Quadcopter – wprowadzenie do systemu FPV cz2

20150406_125913W drugiej części wprowadzenia zajmiemy się głównie tematem systemów radiowych, jakie częstotliwości, jakie anteny, oraz na co uważać i jak ustawiać anteny, będzie to też uzupełnienie braku informacji z pierwszych części właśnie na temat anten i połączeń radiowych. W tej części podam listę części które zamówiłem i linki, a w kolejnych opiszę krok po kroku montaż i uruchomienie systemu FPV.

Częstotliwość sygnału, zasięg i przenikalność

Niższa częstotliwość:
+lepsza przenikalność przez przeszkody (dłuższa fala)
+większy zasięg przy tej samej lub mniejszej mocy
-dużo dłuższa / większa antena
-nieco gorsza jakość obrazu

Wyższa częstotliwość:
+bardzo małe anteny
+lepsza jakość obrazu
-niska przenikalność przez przeszkody (krótka fala, drzewa / krzaki tłumią sygnał)
-mniejszy zasięg przy tej samej lub większej mocy

Jeśli chodzi o częstotliwości dla przekazu wideo, wyróżniamy 4 główne dedykowane dla FPV:
900MHz – częstotliwość głównie zarezerwowana dla GSM, absolutny zakaz nadawania bez zezwolenia, zakłóca GPS.
1,2GHz – częstotliwości krótkofalarskie i inne, należy sprawdzić czy w naszej okolicy nie zakłócimy kogoś lub czegoś.
2,4GHz – częstotliwość WiFi, ograniczenie mocy wypromieniowywanej do 10mW, w miastach mocno zaśmiecona.
5,8GHz – częstotliwość WiFi, ograniczenie mocy wypromieniowywanej do 25mW, na razie w miarę czysto.

W przypadku 900MHz oczywiście istnieją gotowe nadajniki, ale przed użyciem należy sprawdzić czy możemy je uruchamiać w danym kraju, to na nas ciąży ten obowiązek. Nie tylko my możemy zakłócić działanie systemu GSM, również on albo nasza własna komórka może napsuć nam w odbieranym obrazie.

Dobór częstotliwości aparatury oraz wideo

harmonic_2.4ghzAby dobrać odpowiednio częstotliwość wideo, musimy najpierw wiedzieć z jakiej częstotliwości korzysta nasz link radiowy. Mój FlySky FS-TH9XB korzysta z 2,4GHz, więc wideo na 2,4GHz absolutnie odpada bo antena odbiornika będzie całkowicie zagłuszona przez antenę nadajnika wideo znajdującą się 20cm obok, odbiornik wideo przy aparaturze będzie również przez nią skutecznie zakłócany. Częstotliwość 1,2GHz to również nienajlepszy pomysł, ponieważ jest to połowa częstotliwości 2,4GHz i antena odbiornika na modelu będzie odbierała harmoniczą nadajnika wideo przez co zasięg może ulec kilkukrotnemu skróceniu. Obrazek przedstawia częstotliwość podstawową 1.2GHz linku wideo, której druga częstotliwość harmoniczna wypada dokładnie na częstotliwości linku radiowego, czyli 2.4GHz. Oczywiście przestawiając nadajnik wideo na inny kanał i sprawdzając zasięg można częściowo ten problem rozwiązać, ale z kolei link wideo może mieć mniejszy zasięg na tym kanale. W naszym przypadku częstotliwość 5,8GHz okazuje się być najlepszą opcją, ponieważ nie dzieli się w tak prosty sposób przez 2,4GHz i harmonicznie nie będą się nakładały. Do tego, mały quad to i małe anteny, a małym quadem i tak nie będziemy latali daleko więc duży zasięg nie jest potrzebny, choć oczywiście będzie mile widziany.

Oczywiście, jeżeli mamy aparaturę która nadaje na innych częstotliwościach (np stare aparatury 35MHz, 72MHz lub LRS 433MHz), dla linku wideo możemy skorzystać z 1,2GHz (całkiem niezły wybór, w miarę czysty eter, dobry zasięg) lub 2,4GHz (tutaj niekoniecznie, należy pamiętać że obecnie niemal wszystkie zdalnie sterowane ustrojstwa pracują na 2,4GHz więc dowolna osoba z taką aparaturą lub WiFi może nam skutecznie zaśmiecić obraz.

Moc nadajnika a zasięg

5.8GHz_highpower_transmitterIstnieją nadajniki o różnych mocach, w zależności od potrzeby i zastosowania. Te najsłabsze 10mW nadają się do latania koło nogi malutkim modelem, np ćwiczenie przelotów FPV pomiędzy przeszkodami. Nadajnik o małej mocy jest mały i lekki, więc nadaje się do zbudowania miniaturowego systemu FPV do zamontowania w malutkim modelu. Nadajnik 200mW oferuje znacznie większy zasięg, przy czym jest już dosyć rozbudowany o płytkę z przetwornicą i chłodzenie, jest spory i nie tak lekki, ale w sam raz do zamontowania w quadzie 250, zaoferuje zasięg 1km do nawet 5km lub więcej na zestrojonych antenach i w odpowiednich warunkach. Nadajnik 400mW jest już spory, 600mW posiada tak duży pobór mocy że wymaga dużego radiatora i aktywnego chłodzenia w postaci wentylatora – do zamontowania na większe maszyny.


Ale uwaga – 10x wyższa moc nie oznacza 10x większego zasięgu, szacuje się że 10x wyższa moc to około 3x większy zasięg. Nie należy przesadzać z mocą nadajnika, ponieważ będzie on coraz bardziej zakłócał inne systemy radiowe, w tym nasz link radiowy. Moc 200mW w zupełności wystarcza, a jeśli tracimy obraz już przy 200 metrach, to znaczy że robimy coś nie tak albo mamy kiepskie anteny, które to właśnie są najważniejszym elementem wpływającym na zasięg.

Anteny, czemu warto stosować koniczynki?

Zamiast podnosić moc, zainwestuj w dobrze wykonaną i zestrojoną antenę – można takie zamówić od prywatnych osób na forach modelarskich, taka antena zapewni dużo większy zasięg, aniżeli tania chińska, przy tej samej mocy nadajnika.

Jaką antenę wybrać? W zależności od zastosowania anteny dzieli się na dookólne i kierunkowe. Dookólne dla lotów w mniejszej odległości, pokrywają zasięgiem cały obszar wokoło operatora. Kierunkowe dla lotów w większej odległości, mają wąski kąt pracy i muszą być ustawione w kierunku modelu, ale zapewniają dużo większy zasięg. Dla anten dookólnych dwa najpopularniejsze typy to dipol/bacik oraz koniczynka:

whip_dipol_teardownAntena dipol / bacik to antena o kształcie klasycznym, liniowo spolaryzowana. Prosta nieskomplikowana konstrukcja, to są te anteny które dostajemy wraz z innym osprzętem. W zależności co nam się trafi, może być to jeden drut odizolowany z ekranu na odpowiednią długość, lub drut z dodatkowym ekranem tworzące razem dipol (na zdjęciu). Kształt fal które emitują ma sporą „dziurę”, przez którą możemy całkowicie stracić połączenie radiowe jeśli nie będziemy ostrożni. Fale rozchodzą się w kształcie obwarzanka jak pokazano na ilustracji niżej, dotyczy to również możliwości odbioru anteny odbiornika. Największa moc wypromieniowywana jest wokoło anteny, a najmniejsza, niemal zerowa, wzdłuż jej osi czyli w martwej strefie anteny.linear_polarized Anteny podczas lotu nigdy nie powinny być skierowane do siebie osiami, jeśli antena w aparaturze ustawiona jest pionowo, na modelu również pionowo, to wzlot nawet na niewielką wysokość nad nami może szybko doprowadzić do utraty połączenia. Anteny muszą pracować w tej samej polaryzacji (w przeciwnym wypadku będą nieodporne na odbijanie się fal), jednak takie ustawienie grozi pracą anten w ich martwej strefie. Fala odbita wracająca do odbiornika spowoduje zakłócenie w odbiorze w postaci podwójnego obrazu, pojawienia się „ducha” drugiego obrazu na tym właściwym.
W skrócie:
-nieodporna na odbicia fal od przeszkód
-musi pracować w tej samej polaryzacji
-ma sporą martwą strefę w której tracimy połączenie
-niższy zasięg

cloverleaf_antennaAntena koniczynka czyli antena o kształcie dużo bardziej skomplikowanym, nie posiada martwej strefy w kształcie fali i fale są wypromieniowywane równomiernie wokoło anteny – niezależnie jak ją ustawimy. Antena emituje falę dookólną spolaryzowaną prawoskrętnie lub lewoskrętnie, która po odbiciu od przeszkody zmienia kierunek obrotu, i dzięki temu jest prawie niewidzialna dla anteny odbiornika – dzięki temu całość jest odporna na fale odbite, ale należy pamiętać aby używać dwóch anten pracujących w tej samej polaryzacji („skręconych” w tą samą stronę). Anteny mogą pracować w dowolnym położeniu bo nie zmienia ono ich polaryzacji. O ile w przypadku linku radiowego 2,4GHz nikt nie zmienia anten z bacików na inne, to w przypadku linku wideo zmiana anten na koniczynki to niemal standard u każdego modelarza. Jeśli chodzi o stosowanie anten „trzy listnych” dla nadajnika i „cztero listnych” dla odbiornika, to tak na prawdę nie ma to wpływu na zasięg, można stosować zamiennie.
W skrócie:
+odporna na odbicia fal od przeszkód, fala odbita zmienia kierunek obrotu
+może pracować w dowolnym położeniu
+bardzo wyrównany kształt fali, brak martwej strefy
+wyższy zasięg

Anteny kierunkowe to m.in anteny śrubowe (helikalne), anteny Yagi, anteny BiQuad, czy anteny Patch. Te w zależności od szerokości kąta pracy mogą być zamontowane stacjonarnie nieruchomo pokrywając zasięgiem interesujący nas obszar, lub w przypadku antent o bardzo wąskim kącie pracy (ale bardzo dużym zasięgu) te muszą być naprowadzane automatycznie na model poprzez system naprowadzania anteny. Istnieją również systemy dwóch lub wielu anten, z automatycznym ich przełączaniem (diversity) – jak widać temat jest bardzo obszerny więc na tym zakończę :)

Rodzaje złącz SMA

SMA_connectorsPozostało omówić jeszcze typy złącz SMA dla anten, bo jest ich kilka typów i kombinacji, musimy się orientować podczas zamawiania anten i gniazd. SMA czyli Sub Miniature version A, złącze do łączenia przewodów koncentrycznych pracujących przy wysokich częstotliwościach. Oznaczenie i rozpoznanie tych złącz może być trochę mylące dla tego postanowiłem o nich napisać. Złącza męskie SMA MALE oraz RP-SMA MALE posiadają wtyk męski znajdujący się we wnętrzu gniazda z gwintem (nie chodzi o bolec środkowy tylko o wtyk dookólny w głębi całego gniazda, przypatrz się górnym zdjęciom). Gwint wewnętrzny/zewnętrzny nie ma tu żadnego wpływu na „płeć” wtyku. Złącza żeńskie SMA FEMALE oraz RP-SMA FEMALE posiadają wgłębienie w które pasuje wtyk męski. Skrót RP to Reverse Polarity, to znaczy że wtyk męski zamiast centralnego bolca posiada otwór, a dla wtyku żeńskiego zamiast otworu centralnego jest bolec – czyli na odwrót. Po cholerę narobili takiego bałaganu – nie wiem. Dla uproszczenia wystarczy spojrzeć na złącze nadajnika czy odbiornika, i dopasować do niego antenę.

Ponadto wyróżnia się dwa typy złącz – W czyli złącze proste, oraz L czyli złącze kątowe – tutaj znaczenie ma to w jakim położeniu antena będzie pracowała.

Strefa Fresnela

fersnel_wikiZanim zaczniesz jakieś poważniejsze latanie, jeszcze jedna bardzo ważna informacja – strefa Fresnela. Jest to zależność pomiędzy wysokością i odległością lotu, jakie trzeba zachować aby zapewnić dobry odbiór fal radiowych, ponieważ sama widoczność anten może być niewystarczająca. O ile widzące się anteny będą przesyłały informacje, to wystąpi tutaj zjawisko tłumienia oraz odbijania się fal które opisywałem nieco wyżej przy okazji polaryzacji anten. Aby odbijający się od przeszkód terenowych sygnał nie trafiał w antenę odbiornika, należy wzbić się na odpowiednią wysokość aby zachować odległość sygnału od tych przeszkód. Obrazek który zapożyczyłem z wikipedii pokazuje kilka przykładów w których różne obiekty będą niekorzystnie wpływać na fale radiowe. Nie będę udawał że się znam i po prostu odsyłam do google – strefa Fersnela, można też skorzystać z dowolnego kalkulatora. Ogólnie należy zapamiętać aby przy już nieco większych odległościach nie latać nisko nad ziemią lub nie doprowadzać do sytuacji w której anteny będą się widziały ale blisko tej linii widoczności znajdą się spore przeszkody terenowe.

Spis części i linki

Czas na listę wszystkich części, wszystko oprócz kamerki zakupiłem znowu z banggood. Po kolei:


Kamerka FVP

Kamerki godne polecenia serwują m.in surveilzone.com oraz securitycamera2000.com. Trzymamy się oczywiście matrycy CCD, a jak nie, to możemy sobie darować dedykowaną kamerkę do FPV i od razu kupić jakiegoś mobiusa. Obecnie najlepsze przetworniki CCD dostępne na rynku to Sony Super HAD / HAD II, i te zapewnią najlepszą czułość, umożliwią nawet loty nocne.
600TVL Sony Super HAD II CCD 2.8mm HS1177 – miniaturowa i lekka kamerka która wejdzie spokojnie w ramę, obudowa, przyjazne mocowanie które umożliwi mi zrobienie prostego przechylania na dodatkowym serwie. (mój wybór).

Jest też całe mnóstwo innych kamer, ale ich cena to zwykle 30$. Trzeba uważać na parametry tych tańszych. Inny przykład:
RunCam 600TVL Sony CCD PZ0420M – równie mała i powinna być równie dobra, można wybrać optykę 2.8mm lub 3.6mm. Brak obudowy, tańsza o 5$.


Kamera do nagrywania
(na razie ani nie wybrałem ani nie kupiłem, na chwilę obecną jest to dla mnie zbędny wydatek):

Mobius wide angle lens C 1080P – Dedykowana kamerka do wszelakiego latającego ustrojstwa, wersja szerokokątna, full HD, radzi sobie świetnie jak za taką cenę. Posiada wyjście wideo poprzez kabelek który trzeba dokupić lub zrobić samemu.

XiaoYi Ambarella, wifi, bluetooth, 1080P@60fps – nowość która jest na rynku stosunkowo od niedawna (może 2 tygodnie), kamerka jakością zdjęć dorównuje lub przebija gopro, cena całkiem śmieszna, zaledwie 50zł wyższa od Mobiusa – niestety nie zamontujemy jej tak łatwo, ale zdecydowanie warto się zainteresować.


Nadajnik wideo

Boscam 5.8GHz 200mW TS351 – gotowy do zamontowania moduł, zasilanie od 6,5V do 12V, 8 kanałów do wyboru, w zestawie antenka bacik, niezbyt to lekkie (mój wybór).

Boscam 5.8GHz 200mW TS5823 – malutki i lekki moduł o tej samej mocy, do samodzielnego polutowania (wymaga dodania zasilania, gniazda, przełącznika, niewielkiego chłodzenia, itd).

Nadajniki te również występują w wersjach o mocach 10mW gotowy, 10mW moduł, 500mW gotowy, oraz większe 1500mW czy 2000mW


Odbiornik wideo

5.8GHz RX5808 moduł – sam moduł odbiornika video+audio, wymaga dołączenia gniazda SMA oraz przełącznika kanałów (mój wybór, odbiornik zabuduję w monitorku).

5.8GHz RC305 gotowy – gotowy odbiornik który wystarczy podłączyć.


Anteny koniczynki

Antena 5.8GHz dla nadajnika, typ W RP-SMA Male oraz 5.8GHz dla odbiornika, W RP-SMA Male

Przy antenach należy zwrócić szczególną uwagę na typ złącza, aby pasował do modułu nadajnika/odbiornika (patrz akapit złącza SMA). W moim przypadku typ to W, czyli złącze proste. Antenek koniczynek można znaleźć mnóstwo, najlepiej kierować się opiniami, pamiętaj że obydwie muszą być tak samo spolaryzowane. Można też kupić drugą parę anten spolaryzowanych odwrotnie, dzięki czemu możliwe będzie latanie FPV z inną osobą obok, a dzięki odwrotnej polaryzacji nie będziemy się wzajemnie zakłócali.


Monitor FPV

Monitor 7 cali 800×480 – lekki monitorek z osłoną przeciwsłoneczną, działa już od 6V tak więc można go zasilić z pakietu 2S aparatury. Niestety wygląda na to że rozdzielczość jest 2 razy mniejsza niż deklarowana i obraz nie wygląda zbyt rewelacyjnie, ale wykonałem na nim kilka lotów FPV ale chyba go zmienię na coś lepszego – mój wybór.

Monitor 7 cali 1024 x 600 DIY – ta sama cena co powyżej, bez żadnej obudowy, za to z większą rozdzielczością, choć tutaj też można kupić kota w worku. Na ebay jest cała masa podobnych monitorów, i niestety to również kupowanie w ciemno – w poszukiwaniu ciekawego monitora można udać się na fora modelarskie.


Nakładka OSD

MinimOSD – nie ma co się rozpisywać, jedna z najtańszych, niestety nie ma wyprowadzonych dodatkowych kanałów ADC i będzie trzeba trochę polutować. Możesz też poszukać wersji KVosd lub MWosd która już ma wyprowadzone dodatkowe piny ADC w postaci dodatkowego rzędu goldpinów.


Powyższe linki do banggood tak jak poprzednio to afflinki, czyli zbieranie punkciorów za polecanie produktów. Nie jest to oczywiście zrobione tak że wciskam Wam jakiś chłam z tego powodu, powyższe podzespoły możecie zakupić z dowolnego sklepu jeśli znajdziecie je taniej. Powyższe podzespoły to wersje bardzo budżetowe, bo i konstrukcja budżetowa, ale dobre i sprawdzone przez wielu początkujących modelarzy. Niestety markowe nadajniki czy anteny kosztują dużo więcej, ale jestem zdania że nie ma co się rzucać od razu na głęboką wodę, i lepiej zaczynać spokojnie. Później powoli nasz twór możemy powoli rozbudowywać o nowe systemy czy lepsze linki radiowe. Na obecne zakupy wydałem 1000zł (bez ładowarki modelarskiej), a z tymi dzisiejszymi FPV jest to dodatkowe 500zł, gdzie w dalszym ciągu nie mam kamery nagrywającej i GPS. Jak widać nie jest to tanie hobby, bo nawet idąc po taniości można wydać trochę pieniądza. Ale budując samemu mamy ogromną przewagę nad gotowymi konstrukcjami, bo:
-primo – uczymy się jak co działa od podstaw, więc w razie problemów wszystko naprawiamy od ręki
-secundo – znamy zasady działania, łatwiej uniknąć wypadku i lepiej zareagować w sytuacji awaryjnej
-tertio – wydamy jakieś 2 razy mniej pieniędzy na maszynę o takich samych możliwościach co gotowa
-quatro – jesteśmy pewni własnej konstrukcji i możemy jej zaufać bardziej niż tej gotowej
-quinto – jako że umiemy zrobić wszystko sami, modyfikacja obecnej lub zbudowanie i uruchomienie kolejnej maszyny (np samolotu) nie przysporzy nam już żadnych problemów
-sexto – umiemy liczyć po łacinie do 6! :D

To już wszystko, zanim dokonasz wyboru podzespołów przeczytaj jeszcze dwie kolejne części o montażu i uruchamianiu FPV (jak już się pojawią).

…multicoptery – spis wszystkich tematów

5.00 avg. rating (97% score) - 2 votes

6 komentarzy

  1. Kolejny fajny wpis ale napisz o swojej konfiguracji – co zadziałało a co nie. Właśnie zakupiłem Bixlera :)

    • Jeśli pytasz o FPV to nie przyszło mi jeszcze sprawdzić zasięgu, czekam na całkowicie bezwietrzną pogodę bo tak to nie chcę ryzykować, nie mam jeszcze GPSu więc ciężko będzie go znaleźć w razie zguby.

      Jeśli pytasz o całą konstrukcję to postaram się dodać takie info na stronie głównej.

  2. meimozuchikume

    Witam wieczorową porą. Znalazłem takie coś: http://www.banggood.com/Eachine-700TVL-13-Cmos-FPV-110-Degree-Camera-w32CH-Transmission-p-965760.html i muszę powiedzieć, że zafascynowała mnie ta kamerka, tym bardziej, że opinia :http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=2355187 jest bardzo pozytywna a cena niezwykle zachęcająca. Czy nadajnik będzie współpracował z odbiornikiem Boscam FPV 5.8G 8CH 200mW AV Wireless Receiver RC305 ? Częstotliwości pracy się zgadzają, nadajnik jest 32 kanałowy a odbiornik ośmio, ale pasują do siebie. Tym niemniej może czegoś nie wiem?
    Mam kartę do przechwytywania AV na USB i netbooka, chciałbym więc poeksperymentować. Zdaję sobie sprawę z wad tego rozwiązania, ale…jeśli karta ruszy pod linuxem, odpada problem aktualizacji windows w najmniej spodziewanym momencie, HDD mogę zastąpić SSD (mam). Proszę o uwagi.

    • Szczerze, nie wczytywałem się czy są jakieś różnice, ale chyba nie powinno. Częstotliwości się pokrywają więc powinno być ok ale radzę poczytać.

      Jeśli chodzi o kartę do przechwytywania to sobie jedną zamówiłem co by potestować, no i dołączone oprogramowanie TVR 2.5 chodzi całkiem ładnie, opóźnienie jest małe, a przy nagrywaniu nic nie ścina. Raz mi się jednak zawiesiło więc to już dyskwalifikuje jak dla mnie takie rozwiązanie jako podgląd FPV. Robiłem też próby na tablecie z androidem, wypadły jeszcze gorzej.

  3. meimozuchikume

    Znalazłem informację na forum rcgroups – nadajnik Eachine powinien współpracować z odbiornikiem Boscam. Moze to się komus przyda.

  4. meimozuchikume

    I jeszcze – „Avoid the TS5823, most of time very sensitive to motor interférences …” :)

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Proszę pozostawić te dwa pola tak jak są: