四轴飞控DIY集成FPV功能

Posted lida2003

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了四轴飞控DIY集成FPV功能相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

四轴飞控DIY集成FPV功能

四轴飞控DIY简明步骤介绍根据需求（能飞），只是安装了基本的四轴模型必须的组件。

  1. 飞控：Kakute F7 AIO V1.5
  2. 机架：F450
  3. 动力：翱云2212电机（正反一对）x 2 + ESC电调（20A） x 4
  4. 桨叶：正反自锁桨叶（一对） x 2
  5. 接收机：R9DS
  6. 电池：3S 2200mAh 25C
  7. 遥控：AT9S Pro

鉴于我们目前采用的是BetaFlight穿越机固件，那必不可少的是FPV飞行。因此，本章节准备集成FPV功能。

1. 功能需求

  1. 能够类似FPV FreeRider类似方式进行第一人称飞行
  2. 能够实时的保证传输(低延迟)，便于响应控制
  3. 最大可能保证视角(期望看的宽来避免碰撞，避免安全问题)
  4. 系统角度视场能达到设备最优化

2. 概念介绍

2.1 制式

NTSC和PAL的区别有颜色编码、图像质量、帧数、分辨率线数。

  • PAL标准：每秒25帧，扫描线为625线，奇场在前，偶场在后，标准数字化分辨率为720*576, 画面的宽高比为5：4
  • NTSC标准：每秒30帧，电视扫描线为525线，偶场在前，奇场在后，标准数字化分辨率为720*486, 画面的宽高比为4：3

优劣对比

  1. PAL自带颜色管理，NTSC则需要手动校准；
  2. 图像质量方面PAL的画质要好于NTSC；
  3. 帧数上NTSC为29/97帧，PAL则只有25帧；
  4. 分辨率上，NTSC的DVD分辨率为720x480，PAL则为720x576；

2.2 显示分辨率

  • 480p，720x480
  • 720p, 1280x960
  • 1080p, 1920×1080

2.3 摄像头线数

线数和分辨率的关系：线数x宽高比=高, 分辨率[线数, 高]
TVL(TVLine)实际上主要用于模拟摄像机，而通常情况下模拟600~700TVL就非常不错了。而随着FPV的需要，实际上很多高线数的摄像头不能采用这种常规的计算方法，因此如果一定要考虑分辨率建议700TVL以下的可以采用上述计算公式。高于这个的更多还是看实际情况和厂家提供的分辨率参数。

高于700线

  • 1200线是130万像素左右，分辨率：1280*960=1228800
  • 1000线是100万像素左右，分辨率：1280*720=921600

低于700线

  1. 700线
  • 7004/3=933，实际分辨率是700933
  • 70016/9=1244，实际分辨率是7001244
  1. 600线，
  • 6004/3=560，实际分辨率是600800
  • 60016/9=746，实际分辨率是6001066
  1. 540线，
  • 5404/3=560，实际分辨率是540720
  • 54016/9=746，实际分辨率是540960
  1. 480线，
  • 4804/3=560，实际分辨率是480640
  • 48016/9=746，实际分辨率是480853
  1. 420线
  • 4204/3=560，实际分辨率是420560
  • 42016/9=746，实际分辨率是420746

3. 需求分析

  1. 第一人称角度的需求，目前看来只有在四轴上放摄像头；
  2. 户外飞行的角度，手机、平板、眼镜都可以作为显示装置；
  • 手机：通过上次碰到公园小伙伴的情况，手机看存在几个问题：a)有点反光；b)高亮背景，对比度不够；c)一般遥控器上要配特殊支架
  • 平板：和手机情况类似，关于支架的问题解决就更加困难；如果分开放置，容易受到周边干扰
  • 眼镜：【最优解】无需多说
  1. 大多数穿越机都是模拟，因为延迟短。数字存在编码，解码过程。(实际模拟器上略有顿挫感的画面是飞不好的原因之一，当然一开始自己的技术本来就比较菜)
  2. 视角的问题，通过查阅资料，考虑摄像头的FOV(Field of View)参数，尽量选择大的。
  3. 第二点基本上决定了肥鲨眼镜(目前HDO2 显示分辨率是1280 x 960, 4:3)，所以摄像头也选这个比率，就能发挥两者的最大性能。
  4. 还要考虑安装孔位的问题，尽量与Kakute F7 AIO 30.5 x 30.5 mm统一尺寸的，方便塔式安装；也要考虑塔式安装是否能够满足F450机架空间要求。

注：视角FOV是指镜头所能覆盖的范围,(物体超过这个角就不会被收在镜头里),一个摄像机镜头能涵盖多大范围的景物,通常以角度来表示,这个角度就叫镜头的视角FOV。

4. 组件选择

根据上面的的分析以及某宝的各种搜索，最终决定采购如下：

  1. 摄像头：Caddx Ant 1200TVL 4:3
  2. 图传：PandaRC VT5804M L1 (Buzzer/Mic/IRC Protocol) 5.8G
  3. 接收机：FOXEER WILDFIRE 5.8G (Long antenna without Panel Antenna)
  4. 眼镜：Fatshark HDO2

5. 接线组装

没有和笔者一致配套的接线图，不过“皇天不负有心人”，找了一个相对接近的图，用这张Holybro Kakute F7的做解释（也很漂亮！！！）。

上面采购的组件，飞控端需要是以下几个组件：

  1. 摄像头：采集视频信息
  2. 图传：传输视频信号

5.1 摄像头接线

摄像头(Caddx Ant)出了两路线：

  1. 第一路（VI & GND & VCC）视频信号及供电线 ==》接飞控Kakute F7 AIO视频专用输入口
  2. 第二路（OSD & GND）5按键板连接线 ==》接飞控Kakute F7 AIO串口（可配置）

第二路线主要用于配置摄像头，有一块模拟按键板可以操作配置，也可以接到FC上用遥控器模拟按键板。不过为了简化，且配置好通常不太调整，这里就没有连接飞控。BetaFlight是支持这个OSD按键模拟的，详见BetaFlight模块设计之十九：摄像头按键控制模拟任务分析。

5.2 图传接线

图传(PandaRC VT5804M L1)是一个四合一的集成板子，内部Buzzer/Mic，这个也是个人比较需要的，因为KakuteF7 AIO没有喇叭(有些报警音听不到)和麦克风（想听听上天后飞机的声音-）。

注：除了这个其他还有4个LED灯条可以控制，主要通过图传板上的按键调整，感觉用途不大，这里也不介绍了。

图传出的排线可以分为三路：

  1. 第一路（VO & GND & RX）==》接飞控Kakute F7 AIO专用视频输出和串口（可配置）
  2. 第二路（Buzzer） ==》接飞控Kakute F7 AIO喇叭Buzz-
  3. 第三路（VCC & GND） ==》接飞控Kakute F7 AIO分电输出（任何一路均可）

6. 组装位置

在测试组装发现了散热问题，之前没有考虑到。相对来说图传比飞控更烫。

  1. 图传模块超级热（模组油票孔贴片发烫）
  2. KakuteF7 AIO（STM32F7主芯片发烫）

实际装好后，感觉还可以吧（先看看再说）

  1. 图传和飞控发热的位置分别安排在不同层，没有堆叠到一起。
  2. 塔式两层之间距离大概是5mm。
  3. 飞的时候，桨叶已经周边的风会比较大，容易散热。
  4. 且该位置不再长时间爆嗮位置。

另外，400mW图传配置下，实测对整体功耗影响不大（没有显著的分钟级电池耗电减少）。

7. FPV功能调试

笔者是在组装之前进行的调试，毕竟装好了如果有问题受到很多限制。比如：

  1. 空间受限
  • 无法看到LED指示灯（机架或者控制板视线遮挡）
  • 按键触摸不便（机架或者走线遮挡）
  1. 接线不便
  • 插拔线受空间限制，重新更换端口很麻烦
  • 有些接线是焊接的，如果重新焊接那就是大工程了
  1. 调试不变（组装好之前，有些部件可以分开上电，测试效果）

这里整理了下调试的主要内容：

  1. 摄像头+图传频点（频段+通道）与接收机的通信调试；
  2. 摄像头参数调试（通过按键板）；
  3. 图传IRC通道协议调试；

7.1 摄像头+图传+接收机的通信调试

注：图传和接收机的物理按键配置具体操作这里就不重复描述，直接看官网就好。

7.1.1 频点调试（频段+通道）

这里发现熊猫图传在频点（频段+通道）上的几个问题：

  1. 似乎并非表中所有频点都能用（频点表白色部分）
  2. 其中部分频点还会有重复，比如：E-CH3和E-CH4都是5665；E-CH6、E-CH7、E-CH8都是5905

总的来说，这个表格真的很奇怪。反正来自官网，也无法解释详细原因，用的时候注意用能用的，且比较正常的频点（频段+通道）就好。
*
注：通过某宝客服反馈厂家了解两个问题：
1）是否有熊猫图传导入频率，功率的配置文件？厂家反馈：无配置文件
2）红色框框内熊猫图传为什么不同通道（在同一个频段），频率是一样的？厂家反馈：无反馈（大约1个礼拜了吧，放弃沟通！！！）
大家仔细看下去，关于VTX配置文件以及F450+KakuteF7的BetaFlight配置我都会给出。
*
相比而言，野火接收机的频点（频段+通道）就比较正规，不重复。
笔者在实际使用的时候，配置在E-CH1，E-CH2，E-CH3，默认采用E-CH1。

7.1.2 功率调试

测试调试过程先随便配置一个功率（比如：通过按键操作，从LED装态灯确认配置25mW，发热低），确保能通信，也不容易烫手。

注1：详细的可以通过后续BetaFlight IRC协议进行配置。

注2：这里遇到一个小问题，非常烦人！！！因为当IRC接着飞控的时候，图传模块配置功率，频段，通道始终不能成功。后来将图传上的Rx与飞控断开，才配置成功的。

7.2 摄像头参数调试

通常情况下，摄像头正确接线，图像肯定有的。

如果真的遇到图线没有，请检查以下几点：

  1. 摄像头是否正确接线 GND & VCC & VI ==》 接飞控Kakute F7 AIO专门用于图线接入的GND & VCC & VI
  2. 图传是否正确接线 GND & VI ==》接飞控Kakute F7 AIO的VO以及临近的GND
  3. 摄像头GND VCC电压范围和驱动功率是否满足摄像头规格要求
  4. BetaFlight飞控OSD配置页面有个视频格式，是否Auto（反正不确定就尽量Auto）

注：也许眼镜里面也有图像格式的配置，我没有看到，不过如果可以也配成Auto吧。

言归正传，关于摄像头的配置取决于场景问题，这个摄像头4:3是固定的，而某宝技术支持反馈NTSC和PAL对于摄像头性能以及分辨率没有影响，国内推荐使用PAL。

注：对于这个某宝的技术支持反馈的这个说法，我不太认同，但是也说不出个专业道道来。目前，我是按照PAL配的（其他参数默认），后续实际长时候再向大家汇报吧。

7.3 图传IRC通道协议调试

7.3.1 OSD菜单操作方法

BetaFlight模块设计之二十：CMS菜单模块分析从代码角度给出CMS菜单操作方法：

  • 打开/ 进入菜单：IS_MID(THROTTLE) && IS_LO(YAW) && IS_HI(PITCH)
  • 向上翻页: IS_HI(PITCH)
  • 向下翻页：IS_LO(PITCH)
  • 向左翻页：IS_LO(ROLL)
  • 向右翻页：IS_HI(ROLL)
  • 退出选项：IS_LO(YAW)
  • 保存菜单：IS_HI(YAW）

7.3.2 图传VTX表格配置

由于OSD菜单选择的是图传的功率，频段，通道，从而向图传模块发送配置命令。而每个图传模块的VTX表格并不严格一致，因此需要我们先配置VTX表格。

关于VTX表格有两种配置方法：

  1. 直接从配置文件导入；
  2. 手工输入；

注：笔者根据官网提供的规格参数制作了一份VTX配置文件，如有需要可以下载BTFL_vtxtable_PandaRC_VT5804ML1。

无论哪种方法，以下是配置好的VTX表格（0表示不支持的频点）：

7.4 RSSI信号叠加

为了在OSD上显示RSSI信号强度，根据radiolink给出了官方的指南进行了相应的配置。

7.4.1 实测第一次

实测情况：
1）人站在中间A位置（飞机也在中间位置地面近距离62左右，空中大概40）；
2）RSSI大概到C位置，降为25左右；
3）RSSI大概到B位置，降为35左右；
4）B到C位置总长120米左右；
5）飞行高度在5~10米；

目前怀疑问题：（排除遥控接收机天线折断或者有折痕等情况）
1）接收机天线放置不合理，建议垂直朝下或者45度摆放，匹配天线苹果图效果；
2）接收机内部RF放大电路损坏（不过这个买来也没有多少次，怎么会坏？？？？）

注：据反馈应该在目视距离450米的样子，而实际目前使用100米都够呛。至于官方提供的4000米，貌似没有这么理想。

7.4.2 官方推荐测试方法

根据官方测试方法：如何检测AT9S Pro/AT9S/AT9的信号强度（如何检测AT9S Pro/AT9S/AT9的RSSI值）

实际测试结果：-10dB，满足0到-18dB要求。

8. 整体FPV效果

下面给个干净点的照片，这个是经常试飞的公园_

补充1：血的教训

这里补充一个血的教训，也是一个插曲，导致整个FPV功能集成出了一个大的波折。

SBUS误插到PWM3个地的位置，导致5V对GND短路，飞控的贴片一体成型0402封装大电流电感(18uh)直接烧掉（徐徐青烟！！！徐徐青烟！！！徐徐青烟！！！），重要的事情说三遍。


为了修复这个电感花了大力气，因为左右都是贴片电阻。除此之外，这个规格180（18uh）的电感，没有对应的规格，0402通常最大只有100（10uh），最后和商家对接了，才搞了一个220（22uh）的【本着选大不选小的原则】。2天的路程+1天的焊接修复，心疼啊！！！

这个小插曲也请大家注意接线，一定要仔细检查。

刚开始有问题的时候其实我是笔记本电脑usb供电，飞控不亮灯，笔记本提示usb功耗过大（因为短路了）。没有引起我的重视，直接上了电池，结果把降压DC2DC的电感给当保险丝烧断了，好大的一阵青烟(smoke！！！smoke！！！smoke！！！)

当时如果在笔记提示usb功耗过大，飞控灯不亮的时候，引起重视，着重检查那就不会出现这个问题了。

所以，一定要仔细，仔细仔细再仔细！！！

补充2：试飞小插曲

试飞没注意，结果不小心飞到树上去了，啃爹啊！还好这种云杉树分支很多而且均匀，可以当梯子，自己没费太多力，总算是爬上去，把四轴给拿了下来_。

树上挂住以后就是这个场景，貌似还很安逸的位置啊。

以上是关于四轴飞控DIY集成FPV功能的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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