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无人机基础知识-组成-航模遥控器

航模遥控器

常见的无线遥控按照使用技术不同,主要有红外遥控和2.4G遥控。红外遥控有方向范围窄,距离短等特点,所以航模遥控器基本上都是使用2.4G无线遥控。 我们知道蓝牙,WiFi,ZigBee等都是采用的2.4G频段,那么这个又有什么差别呢?首先我们需要对2.4GHz无线技术以及标准做一个简单的介绍。

2.4GHz无线技术标准

2.4GHz无线技术如今已经成为了无线产品的主流传输技术。所谓的2.4GHz所指的是一个工作频段2400M-2483M范围,这个频段是全世界免申请使用。常见的WiFi,蓝牙,ZigBee都是使用的2.4G频率段。

WiFi,蓝牙,ZigBee都是基于2.4GHz的,只不过他们采用的协议不同,导致其传输速率不同,所以运用的范围就不同。同样是采用2.4G频率作为载波,但不同的通讯协议衍生出的通讯方式会有着天壤之别。仅仅在传输数据量上,就有着从1M每秒到100M每秒的差别。详见下面的2.4GHz ISM频段无线信号比较图。

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航模遥控器使用的就是2.4GHz ISM频段无线协议的一种,不同于WiFi/蓝牙等有一个专门的名字,该遥控协议就叫做2.4GHz无线通信协议。

2.4G无线通信模块

2.4G无线通信模块(英文:2.4GHz RF Transceiver/Receiver Module)工作在全球免申请2.4GHz ISM频道,频率范围是2400MHz-2483MHz。实现开机自动扫频功能,共有50个工作信道。市面上的航模遥控器基本上都是使用2.4G无线通信模块,对应遥控器会配置一个接收机。遥控器(发射机)和接收机需要配对使用,不同厂商的一般不能够兼容,因为使用的收发芯片以及协议可能不一样。

Crazepony使用的2.4G无线射频芯片NRF24L01作为无线控制。在飞机上我们将NRF24L01作为接收部分设计在PCB板上,在遥控器上我们使用基于NRF24L01芯片的模块,方便插拔更换。

NRF24L01射频模块

Crazepony使用的是单片2.4G无线射频收发芯片NRF24L01。关于为什么会选用这片IC,在CamelGo的博客我和Crazepony的那点事儿(2)中有这么一段描述。

数据通信这块,也没什么特别要考虑的,短距离高速通信且免费这一点要求就限制了只能选择2.4GHz这个频段,在这个频段出了很多优秀的芯片厂商。在学生时代,我用得最多是Nordic公司的NRF24L01这个系列的收发一体芯片,由于刚开始着手启动Crazepony这个项目时,我只会这颗操作芯片,本着方便的原则,所以很自然的选择了这颗它(后来发现国外一个团队bitcraze也用的这个系列的芯片时,还是有点小激动的)

市面上有基于NRF24L01芯片的模块,有统一的标准接口。在遥控器上,我们就直接使用了这个模块,用来和飞控上的NRF24L01进行通信。我们标配的模块如下图所示,控制的距离在20m左右。

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遥控器上也可以使用带有PA(功率放大,Power Amplifier)的NRF24L01模块,带有鞭状天线,我们实测能够达到100m的控制距离。

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下图为使用带有PA的2.4G模块遥控器的实物图。
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航模遥控器介绍

  1. 进口遥控,有名的品牌有JR/FUTABA/SANWA等。
  • 油动版(标准接收机),遥控距离在600~800米(4VF/4EX/6EX/MAX66/RD6000/VG400),一般使用FM/PPM模式
  • 电动版(微型接受机),遥控距离在400~500米(一次变频版)700~1000米(二次变频)
  • 高级遥控器,象FF9/JR9X2/JR12/T12/T14,PCM版二次变频接收机,最远有1.5KM~2KM
  1. 国产遥控器,最常见的为天地飞(WFly),富斯(FlySky),睿思凯(FrSky),乐迪(RadioLink)等。
  • 天地飞6通,一次变频版接收机一般遥控距离在300~400米,这种小型接收机一般只适用于电动飞机,装到油机上面有一定危险。
  • 天地飞8,9通,遥控距离600~800米,二次变频版,可以飞油动飞机,电动飞机,但飞汽油机有危险。

国产遥控与进口遥控的差距区别在于一是无线电技术上的差距,另一方面国产的研发机构太少,没有经过长时间的产品测试。

国产遥控器用的都是比较便宜的电子元件,所以成本比较低,特别是接收机,接收机的芯片,好接收机都是进口芯片,所以很稳定,程序编写比较好,便宜的接收机芯片比较便宜,所以容易出事。

一个很简单的例子,遥控器上面的电位器,国产设备用得是国产电位器一般寿命在10~30万次,进口设备的电位器,像FUTABA是台湾产的可以达到100万次,这样直接影响遥控器的寿命。

一般认为遥控器的做工方面JR遥控器最好,线路布局各方面都很好,特别是目前只有JR遥控器配有保险丝如果爱好者不小心短路了,只需要更换保险丝就可以,比较人性化,更重要的是JR遥控器全部是在日本,马来西亚制造,品质有所保证。

FUTABA大众型遥控器现在比较普遍,现在FUTABA的低端遥控器都是在国内产的,接收机是台湾产的,所以遥控器这东西一份价格一分货。模友按照自己的经济能力去选购就可以了,千万不能攀比,选择适合自己的都可以。

现在国产遥控器的厂家越来越多,价格的优惠使得航模的门槛越来越低,所以有一款适合自己的遥控器是广大模友的心愿,广大模友按照自己的经济实力合理 选购属于自己的遥控器。

能否用航模遥控器控制Crazepony

要使用市面上的的航模遥控器控制Crazepony四轴飞行器,需要满足下面两个条件。

  • 遥控器是使用和Crazepony飞机上2.4G射频接收芯片NRF24L01一样的发射芯片,或者相兼容的芯片。
  • 需要统一遥控器的数据编码和Crazepony飞控数据解码。
  • 很多厂商原则上是不会公开遥控器使用的数据编码格式的。
  • 这就需要对该厂商遥控器的编码进行破解。

例如Crazyflie就支持ESky的遥控器,因为该遥控器的编码被大神破解并且公开。所以有人专门争对这个提供了接收机代码包,叫做Esky Protocol,其实就是ESky公司遥控器使用的通信协议。只要在飞控端将遥控器的数据解析出来,就可以使用ESky航模公司的遥控器进行控制。

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关于ESky公司的2.4G遥控器设备的通信协议,参考ArduinoRCLib项目中的描述。

The Esky 2.4 GHz equipment uses the Nordic NRF2401AG in both the transmitter and receiver. A compatible alternative to this chip is the NRF24L01+ (which is widely available).

PWM/PPM/S-BUS编码

这里说的编码,都是指遥控接收机输出的数据编码格式。对于多旋翼来说,遥控接收机的输出,一般直接输入到飞控中,由飞控对遥控发来的数据进行解码。现在常见的输出信号有PWM/PPM/S-BUS。一个接收机可以输出其中一种,或者多种同时输出。

在固定翼或直升机上,遥控接收机的输出,可能直接用来控制机械单元,如舵机。或者接专门的解码器,来控制多个舵机。这些连接方式比较复杂,和多旋翼差别较大。

PWM(脉宽调制)信号是最早的信号输出方式,一个通道一根信号线输出。

PPM(脉位调制)信号与S.BUS.、XBUS类似,都是单线传输所有通道信号,但几种编码方式完全不同,并不能相互兼容。

举例,乐迪(RadioLink)的R6DS接收机,是配合该公司的AT9/AT9S遥控器的超迷你接收机,适合现在的穿越机对空间体积的要求,能够同时输出PWM/PPM/S-BUS信号,给模友很多的选择。

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有很多开源实验项目利用Arduino来模拟PWM或者PPM信号的解码。

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Deviation开源遥控器

这是笔者都目前为止知道的唯一一个开源遥控器项目。该项目其实是制作了一个基于华科尔(Walkera)的Devo系列遥控器的开源软件,并且可以通过修改遥控器的射频模块来支持不同的协议。

该开源遥控项目和Crazepony项目有着非常深的渊源,以后会特别说明。

项目主页:http://www.deviationtx.com/

该固件支持华科尔的DEVO 6/6S/7E/8/8S/10/12/12S/F7/F12E系列遥控器。

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遥控曲线问题

很多新手反应,航模不好控制。其实这是有原因的,其中最大的一点就是关于遥控曲线的问题,而其中又以油门曲线最为有代表性。

目的是把直线变化的油门,变为曲线变化,以此提供不同的飞行模式。我们以最简单的3点曲线来说明,我们把发射机油门遥杆从下底端,中段,上顶端分为3个点,普通的发射机对应的油门量分别是0%,50%,100%,如果具有油门曲线的发射机,则可对这3个点单独进行设定。

比如,我们将下底端的0%设定为100%。这时,油门摇杆的位置在中段时油门量为50%,向上向下推动油门遥杆都是不断的增加油门量直到100%油门。这时我们看到的是一个V字形变化的油门曲线了(这是3D模式的油门变化要求)。5点曲线就是在3点之间插入2个点,以提供更接近曲线的平滑设定。当然还有一些高端的遥控器提供了7点甚至更多的设定点。那么多少合适呢,对于世界级的比赛其实5点或以上就已经足够了!

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标签: 遥控i器