انتخاب فلایت کنترلر

در این نوشتار، به نحوه انتخاب و بررسی فلایت کنترلر (flight controller) می پردازیم.

تعداد کنترل کننده های موجود در بازار می تواند خریداران را سردرگم کند. این مقاله فاکتور های مهم انتخاب یک فلایت کنترل را توضیح می هد.

فلایت کنترلر چیست

فلایت کنترلر (یا همان FC) مغز پرنده است. فلایت کنترل یک برد مدار با سنسور هایی است که تغییر جهت های پرنده را پیدا می کند. همچنین دستورات شما را دریافت کرده و موتور ها را کنترل می کند تا پرنده را در هوا نگه دارد.

تقریبا همه فلایت کنترلر ها سنسور های پایه را از قبیل جایرو (ژیروسکوپ) و شتاب (شتاب سنج) را دارا می باشند. بعضی فلایت کنترل ها دارای سنسور های پیشرفته تری مثل بارومتر (سنسور های بارومتری فشار) و مغناطیس سنج (قطب نما) هستند.

فلایت کنترلر مرکزی برای قطعات دیگری نیز مثل GPS، LED، سنسور صوتی و غیره است.

فلایت کنترلر های پرنده ها به سرعت در حال تحول است: ابعاد کوچک تر، استفاده از پردازنده ها و سخت افزار های بهتر و ویژگی های جدید تر.

فرمویر فلایت کنترلر

فلایت کنترلر ها به جز سخت افزار، فرمویر هایشان می تواند متفاوت باشد که مخصوص کاربرد های مختلف هستند.

فرمویر های مدرن می توانند با نرم افزار تحت کامپیوتر، موبایل یا حتی RC تنظیم شود.

“تیونینگ” اصطلاحی است که در مولتی روتور ها برای تغییر PID، سرعت ها و سایر تنظیمات به کار می بریم. با تیونینگ پرنده ها می توانیم روش پروازی را که می خواهیم اعمال کنیم.

البته پارامتر های GUI همگی از فرمویر به فرمویر متفاوت است، بنابراین نمودار مشخصی برای سطح یادگیری هر یک وجود دارد.

وقتی یکی از فرمویر ها را انتخاب کردید، می توانید به برد های کنترلی قابل پشتیبانی نگاهی بیندازید.

 

پردازنده

در حال حاضر چهار انتخاب برای پردازنده دارید: F1، F3، F4 و F7. در حال حاضر F3 و F4 پیشنهاد می شود، چراکه دوران F1 رو به پایان بوده و F4 هنوز جدید است و نیاز به زمان برای پیشرفت دارد.

F1	F3	F4	F7
72MHz	72MHz	168MHz	216MHz

UART چیست؟

UART مخفف گیرنده/فرستنده غیرهمزمان کلی است.

UART درگاه سریال سخت افزاری است که این امکان را می دهد قطعات خارجی را به فلایت کنترلر متصل کنید. برای مثال، گیرنده های رادیویی سریالی، تلمتری، ترنسپاندر مسابقه ای، VTX و غیره.

هر UART دو پین دارد. TX برای ارسال و RX برای دریافت.

 

تعداد UART های یک فلایت کنترلر

شاید به تعداد زیاد UART نیاز داشته و یا نداشته باشید، اما هر چه بیشتر باشد، قابل انعطاف تر و آینده نگر تر است.

تعداد UART در فلایت کنترلر بسته به طراحی برد و پردازنده مورد استفاده است. مثلا F1 بطور طبیعی دو UART دارد، درحالیکه F3 و F4 بین سه تا پنج و F7 می تواند هفت UART یا بیشتر داشته باشد.

F1	F3	F4	F7
2 UART	3-5 UART	3-6 UART	7+ UART

 

معکوس کردن UART

سیگنال های SmartPort و Frsky SBUS در خروجی معکوس می شوند، خبر خوب اینکه F3 و F7 می توانند این سیگنال ها را به خوبی بخوانند چراکه از پردازنده های نسل جدید تر بوده و معکوس کننده های داخلی در چیپ دارند.

هرچند که در پروسسور های قدیمی تری مثل F1 و F4 به یک معکوس کننده در UART نیاز است تا این سیگنال ها خوانده شوند. روش هایی برای این کار وجود دارد، از قبیل سافت سریال یا دریافت سیگنال معکوس نشده از RX. حتی بعضی از فلایت کنترلر های F4 معکوس کننده های مخصوص SBUS و SmartPort دارند.

در موارد نبود پورت های سریال سخت افزاری، می توان از سافت سریال استفاده کرد. این یک روش شبیه سازی پورت UART بصورت نرم افزاری وجود دارد. نقص آن نرخ باود (نرخ آپدیت) پایین بوده و می تواند بار سی پی پو را بیشتر کند. بنابراین برای کاربرد هایی که در آن مثل گیرنده رادیویی، زمان مهم و بحرانی است، این روش پیشنهاد نمی شود.

 

سنسور جایرو – IMU

کار سنسور IMU اندازه گیری حرکت و جهت کواد است. یک IMU شتاب سنج و ژیروسکوپ را شامل می شود، اما چون بیشتر خلبان های FPV ها در مود آکرو (Acro) پرواز می کنند، اغلب شتاب سنج را خاموش می کنیم و بنابراین بطور طبیعی به IMU به عنوان ژیرو ارجاع می دهیم.

لیست زیر شامل ژیرو های عمومی بکار رفته در فلایت کنترلر است.

 

انواع IMU ها

IMU	پروتکل ارتباطی ممکن (BUS)	حداکثر فرکانس سمپلینگ موثر ژیرو
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

 

* MPU9150 بطور موثر MPU6050 با مغناطیس سنج گنجانده شده AK8975 است، درحالیکه MPU9250 همان MPU6500 با همان مغناطیس سنج است.

می توانید شماره مدل IMU را بر روی چیپ پیدا کنید. برای مثال این MPU-6000 عمومی است.

انتخاب جایرو: سرعت سمپلینگ در برابر نویز

دو ویژگی اساسی IMU که باید در یک فلایت کنترلر در نظر گرفت:

سرعت سمپلینگ حداکثر و اینکه چه قدر به نویز حساس است (هر دو نویز الکتریکی و مکانیکی).

در حال حاضر بیشترین IMU مورد استفاده MPU6000 است که تا 8KHz سمپلینگ را پشتیبانی کرده و ثابت شده است که مقاوم ترین IMU در برابر نویز است. غالبا نظرشان این است که می بایست از MPU6500 و MPU9250 نباید استفاده کرد چراکه با وجود اینکه سرعت سمپلینگ آن بالا است، نویز پذیر تر هستند.

جایرو سریع تر یک شمشیر دو لبه است. با سیگنال و برق صاف، می توان از سری های ICM انتظار عملکرد بهتر و صاف تری از MPU6000 در 32KHz داشت. اما با ESC و موتور نویز دار و نوسانات کواد، عملکرد جایرو بسیار بدتر از MPU6000 خواهد بود.

برای مثال، ICM20602 در Raceflight Revolt V2 یا ICM20689 در Kakute F4 هر دو در 32KHz عمل می کنند. هر چند گزارش شده است که این دو IMU نسبت به نویز از MPU6000 قدیمی تر حساس ترند لذا این فلایت کنترلر ها عموما نیاز به سافت مونتینگ و خازن های فیلتر نیاز دارند تا مقدار نویز وارد شونده به جایرو را کاهش دهند.

فلایت کنترلر های با جایرو سافت مونتد اساسا اینگونه اند که IMU بر روی قطعه ای از فوم قرار گرفته اند تا مقداری از نویز را که از سمت موتور ها می آید کاهش دهد.

i2c و SPI

SPI و i2c از انواع BUS یا پروتکل ارتباطی بین سنسور IMU و پردازنده هستند که می تواند تاثیر بسزایی بر سرعت سمپلینگ موثر و در نتیجه آن حداکثر زمان پرواز داشته باشد.

BUS ترجیحی، SPI است که امکان عملکرد جایرو را در سرعت رفرش بسیار بیشتر از I2C که به 4KHZ محدود است، می دهد.

 

سایر ویژگی های فلایت کنترلر

جعبه سیاه: لاگر فلش مموری یا SD؟

اطلاعات جعبه سیاه برای تنظیم و عیب یابی مفید است.

دو روش برای ضبط اطلاعات جبه سیاه وجود دارد. اگر فلایت کنترلر تان از جمع آوری اطلاعات پشتیبانی می کند، بطور طبیعی با یک چیپ فلش یا SD card reader می آید تا کارت SD تان را در آن قرار دهید.

فلش مموری ارزانتر است، اما بسیار محدود تر است به اینکه چه مقدار می توانید پروازتان را ضبط کنید. معمولا فقط 10، 15 یا 20 دقیقه بسته به سرعت ذخیره سازی تان. همچنین بسیار کند است که اطلاعات را بردارید. تا 5 دقیقه برای دانلود اطلاعات یک پرواز یک دقیقه ای زمان می برد.

فلایت کنترلر های کارت SD خوان دار، این امکان را می دهد که SD کارت خود را درون آن قرار داده و هفته ها از آن استفاده کنید بدون آنکه نگران کمبود فضا شوید. خواندن اطلاعات نیز خیلی سریع است. کارت SD را خارج کرده و به سرعت به اطلاعات دسترسی پیدا کنید.

این بستگی دارد به اینکه چقدر از اطلاعات جعبه سیاه استفاده می کنید. اگر عاشق جمع آوری اطلاعات جعبه سیاه هستید، حتما باید سراغ فلایت کنترلر با SD خوان گنجانده شده بروید.

خوب است بدانید که می توانید یک SD خوان (open logger) گرفته و به یکی از UART های فلایت کنترلر خود وصل کنید.

 

انواع کانکتور ها

سه کانکتور اصلی در یک فلایت کنترلر عبارتند از:

• کانکتور های JST پلاستیکی
• اتصالات فلزی
• سوراخ ها

 

عمر کانکتور های JST پلاستیکی کوتاهتر است اگرچه این امکان را می دهند که سیم ها را به آسانی قطع و وصل کنید. اتصالات فلزی دوام بیشتری دارند، اما این ریسک وجود دارد که اگر به آنها تنشی وارد شده یا هنگام لحیم کاری زیادی داغ شوند، از بین بروند. سوراخ ها انعطاف پذیر ترند از این جهت که این انتخاب را به شما می دهند تا مستقیما لحیم کرده یا از پین های هدر استفاده کنید.

رگولاتور ولتاژ گنجانده شده

با رگولاتور ولتاژ گنجانده شده در فلایت کنترلر، می توان آن را مستقیما به باتری LiPo وصل کرد یا حتی ولتاژ خروجی 5V و حتی 12V را برای سایر نیاز ها تامین کرد. این یعنی حتی فلایت کنترلر می تواند ولتاژ باتری را بدون سیم کشی VBAT نظارت کند.

 

PDB گنجانده شده

با PDB گنجانده شده در فلایت کنترلر می توان اسپید کنترل و باتری لیتیوم-پلیمر را مستقیما متصل کرد. در این صورت به جای دو برد، یک برد دارید. اما نقص آن این است که اتصالات مسی کوچک تری دارید که کار کردن با آن سخت تر است.

 

سنسور جریان گنجانده شده

داشتن سنسور جریان بسیار مفید خواهد بود: نمایش دهنده بسیار بهتری از VBAT (ولتاژ باتری) است برای هنگامی که باید لندینگ کنید و ابزاری عالی برای تست است.

کلید بوت

با فشردن کید بوت (یا کلید بوت لودر) فلایت کنترلر در حالت بوت لودر قرار می گیرد. این امکان را به شما می دهد در حالتی که فلش طبیعی فرمویر کار نمی کند، آن را فلش اجباری کنید.

فلایت کنترلر ها در اصل دو اتصال مسی برای متصل کردنشان به یکدیگر برای قرار دادن در حالت بوت لودر قرار دارد. با یک کلید بوت این کار بسیار آسان تر انجام می گیرد.

سایر قطعات جانبی در فلایت کنترلر

• OSD گنجانده شده – هر کس که با MinimOSD کار کرده باشد می داند که PITA چیست، اگر به OSD علاقه دارید جزء واجبات است
• VTX گنجانده شده – سود اصلی این قطعه، صرفه جویی کلی و جمع و جور بودن است. بعضی حتی این امکان را می دهد که تنظیمات VTX را مستقیما از فلایت کنترلر تغییر دهید.
• بارومتر/مغناطیس (قطب نما) – این سنسور های اضافی برای مسابقه دهنده ها و مینی کواد ها از اهمیت کمتری برخوردار هستند
• پشتیبانی از RX – از ساپورت نوع پروتکل گیرنده رادیویی از قبیل PWM، PPM، SBUS، Spektrum Satelite و غیره توسط فلایت کنترلر قبل از استفاده، اطمینان حاصل کنید.
• گزینه های AIO – فلایت کنترلر “همه چیز در یکجا”، همه چیز لازم را در یک برد از قبیل فلایت کنترلر، ESC، PDB، RX و غیره آورده است. نقص آن این است که اگر چیزی دچار مشکل شد، احتمال اینکه کل برد باید تعویض شود وجود دارد.
• پشتیبانی از ماژول مادون قرمز – این امکان را می دهد که از آشکارساز های مادون قرمز مستقیما با فلایت کنترلر برای اندازه گیری زمان دور های مسابقه در بعضی مسابقات استفاده کنید.