MultiWii

Версия 23:08, 27 апреля 2014

Полётный контроллер на основе Arduino - аппаратной вычислительной платформе, основными компонентами которой являются простая плата ввода/вывода и среда разработки на языке Processing/Wirin (типа С++). Называется так исторически потому, что в первых версиях были задействованы гироскопы из контроллера к игровой консоли Nintendo Wii (Wii Motion Plus и Wii Nunchuk), в данный момент платформа поддерживает большое количество сенсоров.

Платка продается в готовом виде, ничего паять не нужно. Изначально нужно было докупать гироскопы из контроллера Wii Motion Plus ($10) и акселерометр из контроллера Wii Nunchuk ($7), сейчас этого делать не нужно. Последние версии контроллеров Multiwii можно приобрести на rctimer.com или на Hobbyking, цена от 15 до 60$ в зависимости от функций.

Так как проект MultiWii работает на Arduino, то по идее все железо MultiWii совместимо с проектом Ardupilot, собственно есть такая команда ArduPirates которая занимается портированием кода Ardupilot на MultiWii (или наоборот как кому нравится). Что делает железо для MultiWii очень привлекательным вложением.

Контроллеры с процессором Atmega 2560 и датчиками последнего поколения MPU6050 (All In One Pro v1, v2) обеспечивают хорошее качество полета при невысокой цене (около 60$).

Преимущества

• Держит горизонт.

• При наличии магнетометра (компаса) держит курс.

• Обычно на плате уже есть USB порт, так что код заливается с компьютера без программатора и обновляется за секунды.

• Настройка MultiWii происходит через удобный графический интерфейс. Можно настроить чувствительность аппы, вручную оттриммировать акселерометр, тогда в горизонте он вообще будет висеть в точке в безветренную погоду. Для опытного пользователя есть возможность копаться в коде

• Регулярно обновляются прошивки

• Очень универсален, поддерживает практически все существующие виды рам трикоптера. Можно пилотировать 3D в акро-режиме, летать блинчиком вокруг себя и по FPV.

• MultiWii при должной настройке летает очень стабильно как в режиме только с гироскопом, так и со всей компанией датчиков.

• Подходит для аэрофото/видеосъёмки. Если сделать все аккуратно (рама, моторы, пропеллеры, виброзащита), то абсолютно нормально можно летать и снимать. Контроллер прост и надежен, ни разу не было такого, чтобы из-за MultiWii упал коптер. Может работать в качестве автономного контроллера подвеса.

• Возможно подключение Bluetooth или радиомодема для беспроводной настройки.

• При использовании процессора Atmega2560 возможно использование функций GPS.

• Существует версия Multiwii, портированная на процессоры stm: Afroflight (Naze32), однако этот проект поддерживается одним человеком, и его скорость развития под вопросом.

Поддерживаемые системы

• стабилизатор подвеса камеры
• бикоптер (например, как GunShip из фильма Аватар)
• трикоптер
• квадрокоптер
• мультикоптеры Y4 и Y6
• гексакоптер
• октокоптер
• летающее крыло

Требования

• Так как проект бюджетный, то и датчики в ней бюджетные, а значит их надо максимально защищать от вибраций. Насколько аккуратно будет сделана рама, отбалансированы пропеллеры и моторы, настолько и стабильно будет летать коптер.

(с датчиками последнего поколения качество полета заметно лучше)

• Платы продаются без корпуса, желательно как-то защищать плату от влаги, грязи и пр.
• Для использования компаса, его вместе с платой необходимо поднять выше над силовыми проводами, иначе он работать не будет. Возможно вынести компас вверх на отдельной плате (как сделано в Наза), но это менее надежно (в случае сбоя i2c-шины коптер может упасть).

Новое в версии MultiWii 2.0

Теперь вам необходима как минимум Arduino IDE версия 1.0, чтобы открывать *.ino файлы.

Сенсоры

• Акселерометр MMA7544
• Магнитометр (компас) MAG3110

Платы

• CRIUS_SE
• CRIUS_LIGHT
• MONGOOSE
• CHERRY6DOFv1_0
• DROTEK_6DOF_MPU

Процессор

Код сделан на основе ATMega 32U4, который может рассматриваться как промежуточный вариант между 328 и 2560, с кучей плюшек по сравнению с 328, но почти таким же размером. [1]

Портирование на STM32

Возможно портирование MultiWii на 32-битный процессор. Это код позволяет перепрошить некоторые дешевые контроллеры полета на MultiWii, например FreeFlight FC, которую можно найти на сайте goodluckbuy или специально сделанный для этой версии AfroFlight32. [2] [3]

Режим стабильного полета (stable mode)

Настройки BMA180 и BMA020 изменены на 8G (было 2G). Было замечено, что вибрации приводят к переполнению акселерометров, вызывая неверное измерения и, как следствие, неверные углы PITCH/ROLL. Вероятно это было основной причиной "уплывания горизонта", т.е. стабильный режим с этими сенсорами теперь будет немного лучше. Одно из следствий: TRUSTED ACC теперь включено по умолчанию и наверное будет удалено в будущих версиях.

Значение D в PID LEVEL настройках теперь используется для ограничения эффекта коррекции угла. По умолчанию (D=100), поведение стаб. режима не поменялось. С более мелким D будет такой эффект: более плавное изменение уровня, должно убрать смертельные колебания.

Режим удержания высоты

Было много проб и ошибок этого функционала [4] [5]. Режим всё еще не особо хорош, но мы увидели большой шаг вперёд и, вроде бы, удержание высоты работает у большинства. Хотя ещё остались косяки. Velocity PID пока не используется в этом коде.

GPS

Теперь есть поддержка двух типов GPS:

Serial GPS

может быть подключен к свободному Serial port контроллера (требуется MEGA платка)

Настройки в config.h:

#define GPS_SERIAL 2 // тут указываем номер порта
#define GPS_BAUD 115200 // скорость

Удержание позиции и возврат домой работают с Serial GPS.

I2C Serial

Добавлен код работы с I2C GPS. Можно включить в config.h:

#define I2C_GPS

Позиция старта запоминается, когда GPS приемник "видит" хотя бы 4 спутника.

Имеется 2 режима работы с GPS:

• ReturnToHome: при включении режима коптер возвращается к координатам позиции старта (домой).
• PositionHold: при включении режима коптер остается в текущем положении.

GPS режимы требуют очень хорошо откалиброванного компаса, которому не мешают включенные моторы и хорошо летающий в стабильном режиме коптер.

PID настройки добавленные в GUI:

• P = угол наклона, пропорциональный дистанции до цели (дом или текущая позиция) с P=5.0 в GUI, 1 метр = 0.5 градусов наклона
• I пока не используется
• D = максимальный угол наклона в зависимости от коррекции GPS (15 для новичков)

Выходы на моторы и сервомашинки

Часть output.pde практически переписана с нуля. И теперь есть больше возможностей и комбинаций. Улучшена эффективность pwm: функция arduino digitalWrite arduino была удалена, чтобы обращаться напрямую к портам. Но теперь не так просто настраивать порядок двигателей.

На MEGA платках: первые 6 моторов теперь рулятся таймерами в 16 битном режиме. Разница заметна в полете на квадрике.

Расширен диапазон двигателей (для использования с wii-ESC; разрешение теперь 250 шагов против 125 шагов в стандарте) подробнее тут.

На 328p платках (например promini) у нас теперь следующие конфигурации:

HEX (FLAT X, FLAT +, или Y6)

• со стандартным приемником: 2 последний мотора на PIN A0 и A1 вместо D5 и D6 или использовать PPM SUM
• с 2-мя сервами для подвеса + 1 servo для нажатия на спуск камеры:
  • с PPM SUM приемников: последние 2 мотора на PIN D5 и D6 и сервы на PIN A0/A1/A2
  • со стандартным приемником: последние 2 мотора на PIN A0/A1 и сервы на PIN A2 и D12 (без сервы для кнопки камеры)

OCTO (FLAT X, FLAT +, X8)

• с любым приемников: на PINах 3, 9, 10, 11, A0, A1, A2 и12
• без серв

VTAIL

Летающее крыло. Успешно оттестировано.

LCD (дисплеи)

На данным момент поддерживаемые LCD:

• LCD_SERIAL_3W: исправлен 3х проводной LCD со Sparkfun, используя rx-pin для передачи на скорости 9600
• LCD_TEXTSTAR: модуль CW-LCD-02 (который имеет 4 кнопки для выбора меню)
• LCD_VT100: vt100 совместимый эмулятор терминала (blueterm, putty и т.д), как альтернатива GUI для любой терминальной программы (опц. и по BT), работает с большинством планшетных ПК, смартфонов и т.д. [6]
• LCD_ETPP: Eagle Tree Power Panel LCD, который использует i2c шину
• LCD_LCD03: LCD03, еще один экран с шиной i2c [7]

Середину положения сервомашинки (по умолчанию сигнал PWM 1500) можно менять через LCD (как триммирование на передатчике) для летающего крыла и трикоптера

LED (светодиоды)

I2C LED Ring устройство с 12 RGB-светодиодами включено как опция в MultiWii чтобы давать больше информации о состоянии сенсоров. [8] [9]

режим HeadFree

Нечто похожее на режим CareFree (Mikrokopter). Впервые представлен Mahowikом как simple mode. Специальный бокс добавлен в GUI, чтобы включать этот режим с передатчикам. Вам нужны будут магнитометр и акселерометр. Принцип работы: "Перед" запоминается при запуске двигателей, т.е. вы можете включать/выключать этот режим во время полета.

Pass-through mode

Это чекбокс в GUI. Отвечает за отключение IMU для некоторых конфигураций, таких как Летающее крыло.

Пищалка

Чекбокс в GUI. Активация пищалки (если она конечно есть), например когда вы потеряли коптер в высокой траве.

Новая комбинация стиков

Для калибровки магнитометра (газ вверх, yaw вправо, pitch вниз)

Улучшена калибровка магнитометра

Калибровка магнитометра стала более точной. Основано на коде. И это должно улучшить работу GPS.

Сглаживание гироскопа

Две опции для сглаживания гироскопа (в основном для летающего крыла):

• по осям, основанное на LPF: #define GYRO_SMOOTHING {20, 20, 3} // средние значения для roll, pitch, yaw
• для всех осей (код Magnetron)

#define MMGYRO
#define MMGYROVECTORLENGHT 10 

Сглаживание работы подвеса/серв основано на тех же принципах:

#define MMSERVOGIMBAL
#define MMSERVOGIMBALVECTORLENGHT 32

Настройка

• Скачать исходный код Multiwii (на момент написания текста последняя версия 2.2)
• В файле config.h раскомментировать нужные строки кода, в зависимости от типа имеющейся платы (например #define QUADX, #define CRIUS_AIO_PRO_V1, #define MOTOR_STOP)
• Скомпилировать с помощью Arduino IDE и загрузить прошивку в плату
• Откалибровать акселерометр и (при необходимости) компас
• Смотря на графики, проверить правильность работы датчиков по следующему алгоритму

1) TILT the MULTI to the RIGHT (left side up):
MAG_ROLL, ACC_ROLL and GYRO_ROLL goes up
MAG_Z and ACC_Z goes down
2) TILT the MULTI forward (tail up):
MAG_PITCH, ACC_PITCH and GYRO_PITCH goes up
MAG_Z and ACC_Z goes down
3) Rotating the copter clockwise (YAW):
GYRO_YAW goes up
4) The copter stays level:
MAG_Z is positive ; ACC_Z is positive

• Проверить end-points на аппаратуре, чтобы минимум был около 900мс, максимум 1900 (иначе моторы не запустятся)

Если все нормально, можно лететь.

Если крутит по YAW

Проверить/настроить:

1. Регули откалибровать на одинаковый диапазон газа!
2. Аппа по yaw ~1500. Проверять в GUI! Находим макс. погрешность. Отводим стик в мин. положение и потом медленно возвращаем его в центр, под действием пружины в аппе, т.е. просто замедляя действие пружины. Запоминаем мин. значение (к примеру 1492). Потом проделываем тоже самое для макс. значения. Далее отводим стик на мин/макс позицию и отпускаем/отстреливаем под действием пружины аппы и также находим мин/макс значения, но они как правило меньше чем с "плавным" возвратом стика... Желательно проделать тоже самое для ролл/питч сразу, чтобы найти оптимальное значение для DEADBAND (мертвая зона стиков для полетного контроллера)...
3. Теперь берем максимальное отклонение от центра, добавляем 3-4 единицы и вписываем в DEADBAND в config.h - например, 1500-1492+4 = 12
4. После этого тримы не трогаем!
5. Далее все процедуры с выключенным магнетометром! Hужно отстроить коптер по механике, чтобы нос не крутило. Временно выставляем yaw I в ноль и взлетаем, если за минуту не крутит более чем на 10-30 град. то все ОК по идее и интегральная составляющая будет держать как надо. Возвращаем yaw I на место (0.04-0.07), взлетаем, должно быть все ок, т.е. кручение не более 10 град. в минуту...

Если крутит сильно (при yaw I=0), то у вас скорее всего: не откалиброваны регуляторы, неравномерно мощные моторы (например, где то износ больше: подшипник или магниты ослабли от перегрева), моторы не строго параллельны горизонту (кривой мотормаунт, круглые лучи рамы с маунтами закрепленными не строго по горизонту и т.д.)... Лечить можно изменением наклона мотора, подгибанием мотормаунта к примеру, если конструкция позволяет... К примеру коптер крутит по часовой стрелке, значит для компенсации подгибаем мотор вправо... Полечили? Возвращаем yaw I на место и т.д.

См. также

• Основные настройки PID в подробностях
• Настройка PID для GPS на Multiwii
• Настройки MultiWii с пульта

Ссылки

• Официальный сайт проекта
• Multiwii - положительный опыт
• Большая тема на RCDesign
• Build log от kinderkram
• Обсуждение на RCGroups
• Инструкция со всеми схемами подключения датчиков, арудин и прочее.
• Репозиторий всех версий кода для MultiWii
• Crius Hobby MultiWii
• Код для использования Акселерометра LIS302DLTR в MultiWii

Видео

• Пример стабильного полёта от Covax

Где купить

• MultiWii+Gyro+Accel на goodluckbuy.com за $42
• MultiWii+Gyro+Accel+Baro+Compas на goodluckbuy.com за $55

См. также

• Сравнение MultiWii и Ardupilot
• DroTek MultiWii
• Другие полётные контроллеры