一直想拥有个航拍机,一开始只要带有航拍的关键词的都是各种型号的DJI,好贵啊,随后深入了解了下,原来我自己所看到的十分震撼的视频,其实并不是DJI航拍机拍出来的,而是另外一个领域——穿越机拍摄的,那么穿越机究竟是什么东西?这个玩意和DJI有什么关系?并且DJI推出的FPV又是什么呢?
以下是我略微了解了之后,得出的一些认知,如有错误,劳烦指出更改。
航拍机多为多旋翼飞行器(四轴飞行器),搭载了很多传感器,气压传感器,激光传感器,光流传感器,雷达及其GPS等,可以做到精准的定位,迅速避障,自主导航,稳定定高,超级稳定的拍摄,即使有风也不能动它丝毫,它在稳定方面稳如老狗,并且续航上相对长久,高度集成人性化的UI,可以让一个完全没有经验的人上手,也不用担心无法操控或者失控 ,优秀的算法配合传感器可以让操作者轻易上手且不易炸机,其实在浏览DJI官方网站的时候,也意识到,无人机可以代替人类做很多事情,首先在农业领域:植保机、农田检测机,摄影领域:航拍机(甚至可以搭载直播,很多电视频道的空中景象都是使用航拍机),还有一个十分重要的领域——勘测,无人机搭载各种传感器可以在空中记录下面的各种地形等数据,可以为勘测带来很多便利,最新的DJI提供的技术可以做到,无人机飞完某个区域,可以直接获得该区域的3D测绘图,这点让我大为震惊。(以下展示无人机均为DJI)
植保机:

航拍机:

测绘机:

当然这以上的各种无人机,都是专业(昂贵)的,并且各有侧重点,那么接着说,穿越机又是个啥玩意,它的侧重点是什么?
我相信很多人都听过航模,那种在天上飞,看着很好玩的玩具,没错,穿越机就属于航模的一部分,也属于四轴飞行器,穿越机又称为FPV(First Person View)就是第一人称主视角,它通过将摄像头安装在无人机的前端,操作者通过穿戴一个类似头罩(眼罩)的东西获得沉浸式的第一人称视角,同时操作无人机进行种种姿态改变。
这里和商品化的无人机有很多不同点:首先,穿越机并没有搭载各种各样的传感器,所以!!!并不能定高,注意不能定高,不能避障!!!不抗风!!而且由于没有速度限制,很容易对人,对物体造成严重的伤害,它是十分危险的;其次,穿越机的操作模式不同于普通无人机,它拥有独特的操作逻辑,由于没有定高,所以遥控器的任何调整会让飞机灵敏的反应,由于没有避障和不抗风,所以高度,机身的倾斜等,都需要飞手自己去修正,它也不会自动保持水平,当飞手操作穿越机前进的时候,即使接下来飞手不继续任何操作,穿越机依旧会保持之前的状态,也就是——持续向前,它并不会停止;没错,穿越机的操作逻辑是完全的手动,飞控并不会对飞机的姿态做出多余的调整,它只会保持之前的状态,所以操作难度十分高,用遥控车来举例子就是:当你按下前进的时候,遥控车会一直前进,即使你松开了前进的按键,它依旧会前进并且丝毫不减速,它会保持你松手前的速度,当你按下左转的时候,遥控车左转,即使你松开了左转,它还会继续左转,直到你按下右转去修正方向,遥控车可以看作是2维的平面,而无人机加上高度处于3维平面,意味着,操作者(飞手)需要同时对速度(高度)、横滚、俯仰同时进行修正(这些修正如果全部让飞控来完成,那就成为上述的各种商品化无人机,一想到那些各种各样的传感器在操作系统中的复杂算法,我顿时理解为什么上面的无人机卖的那么贵),而这些修正的数据,全部只能参照小小的第一人称摄像头返回的小画面,操作难度可想而知。
所以当我了解到这些的时候,其实我是很想放弃的,但是,怎么能轻易退缩呢?而穿越机就是这样的,不能说因为不想开手动挡就放弃汽车吧,于是我开始从广义尝试切入FPV这个新的领域:
首先是飞机长啥样:

简单来看,由于航模并不属于出售类商品,并没有封装的很严格,所以各个模块都是可以进行拆解更换的,换一种说法就是,它拥有非常高的DIY空间。
飞机的组成有以下几部分:
机架:多半为碳纤维打印机架,硬度和强度都中规中矩,另外可以通过3D打印增加各种各样的配件,如机臂保护套,相机座等(颜色众多,非常好看)。
电机:多为无刷电机,也有不少为空心杯电机,不过穿越机领域公认的,空心杯电机动力不足,好的穿越机都使用无刷电机,根据飞机大小有各种型号。
飞控:飞行控制系统(开源飞控)就运行在此,主控多采用STM32F405,也有F411,F722,还有算力更加强的H7系列,也有基本上淘汰的F3系列飞控。
电调:有分体电调和四合一电调,根据电机的型号有不同的电流分为15A、20A、30A等。
电池:根据电调和电机的不同分为了1S、2S、3S、4S、5S、6S电池。
摄像头-图传:图像传输系统,需要通过图传眼睛进行接收图像,大体分为数字图传和模拟图传,分别对应下面介绍的两款眼镜,模拟图传画质就像是360P的老电视,还伴随有各种干扰产生的噪点和条纹,数字图传则是进化为720P的高清时代。基本上的频率范围都在5.8GHz。
接收机:人如其名,接收遥控器的信号(不同厂家不同协议需要不同接收机)并传递给飞控,通常的频率范围在2.4GHz,也有915和868频段的,最近由于LORA的开源发展,出现了很多开源接收机。
天线:2.4、5.8、915不同频率的天线是不一样的,上图中后面那个很高的圆柱形的棒棒就是5.8GHz的天线。
遥控器:基本上都是STM32主控搭载NRF2401,或者CC2530类的2.4GHz射频发射模块,使用OPEN TX(开源)操作系统,并且根据各个厂家研制的不同协议配对于不同的接收机。
FPV眼镜:
模拟(公认最好的眼睛:肥鲨HDO2+RF接收机):

数字(我只能说DJI牛逼):

以上这样的东西,就可以组装一台可以飞的穿越机了,了解了这么多,接下来就开始逐一进行深入学习:
开源飞控:
世界上有很多优秀的开源飞控项目,以下举几个例子:
Cleanflight、betaflight、Baseflight、MultiWii、crazyflie、paparazzi、fprime、ardupilot、PX4等
而穿越机所使用的飞控是 betaflight ,通过GitHub可以获得它的源码
The Betaflight Open Source Flight Controller Firmware Project · GitHub
接着源码有了,硬件也需要,开源的F4V3飞控:
F4V3飞控: 制作F4V3飞控的所有资料#betaflight#F4飞控 (gitee.com)
然后是熟悉的嘉立创打板,买元器件,焊接就可以得到飞控硬件,其实在制作硬件的时候,上述网站给出了固件,可以直接烧录,其实固件就是源码编译出来的HEX文件,这对于使用过STM32的同学们应该十分敏感
使用DFU刷写betaflight固件教程 - 哔哩哔哩 (bilibili.com)
那么既然使用的是STM32那么就意味着可以使用ST-LINK,关于DFU刷写固件,我是第一次了解到还有这种方法,紧接着,ST还推出了STM32CubeProgrammer,这又是一个新坑,之后有时间再继续深入学习。
说到这个F4V3飞控,我不得不感慨万千,由于stm32不断的涨价,原先20r的F405价格已经翻番,所以的店铺都或多或少涨价,而且一而再再而三缺货,芯片缺货,不知道我们什么时候才能走出这样的困境。
机架:
穿越机是分了很多尺寸,列举一些:
室内的小飞机:MOBULA6、MOBULA7;3寸:Johnny 3;5寸:GEPRC Mark 4;涵道机:Cloud149 等。
穿越机机架也分了几种类别:花飞机型(可以做出翻滚等各种花式飞行,可以带运动相机进行花式拍摄),远航机型(可以飞到十几公里的机型,带有GPS可以救援返程),涵道机型(螺旋桨周围带有一圈保护套,飞行平稳,可以带运动相机进行相对稳定的拍摄)
首先要确定机架,为后面电机和其他配件进行确定,由于我想使用焊接的F4V3飞控,而这个飞控的孔距是30.5的,于是优先考虑了5寸机,最终选择了J5。
电机:
很多淘宝上卖的小飞机是空心杯电机,而主流穿越机都上的是无刷电机,无刷电机比空心杯更加有力,且输出响应更快速,于是我选择了无刷电机,另外在电机有个数据,KV值,它表示电压每升高1伏,转速增加的数值,小飞机的无刷电机有19000KV、24000KV的,而大的5寸机型则是2300KV左右,KV值高的电机,由于其转速较高,适配小的螺旋桨,减小负荷,防止电流过大,所以多用于小飞机或者涵道,而KV值低的,由于其转速低,扭矩大,适合大的螺旋桨,可以承载大负荷和电流,输出更大的功率,无刷电机的电压范围很广泛,适配电池也是分为了1S,2S,3S,4S,5S,6S等,当然这个也和电调有关,电机和电调共同决定了使用什么电池。
电调:
电调分为分体电调和四合一电调,以前曾经在实验室用51带过分体电调用于一个多轴飞行器电机改装的风扇,但是当时只是能用就行,没有细细了解,没想到现在又一次接触到,FPV的电调的协议都是Dshot600,电调相关资料搜集的不是很多,但是选择上倒是稍微有迹可循:
由于我采用的5寸的飞机,所以选择了40A的电调。
电池:
由于是第一次飞,我一直在犹豫是不是应该买6S的电池,最终还是选择了4S 100C 1550mAh的电池,这其中S数代表有几片单片电芯,4S表示有4片,其中单片电芯的标称电压是3.8V,满电电压为4.35V,4S的电池也就是4*3.8V=14.2V;C数则是放电倍率,是锂聚合物电池连续放电率和突发放电率的指标,一般来说,越高的C数承载的瞬间电流就越大,也就是突然加速或者转向会更有力,至于1550mAh则是容量,参考为电池的续航时间。
接着说电池的插头,这种航模电池已经不是使用T插,基本上都是xt30头或者xt60头。和电池有关的自然就是充电器了。
充电器:
市面上流行的充电器多为B3平衡充,但是。。。好丑,加上风评不是很好,而且最大只能冲到3S,但是我的预算不足以购买好的充电器,最后决定购买了Hot RC的充电器,颜值在线,使用了几次发现还可以,价格十分低廉,十分建议购买,不过最大也只能充到4S。
图传:
终于到图传了,这玩意真是一个。。。两级分化特别严重的模块,因为FPV上所有的图传无外乎是两种:模拟图传 or 数字图传,先说模拟图传,它的优点就是便宜,还有延时低,据说只有30ms,数字的话据说是有50ms,不过其实对于肉眼的体验来说,这点延时应该是分辨不出来的,那既不是模拟图传没有优点了么,有,就是便宜,图传的距离狭义的衡量标准是功率,分别有25mw,50mw,100mw,200mw,400mw,600mw,800mw,1w等,功率越高距离越远,不过广义来说,实际上和天线增益,环境干扰,电池电量等等多种因素有关,所以仅供参考,试面上流行的模拟图传基本上就几种,熊猫图传,rush图传,黑羊图传,EWRF图传,foxeer图传等,这些图传有一个非常方便的功能,那就是OSD调参,和PITMode模式,好一点的图传还有发射机保护,即使忘了插天线也不会烧图传,OSD多分为两种协议:Smart Audio 和 IRC Tramp根据不同图传的协议在地面站更换,配置好端口就可以用遥控打杆进行功率频点频段的调整了,再也不用担心受影响和相互干扰了。
接着说数字图传,说到数字图传不得不说DJI,说到DJI不得不说:DJI nb!大疆的数字图传那是有名啊,俗话说得好,“大疆起飞 众机坠落”,哈哈为什么呢,因为大疆的这个图传传输的高清的视频,用过大疆的都回不去了,而且DJI的图传占用了5.8Ghz很大一部分频段,所以当大疆起飞的时候,其他的模拟图传都会受到不同程度的干扰,甚至直接无信号,当然还是有不受干扰的频段的,因为我没有拥有过DJI,加上身边也没人玩这个,就没具体了解了,当然如果都使用DJI的话,是最多支持8个天空端同时飞行的,大疆的FPV数字图像传输系统绝对是业界标杆,实际上飞机上的天空端售价只有699,但是飞行眼镜却有3999,也就是说,接收数字信号然后进行解析的飞行眼镜的技术含量更高,这里充分感受到大疆的算法有多强,这是一款真正走向世界的图传,不过介于还是比较小众,所以大家可能不是很熟知,不过但凡玩航模FPV的,我想应该没有人不知道DJI了。

接收机和高频头:
遥控器会将各种操作指令通过发射模块发射出去,接收机负责接收信号并且通过协议告诉飞控,不过遥控器的输出功率有限,而且多为2.4GHz,绕射能力不强,距离不够远,于是厂家开发出了新的射频发射模块——高频头,它的功率可以达到2w,距离十分遥远,业内公认领先的是黑羊高频头(Team-BlackSheep CROSSFIRE)频段是868MHz 或者 915MHz,所以称为高频头,绕射能力十分可观,距离也十分远,有大佬可以拉锯十几km,稳定性很强,不过近期有一颗新星,那就是基于LORA的ELRS高频头,它是开源的高频头,并且刷新率高于黑羊,并且价格比起黑羊低了很多,很多玩家都可以自制,也许有时间我也会制作,非常令人高兴的是,这款ELRS高频头是基于ESP32的,而大家都知道esp32是乐鑫的芯片,又是一国产大厂,这些不用担心被芯片制裁了,接收机是根据发射模块选择的,通常在购买高频头的时候都可以加购接收机。
摄像头:
模拟图传的摄像头吗,要我说的话其实区别不是很大,因为画质也就那样子了,不过对于有夜晚想去飞行的飞手来说,平头哥是当仁不让的选择,它对夜晚的算法不错,噪点很少,不过如果有预算,还请直接DJI。
暂时先写道这些,之后再继续更新
