FPV. От начавшего начинающим. Часть 3. Наземное оборудование, "умный" чемодан под управлением Arduino и все-все-все.

Основные принципы, которые определили состав и компоновку моих устройств:
- минимум разъемных кабельных соединений, которые приходилось бы соединять и разъединять каждый раз при выходе в поле, и которые являются идеальными точками отказа;
- как следствие первого пункта - минимум необходимого времени на развертывание\свертывание оборудования;
- каждый модуль должен быть оснащен хотя бы элементарными средствами мониторинга основных параметров питания и чего-нибудь еще по необходимости;
- каждый модуль должен быть самодостаточным и не требовать серьезных переконфигураций для разных условий эксплуатации (что под этим имеется ввиду читайте ниже);
- максимально возможная защита от дурака как в компоновке, так и в логике работы каждого модуля;

Далее будет дано описание модулей, на выборе компонентов каждого конкретного модуля не настаиваю, что касается производителя, частотных диапазонов и т.п.
Задача статьи обрисовать концепцию компоновки наземного оборудования самую удобную на мой взгляд. То есть главное это не конкретные блоки, а их применение в составе системы. Опять же, прошу холиваров из серии "очки круче телека, а шлем круче очков" не устраивать. Мне лично больше нравится телевизор в качестве устройства отображения, хотя система позволяет одновременно использовать и телевизор, и очки, всего до 4 устройств отображения.
А так же подробно опишу функционал модуля на Arduino, т.к. это модуль, который паялся и программировался мной лично, а не был куплен в готовом виде как все остальные.

1. "Умный" чемодан.
"А ну как убери свой чемоданчик!"(С)
Вот еще! Самый интересный модуль.
Итак, что внутри:
- телевизор Mystery MTV-1611LW (1);
- дополнительный монитор (2);
- видео-приемник 1,3ГГц (насчет частотного диапазона не настаиваю, тут уже кому что нравится) (3);
- диверсити видеосигнала, видеосплиттер и антенный трекер в одном флаконе The EagleEyesTM FPV Station(4);
- видеорекордер встроенный в корпус вышеупомянутого The EagleEyesTM FPV Station;
- блок мониторинга и управления всем этим хозяйством на базе Arduino (подробно опишу в отдельной статье, если сообщество заинтересуется) (5);
- понижающе-повышающий DC-DC конвертер (6);
- два свинцово-кислотных аккумулятора по 7Ач каждый включенные параллельно (7);
- резервная батарея LiPo 1,5Ач (8);
- сервотестер (9);
- кулер он же вентилятор (10);
- Большая Красная Кнопка (11);
- красивый тумблер с крышкой (12);
- разъемы RCA для коммутации второго видео-приемника (13);
- клавиатура Ардуино (14);
- дисплей (15);
- ультразвуковой датчик (16);
Фото, кликабельные:


Выбор батарей в пользу свинцовых был сделан из тех соображений, что лично для меня вес не критичный показатель, а хранить свинцовые батареи можно и даже нужно полностью заряженными, в отличие от литий-полимерных, которым от этого плохо становится достаточно быстро. Ну и затраты, в рассчете стоимость Ач, явно в пользу свинцовых аккумуляторов.

Функционал обеспечиваемый Arduino и блоком управления и коммутации:
- мониторинг напряжения батери;
- мониторинг потребляемого тока;
- подсчет потребленного тока в мАч (сохраняется при отключении питания, при необходимости сбрасывается);
- звуковая и визуальная (на дисплее) сигнализация по критически малому напряжению батареи (порог настраивается);
- автоматическое переключение на резервную батарею при достижении порога минимума напряжения (порог настраивается), функция дублирована Большой Красной Кнопкой для переключения на резерв вручную (во-первых - перестраховка, во-вторых используется для проверки состояния резервной батареи);
- мониторинг температуры DC-DC, автоматическое включение\выключение принудительного охлаждения по необходимости;
- управление сервоприводом, перемещающим датчик присутствия в рабочее положение и убирающим его в положение для транспортировки при включении\выключении питания;
- мониторинг присутствия тушки пилота в непосредственной близости от чемодана по ультразвуковому датчику =)\
- управление сервоприводом, перемещающим датчик присутствия в рабочее положение и убирающим его в положение для транспортировки при включении\выключении питания;
- мониторинг состояния и управление питанием видео-рекордера;
<Об этом немного подробней.
Т.к. зачастую забывал включать запись видео, а писать все подряд постоянно - это не фен-шуй, реализовал схему с датчиком присутствия.
Три режима:
- автоматическое включение записи при непрерывном (время задержки настраивается) наличии пилота в пределах полуметра от передней части чемодана и ее выключение с задержкой при отсутствии пилота (время задержки настраивается);
- ручной режим, световая сигнализация о не включенной записи при наличии пилота в пределах полуметра от передней части чемодана, запись включается вручную нажатием кнопки на клавиатуре;
- запись выключена, сигнализация выключена;
Т.е. работает так: самолет запустил, подошел в экрану - запись (либо сигнализация) включилась, ушел от экрана - выключилась.>

Дисплей и варианты отображаемых параметров:

Правые поля вывода на дисплее можно использовать для выведения различных параметров, переключение вариантов вывода происходит с клавиатуры.
Правое верхнее поле:
- время прошедшее с момента включения питания (по-умолчанию);
- температура DC-DC;
Правое нижнее поле:
- строка состояния (по-умолчанию);
- потребляемый ток;
В строке состояния отображается:
- текущий режим управления видео-рекордером (RM - режим ручного управления (по-умолчанию), RA - режим автоматического управления, RO - запись выключена);
- режим работы звуковой сигнализации (при отключении отображается надпись "Mute");
- при включенной записи мигает соответствующий значок рядом с индикатором режима управления;
Т.к. проект находится пока на стадии альфа-тестирования, не исключено, что элементы строки состояния будут изменяться. Пока такие, а дальше будем посмотреть.
Пиктограмма батарейки слева тоже активная и меняется в зависимости от напряжения.

Клавиатура:


Назначение кнопок клавиатуры управления Ардуино (номера кнопок видны на фото):

(0) - в режиме основного дисплея переключает варианты вывода для правого верхнего поля, в перспективе будет использоваться в меню, пока в разработке;
(8) - - в режиме основного дисплея переключает варианты вывода для правого нижнего поля, в перспективе будет использоваться в меню (на данный момент в разработке);
(1) - кнопка подтверждения действия;
(9) - кнопка отмены действия;
(5) - кнопка входа в меню (на данный момент в разработке);
(6) - кнопка включения\выключения питания рекордера;
(3) - кнопка переключения режимов рекордера (см.выше);
(11) - кнопка отключения звуковой сигнализации;
(7) - кнопка сброса записанных в память показаний потребленного тока (никак нормальную пиктограмку придумать не могу, потому кнопка секретная =));

Схема организации питания:

В схему внедрена релейная задержка отключения питания для Ардуино со всеми его датчиками, а так же сервопривода датчика присутствия. Т.е. при выключении главного тумблера, питание на Ардуино продолжает поступать еще в течении около 1-2 секунд, что позволяет контроллеру зафиксировать это событие, записать необходимые данные в энергонезависимую память, сложить датчик присутствия и только после этого выключиться.
На схеме выше этого не отображено, будет в отдельной статье, про которую говорил в начале, но этот момент хорошо виден на видео.
Видео включения, проверки световой сигнализации и выключения. Обратите внимание, что питание Ардуино выключается с задержкой, в конце видео это хорошо видно:


Видео с демонстрацией режимов дисплея:


Функционал The EagleEyesTM FPV Station:
Об этом кратко, официальная информация производителя - здесь.
- диверсити (автоматическое переключение в зависимости от мощности и качества видеосигнала) между двумя приемниками видео;
- видео сплиттер (разветвитель) на 4 устройства отображения;
- антенный трекер (работает только с автопилотами EagleTree);
В основном использую первые две функции, т.к. далеко не все мои автопилоты от EagleTree. Очень удобная штука, чувствительность диверсити настраиватся. На один вход как правило подключается приемник с всенаправленной приемной антенной (клевер, диполь), на второй - с узко направленной (патч, яги и т.п.).
Сплиттер тоже хорошая вещь, позволяет "катать пассажиров" выдав им к примеру видео очки или видео шлем. К нему же подключен дополнительный монитор и видеорекордер. Подключать видео-рекордер последовательно, между приемником и телевизором, например - не фен-шуй. Во-первых, бывает, что виснут, во-вторых, вносят задержку, в-третьих, портят картинку, да и OSD их мешает, хотя у правильных его можно выключить.
В том случае, когда есть необходимость в поворотном устройстве для направленной антенны, а на самолете установлен автопилот не EagleTree, используется сервотестер и антенна вращается в ручном режиме. Вращение антенны в вертикальной плоскости практически не использую, не было необходимости.

Немного об устройствах отображения:
Первый по списку - телевизор Mystery. Основные его преимущества: напряжение питания 12В, до последнего не отключает изображение при помехах в видео тракте, заставка "нет сигнала" появляется уже тогда, когда и так ничего не видно, светодиодная подсветка, достаточно яркая, чтобы при наличии солнцезащитных шторок его можно было использовать даже в при ярком солнечном свете.
Второй монитор - матрица с контроллером разрешением 800x480, точную модель не скажу, информация не сохранилась. Используется для вывода картинки с рекордера, и как запасной. В перспективе планируется выводить на него информацию с компьютера, который пока только в планах, никак не могу определиться с платформой.

Время на развертывание и подготовку к работе чемодана - 1-2 минуты, с учетом установки солнцезащитных шторок и антенны. Вполне не плохой результат.

Теперь о том, что я считаю плохими решениями.
Монитор на пульте - не фен-шуй. Во-первых банально неудобно, пульт руки и шею оттягивает. Во-вторых нарушает пространственную ориентацию, если смотреть на монитор сверху. Если же держать монитор перед глазами вертикально, то удобство управления вообще хуже некуда. В-третьих, монитор на пульте - дополнительный источник помех и наводок на тракт РУ. При том что обычно любители таких комбайнов на пульт же вкорячивают и видеоприемник и чемодан батареек для питания всего этого счастья. Грамотно и правильно расположить такое количество электроники на таком ограниченном пространстве - нереально. А потом куча тем на форумах, что "управление работает не дальше 30 метров" или "видео 2Вт пропадает через 100 метров" и т.п....
Да, мой чемодан достаточно громоздкий, но по тому же принципу можно, выбрав более компактные компоненты (телевизор меньшей диагонали, очки\шлем вместо телевизора и т.д.) и использовав внешнее питание, сделать достаточно аккуратный кейс, предположим, функционал которого будет таким же, а размеры и вес меньше.
Но таскать все это на пульте? Нет уж, фу-фу-фу!

2. Ретранслятор РУ.
О подобном устройстве уже писал Отдельностоящий (выносной ретранслятор) модуль РУ для FPV.+44
24 октября 2013 года в 11:39 | Евгений Кочетков Большие Вяземы, Московская Обл
Статья http://www.parkflyer.ru/blogs/view_entry/2695/ Поэтому подробно расписывать не буду. Вкратце.
Теперь выглядит так:


Внутри:
- приемник 2,4ГГц с PPM выходом Приемник FrSky D8R-XP 2.4Ghz (w/telemetry) с функцией телеметрии.
Товар http://www.parkflyer.ru/product/185814/

- примник 433МГц с PPM выходом OrangeRx Open LRS 433MHz 9Ch Receiver
Товар http://www.parkflyer.ru/product/644082/

- передатчик 2,4ГГц FrSky DHT 8-ми канальный DIY передатчик с телеметрией
Товар http://www.parkflyer.ru/product/103811/

- бустер 2,4ГГц, такой;
- передатчик 433МГц LRS Expert Tiny;
- два двух позиционных тумблера с двумя контактными группами каждый;
- красивый тумблер с крышкой;
- Большая Красная Кнопка;
- вольтметр;
- пищалка;
- кулер он же вентилятор (для охлаждения LRS Expert , которая находится внутри корпуса);
- две батареи 2,2Ач включенные параллельно;

Что изменилось с первой версии:
- корпус, как ни странно этот ящик оказался очень удобным как в транспортировке, так и в организации внутреннего пространства. Внутри кроме всего прочего еще и антенны хранятся, что для них только на пользу идет, т.к. во-первых не забываются, во-вторых те же самые клевера достаточно легко деформируются, а значит требуют транспортировки в жестком корпусе;
- второй приемный тракт РУ на 433МГц;
- второй излучающий тракт РУ на 433МГц;
- бустрер (усилитель) на 2,4ГГц;
Работает это следующим образом. При помощи тумблеров выбирается входная и выходная частоты. Зачем? Дело в том, что при использовании бустера на 2,4ГГц для исходящего сигнала и тех же 2,4ГГц в линке между пультом и ретранслятором, сигнал с пульта достаточно успешно забивается усиленным сигналом с бустера, что приводит к тому, что связь может оборваться, стоит отойти метров на 10-15 от ретранслятоа и встать в нему спиной, заслонив собой пульт.
Поэтому и было сделано разнесение по частотам. Если на самолете установлен приемник 2,4ГГц, т.е. для управления будет использоваться бустер, линк между пультом и ретранслятором переключается на 433МГц. В качестве этого линка используется набор от Orange мощностью всего навсего 100мВт.
Если же на самолете апаратура 433МГц, то все делается с точностью до наоборот.
Модули для пульта использую съемные, замена - дело 10 секунд.
Вообще можно обойтись одним тумблером, который будет переключать два сочетания частот RX2,4\TX433 и RX433\TX2,4, но во-первых так исторически сложилось, что их два, а все переделывать - лень, во-вторых оставил возможность использовать одинаковые частоты на всякий пожарный случай.
В корпус также встроен вольтметр с цифровым дисплеем и пищалка, с настраиваемым порогом срабатывания, для сигнализации о низком уровне напряжения батареи.
В цепь питания LRS Expert встроен отдельный выключатель питания без запоминания положения (т.е. не механический тумблер) на базе релейного модуля. Сделано для защиты от дурака. Дело в том, что антенну LRS Expert приходится снимать при транспортировке, ввиду того, что она магнитная и рассчитана использование на металлической поверхности, крыше автомобиля например. При этом ввиду достаточно большой мощности, LRS может быть повреждена при включении и работе без антенны. При включении питания ретранслятора центральным выключателем, LRS Expert не включится, для этого необходимо нажать Большую Красную Кнопку, которая находится в непосредственной близости от антенного разъема и имеет с ним общую крышку. Т.е. таким образом шансы включить систему без подключенной антенны сводятся к минимуму. Ничего умнее не придумал, если кто-нибудь посоветует более изящное решение - буду только благодарен.
На фото видно, что бустеров на корпусе имеется 2, объясню. На данный момент в разработке проект использования удаленного переключения между бустерами, на одном из которых всенаправленная антенна, а на втором направленная. Переключаться будет как сигнал, так и питание. На данный момент изучаются варианты коммутирования высокочастотных сигналов соответствующей частоты и мощности при помощи специализированных микросхем.

Время на развертывание и подготовку к работе ретранслятора - зависит от того необходимо-ли прикручивать съемную антенну от LRS 433МГц. От 1 секунды, до 30 секунд.

Теперь о том как по-моему мнению делать не надо:
Бустер 2,4ГГц закрепленный на пульте, да и вообще любая LRS (дальнобойная) система закрепленная на пульте - не фен-шуй. Даже если опустить теоретический вред для здоровья, такое размещение накладывает на эксплуатацию оборудования кучу ограничений. Пилот должен постоянно контролировать в какой стороне от него находится самолет и поворачивать свою тушку лицом в ту сторону, чтобы не экранировать сигнал своим тельцем, особенно критично для 2,4ГГц. Пилот дожен постоянно поддерживать правильную ориентацию антенны в пространстве, что отвлекает от процесса. Пульт зачастую есть необходимость использовать не только для дальнобойного управления и тогда бустер вообще не нужен, тут уже либо его скручивать, либо наплевать и жарить себя постоянно =) Фу-фу-фу, в общем!
Бустер подключенный длинным RF кабелем к антенному разъему пульта и установленный, предположим, на штатив- не фен-шуй! Во-первых достаточно приличная мощность будет теряться еще до усиления в этом самом длинном RF кабеле. Во-вторых пилот этим самым кабелем как собака на поводке привязан к штативу. В-третьих этот кабель является идеальной точкой отказа, так как вопрос когда он развалится от перегибаний и кручений при волочении за пультом - вопрос времени. Фу-фу-фу!
Вариант, когда вместо RF кабеля используется длинный кабель для PPM сигнала (некоторые LRS системы имеют PPM вход) тоже не фен-шуй. Т.к. во-первых этот кабель будет собирать кучу помех, а значит его придется хорошо экранировать. Во-вторых это опять же идеальная точка отказа и поводок собачий.
Подытожим предыдущие два абзаца. Я надеюсь я всех убедил, что беспроводной ретранслятор стоит труда и денег, да еще и очень удобен в экспуатации. =)
3. Поворотно-наклонное устройства для видео антенны.
Об этом устройстве писать особенно нечего, брал тут. Можно при желании подобный девайс и самому выпилить, но из меня токарь-краснодеревщик тот еще, потому решил, что проще купить.
Устанавливается на штатив. Для подключения к чемодану используется достаточно длинный тройной видео-кабель, два канала - аудио\видео от приемника на поворотке, третий - для ручного управления поворотом, коммутирует серву на поворотке и сервотестер в чемодане.
Встроен вольтметр с цифровым дисплеем и пищалка, с настраиваемым порогом срабатывания, для сигнализации о низком уровне напряжения батареи. Батарея отдельная 1,8Ач, используется для питания приемника и сервомашинки.


Итак, резюмируя.
Учитывая, что систему компоновал под себя, не буду наивным, что мой подход понравится всем и каждому. Учитывая вес и габариты, транспортировать систему необходимо на автомобиле. Одному и пешочком не справиться. Вдвоем правда реально и на руках переносить, учитывая одну единицу летающей техники.
Каждый модуль абсолютно самостоятелен, что несомненно является плюсом. Если хочется просто полетать от третьего лица, то не придется колдовать с пультом сворачивая с него ненужные навороты.
Развертывание в поле занимает, если не сильно торопиться, около 10 минут, которых хватает на раскладывание стола, разворачивание вышеперечисленных девайсов, установку батареи в самолет и подготовку его к запуску. Что лично меня очень радует. Потому как в процессе эволюции я проходил период, когда развертывание в поле занимало до получаса, что меня дико раздражало =) особенное если в той куче проводов и железок, которую приходилось коммутировать друг с другом, возникала неисправность непонятно где =) Опять же многие вещи забывались, мониторинг состояния был никакой, в общем все было плохо... но это было давно, теперь, как можно наблюдать, все гораздо лучше. Как многие заметили, почти все модули находятся в стадии разработки дополнительных функций, это на самом деле их нормальное состояние, т.к. система постоянно совершенствуется.
На этом все.

Спасибо за внимание! На все вопросы с удовольствием отвечу, обоснованная критика и рацпредложения тоже принимаются. Особенно, что касается функционала чемодана и его ардуинной составляющей.
Желающие увидеть статью с подробным описанием, принципиальной схемой и софтом модуля управления и индикации на Ардуино - голосуем в комментах. Если наберется достаточное количество желающих - статью сделаю в ближайшее время.

Мои предыдущие статьи:
Простейший барометрический высотомер на базе Arduino.+117
26 января 2015 года в 02:05 | Евгений Кочетков Большие Вяземы, Московская Обл
Статья http://www.parkflyer.ru/blogs/view_entry/10539/
FPV. От начинающего начинающим. Часть 2. Маленький и шустрый.+60
9 сентября 2014 года в 02:36 | Евгений Кочетков Большие Вяземы, Московская Обл
Статья http://www.parkflyer.ru/blogs/view_entry/9372/
FPV. От начинающего начинающим. Часть 1. Близко и низко.+89
21 апреля 2014 года в 23:10 | Евгений Кочетков Большие Вяземы, Московская Обл
Статья http://www.parkflyer.ru/blogs/view_entry/7794/
Внедрение джойстика от PS2 в аппаратуру Turnigy 9X+116
28 ноября 2013 года в 17:22 | Евгений Кочетков Большие Вяземы, Московская Обл
Статья http://www.parkflyer.ru/blogs/view_entry/3131/ Отдельностоящий (выносной ретранслятор) модуль РУ для FPV.+44
24 октября 2013 года в 11:39 | Евгений Кочетков Большие Вяземы, Московская Обл
Статья http://www.parkflyer.ru/blogs/view_entry/2695/