Твой первый квадрокоптер: теория и практика - [7]

Благодаря наличию компаса возможен интересный режим полета, именуемый Headfree. В этом режиме фиксируется курсовое положение квадрокоптера в момент активации моторов. Если в процессе полета развернуть раму квадрокоптера по Yaw, то условное направление "вперед", зафиксированное при взлете, не изменится. При наклоне правого стика пульта вперед квадрокоптер всегда будет лететь вперед, при наклоне вправо — всегда вправо и т. д., независимо от того, как в данный момент развернута рама. Считается, что этот режим удобен для начинающего пилота, а также при полетах на большом удалении, без видеоканала и средств телеметрии, когда визуальный контроль над положением рамы затруднен. Если пилот случайно развернул квадрокоптер, то это не отразится на управлении и поможет избежать аварии.

Используя компас, при настройке квадрокоптера не забудьте указать такой параметр, как магнитное склонение (не путайте с магнитным наклонением) для своей местности. Магнитное склонение — это угол между географическим и магнитным меридианами в точке земной поверхности. Магнитное склонение считается положительным, если северный конец магнитной стрелки компаса отклонен к востоку от географического меридиана, и отрицательным — если к западу. Значение магнитного склонения используется для определения истинного меридиана до показанию магнитного компаса. Узнать значение магнитного склонения для своей местности можно на сайте www.magnetic-declination.com или http://www.ngdc.noaa.gov/geomag-web/. Обратите внимание, что сервисы дают значение в градусах и минутах, но при настройке компаса используется значение в градусах и десятичных долях градуса.

Остался еще один важный параметр полета — высота. Стабилизация высоты важна как для комфортного управления квадрокоптером, так и для безопасного полета, особенно в режиме автоматического возврата к точке старта по GPS. Для измерения высоты в квадрокоптерах используют либо интегральный барометр, либо внешний ультразвуковой сонар, либо оба устройства сразу. Поскольку они оба выполняют одинаковую задачу, мы немного забежим вперед и рассмотрим достоинства и недостатки ультразвукового сонара в этой главе, хоть сонар и является дополнительным оборудованием.

Устройство интегрального барометра

Измерение высоты полета барометрическим методом основано на зависимости атмосферного давления от высоты. Чем больше высота, тем ниже атмосферное давление. В миниатюрных интегральных барометрах применяется, как правило, тензорезисторный либо пьезорезонансный датчик. В первом случае чувствительным элементом является тензорезистор (рис. 2.6), изменяющий свое сопротивление в зависимости от степени деформации под воздействием атмосферного давления. Во втором случае на пьезоэлемент подают переменное электрическое напряжение, заставляя его колебаться под действием обратного пьезоэффекта. Собственная резонансная частота элемента, — при которой напряжение на электродах пьезоэлемента максимально, зависит от степени деформации элемента.

Рис. 2.6.Устройство тензорезисторного датчика атмосферного давления

Существенным недостатком этих датчиков является выраженная зависимость результатов измерения от температуры окружающей среды и большой разброс выходных данных между экземплярами. Для термокомпенсации внутрь корпуса встраивают терморезистор и при измерениях учитывают его сопротивление в качестве компенсирующего параметра. Для устранения конструктивной неоднородности каждый экземпляр интегрального барометра калибруют на заводе, записывая в его память калибровочные константы.

На выходе барометра мы получаем не абсолютное значение давления, а некое "сырое" значение, из которого давление рассчитывается путем вычислений с плавающей точкой, учитывая калибровочные константы и текущую температуру корпуса. Формулы для расчетов приводятся в спецификации микросхемы.

Применительно к квадрокоптерам, нас обычно интересует не высота над уровнем моря, а высота относительно точки взлета. Поэтому в момент активации моторов перед взлетом текущее давление воздуха принимается соответствующим нулевой высоте. К сожалению, даже в течение одного 10-минутного полета атмосферное давление может измениться настолько сильно, что это будет соответствовать перепаду высоты 2–3 м. Особенно это характерно для неустойчивой предгрозовой погоды.

Барометр следует защищать от воздействия прямых потоков воздуха. Обычно для этого используют кусочек крупнопористого поролона, которым прикрывают отверстие сенсора, или помещают полетный контроллер в защитный кожух. Также следует защищать барометр от попадания прямых солнечных лучей на сенсор через отверстие в корпусе. Теоретически современные интегральные барометры способны измерять высоту с точностью в несколько сантиметров, однако когда барометр смонтирован, на квадрокоптере и рядом с ним несущие винты прокачивают потоки воздуха, а на это накладываются флуктуации плотности воздушных масс разной температуры, такую точность реализовать практически невозможно. К вибрациям барометры не чувствительны.

Устройство ультразвукового сонара

Ультразвуковой сонар (датчик расстояния) состоит из генератора ультразвука, излучателя, приемника и усилителя-формирователя выходного сигнала (рис. 2.7).