2015/09/09

玩具四軸--FPV--玩樂誌

說起這兩年才廣為流行的四軸飛行器空拍、還有FPV穿越等玩法,對我來說並不陌生,因為早在多年以前就曾經嚐試這麼玩了。

可惜我起步太早,當時的設備器材性能太差、價位太高,雖然接觸過,但都沒有玩出什麼名堂就束之高閣了!

最早是2009年在華科爾52#上面加裝2.4G圖傳,當年的影像畫質欠佳、傳輸距離短、螢幕不夠明亮、直升機不夠穩定、飛行技術欠佳等等不利因素夾雜,雖然FPV意思到了,但實在不敢放心飛!

淺嚐FPV
無線傳輸學問大
大學問輕鬆做 - 自製2.4G天線
52空拍--漸入佳境

2011年也曾製作自穩雲台,可以消除直升機操控時的擺動,可惜伺服機間隙太大導致攝影機搖晃而功敗垂成。

三軸陀螺儀應用--自動穩定雲台

接著就動腦筋到三軸飛行器,摔機、叛逃後換成四軸飛行器,加大馬達功率,短暫的玩起空拍遊戲。

三軸飛行器 ~ 設定 ~ 空拍 ~ 翻滾?!
四軸飛行器 - "放空"拍

機身是克難自製,成果也是克難的畫面,上不了臺面,加上相機入塵嚴重卡住鏡頭,這之後就沒再飛四軸了。

經歷這些過程之後,四軸飛行器實在難以讓我動心,因為飛起來太穩定而無趣味,掛了三軸雲台的商品化空拍機又太容易飛,加上有叛逃的疑慮,更難吸引我的目光。

雖然這兩年四軸的發展突飛猛進,但是看在我眼裡還是沒有直升機那種挑戰,直到有人玩穿越、3D倒飛這才顯現出它的趣味性與獨特性。

當然我還是沒下手,直到張無忌把飛不起來的 JJ1000 送我之後,這才重新打開四軸的心房。

這麼小的碳刷馬達,一張小朋友的價格,竟然可動可靜,放手時穩如泰山,熱血時動如脫兔,完全改變我既有的刻板印象!

動力問題當然很快就解決,只要換新的JST插座就好了。

線性不佳的陽春遙控器當然要改掉,第一次在 DEVO10 上加掛發射模組,花了一些時間複習 Deviation 的運作,選用 V202 模式,操控起來更加順手。

小小無核馬達竟然可以飛這麼快,不啻為廉價的入門方案。

放在老大四軸身上,感嘆技術的進化超乎想像快速,光是那顆老飛控就能買4~5套小四軸,也能買一台穿越機了,而現在除了緬懷感嘆之外已是一點價值也沒有!

此時開始注意四軸機的動向,要空拍當然選 DJI 拍攝效果最好,可是不管哪個牌子都有數不清的叛逃案例。

穿越機可以簡單組裝,靈活穿梭,但是穿越的後果必定是經常摔機,維修開銷也必須考量進去,而整套設備加起來也得萬把塊才玩得開心。加上正逆轉電變、傾斜馬達等新技術還在磨合中,我還是繼續觀望就好。

就在無盡的等待中,忽然看到超廉價的FPV方案,即時視訊之外還包含HD錄影,輕巧安全又耐摔,而且只要玩具的價格就能買整套,拿這個來入門體驗 FPV 真是太棒了!(當時天真的這麼認為)

V686G 的發射機和 JJ1000 看起來一模一樣,可是發射模組卻不用 NRF24L01 而改用 A7105 FlySky 的傳輸模式,聽說是為了增加遙控距離。

懶得再買模組,直接拆發射模組裝進 DEVO10。

終於知道一台發射機為何可以裝三顆發射模組,Deviation 真是厲害,當然也得歸功 DEVO10 的硬體!

剛開始還是先用原廠設備試試看,聽說 FPV 距離有 100M,可是這種鞭形天線不會有死角嗎?

第一次飛是利用出差空檔,正中午在在彰化高鐵站封閉的工地飛,想說這裡空曠沒人煙比較安全,沒想到 FPV 的考驗這才要開始!

起飛操控很容易,但是速度緩慢沒有 JJ1000 一半靈活度,這樣可能更適合空拍吧!

另外可能是馬達經過減速機的關係轉速很慢,自穩不是穩如泰山那種穩,偶爾還會猛烈搖晃,哀,玩具就不要太苛求了!

FPV 在太陽下是看得到但是有點吃力(忘了說,我是帶變色近視眼鏡的),加上鏡面反光嚴重,太陽下直接看到我油亮的臉,會干擾畫面,只能算堪用程度!

第一次純 FPV 飛行實在混亂,想說先貼地飛行才不會被吹跑,但是又難以察覺高度和距離變化,加上正午氣流吹拂需要很用力對抗才能穩住,飛起來不是只看到地面不然就是天空,很難像大家的穿越機那樣穿梭。

後來索性飛高才看得到地平線參考座標,而且不去對抗風力才能穩穩地環顧四周,終於有 FPV 的Fu了!(當下真的很開心)

可是開心沒幾秒鐘,突然畫面消失,於是趕緊轉換個角度飛行,但是畫面出現時機身已經旋轉180度,突如其來的畫面讓我摸不著頭緒,迷向之後不知怎麼飛回來,而且很快又看不到螢幕了。此時抬頭完全看不到機子,趕緊減少油門,然後用眼睛掃描遠方,真的一點點影子都看不到。

就這樣,第一顆電池就準備提控回家嗎?

心中有太多不甘心了,腦袋開始快速翻轉,研判當時有風所以被吹到下游,但是茫茫草海要怎麼找?到底飄了多遠?我要花多少時間找?

唯一的線索就是回傳的視訊,雖然目前收不到,但若提著螢幕靠近飛機應該就能收到,於是開著車子高舉著天線在廣大的重畫區內穿梭。

果然某些角度出現微弱訊號,再利用三角定位法盡可能的找出方位!

我把天線水平放置,這樣被天線指到的方向訊號最弱,90度和270度才是機子的方向。只是鞭形天線擴散角度太大,還是難以定出明確的位置,只知道大約在這片封閉區域內,於是跳進去地毯式搜索。

偶爾推動油門聽看看有沒有聲音,只是好景不常,還沒定出方位突然畫面消失,原來電池沒電了,現在連唯一的線索都沒了,心頭好像被澆了一大桶冰水!

努力回想過去所有的線索,哪個位置訊號最強,突然想到最後的畫面有看到黃土,對,至少範圍減少一大半,趕緊沿著土地踏勘。

就這樣在正午太陽下曬了40分鐘,終於在圍籬邊找到他,距離起飛點約 300~400 公尺。

回家看影片,才驚覺這個畫面其實遠高於地面,如果當時仔細看清楚的話,應該可以少去很多的尋找時間啊!

現在開始要戰戰兢兢對待 FPV ,絕不能用玩具來看待他!

知道 V686G 視訊傳輸距離很短,所以先挑小公園來慢慢試飛,找出對應的飛法,而且這次把整個過程拍下來。

其實飛沒多遠就開始斷續雪花,到了2"20秒整個畫面消失,連錄影都中斷了,目測距離可能只有70公尺遠,還好眼睛還看得到,飛下來就好。

後來也是視訊不佳又迷向了,雖然距離很近,最後還是用天線定位法找出大概方向才能迅速找回。

現在知道 V686G 視訊傳輸是最大罩門,可是發射模組和 DVR 整合在一起無法改變,唯一能做的就是把天線搞好!


近年來的 FPV 很流行三葉草發射+四葉草接收,為的就是讓發射接收能夠 360 度均勻無死角。

現成天線一支3~400元,而且又粗又重,當然還是自製就好。

網路上有計算器可以依照頻率算出銅線長度和折角位置,有這資訊要做天線就簡單多了。

為了減輕重量,我用0.8mm銅線,簡單摺一下,烙鐵焊上去,沒幾分鐘就做好了!(因為常折彎天線,後來改用更粗的銅線)

聽說發射和接收的旋轉方向要相同,我很自然就黏出左旋天線。

發射端為了做阻抗匹配只能用三葉草,接收端不用匹配所以用四葉草增加接收角度。

研究天線時還找到許多奇怪天線,因為四葉草的接收增益很少,為了增加傳輸距離最好還是使用高增益的指向天線才行。

古時候大部分的指向天線都是八木天線,我也做一支來踹!

製作時發現八木天線那麼多根棒子長度各不相同(應該作為不同頻道的微調),還好我用 CAD 畫出來再剪線才方便。

結果 5.8G 的八木天線導引棒太短,反射棒也小小一支,感覺很難做到精確。

雖然 10 節天線理論上有 14 dBi 增益,但是實際使用起來雪花比較多,而且指向性太高,拿來當 FPV 天線應該很危險。

還好同一時間也製作了螺旋天線,這個天線製作簡單,增益高而且訊號連續,指向度沒那麼高。

螺旋七圈就有 13.2 dBi,而且半功率角度有39度寬,若是算到第一圈的話會有86度角的寬度,看來非常適合 FPV 使用。

製作螺旋天線也很簡單,先剪好銅線長度(我預留很多),緊密捲在圓管上(管子直徑比天線直徑小一些免得放開後回彈),定型後均勻拉至大約直徑和間距,然後用 CAD 畫出左右極限於紙上,貼在木板上鑽孔,再把天線螺旋轉入木板就定型了!

果然這支天線效果最好,接收角度適中、增益大、還有指向天線的效果,重點是容易製作、不易失敗,即使隨便亂做訊號品質還是很好,實測距離比四葉草多了一倍之多,比原本天線(角度弄對的話)更遠一些,實測大約就是100公尺左右。

事後聽說螺旋天線也要配合三葉草的螺旋方向,恰巧我做的就是左旋天線,真是天助我也!

實際飛起來視訊效果改善許多,少了很多雪花,距離更遠,缺點是天線有指向性,必須盡量對準機子。還好飛行距離不遠,在安靜的地方可以清楚的聽見螺旋槳的聲音,只要邊視訊邊轉方向就好了。

記得前幾次空拍回來的畫面搖晃得厲害,網路上看到的影片大致如此,沒想到在嘉義森林之歌拍的影片卻是特別平順,這是為什麼呢?

原來是連續下了兩周的雨,當天早晨雨勢稍歇,寂靜無風,不必吃力的對抗風吹,V686G 就能穩穩地飛行。

原來風對輕巧的 V686G 影響這麼大,這應該是微型四軸的通病吧,只適合在寂靜無風的時候空拍!

除此之外,V686G 在原地下降時也非常不穩,捲進自己的氣流等同於大風來襲,馬達動力不敷修正的需求,所以機身搖晃得很嚴重!

對了,原廠電池性能不錯,出力夠大而且可以回充700mah左右,而我為 V120 買的 760mah/35C 電池更是優秀,瞬間出力更大,也塞得進去,最大好處是充飽不怕風大不好飛四軸,改飛 V120 也可以!

因為 V686G 操控距離短,而且容易被風吹跑,平時還是避免飛高以策安全,貼地穿越比較適合 V686G,但也因此原設計的視訊鏡頭向下傾斜就顯得過頭了,低飛只看到地面怎麼穿越呢?所以我把鏡頭放平,嘉義森林之歌這段影片看起來反而更自然舒服。

經過幾次飛行後,大概了解 V686G 的缺點,飛行時有幾個條件必須遵守:

1. 風越小越好飛,最好是完全無風的時候。

2. 不要原地下降,向前俯衝都沒問題,就是不要原地下降,即使再慢也一樣。

3. 接收天線要對準機子。(不同天線使用不同對準方法)

4. 不要飛超過100公尺。(接收天線有提高增益時)

5. 空拍時使用極小控制量,D/R 越小則畫面越平順。

6. 加大控制的指數曲線,中央部分移動量越少越平順。(我設到50%)

7. 油門曲線也要設指數,中央部分平緩些,停懸時高度比較不會上下飄移。

玩 FPV 的人一定都想試試頭戴顯示器,聽說可以提高飛行專注力和畫面變動的敏感度,可說是穿越機的神器。可是一支視頻眼鏡動輒上萬,光看價錢馬上打退堂鼓。

當然變通方法還是有,玩具機就用玩具方法來解決,最簡單的方法就是買個手機虛擬實境眼鏡來改裝,大陸叫做"魔鏡",其實就是 Google Cardboard 的塑膠版。

Cardboard 的原意是把手機當顯示器,左右眼顯示不同內容,達到 3D 顯示的效果,配合手機的羅盤運作,馬上把手機變成 3D 虛擬實境的眼鏡。

我買這個頭罩主要是戴著眼鏡也可以配戴,他在眼鏡的部位有留空,這樣飛行途中才能快速拆下,飛不見或斷訊才能立刻拔下找機。

雖然利用頭戴裝置來安裝螢幕,但是左右眼看的是同一個螢幕區域,因此必須做些改裝。

原本左右眼是完全分開的,現在把中間隔板切除,同時兩個放大鏡片也要盡量向中央靠攏,才有辦法同時看到全螢幕。

前蓋切出遮光罩相同尺寸,利用遮光罩來連接 FPV 螢幕。

要使用時把遮光罩打開,插入頭罩,再用橡皮筋綁住螢幕免得掉下來,三兩下就做好帶接收的視頻眼鏡了,成本三四百元而已。

因為螢幕盡量接近原本手機安裝的位置,所以原來的放大鏡片就能看得清楚,網路上看到的改裝使用較大尺存螢幕,距離拉遠了還要外加放大鏡才看得清楚。

又因為鏡片盡量向中央靠近,所以戴起來有點鬥雞眼的感覺,不過很快就適應了。

出門還是一個小包包就塞得下,利用出差到花蓮的機會,來試一下全程 FPV 的感覺。

頭戴顯示效果真的很好,完全沉浸的飛行感覺,可惜海邊風速不小,影片搖晃很大,對抗風力之餘不好控制飛行方位,又怕被風吹到海裡,就算知道位置也撿不回來啊。

唯一還沒適應的是需要靠雙耳定位來旋轉天線,頭戴顯示器之後容易受到眼前畫面影響自身方向感,幾次沒對準又飛太遠而斷訊,還好轉動身體後都可以重新連線,雖然驚險但樂趣更多。

對了,RCGroups 上有許多人回報 V686G 的馬達壽命很短,有人飛 10 趟就掛了,有人至今已更換好幾次馬達,真是哀鴻遍野!

我也遇到了,大概飛十幾次後電源接頭發高熱,爬升無力,風大一點連自穩都成問題,瞬間爬升會嚴重歪一邊。此時用手撥動槳葉,明顯發現某些馬達很緊澀,看來這就是問題關鍵。

因為拆不開無核馬達後蓋,無計之下直接灌 WD40 進去通風孔,沒想到自此轉動順暢滑順,起飛後動力充足,完全恢復青春,而且飛行至今完全沒有疲態。

當然那條電源插頭也換成新的 20AWG JST插座,飛行更有力。

另外原廠軸承超級爛,摔過後必定卡卡,換上日製軸承才會更滑順更耐用。


以上只是小撇步,雖是玩具但玩法絕不單純,少了某些步驟就玩不好,這也是玩具機的宿命吧!

如果要我選下一台機,我一定要無刷馬達版,一定要專用圖傳,因為這樣才能玩得安心,飛得暢心!