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穿越机入门指南

文档申明:

本文档纯属爱好者自制,文档中有图片来源自网络的,会进行标注,若有侵权,

由于本人还在学习中 ,文中有错误之处还请谅解!

一、 穿越机简介

1. 什么是穿越机?

穿越机又称“ FPV 四旋翼无人机”,是近年在全球范围内兴起的航模极限运 动。

穿越机属于四旋翼无人机,其时速能达到 120 公里以上(保守派),同时还能 完成各种复杂的空中特技。

(该图片来自 装机百科)

2. 什么是 FPV?

FPV 是 First Person View(第一人称视角)的简称。穿越机的操纵者在佩戴 上第一视角眼镜(或者看屏幕),通过安装在飞机头部的摄像头实时观看到飞 机第一视角的画面。飞手通过 FPV 系统所操纵一台真实的穿越机,其身临其境 的飞行体验让众多 FPV 爱好者爽翻天(晕 3D 的有难了)

在享受 FPV 沉浸感所带来的刺激的同时,飞手也要兼顾各种外部环境所带来的 风险,如图像信号受到干扰,飞机失速 ,机械故障等,或者在你刺激穿洞时旁 边来人拍你一下 ,来个死亡三连问 ,在克服这些风险的同时完成高难度的动作 ,正是 FPV 的乐趣所在。

3. 穿越机玩法?

目前主流的玩法主要有竞速,花飞和航拍三种。

1. 竞速:

参与者需要在最短时间内按照赛道路径到达终点。难度很大,要是 参加比赛奖金多不多不知道,肯定会飞吐,半天 100 电,有兴趣可 以试试。

2. 花飞:

这是目前受众最多的一个项目,也是飞手进阶到竞速的必经之路。

花飞就是比谁的动作骚,谁的完成度高 ,动作流畅。(个人理解,不 喜勿喷)

3. 航拍:

与一般的消费级无人机不同,穿越机能完成速度更快,视角更独特 的特技镜头,如自由下坠,高速跟踪等拍摄。

4. 穿越机注意事项(很重要)

穿越机对于飞行技巧要求极高 , 因为其巨大的飞行自由度,以及各 种软硬件信号传输的不确定性,飞行所带来的风险极高,在没有保 护措施的情况下飞行,稍有不慎即可导致操纵者或观看者伤亡!

赛道千万条,安全第一条。玩机不规范,亲人两行泪啊 q~q!

不要在市中心、军事管辖区(以及附近)、机 场、高铁站等人多的地方飞行 ,在以上地方起 飞包被请喝茶的!!!

在人多的景区起飞要申报,尽量使用带圈圈的飞机起飞,风险可以降低很多,用裸桨在人多 的地方飞,不出事还好,出事你下辈子就有了!!!

二、 入坑

1. 普通四旋翼和穿越机的区别?

(1)四旋翼无人机:常见于航拍设备和遥控玩具中 ,耳熟能详的“大疆”大 多数产品属于此类。该类飞机与穿越机的区别在于多了很多传感器以及避障算 法,比穿越机更智能,但是受限也会更多:限高,限速等等,还有厂商固件等 问题,厂商要割你韭菜,你就只能被割。

(上面两张图片来自大疆官网)

(2)穿越机:穿越机由于自己 DIY 的原因,受限较少,极限速度和灵活性远远高于 一般的四旋翼无人机,但是控制难度较大,续航时间也更短。穿越机的所有组件都可 以自己 DIY(好不好用 ,难度大不大就是另一回事了)

2. 无人机操控

(1)无人机在飞行中 ,控制飞机的速度(油门通道)的同时,还要控制飞机在三个方 向上的朝向(俯仰通道,偏航通道,横滚通道) ,共计四个通道。摇杆的每一个摆动 方向都被称为一个通道,每个摇杆包括纵向和横向两个通道,所以控制无人机最少需 要 2 个万向摇杆。这四个通道的含义分别如下:

油门(Throttle)

偏航(Yaw)

俯仰(Pitch)

翻滚 (Roll)

剩余其他通道,都不是全比例通道,用来控制一些外设装置(舵机等)和切换模式。

(2)遥杆当中有美国手和日本手的区别

美国手图解

日本手图解

3. 穿越机分类

穿越机常以旋翼的转动直径来命名,如最常见的 5 寸机指的就是旋翼直径为 5 英寸的 飞机。另外,旋翼小于 3 寸的穿越机常以对角两个电机的轴距来定义。

(该图来自 装机百科)

常见的穿越机分类如下:

(该图来自 装机百科)

(该图来自 装机百科)

4.遥控器

航模界有句话叫:“省钱就是费钱“ ,所以如果打算要长时间玩航模,直接买一 个好一点的遥控器,省的之后换来换去 ,麻烦且费钱。

遥控器目前市面上的都差不多,价格区间在 800-1300 的遥控器算是比较不错的了, 具体型号按自己的喜好选择即可:

(1) 鸡腿控:

大疆 FPV 遥控器,betaFPV 小白控, RadioMaster 的佐罗遥控,Jumper 的鸡腿控等等

(该图来自 装机百科)

(该图来自 大疆官网)

(以上两图来自 淘宝)

(2)喜欢小点的: Radiomaster、jumper 等厂家的一些遥控器

它们当中有一些区别:

(1)使用协议不同。

目前主流都用 ELRS 开源的遥控器,所以想要购买遥控器的直接买 elrs 版就好,elrs 版通常会贵一点,还有 cc2500 版本、4 合 1 版本等(通常比 elrs 版本便宜一点) , 没有买 elrs 版本的,可以买个 elrs 高频头 ,就可以完美解决问题 ,而且外观也更帅。 一些厂家会有自己的协议,如 Frsky D8/D16、Futaba S-FHSS 、 RadioLink ,协议 很多且很杂 ,但无所谓,我们无需关心这些协议的底层差异,只要能用即可

对遥控协议感兴趣的可以看看下面的文章,或者自己百度搜索。

3.4 注意!核心在这儿——航模遥控器_航模遥控器说明书-CSDN 博客 3.4 注意!核心在这儿——航模遥控器_航模遥控器说明书-CSDN博客

(2)摇杆不同

目前大多数遥控器都是用霍尔摇杆,还有电位器摇杆,电位器摇杆属于既 low 又牛逼 的(高档的很贵) ,因为霍尔摇杆本身是基于电磁效应,所以它很容易被大功率的 射频设备所干扰。还有部分遥控器有选配的遥杆(如 RadioMaster 的 AG01全金 属霍尔摇杆) ,具体有什么区别不知道,因为我也没用过。

(3)外观

根据上面的图片,外观越好看 ,价格越贵。所以,颜值~~~

5.模拟器

穿越机模拟器有 TRYP ,Liftoff 等,两个都不错 ,Liftoff 在群文件里有,想玩的可以自行下载;TRYP 需要自行购买。

练习模拟器主要是熟悉操作以及练习手感,也可以在模拟器里面粗略体验 PID、 Rate 不同对飞机的影响 ,以及之后想要学习新动作 ,可以现在模拟器里面练习, 之后上真机,以降低练习成本。

三、 进阶

练习一段模拟器之后,不感兴趣的可能会转战新方向,感兴趣的大概率会组一台属于 自己的飞机,因此我们需要了解一下组装一架飞机都需要什么材料。

1. 穿越机组成

穿越机由机架、飞控、电调、电池、电机、图传等组件组成,其中可大致分为 动力系统、遥控系统和图传系统 3 个系统。这 3 个系统都以飞控作为信号中枢。以上各系统还需要各种固件和协议来完成通信。

(该图来自 装机百科)

(1)选型

①机架

平常所说的几寸机架都是根据机架所能支持的最大桨叶来称呼的,而轴距是由对角两 个电机中点之间的距离测得

(该图来自 装机百科)

类型

正 X 机架(性能均衡,操作手感好)

DC 机架(适合航拍,不漏桨)

宽 X 机架(适合花飞)

②电机

无刷电机构造

(该图来自网络搜索)

无刷电机、有刷电机以及空心杯电机的原理和区别在此暂且不说,感兴趣的可以自行去搜索资料,后续更新可能会补充。

无刷电机的数字含义

航模中用的无刷电机通常用四位数表示,例如五寸常用2207 电机,前 2 位代表电机外转子直径 (mm),后两位代表转子高度(mm)。

KV 值

KV 值是电机电压与每分钟转速的比例,如 1000KV 值的电机在 2V 的电压下每分钟转 2*2000=4000 转。每升高 1V 电压,电机每分钟会增加 1000 转。KV 值越高则代表转速越大,且扭矩越小。

(该图来自 装机百科)

在选择电机时通常会关注其力效表 ,电机力效表在购买界面得到。以及该电机的 kv 值适合的电池类型均可找到

拉力与力效比与常态飞行的油门力度查表获得。根据电池电压以及查表。力量越大越暴力,力效比越大越 费电。

④电池

目前航模常用电池分两种

一种是软包锂电池 ,其放电倍率大(C 数大)

放电能力决定锂电池最高输出的功率。电池的最大放电电流(I) =C x 安时(Ah)。以 10C 1200mAh(等同于 1Ah)的锂电池举例,其最大电流为 10 x 1.2= 12A。因此, C 值越大则电池功率越高。穿越机的锂电池一般在 80C ~ 120C 之间 ,部分电池会达到150C。

单片电芯电压通常在 3.75-3.85V ,满电电压在 4.20V ,一些高压锂电池满电电压可达4.35V;

由一节电芯组成的电池为 1s1p(通常 1p 会省略,就叫 1s) ,2 节电池串联组成的电池为 2s1p(通常 1p 会省略,就叫 2s) ,以此类推 ,6 节电芯串联组成的电池为 6s1p(通 常 1p 会省略,就叫 6s) ,串联增压,故可得 6s 电池在单节电芯 4.20V 的情况下总电压 为 25.20V;

由 12 节电芯,6 节为一组串联,串联的 6 节为 1 组 ,再与另外串联的 6 节并联起来 ,组 成的电池为 6s2p ,并联电池可以增加电池容量,例如一片满电电芯电压为 4.20V ,容量为 3300mah ,6 节串联(组成 6s1p),电压为 25.20V ,容量为 3300mah ,两组 6s并联起来组成的 6s2p ,电压为 25.20V ,容量为 6600mah。

另一种是由 18650 或者 21700 锂电池组成的电池 ,其放电倍率小,但是一般情况 下容量比软包电池大很多,故大多数情况下用它来当电包或者与远航电池。

电池充电及保存

充电的电流保守情况下通常以 1—2C 为标准计算,如 1000mAh(等同于 1Ah)的锂电 池充电的电流为 1-2A。最大可以支持到 5C 充电,即 1000mAh 的锂电池充电电流最大 为 5A【谨慎尝试,虽然我们身边有大佬充 1300mah 的电池用 10A(偶尔) ,一直没出 过事】

在智能平衡充内设置好电池的种类(Lipo) ,最大电流后,就可以插上平衡头开始充电。 平衡充会在电池充满时自动停止充电。锂电池过充会使电池鼓包甚至爆炸,单电芯的电压 不应该超过 4.2V。

电池在长期不用时应保持单片电芯 3.85V ,且最长 1 个月要对电池进行一次小电流充放电

⑤桨叶

桨叶参数之螺距

螺距(Pitch)用来衡量桨叶旋转一圈后,旋转截面在实心物体中前进的距离。如下图所示,桨叶的倾角 越大则螺距越大。螺距大的桨叶在同等转速下能提供更大的升力,但耗电量也会更高,飞行时的抖动也会 更大。

(该段落来自 装机百科)

以 51466-3 为例:前两位数字是螺旋桨的尺寸,如 51 就是 5.1 英寸;后面的数字表示的含义是螺距,466 即为 4.66 英寸的螺距;最后一位数字的含义是螺旋桨的叶数,如 3 就是 3 叶的螺旋桨。桨叶数越多,所提供的升力也越大

购买桨叶时通常也会有参数界面

(该图来自 淘宝)

⑥飞控和电调

飞塔

飞控和电调的总称,尺寸通常分为 30.5*30.5mm 和20*20mm

飞控

飞控根据其主控的处理器以及各种传感器不同,其价格也不同。

STM32F722 主控的飞控比 STM32F405 主控的飞控要贵 ,但是山猪品不了细糠,感 觉不出来, 目前国产 AT32 主控的飞控说是对标 F722 ,甚至比 F722 的性能更强,但 是没用过 ,所以无法评价。

飞控看自己经济实力,有钱就上 F722

电调

电调全称,电子调速器用于控制电机转速。

目前主流电调已经从之前的单个电调进化为了 4 合 1 电调,即从之前的每个电机连接 一个电调,变为把四个电调集成在一块 pcb 板上同时分别控制四个电机,对于装机集 成度更高,更加整洁方便。也在一定程度上减少了机臂的宽度,减小了飞行的风阻。

(此段来自 装机百科)

电调主要参数看电流值,需要结合电机的力效表的最大电流,一般 5 寸 50A 够用了 ,7 寸 60A ,更大一点到 65A。

常用电调协议介绍:

https://www.bilibili.com/video/BV13p4y1B7i5?from=search&seid=5420229151 076719115

AIO

飞控和电调集成在同一块板上面,相当于一个飞塔,主要用于 3.5 寸以下的小机使 用。其尺寸通常为 25*25mm

(2)组装穿越机的基础:焊接(很重要)

焊接是组装飞机的第一步,所以焊接飞机之前需要先练习焊接。 焊接时的飞控接线图在购买的详情页有,通常是这样一个图:

(该图来自 装机百科)

焊接完毕首先检查是否有锡珠在飞控板上,是否有连锡等等,用万用表蜂鸣档测试是 否短路。检查完毕无问题之后可以通电测试 ,有问题你将看到一场:烟花秀。

焊接完所有模块要记住自己焊接模块的串口号,之后设置串口时需要;忘了还要拆飞 机,就是麻烦一点。

(3)飞控(Flight Control)

飞控是穿越机的脑子,集成了微处理器和多个传感器 ,记录飞行数据以及控制飞机的 姿态等等。飞控一般出厂自带固件,通过配置软件(地面站)就能设置各种参数。目 前最主流的穿越机固件配置软件为 Betaflight 地面站和 INAV 地面站 ,还有一些特殊 飞机用的地面站 ,例如 QGround 地面站等。 由于 Betaflight 是开源的,所以固件以 及地面站都可以在 Github 上找到其源代码,感兴趣的可以自行去看看 ,可以自行更改 固件。

飞控与地面站连接通常使用一根 type—C 数据线(或者 micro usb 数据线) ,连接成 功后 ,即可进行操作设置。

① 固件刷写

下面以 betaflight 为例:

飞控与电脑连接好 ,地面站连接成功之后

点击如下图方框所示的按钮(进入 DFU 模式) ,再此之前请看好自己的飞控型号,不 懂请问买飞控的客服。

进入 DFU 模式之后右上角会显示已进入 DFU 模式

注:还有一种进入 DFU 模式的方法 ,在插入飞 控 type—C 口之前按住飞控的 boot 按键,之 后插入数据线, 即可进入 DFU 模式。

进入 DFU 模式之后选择固件烧写工具,选择好对应的飞控型号(选错会变砖的哦~)

以及固件版本(新发布的固件版本通常会有一些奇怪的 Bug)

点击从网络加载固件,加载完毕可将该文件保存在自己的电脑,以防下次使用(也可 不下载 ,下次继续从网络加载就好)

加载成功之后烧写固件即可

烧写成功后点击重新连接,即可对飞控进行设置

② 飞控设置

刷写好固件之后,进入端口设置,设置自己的外设端口,比如接收机,GPS ,图传

等 ,焊接完记住的端口号在此时就有用了,选错也没事,只是外设不会正常工作,直 到选择完正确的端口以及协议

接收机、GPS 等外设的协议一般在购买界面会有说明,所以在购买详情页看有关该外 设的所有信息

该界面很重要的一个点是最大解锁角度要设置为 180 度,否则你的飞机放置角度大于

25 度都解不了锁

这个界面是关于接收机的设置 ,主要是接收协议的选择 ,elrs 选串口接收机 ,协议选 CRSF

这个界面是用来设置解锁、 自稳、手动等模式

这个界面用来设置 OSD 图传信息 ,就是从眼镜或屏幕看到的信息:电池电压、地平 线、实时电流等等

这个界面用来设置电调协议,以及电机转向 ,电机顺序,这一步很 重要,不正确设置会使飞机飞不起来,该图上的四个箭头分别表示 桨叶的安装方向 ,桨叶安装方向也很重要。

黑盒子这个界面主要记录飞行过程中的飞行数据,以便后面进行 PID 调参和滤波设 置, 目前入门用不到,之后文档会更新,会讲到 PID 调参方法

到此,飞控的大体设置就全部完成了 ,这时你的飞机就可以起飞了