Я специалист в сфере обучения по эксплуатации БАС. Два‑три года назад я работала в учреждении доп. образования, где ко мне приходили школьники, которых отправляли к нам на проектную деятельность или получить доп. оценки по физике/технологии.
За 36 часов их надо было научить прикладному дроноводству, где база — умение паять.
У меня 2 паяльных места и 15 человек. У всех в итоге должно что‑то заработать, в идеале — полететь.
Собирали мы Клевера от COEX. Дети учились паять на «мертвых» PDB, но при переходе на живые платы от стресса умудрялись капнуть припоем на цепи преобразования напряжения и сделать КЗ. А я не понимала, как выполнять роль инженера‑наставника, когда надо следить за паяльниками одних, при этом чем‑то занимать других и бегать отвечать на текущие вопр��сы, когда даже ПК всего 5 штук.
В целом процесс пайки мог занимать 40–50% учебного времени, при наличии других тем: сборка, настройка, полеты ручные и автономные, разработка полезной нагрузки, фотограмметрия и так далее
А точно ли это то, чему я хотела научить детей?
Пайка vs Устройство системы.
У меня не было цели вырастить монтажника РЭА. Если я готовлю инженера по эксплуатации ЛА, который должен понимать логику работы системы, то паяльник в руках новичка становится бутылочным горлышком.
Ребенок больше думает о том, как ему сделать красивую пайку, ровно залудить проводник, почему при одной температуре паяется хорошо, при другой — нет и при чем тут флюс с припоем. Навык важный, однако ребенок не думает про то, зачем «вот этот провод» идет от UART к приемнику. В итоге мы получаем красиво спаянный рабочий дрон и ученика, который НЕ ПОНИМАЕТ почему его собранное детище летает.
В своей работе я использую очень много инструментария для изучения дронов. Это различные по назначению коптеры, среди них: Tello, Клевер, Пионер, микродроны, 5-дюймовые сборки, DJI (Phantom, Inspire, Mavic). Каждое такое решение полезно и нужно, только мне не хватало инструмента, который позволит наглядно показать схемотехнику и логику работы, не зацикливаясь на вечной пайке у детей, а ещё и моей, когда готовлю наборы к следующей группе. Но даже дроны, где уже были коннекторы MR30 и XT30 не сильно улучшали ситуацию.
Уже во время работы в Москве меня пригласили побыть экспертом на проектно‑образовательном интенсиве «Архипелаг 2025», провести на нем соревнования по поиску дефектов и неисправностей дрона. Там я познакомилась с платформой для изучения дронов FPV‑Lab.
После того, как я потрогала руками и мозгами этот стенд, то у меня сформировалось четкое описание, что же это такое:
FPV‑lab это препарированный fpv‑дрон, органы которого аккуратно упорядочили на столе хирурги (разработчики), сохранив работоспособность и функциональность каждого (поэтому они и хирурги, а не патологоанатомы). Чтобы студенты могли каждый орган изуч��ть, что‑то отключить и даже убить:)
Анатомия стенда.
На этой плате можно научиться взаимодействовать и с силовой частью дрона и с бортовым оборудованием на аппаратном и программном уровне. Настроить в соответствующих конфигураторах (INAV, Betaflight, BLheli). Все как на привычном FPV‑дроне.
Технические характеристики
Стек: BeastFPV F722 BLS (Из интересного. 8 каналов, поддерживает подключение двух ESC 4 in 1. Отдельные выделенные пины для двух камер, а также коннектор под DJI AIR UNIT).
Видеопередатчик: JHEMCU VTX20-600
Камера: RunCam Phoenix 2 SP
Радиоприемник: ELRS 2,4GHz NANO BETAFPV
Моторы: EMAX RS2205 2300KV
GNSS‑модуль: Beitian BN-880
+ Светодиоды, макетная плата, пьезо‑пищалка, сервопривод
Киллер-фичи для обучения
Все контактные соединения на пружинных клеммах. Провода можно быстро раскидать на места, снять, поменять местами.
На Архипелаге мне было достаточно 1–2 минут чтобы внести дефекты и неисправности в аппаратной части. Можно делать дефекты с неплотным контактом, или зажать провод в изоляции. На вид провод вставлен правильно, а на деле контакта нет.Каждый GPIO c полетного контроллера выведен в отдельный контакт. Тут не будет разъемов типа MR на фазных проводах моторов и ESC.
Внести дефекты с UART/I2C, а именно соединить TX — TX, RX — RX, SDA — SCL, что вызовет некорректную работу бортового оборудования.
Плюс на землютоже можно, но моделировать короткие замыкания не советую.Маркировка интуитивно понятна и разделена цветом: белый фон — потребители (нагрузка), черный фон — источники (сигнал или питание).
Клеммные блоки имеют буквенные обозначения (XP1, XP2 и так далее), на которые удобно ссылаться: «Ребята, берем питание с блока XP16 и ведем к светодиодам на XP3».Все контакты продублированы в виде петель, к которым можно удобно подключиться осциллографом/мультиметром/логическим анализатором.
Можно прозвонить линии на КЗ, изучить электрические процессы (например, ШИМ/огибающую на фазах мотора при корректной схеме измерения).
Можно сделать дешифровку I2C и UART.
Дешифровка протоколов логическим анализатором
Оборудование и ПО: DSLogic Plus, DSView
Декодирование протокола UBX модуля GNSS.
Здесь прекрасно можно прочитать байты пакета и узнать, что это сообщение NAV‑PVT.
Хоть мой друг и говорил: «вообще коммуникацию по serial чтобы смотреть, не обязательно лог анализатор использовать», но все таки пощупать логическим анализатором тоже приятно. Можно посмотреть на тайминги, да и в целом поизучать, как какие‑то проблемы в цепи (типа наводок) могут бить пакеты.
Декодирование WS2812
Интересно понаблюдать и за тем, как выглядят данные, которые управляют цветом и яркостью светодиода. Мы можем увидеть, что 24-битный пакет сходится с реальностью, но ещё интереснее посмотреть на способ кодирования по времени импульсов и сравнить с результатом дешифровки.
Методика внедрения. От «Архипелага» до учебного класса
Кейс №1
Архипелаг. Формат соревнований был следующий:
Индивидуальное участие, поток из 6 человек, 40 минут на поиск дефектов.
Немного примеров:
Радиоаппаратура: удалить канал из микшера, сделать инверсию.
Радиоприемник: сменить bind‑фразу, выбрать IBUS вместо CRSF, неверно подключить UART, отключить передатчик.
Прочая периферия: отключение параметров в конфигураторе FС, отключение питания, логические провода не на своей линии.
Участник мог устранить неисправность так, как ему удобно. Например, мы поменяли вращение мотора, перекинув местами фазы, но участник мог сделать реверс в ESC‑конфигураторе, а мог и в Betaflight конфигураторе сменить вращение. Важно, чтобы узел работал корректно.
Кейс №2
Активно использую платформу у себя на работе при обучении детей с 3 класса и взрослых на курсах повышения квалификации.
Изучаем аппаратную часть.
Рассказываю теорию про каждый узел дрона + лабораторная работа (соединение проводами источников и нагрузки, проверка КЗ, визуальная оценка целостности узлов). Ведем конспекты, рисуем схемы.
Параллельно рассматриваем дроны иной реализации силовой схемы и бортового оборудования (пример, где PDB отдельно от ESC, тот же Клевер, или когда все на одной плате — Геоскан Пионер, платы микродронов «все в одном»)Разбор программной части.
Объясняю, как FC управляет всей нагрузкой, ставим прошивку, конфигурируем узлы, тестируем, меняем параметры.Проверка навыков и знаний.
Обучающиеся рассказывают о конструкции квадрокоптера и его составляющих, демонстрируют каждый узел. Устраиваю экзамен на дефектовку.
Следующим этапом, после сборки такого стенда, для обучающихся становится сборка уже полноценного дрона (у нас это Клевер), где им предстоит паять все соединения. После комплексного подхода в обучении, у учеников закрепляется как понимание об электрическом соединении модулей в ЛА, так и опыт пайки соединений проводами различных сечений (от AWG30 в логических цепях, до AWG12 в силовых цепях)
Нюансы и капелька дегтя
На нем лучше не летать.
Стенд на то и стенд, что он «стоит». На 5 дюймовых пропеллерах скорее всего полетит, но есть нюансы:
Просвет под винтомоторной группой небольшой, воздух загонять некуда.
Много весит, в частности из‑за нижней деки.
Курсовая камера стоит таким образом, что один из пропеллеров будет её задевать. Крепление АКБ только на стяжки.
На Архипелаге поднять в воздух нам не удалось. Были 3,5-дюймовые пропеллеры и 6S АКБ. Но оторвать его от земли по крену и тангажу хватало. Для полетов все таки рекомендую использовать симуляторы или пригодные для этого коптеры.Однако, есть видео‑демонстрация полетов. Пишут, что «при должном опыте, возможно проведение полетных испытаний.»
Не ко всем контактам отдельный доступ. Шлейф от ESC/PDB к FC на JST‑коннекторе.
Не знаю, насколько было б целесообразным делать для него отдельную колодку клемм, а точнее, две, потому что здесь перепутать провода будет весьма критичным моментом. Входное напряжение на FC идет без преобразований с PDB.
На Архипелаге я вносила дефект: шлейф от PDB/ESC вставляла в разъем FC на 5–8 каналы. Чтобы все корректно заработало, надо вернуть шлейф на 1–4 канал, либо переназначать ресурсы через CLI конфигуратора.
Очевидно, все выбирали 1 вариант, но далее случился коллапс. Мы потеряли 3 FC. Проблема была в том, что участники по незнанию вставляли коннектор вверх ногами и видимо с усилием, чтобы точно вошло.Если пин BAT попадет на цифровой пин, то в лучшем случае отвалится канал и FC перестанет читать какой‑то один ESC. Да и скорее всего будет КЗ, которое будет греть камень до гигантских температур. В самом худшем случае потеряете FC.
Прошивать ESC‑и через программатор придется напрямую, без отдельных выводов этих контактов.
Нужно снять поликарбонатную пластину и паяться к мизерным контактам самостоятельно и очень аккуратно.
Не вижу оптимальных идей, как можно было бы их изящно вывести на плату, кроме как выводить проводами.Мной был обнаружен брак — колодка «источника» находится на белом фоне. На функциональность это не влияет, но все таки, ввести в заблуждение может.
Что можно улучшить? Взгляд практика
Стек сидит на эдаком сокете из погопинов, как процессор на материнской плате. Круто заиметь сменные сокеты, чтобы можно было подключать пару‑тройку популярных стеков от других производителей.
Подозреваю, что такая идея закладывалась разрабами, но готового решения в продаже я не видела (иначе я не понимаю, зачем 2 надписи USB‑порт, если на текущем FC он только сверху, да и сами плашки сидят намертво).
Неплохо бы реализовать расширение до окто‑ или гексакоптера, так как дефолтный FC на стенде поддерживает возможность подключения двух плат ESC/PDB.
Итог: Паять все равно придется
FPV‑Lab и подобные стенды — это не панацея от всего, не замена сборке, не замена пайке. Рано или поздно инженеру надо будет взять в руки паяльник или кримпер и научиться делать надежные соединения. В небе дроны с подпружиненными контактами не летают — это небезопасно.
Однако, это дополнительный инструмент для обучения, который мне помогает визуализировать все схемы, что я рисую и сразу их отработать.
И когда ученик «наиграется» с клеммами, поиском и устранением дефектов, познакомится с электрическими процессами на осциллографе, то он уже сможет приступить к сборке «настоящего» дрона хотя бы с минимальным осознанием дела (но, я всегда верю в лучшее). И дальше он не будет думать «куда припаять/вставить этот провод и зачем он там нужен», он будет точно знать, куда он идет и сможет сосредоточиться на том, как качественно исполнить соединение.
Мне, как преподавателю, этот стенд экономит кучу нервов и времени.
Да и я стала тем самым учеником — у меня появилась мотивация самой изучить дроны детальнее на уровне железа, купила себе осциллограф и логический анализатор.
Теперь это взрослая игрушка для моего хобби. Думаю, я дойду до того момента, когда смогу использовать стенд именно для прототипирования дополнительных узлов.
P. S. Выражаю огромную благодарность своим друзьям:@serDenielи Данилу Офицерову за помощь в написании статьи, @chvи Юлии Анисимовой за поддержку и ценные советы.
Расскажите, а какие у вас были затыки при обучении и что помогало решать эти проблемы?
Что вы считаете важным при обучении новичков в сфере БАС?
