Como construir um drone

Computador de controle de voo

Eis aqui outra parte fundamental do multicóptero (reparou que tudo que foi falado até agora é “fundamental”, certo?).
O Computador de Controle de Voo (Flight Controller Computer, ou simplesmente FC), é uma plaquinha de circuito dotada de um processador, memória, um software de controle de voo, alguns sensores (pelo menos um giroscópio e um acelerômetro), e alguns terminais de controle para os ESCs dos motores.

Este aparelho, como o nome diz, serve para controlar o voo. Ele faz isso recebendo as “Entradas” de diversas fontes, e como resposta, controla a velocidade de cada motor.

O FC recebe do receptor de rádio os comandos dos 4 eixos de controle de atitude (Arfagem, Rolagem, Guinada e Potência), soma a estes comandos a situação atual de voo (lendo os dados do giroscópio, e de outros instrumentos como acelerômetro, bússola, gps, etc) e traduz esses comandos em mais ou menos potência para cada motor.

Existem diversos FCs no mercado, cada um possui características, finalidades e custos distintos. Vou detalhar abaixo algumas características que você deve observar antes de escolher:

Firmware

Firmware é o “software” que roda no Flight Controller. Ele é que vai determinar o que seu drone será capaz de fazer. Cada placa é capaz de rodar um firmware diferente, então você sempre escolhe primeiro o Firmware que você quer, para depois escolher a placa. Os Firmwares mais comuns são os seguintes:

• Cleanflight (ou BaseFlight, BetaFlight, RaceFlight) – O BaseFlight foi um dos primeiros Firmwares para processadores STM32. Foi criado a partir do MultiWii (que era um Firmware para processadores de 8-Bit). Dominic Clifton então criou o CleanFlight a partir do BaseFlight, melhorou diversos aspectos de seus predecessores e hoje em dia é o Firmware mais utilizado em controladores de 32-bit. O BetaFlight e o RaceFlight são “filhos” do CleanFlight. O primeiro serve para “testar” novas funcionalidades que serão adicionadas ao CleanFlight no futuro, e o segundo é uma versão “extremamente reduzida” do CleanFlight para ser utilizada exclusivamente em drones de corrida.O CleanFlight roda em diversas placas controladoras baseadas em processadores STM32. Algumas delas são: SP Racing F3, Naze32, Afro32, CC3D, Lux, entre outras.O CleanFlight é um Firmware de uso geral. É mais utilizado em Drones de corrida e de freestyle (acrobacias), mas possui modos de voo estabilizado e alguns recursos bem legais para controlar leds, caixa preta e OSD.

  Por ser de código aberto (open source), o CleanFlight possui literalmente centenas de outros “forks” (Firmwares criados a partir dele). Um deles é o iNav, que é basicamente o CleanFlight com opções piloto automático adicionadas. Ele roda nas mesmas placas em que o CleanFlight roda.

• LibrePilot (ou OpenPilot) – O LibrePilot foi criado a partir do OpenPilot. Ambos são projetos de código livre (Open Source).
  Trata-se de um Firmware usado principalmente nas placas CC3D e CC3D Revolution. É um controlador de voo de uso geral que é usado principalmente em missões (quando o computador pilota o drone de forma autônoma), mas pode ser usado também em mini drones acrobáticos. Um diferencial é que este Firmware possui telemetria nativa (usando OPLink), o que facilita a comunicação entre o drone e a estação em terra (Ground Station).
• ArduCopter – O ArduCopter é um dos subprojetos do ArduPilot – Também Open Source. É um dos primeiros firmwares criados para navegação autônoma de aeronaves, sendo que o suporte a aeronaves multi-rotor foi adicionado posteriormente. Este firmware roda nas placas APM (de 8-bit) e Pixhawk (de 32-bit). Apesar de ser de uso geral, é mais indicado para drones de fotografia e filmagem aérea, e não é indicado para uso em corridas e acrobacias (embora possa ser usado para isso). Possui recursos para executar missões complexas (piloto automático), bem como modos de voo estabilizado.

Processador

Especialmente para o CleanFlight e LibrePilot, existem diversos tipos de processadores. Cada placa utiliza um processador, e o tipo de processador vai permitir que o firmware execute funcionalidades específicas.

• ATMega 2560 – É um microcontrolador de 8 bits, utilizado na APM para rodar o ArduCopter. Possui apenas 32 MIPS de capacidade (Milhões de instruções por segundo), roda a 16 MHz. No ArduCopter 2.8 este processador está no limite de sua capacidade, mas cumpre bem o seu papel.
• STM32F1 – É um microcontrolador de 32 bits utilizado por diversas controladoras, entre elas a Naze32, a Afro32 e a CC3D. Possui capacidade de 90 MIPS e funciona a 72Mhz. Normalmente são mais do que suficientes para executar todas as funções do CleanFlight.
• STM32F3 – É um microcontrolador muito parecido com o STM32F1, pois também funciona a 72Mhz. A diferença é que possui um co-processador matemático que agiliza as instruções de ponto-flutuante, e possui uma porta UART adicional. Roda todas as funções do CleanFlight com folga, e ainda permite adicionar mais recursos, como Telemetria, OSD, Blackbox, Leds, Bluetooth e rádios com SBUS sem a necessidade de um inversor.
• STM32F4 – Um microcontrolador mais rápido, roda a 180 Mhz e tem 210 MIPS. As placas que usam este processador são a CC3D Revolution, Falcon F4 e Sparky V2. Rodam com folga o LibrePilot com todos os recursos. Também rodam o CleanFlight.

Soluções fechadas

Existem Flight Controllers que funcionam com software e hardware proprietário. As mais famosas são a Naza da DJI – indicada para uso geral, fotografia e filmagem e missões autônomas, e a KISS da Flyduino, que é indicada para drones de corrida e acrobacias. Não vou detalhar o funcionamento destes.