Jak działa elektronika RC

Czołem!

Na prośbę @praufkow robię krótkiego tutka opisującego czego potrzeba / jak to pospinać żeby ogarnąć RC.

Po pierwsze czego potrzebujemy?

• bateria
  

• odbiornik / nadajnik
  

• ESC
  

• serwo/serwa
  

• silnik
  

Jak to powinno być pospinane?

Opiszmy sobie po kolei elementy.

Bateria

Tutaj interesują nas tak naprawdę dwa parametry: pojemność oraz napięcie. W telegraficznym skrócie baterie są budowane z ogniw:

Takie ogniwo posiada napięcie +/- 4V, więc jak zepniemy takie 2 szeregowo to otrzymamy ~8V, 3 szeregowo ~12V itd. I teraz baterie są oznaczane jako 1S, 2S, 3S, itd co oznacza ile takich cellek jest w środku baterii -> ile jest spięte szeregowo -> XS daje nam 4*X V napięcia na baterii. Literka S z kolei pochodzi od angielskiego "series". Warto tutaj jeszcze wspomnieć jeśli ktoś chce się bawić w bardziej customowe rozwiązania bateryjkowe że jest też literka P od "parallel" gdzie spinamy baterie równolegle, co zobrazuje na zaawansowanym rysunku:

I słowo objaśnienia. 2S (czerwony) oznacza że spinamy dwa ogniwa w szereg. W ten sposób zwiększamy napięcie wyjściowe. Przy 2P (zielony) zwiększamy pojemność zestawu, czyli jeśli jeden "paluszek" ma 1300mah, to taki zestaw 2P posiada 2300mah -> w skrócie baterii "starczy" nam na dłużej. Pobocznym efektem tego zestawienia jest fakt, że pobierając taką samą ilość prądu teraz będziemy ją pobierać z dwóch baterii a nie z jednej co przełoży się na mniejsze obciążenie baterii, mniejsze jej nagrzewanie i mniejszą szansę na potencjalne rozpieprzenie baterii . Przy 2P2S mamy połączenie obu zestawów, czyli mamy 2*1300mah oraz 2*4V.

Ważny disclaimer: jeśli chcecie się w takie coś bawić to spinajcie takie same baterie, bo inaczej dziwne rzeczy mogą zacząć się dziać, ale rozpieprzanie baterii LI* to temat na inny artykuł.

Pozostaje ostatni temat jeśli chodzi o ładowanie baterii który skwituje tym, że najlepiej po prostu kupić ładowarkę pod konkretną ilość esów które macie. Tematu ładowania "ręcznie skleconych" zestawów baterii nie poruszam, bo nie chcę potem odpowiadać za to że ktoś puści sobie chatę z dymem

Odbiornik / nadajnik

Tutaj na szczęście sprawa jest prostsza. Na początku głównym elementem który nas interesuje jest ilość kanałów żeby obsłużyć naszą bestię. W przypadku samolotu RC mamy przepustnicę, lotki, ster wysokości i ster kierunku -> 4. I znajdziemy sporo odbiorników właśnie 4 kanałowych pod takie zastosowanie. Ale jeśli chcemy docelowo zrobić jakieś fifarafa typu klapy/klapolotki, podwozie chowane, światełka to musimy liczyć się z tym że będziemy musieli zmienić odbiornik tak aby pokryć dodatkowe kanały.

Są jeszcze tutaj dodatkowe parametry które możemy chcieć wziąć pod uwagę:

• antena odbiornika/nadajnika
  

• standard w którym przesyłamy dane
  

• możliwość mixowania kanałów na nadajniku
  

• i wiele innych których nie mam zamiaru tutaj opisywać bo już widzę że ten artykuł rozrasta się bardziej niż bym chciał i jeśli ten artykuł jest wam potrzebny to pewnie i tak nie zauważycie róznicy
  

ESC

Na wstępie zaznaczę że mówię tutaj w kontekście silników bezszczotkowych (o czym później).

Electronic speed controller. Jego głównym parametrem jest ilość amperów które jest w stanie przez siebie przepuścić. W skrócie ESC to bajer który bierze informacje od odbiornika i podaje w odpowiedni sposób prąd na silnik tak żeby ten silnik się kręcił tak jak byśmy tego chcieli. Jeśli porównamy grubość przewodów idących z baterii oraz kabelki idące do odbiornika to łatwo sobie wyobrazić że nie chcielibyśmy żeby 20A prądu szło przez ten odbiornik. ESC poza tym że zamienia sygnał sterujący silnikiem na faktyczne zasilanie silnika odpowiada również za przekazywanie prądu z baterii do odbiornika i dalej do serw. Dobór ESCa powinien brać pod uwagę przede wszystkim silnik którego chcemy używać. Ten wybór nie jest jakąś tajemną wiedzą, bo najczęściej w sklepach internetowych/allegro/ali mamy informację o sugerowanym ESCu.

Serwa

Najpierw zajmijmy się podstawowym "protokołem" przy pomocy którego odbiornik komunikuje się z serwami tak żeby te robiły to co byśmy chcieli. Mowa oczywiście o PWM czyli pulse-width modulation. Jak to działa? Wysyłamy w okienkach czasu "wiadomość" ustawiając stan wysoki (załóżmy 5V) oraz stan niski ( załóżmy 0V) w zadanych proporcjach. Co by to wyjaśnić lepiej ukradłem z internetu obrazek:

Jeśli zielonymi pionowym strzałkami oddzielimy okienka czasowe to możemy zauważyć że "duty cycle" (który zaraz omówimy) jesteśmy w stanie ustawić w zakresie 0-100% ustawiając na odpowiednią ilość czasu stan wysoki, oraz stan niski.

A tłumacząc na ludzki co robi ten duty-cycle? otóż mówi naszemu serwomechanizmowi co my właściwie od niego chcemy:

Komentując powyższy obrazek: w zależności na ile czasu ustawimy stan wysoki serwo wychyli się na żądaną pozycję.

Jeśli chodzi o serwa mamy dwa główne rodzaje:

• serwa pracy ciągłej.
  

• po prostu serwa
  

• Serwa liniowe
  

Zajmijmy się pierw tymi które nas (raczej) nie interesują czyli serwa pracy ciągłej. Są to serwa które kręcą się w kółko. Możemy w nich sterować prędkością obrotu oraz w pewnych przypadkach kierunkiem obrotu.

Serwo tego typu może pracować np z prędkością obrotu na sekundę w lewo, lub obrotu na sekundę w prawo. W takim wypadku 0% duty-cycle będzie np odpowiadało obrotowi z maksymalną prędkością w lewo, 50% serwo stoi, 100% serwo obraca się z maksymalną prędkością w prawo. W przypadku np 25%duty cycle uzyskamy pół obrotu na sekundę w lewo.

Możemy też rozważyć inny przypadek gdzie serwo może się kręcić z prędkością 4 obrotów na sekundę w prawo. Wtedy uzyskamy:

• 0% - serwo stoi
  

• 25% - jeden obrót na sekundę w prawo
  

• 50% - dwa obroty na sekundę w prawo
  

• 75% - trzy obroty na sekundę w prawo
  

• 100% - cztery obroty na sekundę w prawo
  

Nie znalazłem na razie zastosowania dla takiego serwa, ale wydaje mi się że warto to zebrać do kupy co by nikt nie kupił przypadkiem czegoś czego nie chce.

Kolejnym rodzaje serwa jest "po prostu serwo". Nie wiem jak to się profesjonalnie nazywa, więc jeśli ktoś zna nazwę na ten rodzaj to chętnie się dowiem

Serwo tego typu charakteryzuje się tym że pracuje w określonym zakresie koła. Duty cycle mapuje się na żądaną pozycję serwa, czyli:

• 0% - 0 stopni
  

• 25% - 45 stopni
  

• 50% - 90 stopni
  

• 75% - 135 stopni
  

• 100% - 180 stopni
  

Podany przykład tyczy się serwa o zakresie ruchu 180 stopni, ale naturalną koleją rzeczy jest to że możemy mieć (nie wiem czy takie są, ale w sumie mogą być) serwa o zakresie np 90 stopni albo np 270 stopni.

Wreszcie mamy serwa liniowe, które reagują na PWM w sposób podobny do wcześniejszych, jednak ich ruch nie jest ruchem obrotowym a liniowym. Przykład takiego serwa:

Widzimy na tym serwie taki biały "cypek" wystający z czarnej prowadnicy. Duty-cycle mapuje się na pozycję tego "cypka" na prowadnicy:

• 0% - jeden koniec prowadnicy
  

• 50% - połowa
  

• 100% - drugi koniec prowadnicy
  

Mniej elektronicznym tematem serw jest fakt, że warto rozważyć wybór serw o metalowych zębatkach. Są one minimalnie cięższe, ale są zdecydowanie bardziej wytrzymałe.

Silnik

Mamy tutaj do wyboru dwie opcje. Szczotkowe i bezszczotkowe. Nie powiem że szczotkowe są do d⁎⁎y i do niczego się nie nadają - to byłoby kłamstwo. Powiem natomiast że na początek raczej polecałbym bezszczotkowe.

Co do samego sterowania są one sterowane poprzez sygnał PWM (jak wszystko inne ^^ ) gdzie mapujemy duty-cycle na ilość obrotów (to nie do końca prawda, ale to też nie apteka więc nie będę się rozdrabniał). W skrócie: im wyższy udział duty cycle tym szybciej się kręci. Dobór silnika to przede wszystkim waga i rodzaj modelu. Polecam poszukać datasheetu konkretnego silnika i tam mamy wypisane jaki ciąg jest generowany przy jakiej baterii (S) oraz przy jakim śmigle, poniżej taki example:

Co forum i inna grupa nazistów to opinia jak obliczyć potrzebny ciąg dla konkretnego modelu, więc ja nie będę dorzucał swojej opinii (która z uwagi na moje małe doświadczenie i tak pewnie jest gówno warta).

Ponieważ poradnik wyszedł zdecydowanie dłuższy niż chciałem i oczekiwałem, to zatrzymam się tutaj. Zostawiam otwartą opcję na wydanie wersji poprawionej, albo po prostu kontynuację żeby uzupełnić rzeczy których tutaj nie ująłem (a jestem pewien że są takie).

Dorzucę jeszcze tagi:

#hobby #lotnictwo #modelarstwo

I ponieważ kilka osób mnie prosi o wołanie na posty, to zawołam:

@myoniwy , @Odczuwam_Dysonans , @Basement-Chad

ale też dorzucę tag gdzie będę publikować swoje rzeczy:

#dziennikpsa

Final notes:

• Jak słusznie zauważył @myoniwy (o tutaj: https://www.hejto.pl/wpis/jak-dziala-elektronika-rc?commentId=9369b9e3-25c9-4577-bd9f-c1cc3d8f39ed) uprościłem nieco interpretację sygnału PWM przez serwa. Jeśli kogoś interesują szczegóły to odsyłam do szczegółowego artykułu: https://blog.elektroweb.pl/serwo-obsluga-serwomechnizmow-i-zasada-dzialania/ gdzie jest za⁎⁎⁎⁎sta animacja pokazująca jak przekłada się duty cycle na wychylenie serwa. W skrócie 50% duty cycle sygnał kontrolny, więc sterujemy poprzez wypełnienie pozostałego okresu duty cycle. Czyli 50% duty cycle to 0% sterowania, 75% duty cycle to 50% sterowania, a 100% duty cycle to 100% sterowania. Uprościłem to żeby artykuł był "zjadliwszy"