CONTROLADOR DE VUELO FPV DRONE EXPLICADO
La cantidad de controladores de vuelo (FC) para drones FPV puede ser abrumadora para los principiantes. Esta guía explica todas las características y diferencias, y destaca los factores importantes a considerar al elegir un mini quad FC.
Recopilé las especificaciones de todos los FC en esta hoja de cálculo para que pueda compararlos más de cerca
El controlador de vuelo (también conocido como FC) es el cerebro de la aeronave. Es una placa de circuito con una gama de sensores que detectan el movimiento del dron, así como los comandos del usuario. Con estos datos, controla la velocidad de los motores para hacer que la nave se mueva según las instrucciones.
Casi todos los controladores de vuelo tienen sensores básicos como Gyro (giroscopios) y Acc (acelerómetro). Algunos FC incluyen sensores más avanzados como Barómetro (sensores de presión barométrica) y magnetómetro (brújula).
El FC también es un centro para otros periféricos, como GPS, LED, sensor de sonda, etc.
Los controladores de vuelo de aviones no tripulados FPV evolucionan rápidamente: se vuelven más pequeños, con más funciones integradas y utilizan mejores procesadores y hardware.
Tamaños de controlador de vuelo, MCU y características
Conexión FC
Aquí hay un diagrama de cableado de ejemplo de cómo los componentes de un dron están conectados a un controlador de vuelo.
Firmware del controlador de vuelo
Además de las opciones de hardware, también hay diferentes firmware que puede elegir ejecutar en su FC, que ofrecen diferentes características y especializaciones para diversas aplicaciones. Por ejemplo, iNav está diseñado teniendo en cuenta la utilización del GPS, mientras que KISS está más enfocado en las carreras y la facilidad de uso.
Aquí hay una lista de firmware FC popular disponible para mini quad. Si no tienes idea de cuál elegir, mi recomendación sería Betaflight.
Firmware del controlador de vuelo
Betaflight es de código abierto, desarrollado y mantenido por la comunidad. Tiene la mayor base de usuarios, por lo que es más probable que obtenga ayuda cuando tenga problemas. También tiene la más amplia gama de controladores de vuelo.
Otro firmware popular para drones FPV son FlightOne y KISS. Ambos son de código cerrado, y el hardware y el firmware están controlados por compañías privadas, por lo que está limitado a sus propios controladores de vuelo.
Una vez que haya elegido su firmware FC, puede buscar una placa de controlador de vuelo compatible.
Interfaz y configuración
El firmware FC moderno se puede configurar a través de una computadora, teléfono inteligente o incluso desde su controlador de radio. Cada firmware ofrece una interfaz de usuario (UI) diferente con varios parámetros que puede cambiar. Algunas interfaces de usuario tienen un aspecto similar, pero conectar las mismas configuraciones en un FW diferente puede dar características muy diferentes, por lo que hay una curva de aprendizaje al ingresar a un nuevo firmware.
" Tuning " es el término que usamos en el hobby multirotor cuando cambiamos parámetros como PID, tasas de RC u otras configuraciones para lograr las características de vuelo que deseamos.
Procesador
Los procesadores en FC también se conocen como unidades de microcontrolador (MCU), se usan para almacenar los códigos de firmware y manejar todos los cálculos complejos.
Actualmente, hay 5 tipos principales de MCU utilizados para FC: F1, F3, F4, F7 y H7. Las principales diferencias son la velocidad de cálculo y el tamaño de la memoria:
| F1 | F3 | F4 | F7 | H7 | |
| Velocidad | 72MHz | 72MHz | 168MHz | 216MHz | 480MHz |
| Memoria | 128 KB | 256 KB | 1MB | 1MB | 128 KB |
Recomendamos obtener un controlador de vuelo F4 o F7, porque F1 y F3 ya no son compatibles con las últimas versiones de Betaflight debido a la falta de almacenamiento para el firmware en expansión.
Procesadores FC: de izquierda a derecha: STM32 F1, F3, F4
Procesadores FC: de izquierda a derecha: STM32 F1, F3, F4
¿Qué es el controlador UART en vuelo?
UART significa receptor / transmisor asincrónico universal .
UART es la interfaz serial de hardware que le permite conectar dispositivos externos al controlador de vuelo. Por ejemplo, receptores de radio en serie, telemetría, transpondedor de carrera, control VTX, etc.
Cada UART tiene dos pines, TX para transmitir datos y RX para recibir. Recuerde que el TX en su periférico se conecta al RX en el FC, y viceversa.
Por ejemplo, aquí están los UART3 (pines R3 y T3) y UART6 (pines R6 y T6) en un controlador de vuelo. Puede asignar a estos UART una tarea en la pestaña de puertos del configurador Betaflight.
Cuántos UART hay en un FC
Es posible que no necesite muchos UART, pero tener más siempre es útil.
La cantidad de UART disponibles depende en gran medida del diseño de la placa y del procesador utilizado. Por ejemplo, F1 FC normalmente solo tiene 2 UART, mientras que F3 y F4 pueden tener entre 3 y 5 y F7 pueden tener de 6 a 7.
| F1 | F3 | F4 | F7 | |
| No. de UART | 2 | 3-5 | 3-6 | 6-7 |
F3 y F7 pueden manejar señales invertidas de forma nativa, mientras que F1 y F4 no pueden.
Las señales Frsky SBUS y SmartPort se invierten en la salida, la buena noticia es que los controladores de vuelo F3 y F7 pueden leer estas señales muy bien. Porque son procesadores de nueva generación con inversores integrados.
Sin embargo, los procesadores más antiguos, como F1 y F4, requieren un inversor externo para "traducir" la señal antes de alimentarla al UART. Para comodidad de los usuarios, casi todos los controladores de vuelo F4 tienen almohadillas dedicadas para SBUS a las que puede conectar el RX directamente. De lo contrario, puede utilizar una solución alternativa, como el uso de serial suave para SmartPort u obtener una señal no invertida del RX .
Si se está quedando sin puertos UART, puede usar la función Betaflight SoftSerial para "crear" hasta dos UART adicionales. SoftSerial es una forma de emular un puerto UART utilizando software, pero el UART emulado tiene una velocidad de transmisión más baja (velocidad de actualización). Esto lo hace inadecuado para cronometrar tareas críticas como la conexión RX. Tenga en cuenta que SoftSerial también aumenta la carga de la CPU.
Gyro Sensor - La IMU
El trabajo de un sensor IMU es medir el movimiento y la orientación del quadcopter. Un sensor IMU contiene un acelerómetro (ACC) y un giroscopio (Gyro).
Los modos de vuelo más utilizados en Betaflight son probablemente el modo Acro (también conocido como modo manual) y el modo Ángulo (también conocido como modo autonivelante ). El modo Acro usa solo el Gyro, mientras que el modo Angle usa tanto el ACC como el Gyro.
Dado que la mayoría de los pilotos de drones FPV solo vuelan en modo Acro, el acelerómetro a menudo se apaga para liberar potencia de procesamiento. Es por eso que normalmente nos referimos a la IMU simplemente como el giroscopio.
La siguiente lista contiene los chips IMU más comunes para FC.
Los tipos de IMU
| IMU | Posible protocolo de comunicación (BUS) | Max. Frecuencia efectiva de muestreo giroscópico |
| MPU6000 | SPI, i2c | 8K |
| MPU6050 | i2c | 4K |
| MPU6500 | SPI, i2c | 32K |
| MPU9150 * | i2c | 4K |
| MPU9250 * | SPI, i2c | 32K |
| ICM20602 | SPI, i2c | 32K |
| ICM20608 | SPI, i2c | 32K |
| ICM20689 | SPI, i2c | 32K |
Puede encontrar el número de modelo IMU impreso en el chip, por ejemplo, este es el popular Invensense MPU-6000.
MPU6000 - Sensor giroscópico IMU
Gyro y acelerómetro en un controlador de vuelo
La elección del giroscopio: frecuencia de muestreo versus ruido
Hay dos propiedades principales de una IMU a tener en cuenta en un controlador de vuelo: la velocidad máxima de muestreo y la susceptibilidad al ruido (tanto eléctrico como mecánico).
Actualmente, la IMU más utilizada es MPU6000, ya que admite una frecuencia de muestreo de hasta 8KHz, y se ha demostrado que es una de las IMU más sólidas contra el ruido. El consenso general es evitar MPU6500 y MPU9250 a pesar de su mayor velocidad de muestreo.
También hay una diferencia de rendimiento entre los giroscopios de la serie ICM. El ICM20689 es uno de los peores giroscopios para controladores de vuelo, susceptible al ruido y con una alta tasa de fallas. Si tuvo que elegir un giroscopio ICM, vaya con 20602 en su lugar.
Hay algunos FC con el Gyro “montado suavemente” en espuma para reducir los errores de cálculo de las vibraciones que se transfieren al sistema desde los motores.
Gyro montado suavemente - Kakute F4
Actualización (octubre de 2019) : desde Betaflight 4.1, se eliminó el modo de 32KHz, por lo que incluso si está utilizando un giroscopio ICM con Betaflight, solo puede ejecutar hasta 8KHz de tiempo de bucle.
Una de las razones por las que BetaFlight eliminó el soporte de 32KHz puede deberse a que un giroscopio más rápido es una espada de doble filo. Una embarcación suave con señal limpia y potencia, puede esperar que la serie ICM a 32KHz funcione mejor que la MPU6000 a 8KHz. Sin embargo, introduce ruido eléctrico de ESC y motores y / o vibraciones físicas, y la degradación en el rendimiento del ICM es mucho peor que la MPU6000.
Aquí hay algunos consejos sobre condensadores de montaje suave y filtrado para reducir el ruido
Gyro BUS - i2c y SPI
SPI e i2c son los tipos de "BUS", o protocolo de comunicación entre el sensor IMU y el procesador. El tipo de BUS tiene un impacto significativo en la velocidad de muestreo efectiva y el tiempo de bucle máximo del controlador de vuelo.
El BUS preferido es SPI , que le permite ejecutar Gyro a una frecuencia de actualización mucho mayor que I2C, que tiene un límite de 4KHz. Casi todos los controladores de vuelo de hoy usan SPI.
Diseño
El diseño de FC es donde se encuentran los pines / almohadillas de soldadura en la placa, y lo fácil que es conectar los componentes.
Muchas personas solo se preocupan por la capacidad de un controlador de vuelo y pueden pasar por alto la importancia del diseño.
Un buen ejemplo sería el CLRacing F7 y el Kakute F7. Ambos son excelentes controladores de vuelo que personalmente recomiendo, pero basados únicamente en el diseño, el CLRacing F7 es claramente superior, ya que todos los pads están ubicados en los bordes y agrupados por la función. Las almohadillas en el Kakute están todas juntas en la misma área, lo que a menudo resulta en un cableado desordenado.
CL Racing F7 FC
Kakute F7 FC
Es algo personal, no todos tienen el mismo gusto en el diseño de FC.
"Todo en uno" (AIO) FC e integración
Un FC "todo en uno" tiene una distribución de energía incorporada y tendrá almohadillas grandes para el cable de gran calibre para el voltaje de entrada directamente desde su LiPo. El término se usó originalmente cuando era estándar tener un PDB para regular la potencia de su FC, pero con la variedad de componentes que se encuentran integrados con los FC en estos días, se ha vuelto más engañoso.
Uno de los primeros componentes que se integraron con el FC fue la visualización en pantalla (OSD): Betaflight OSD .
Otro circuito integrado que ha demostrado ser invaluable es el Sensor de corriente: es un indicador mucho mejor que VBAT para cuando debe aterrizar y una gran herramienta para realizar pruebas: más información sobre el sensor de corriente y la calibración .
Otros componentes comúnmente integrados incluyen barómetro y magnetómetro (brújula).
No existe una solución "verdadera" todo en uno (todavía no de todos modos), pero puede encontrar casi cualquier componente, RX, VTX, incluso ESC, integrado con el FC.
El RacerStar Tattoo F4S FC fue el primer FC integrado ESC que revisé, aunque no fue muy confiable.
4-en-1 ESC y AIO FC?
Los ESC 4 en 1 son comunes en estos días, y a menudo están diseñados como parte de una "pila" para usar con un FC específico, generalmente un ESC 4 en 1 actúa como el PDB. Los enchufes y las conexiones de un ESC 4 en 1 al FC no están estandarizados, así que asegúrese de que sus piezas sean compatibles antes de comprar.
¿Se pueden usar juntos un AIO FC y un ESC 4 en 1? Sí pueden, pero no lo recomendamos.
Dependiendo del tipo de ESC que desee, use un AIO FC con ESC separados.
Un FC que no sea AIO debe combinarse con un PDB para ESC individuales o un ESC 4 en 1.
Patrón de montaje
El patrón de montaje es la distancia del agujero en un controlador de vuelo. Los patrones de montaje comunes son 30.5 × 30.5 mm, 20 × 20 mm y 16 × 16 mm. El patrón de montaje está determinado en gran medida por el tamaño del tablero y el tamaño del avión para el que está diseñado. Los aviones de 5 ″ y más grandes normalmente usan 30.5 × 30.5 mm, mientras que cualquier cosa más pequeña usa 20 × 20 mm. 16 × 16 mm se están volviendo populares con las microconstrucciones de menos de 100 mm.
Otras características del controlador de vuelo
Blackbox: ¿Memoria Flash o Logger SD?
Los datos de Blackbox son útiles para el ajuste y la resolución de problemas.
Hay dos formas de registrar los datos de su caja negra: almacenar sus registros de vuelo en una tarjeta SD o en una memoria flash integrada.
La memoria flash es más barata de usar, pero también es muy limitada en términos de cuánto tiempo puede grabar. Dependiendo de su velocidad de registro y la cantidad de memoria flash en su FC, generalmente solo puede capturar de 10 a 20 tal vez minutos de datos de vuelo. La descarga también es extremadamente lenta, demorando hasta 5 minutos en descargar un registro de vuelo de un minuto.
Los controladores de vuelo con un lector de tarjetas SD incorporado le permiten insertar una tarjeta SD que le permite grabar durante semanas sin preocuparse por quedarse sin espacio. También es muy rápido leer los datos, sacar la tarjeta y puede acceder a los registros de inmediato.
Los registros de Blackbox son realmente para que los pilotos más experimentados diagnostiquen problemas casi imperceptibles con las características del vuelo, como los corredores que buscan exprimir hasta la última gota de rendimiento. Para los aficionados promedio, tal vez esto sea innecesario a menos que realmente estés jugando.
Si su FC no tiene ranura para tarjeta SD ni memoria flash para blackbox, puede obtener un lector de tarjeta SD externo (Open Logger) y conectarlo a su FC a través de UART.
Tipos de conector
Los tres tipos principales de conectores en un controlador de vuelo son
Conectores JST de plástico
Almohadillas de soldadura
A traves de los hoyos
Los conectores JST de plástico son menos duraderos, aunque le permiten conectar / desconectar cables más fácilmente. Las almohadillas de soldadura son más robustas, pero puede correr el riesgo de rasgarlas cuando están estresadas o sobrecalentadas al soldar. Los orificios pasantes son flexibles, ya que le da la opción de soldar directamente o usar pines de cabecera.
Consejo profesional: cómo eliminar los pines de encabezado en un FC .
Consejo profesional: con almohadillas de soldadura, ¿sabía que es posible repararlas si se despegan ?
BEC (regulador de voltaje)
La mayoría de los FC proporcionan una almohadilla regulada de 5V. Algunos incluso proporcionan voltajes de 9V, 12V u otros. Estos reguladores de voltaje a menudo se denominan "BEC" (circuito eliminador de batería).
Aunque muchos equipos FPV (cámara FPV y VTX) ahora pueden alimentarse directamente de la batería LiPo, descubrí que produce mejores resultados al alimentarlos desde una fuente de alimentación regulada.
Aprenda cómo cablear la configuración de FPV para reducir el ruido .
Control de la cámara
Una función que le permite configurar los ajustes de la cámara FPV utilizando su transmisor de radio y su OSD Betaflight. Obtenga más información sobre el control de la cámara aquí .
Botón de arranque
Un botón de arranque (o botón del gestor de arranque) puede poner el FC en modo de gestor de arranque cuando se presiona. Esto le permite "forzar" el firmware flash en caso de que el flasheo normal del firmware no funcione ( por qué usar el botón del gestor de arranque en FC ).
Originalmente, los FC proporcionan 2 almohadillas de soldadura para que pueda unir cuando se requiere el modo de cargador de arranque, un botón de arranque lo hace mucho más fácil.
