дребни дефекти, ако има такива. Например в един от моите двигатели бе попаднал някакъв боклук, заради който роторът не можеше да се върти свободно, така  че се наложи да го отворя и да го почистя отвътре. Отварянето на двигателя става по следната методика. В долната част на двигателя върху канал на вала е разположена черна плоска пружина, която фактически държи за статора ротора и запресованият към него вал. За да освободите ротора, трябва да изтикате настрани пружината посредством пинцета (най-добре) или малка отвертка. Внимавайте, защото пружинката може да изскочи и да я изгубите или по-лошо: да попадне в окото ви. След като махнете пружината, можете да освободите горната част на двигателя, която вече се държи на място единствено поради силата на неодимовите магнити. Тук можете да видите видео, в което един човек разглобява такъв двигател и му сменя лагер.

Полетният контролер трябва да се сложи в центъра на квадрокоптера. Важно е да не монтирате платката направо към централната пластина – твърдите съединения ще предадат вибрациите от двигателите към контролера и това ще доведе до влошаване на работата на акселерометричните датчици на контролера. Тези вибрации трябва да се демпфират при контролера и най-лесният начин за това е да използвате като подложка кутийката  от черна пяна, в която би трябвало е опакован контролерът. Залепете долната част на кутийката върху централната пластина с моментно лепило (не разяжда пяната – пробвано) или двойнолепящо тиксо. Фиксирайте платката на контролера към подложката посредством винтчета в четирите ъгъла.

Батерията трябва да се постави  от  долната част на централната пластина. Прикрепил съм с винтчета една лека дървена подложка към тръбите на колесника и към нея закрепям батерията. Необходимо е батерията да е здраво закрепена, да не се мести насам-натам, така че тя трябва да се фиксира с велкро лепенки, свински опашки или тиксо.

При монтажа на частите е хубаво центърът на тежестта на квадрокоптера да съвпада с геометрическия му център (центъра на централната пластина). По принцип полетният контролер е способен да компенсира отклонения на центъра на тежестта така че да поддържа хоризонтално положение на рамката в полет и да противодейства на наклона. Само че за тази цел ще трябва да си поиграете с настройките на контролера, а поне в началото ще ви е по-лесно да излитате с балансиран квадрокоптер. Ако центърът на тежестта е отклонен, шансовете са, че квадрокоптерът няма да излита вертикално нагоре, а ще се отнася към страната, която тежи повече. Освен това батерията ще свърши по-бързо, тъй като един от двигателите непрекъснато ще харчи повече ток, за да се върти по-бързо и да противодейства на наклона. Балансирането става лесно, като променяте положението на батерията върху рамката – тя е най-тежкият елемент и малко преместване оказва съществено влияние върху центъра на тежестта на квадрокоптера.

А как да балансираме квадрокоптера? Ето един прост, бабешки метод, който върши работа. Вземете четири еднакви ластика и ги промушете през четирите рамена на рамката до централната пластина.  Вържете ги с въженце един с друг, така че мястото на възела да е над геометрическия център. Като вдигнете квадрокоптера за въженцето, ако той остане видимо хоризонтален значи е добре балансиран. Ако е наклонен на една страна, преместете батерията, така че да стане хоризонтален. Висока точност на хоризонтирането не е нужна – доверете се на окото си или на показанията от сензорите на контролера.

Окабеляване и връзки

Отделните компоненти на квадрокоптера се свързват по следната принципна схема.

Започнете от двигателите. Трябва да запоите трите проводника (червен, жълт  и черен) , които излизат от двигателя с трите сини проводника, които излизат от контролера на скоростта.  Имайте предвид, че два срещуположни двигателя трябва да се въртят в една и съща посока (по часовниковата стрелка), а другите  два срещуположни двигателя трябва да се въртят в обратната посока (обратно на часовниковата стрелка). Добре е още сега да определите кои двигатели накъде ще се въртят. Полетният контролер поддържа два типа конфигурации на квадрокоптер – „+” конфигурация и „Х” конфигурация. При „+” конфигурацията за контролера 1-ви двигател се намира срещу горната му страна, ако го гледате го гледате с четирите бутона надолу; 2-ри двигател се пада от дясната му страна и т.н. При „Х” конфигурацията 1-ви двигател се пада срещу горния му ляв ъгъл. Която и конфигурация да изберете по-нататък, имайте предвид, че 1-ви двигател трябва да се върти по часовниковата стрелка (следователно и 3-ти трябва да се върти в тази посока, а 2-ри и 4-ти – в обратната).

Накъде ще се върти двигателят  зависи от това как сте свързвали трите проводника на двигателя към изводите на контролера на скоростта. В схемата горе съм показал по какъв начин да запоите проводниците, за да постигнете нужната посока (буквите А, В и С са написани върху контролера на скоростта срещу съответните проводници). Два от двигателите трябва да се свържат по единия начин, а другите два – по другия. За да смените посоката на въртене на двигателя, е достатъчно да се размени положението на два от кабелите.

От контролера на скоростта излизат още един трипинов кабел и два по-дебели – червен и черен. Дебелите проводници и са захранващи – трябва да ги запоите към Т-образния конектор, като се ръководите от конектора на батерията, за да сте сигурни, че минуса и плюса на контролера ще отидат при минуса и плюса на батерията. Така запоеният конектор ще се включва към  захранващата платка. Имайте предвид, че ако сега захраните контролера с двигателя, нищо друго освен звукова сигнализация няма да последва. За да се завърти двигателят, трябва да се свърже към полетния контролер, след като от там се въведат някои настройки .

След като свържете по указания начин всички двигатели и контролери на скоростта е време да разгледате полетния контролер. Вдясно от дисплея му се намират изводите за контролерите на скоростта. Те са общо осем реда – по три извода на ред – тъй като този полетен контролер поддържа и работа с октокоптери, които имат осем двигателя. Ние ще използваме само четири от тях. Най-отгоре се включва трипиновият кабел на контролера на 1-ви двигател, под него е този на 2-ри двигател  и така до 4-ти. Белият кабел е сигнален – трябва да включите конектора така, че белият кабел да се пада откъм вътрешната страна на изводите, до дисплея. Червеният кабел захранва полетния контролер с 5V, а черният е масата.

На този етап вече можете да тествате дали работи полетния контролер. Щом като захраните двигател 1, полетният контролер ще се включи и можете да разгледате менюто му посредством бутоните. По-нататък ще се занимаваме с него, а сега нека свържем и радиоприемника. Вляво от дисплея на полетния контролер има още един набор от изводи, този път пет реда. Те са за петте канала, които може да възприема контролера. Логиката отново е същата. Изводът от вътрешната страна е за сигналния  кабел, в средата е +5 V, а масата е в края. Самият приемник също има поредица от изводи – в нашия случай  той поддържа шест канала както и външно захранване. Изводът за сигналния кабел отново се пада от вътрешната страна на приемника, следват +5V и маса. Свържете сигналните изводи на приемника със сигналните изводи на полетния контролер, като използвате женско-женски сигнални кабелчета. 1-ви канал на приемника (обозначен е върху него) трябва да отиде към канал „Eileron” на контролера (най-отгоре); втори канал отива към „Еlevator”, 3-ти канал към „Throttle”, 4-ти канал към „Rudder” и 5-ти канал към  „AUX”. Всъщност това е принципно свързване и по-нататък вие ще можете софтуерно да размените каналите по свое усмотрение. Приемникът се захранва от полетния контролер и за целта трябва да вземете +5V и маса от някоя от двойките изводи на контролера и да ги свържете към някои от съответните изводи на приемника (не е нужно да взимате +5V и маса от всеки ред изовди).

Остава да сложите зумера, който идва заедно с полетния контролер. Идеята на зумера е да се включва аларма, ако напрежението от батерията падне под определена граница, така че да знаете кога да прекратите полета. За да работи тази функционалност, обаче е необходимо да вземете отнякъде плюс на литиево-полимерната батерия и да го свържете към съответния извод на полетния контролер (виж схемата). Лично аз използвам един мъжки /женски сигнален кабел, чийто женски край свързвам към извода на контролера, а мъжкият край отива към положителния извод от накрайника за балансиране на батерията. Кабел за масата не е необходим.

И това е в общи линии. На този етап при захранване на квадрокоптера всеки от двигателите трябва да издаде поредица от звукови сигнали, а полетният контролер – да се включи. Следващият път ще въведем необходимите настройки в полетния контролер и радиоуправлението, за да се запуснат двигателите.

Следва продължение…

Еmil Petkov

Емил е авиационен инженер, който се опитва да предаде тук своите знания и опит. Намира космоса за вълнуващо място и се интересува как чрез новите технологии ще се приближим до него.

No comments so far.

Be first to leave comment below.

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *