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Projekt Proof of Concept EuroCopter – FPV Racing Copter aus Europa

Projekt Proof of Concept EuroCopter - FPV Racing Copter aus Europa

Projekt Proof of Concept: einen kompetitiven FPV Racing Copter aus Komponenten zu bauen, die einen Zusammenhang zu Europa haben (gebaut, entwickelt, Firmensitz). Der Arbeitstitel der Projekts lautet „EuroCopter“.

Komponenten des EuroCopter

  • Infineon Flugcontroller (FC), Power Distribution Board (PDB) Prototypen*
  • Graupner Sender (TX) und Empfänger (RX), Propeller (Prop)
  • TBS Motoren, First Person View (FPV) Kamera (CAM), Video Sender (VTX)
  • KISS Electronic Speed Control (ESC) 2-6S 32A
  • CherryCraft Racing Frame
  • Chips & Grips VTX Antennen
  • mylipo.de Racing Akkus

* Bei den Infineon Komponenten handelt es sich um nicht frei erhältliche Prototypen. Der Flugcontroller ist in einer Kooperation mit dem MCI in Innsbruck entwickelt worden.

Bauanleitung des FPV Racing Copter

VBAT

Der Frame ist ein Cherry Craft Supreme Racing Frame. Dieser ist entwickelt von Walter Kirsch alias CherryFPV, ein österreichischer FPV Racing Pilot. Deshalb qualifiziert sich der Frame für den EuroCopter. Walter wird dann auch ein paar Runden mit dem EuroCopter drehen und uns die Videos bereitstellen.

Wir beginnen mit der Stromversorgung über VBAT (Voltage from Battery). Die XT60 Halterung aus Sain Smart TPU kommt aus dem 3D Drucker von Walter Kirsch. Der XT60 Stecker gehört am besten schon vor dem Verlöten durch die XT60 Halterung gesteckt. Die vorverzinnten Drähte werden dann an das PDB (Power Distribution Board) verlötet. Das PDB ist von Infineon und genau wie der Flugcontroller ein Prototyp und daher nicht frei erhältlich. Zumindest im Moment. Vielleicht bekommt Infineon durch diesen Beitrag so viele Anfragen, dass die Beiteile in Serie gehen.

Stromversorgung der Komponenten

Danach verlöten wir die interne Stromversorgung um die Komponenten mit VBAT zu versorgen. Wir machen das gleich parallel für den FC und den Stecker zum TBS Unify. Unbedingt auf die Polarität achten. Der Infineon Flugcontroller und das PDB sind wie bereits angemerkt Leihgaben des Chipherstellers Infineon. Infineon hat den Firmenhauptsitz in Deutschland, weshalb sie sich für dieses Projekt qualifiziert haben.

Für den TBS Unify VTX verlöten wir einen Stecker, damit wir ihn bequem abstecken können. Der VTX versorgt auch gleich die TBS ZeroZero v2 FPV Cam mit VBAT. Da wir kein OSD (On Screen Display) haben, brauchen wir das Videosignal auch nicht über den Flugcontroller schleusen. Es ist also eine ganz simple Verdrahtung mit wenig Möglichkeiten für Fehler. Team BlackSheep hat mit seinem Gründer Raphael Pirker alias „Trappy“ seine Wurzeln tatsächlich in Österreich. Selbst wenn er mittlerweile ausgewandert ist zählt er zu einem der Aktivisten auf dem Gebiet FPV Racing, UAV und BLOS mit europäischen Wurzeln. Und damit habe ich mir erlaubt die TBS Komponenten für das Projekt zu qualifizieren.

Da ein Kurzschluss meist fatal fatal endet, messen wir hier erstmals kurz durch. Zwischenkontrollen empfehlen sich, da sonst bei der Endkontrolle die Fehlersuche komplizierter ist.

Antrieb

Für den Antrieb des EuroCopter nehmen wir KISS 32A ESCs von Flyduino. KISS steht für „Keep it super simple“ bzw. weniger charmant „Keep ist simple, stupid“. Die Firma dahinter, Flydoino, hat den Firmensitz in Deutschland und qualifiziert sich ebenso für das Projekt. Tatsächlich ist der verwendete 32A ESC, der bis zu DSHOT2400 beherrscht, ein kleiner Overkill in dem Setup. Die ESCs steuern TBS MasterPilot 2400kv Motoren an. Diese kräftigen Motoren sind die dritte Komponente von Team BlackSheep im dem EuroCopter Build.

Beginnen wir, indem wir die drei Kabel zu den Motoren kürzen. Diese sollten grundsätzlich stets kurz gehalten werden für einen möglichst geringen Leistungsverlust. Das mittlere Kabel ist nochmals eine Spur kürzer. Danach folgt das Abisolieren, Vorverzinnen und das Verlöten an die ESCs. Das Gleiche machen wir mit der Stromversorgung für die ESCs und der Signalleitung bzw. dem Signal Ground.

Ein Vorteil der KISS ESCs ist, dass wir die Drehrichtung über eine Lötbrücke auch im Nachhinein ändern können. Ein Umlöten, oder mit den software-seitigen Settings spielen, ist folglich nicht mehr nötig. Einfach die Zwei Lötpads verbinden.

Electronic Speed Control (ESC)

Dann montieren wir die Motoren auf die Arme des FPV Racing Copter Frame. Beim CherryCraft Frame sind Arm bzw. Motorprotektoren im Lieferumfang enthalten. Diese nutzen wir gleich als Vibrationsdämpfung. Dazu muss allerdings ein Loch für den Motorschaft gebohrt werden. Der Protektor kommt zuerst auf den Arm, der Motor kommt auf den Protektor, und nicht direkt auf das Carbon. Natürlich kann man den Protektor auch umgekehrt montieren. Wir fixieren den Motor mit vier Schrauben mit etwas Schraubenlack. Bevor wir den ESC verlöten kommt noch ein Schrumpfschlauch als Schutz für den ESC darüber.

Auch die ESC Strom- und Signalleitungen werden ab-isoliert und vorverzinnt. Ich gebe den Kabeln gerne etwas mehr Spielraum weil ich persönlich relativ oft meine Racing Copter zerlege. Dann ist es angenehm, wenn die Kabel etwas lockerer sind. Trotzdem sollten die Leitungen stets möglichst kurz gehalten werden um Spannungsabfälle bzw. Leistungsverluste zu vermeiden. Die Stromversorgung der ESCs erfolgt über das PDB. Das Signalkabel und Signal Ground kommen an die entsprechenden Lötpads am Flugcontroller. Signal Ground ist in dem Falle besonders wichtig, da wir mit PWM arbeiten werden.

Ist alles verlötet, können wir den Tower fixieren. Ich nehme für den Flugcontroller gerne vibrationsdämpfende Soft Mounts um Störungen zu minimieren. Im besten Falle können die Filter deaktiviert, oder zumindest entlastet werden. Abschließend wird noch einmal alles auf die richtige Polarisation und eventuelle Kurzschlüsse durchgemessen.

Motoren Check

Ein wichtiger Punkt sind Motorposition und Motordrehrichtung. Um dies zu verifizieren, muss der EuroCopter erstmalig mit VBAT versorgt werden. Es empfiehlt sich zusätzlich zum Durchmessen auch einen Smokestopper zu verwenden. Ich nutze in dem Falle ein Multimeter um auch gleich um den Strombedarf im Ruhezustand zu ermitteln.

Wir starten nun den Cleanflight Configurator und schließen den EuroCopter an den PC. Nach dem Connect gehen wir in das Motors Tab und probieren einen Motor nach dem anderen durch. Die Motordrehrichtung kann wie gesagt über die Lötbrücke am KISS ESC eingestellt werden. Sollte die Motorposition falsch sein, löten wir einfach das Signalkabel um. Wir sind mit der Spezialversion von Cleanflight für diesen Prototyp Flugcontroller leider etwas limitiert mit den Optionen. Sonst könnten wir die Motorposition auch über die Software modifizieren.

Die Motor-Drehrichtung läßt sich am leichtesten Feststellen, in dem ein Stück Papier gegen den Motor gehalten wird. Es wird dann in die Drehrichtung gedrückt. Ist die Motordrehrichtung falsch, einfach über die Lötbrücke am KISS ESC umkehren.

Empfänger RX SUMD

Für den Empfänger nutzen wir einen freien UART am Flugcontroller für das Graupner SUMD Protokoll. Uns steht eine 3.3 V Spannungsversorgung zur Verfügung. Der Graupner Falcon 12 sollte zwar idealerweise zwischen 3,6 und 8,4 V betrieben werden. Er funktioniert aber tatsächlich bis hinunter auf 2,5 V. In der Fernsteuerung ist dann allerdings der Niedrigspannungsalarm entsprechend anzupassen.

Graupner hat seinen Firmenhauptsitz in Deutschland, weshalb Sie sich ebenso für den EuroCopter Qualifizieren. Sie sind mit Sender mz-12 PRO und Empfänger Falcon 12 in dem EuroCopter Projekt vertreten. Zur mz-12 PRO und Graupner Empfängern wird es ein paar eigene Beiträge geben. Wir haben jetzt erstmal alle Stromverbraucher angesteckt und prüfen nochmals auf Kurzschlüsse bzw. testen wir den Stromverbrauch im Ruhezustand. Sind die Arbeiten an den ESCs abgeschlossen können wir die Schumpfschläuche schrumpfen. Die ESCs fixieren wir dann mit Kabelbinder an den Armen.

CAM, VTX und RX

Die TBS ZeroZero für das FPV Racing wird auf das Mount des CherryChraft Supreme fixiert, und im Frame eingesetzt. Es gibt jeweils nur eine Schraube auf der Seite. Da hätte ich ein wenig Sorge, dass sie verrutscht, aber offenbar hat es sich bewährt. Dann können wir die Mounts für die Empfänger Antenne und die VTX Antenne montieren. Die Antennen Mounts sind beim CherryCraft im Lieferumfang enthalten. Zusätzlich hat Walter alle Models aus dem 3D Drucker auf Thingiverse bereitgestellt.

Zu den VTX Antennen. Sender und Empfängerantennen sind von Chips und Grips. Dahinter steckt der Antennenbauer Peter Rahtgens aus Deutschland, was die Antennen wiederum für das Projekt qualifiziert. Die Antennen werden individuell eingemessen und können sogar auf die persönlich genutzte Frequenz optimiert werden. Auch zu den Antennen wird es ein paar eigene Videos. Soviel vorweg, die ersten Versuche haben eine signifikant bessere Reichweite und Bildqualität gezeigt zu dem, was ich bislang gekannt habe.

Damit ist der EuroCopter fertig gebaut. Nur noch die Elektronik noch etwas sortieren, Deckel drauf zumachen. Weiter geht’s mit der Software Konfiguration des Flugcontrollers.

Konfiguration der EuroCopter

Die Konfiguration in Cleanflight Configurator gehen wir nur ganz kurz durch. Es ist auch sehr simpel mit dem Infineon Flugcontroller. Am UART2 aktivieren wir den Serial RX für das SUMD Protokoll vom Graupner Falcon 12. Mehr haben wir hier nicht. Im Config Tab haben wir schon beim Motor Check die Motorenposition eingestellt. In dem Falle 1-2-3-4. In der System Configuration stellen wir Gyro und PID Loop so ein, dass die CPU Load unter 10% im Leerlauf liegt. Beim Receiver stellen wird für den Graupner Empfänger SUMD ein. Wichtig auch auf der Fernsteuerung beim Channel 5 SUMD zu aktivieren. Beim ESC PWM als ESC Motor Protokoll angeben. Der Rest kann in der Graupner/Infineon Kombination bei den Stock Settings bleiben. Den Airmode hab ich noch ganz gerne aktiviert. Power und Battery und Failsave Tab passt mit den default Settings. PID Tuning lass ich erstmal bis auf die Rates ebenso erstmal auf den default Settings. Das Tunen kommt dann nach den ersten Flugtests.

Im Receiver Tab checken wir alle Kanäle durch und justiere Stick Min entsprechend der Graupner Funke. Channel Map ist bei Graupner TAER1234. Graupner geht standardmäßig von 1100 min bis 1900 max. Entsprechend ist mein Stick-Min über 1100 anzusetzen. 1120 oder so hätte es auch getan. Bei exakt 1100 wird er sich nicht armen lassen weil er meint der Throttle Stick wäre nicht auf der Nullposition. Im Modes Tab halten wir uns nicht lange auf. Wir brauchen nur Arm. Weil die Graupner Funke einen tollen Dip Switch hat, nutz ich den auch für PreArm. Die Schalter hinterlege ich auch noch mit einer netten Ansage. Aber das zeige ich alles in einem anderen Video. Die restlichen Tabs bleiben unverändert, brauchen wir auch in dem Setup derzeit nicht.

Flugakku

Als Flugakku für den EuroCopter kommt ein Racing Akku von mylipo.de zum Einsatz. Zu dem Akku gibt es bereits ein gutes Video.

Fazit des Proof of Concept

Der EuroCopter ist ein qualitativ sehr hochwertiger FPV Racing Copter. Allerdings werden nur sehr wenige der Komponenten tatsächlich in Europa hergestellt. Und selbst wenn, dann ist es sehr wahrscheinlich, dass der ein oder andere Bauteil nicht aus der EU kommt. Einerseits schade, aber in vielen Fällen ist die Produktion in Europa einfach zu teuer. Dass Innovationen und Design aus Europa kommen, ist wiederum positiv anzumerken.

Ein paar Flugvideos mit dem EuroCopter wird es selbstverständlich ebenfalls geben.

Drohnenexperte - FPV Drohnenpilot

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