FPV na Prática e sem mistério – Parte II
Na primeira parte desta matéria tivemos a oportunidade de compartilhar conceitos sobre FPV, seus subsistemas, modularidade e componentes. Agora conheceremos um pouco mais sobre o sistema de navegação, montagem de um sistema FPV no avião escolhido, principais dicas no voo e aplicações com uso de FPV.
Sistemas de navegação
Este assunto é bem amplo e se nos aprofundarmos na evolução, tendências e aplicações deste fascinante mundo da informação e telemetria, teríamos matéria para uma edição completa da revista. Como nosso objetivo é mostrar a integração de informações de voo ao sistema de FPV, estaremos nos restringindo aos sistemas mais conhecidos no mercado e convidamos os leitores mais interessados nesta tecnologia a pesquisarem na internet onde há uma vasta base de dados disponível.
Para o praticante de FPV as informações de navegação são disponibilizadas nos OSDs. Elas são originadas no módulo GPS que recebe os sinais dos satélites e envia a um micro-processador especifico no OSD, que traduz todos os dados e transforma em informação. A informação por sua vez é ordenada na tela de acordo com o layout definido pela programação do fabricante, sobreposta ao sinal do vídeo e transmitida pelo link de audio e vídeo.
Os OSDs plug & play mais conhecidos pelos praticantes são: ET OSD da Eagle Tree Systems , RV OSD da Range Video, Black Stork OSD e Ez OSD da Immersion RC.
Cada um deles tem o conjunto de informações básicas para voo como altitude, velocidade em relação ao solo, distância da base, seta de retorno para casa, tempo de voo, amperímetro, voltímetro, etc., e informações adicionais que variam conforme o fabricante como radar, horizonte artificial, alarmes, informação por voz, temperatura, rpm, piloto automático e interface para direcionamento automático da antena patch para o avião. Na figura 11 temos o exemplo da tela do OSD da Eagle Tree.
A escolha do OSD tende a ser pessoal, pois como analogia temos os usuários que gostam de alguns eletro-eletrônicos com facilidade de uso, sem muitos comandos no painel, porém que execute com simplicidade aquilo a que se propõe. Por outro lado temos outros usuários que preferem mais recursos disponíveis no painel ou na programação para uso imediato ou futuro. OSDs completos e programáveis como o Eagle Tree, Range Video e Black Stork, permitirão uma série de configurações e recursos extras, já o Ez OSD é simples, funcional e permite a integração com o direcionamento da antena. Desta forma o mais interessante é pesquisar, ver vídeos dos produtos e conversar com usuários.
Os OSDs plug & play mencionados acima são todos importados, com investimento a partir de US$ 200.00 são fáceis de instalar e atendem as diversas necessidades em navegação. O mercado de OSD está em desenvolvimento e os fabricantes estão incorporando novos recursos periodicamente. Recomendo aos interessados em iniciar na modalidade ou aos praticantes que queiram fazer upgrade de seus sistemas que consultem os sites dos fabricantes (Eagletree Systems , Range Video , Immersion RC) ou distribuidores e fóruns especializados de cada produto antes da compra.
Outra alternativa de navegação com baixo investimento no estilo “faça você mesmo” é o projeto aberto do Dakar OSD e Lince, de autoria do espanhol Cristóbal Fernández, que ao final de março de 2008 disponibilizou ambos a todos os interessados em ter informação de navegação em seus voos. O pré-requisito básico é não comercialização da montagem ou do produto final de nenhuma forma.
O Dakar possui todas as informações básicas dos demais sistemas plug & play e ainda trabalha em conjunto com o Lince que é o sistema de direcionamento de antena patch. Uma das principais vantagens é a atualização de novos recursos desde o seu lançamento e a desvantagem é que requer experiência em montagens.
Sou usuário do Dakar a quase um ano e a opção por ele foi a facilidade de montagem e o baixo investimento para usuário iniciante nesta tecnologia, pois os componentes e o módulo de GPS podem ser adquiridos com algo próximo a R$ 200,00. Ainda hoje ele atende as minhas necessidades, mesmo não tendo os recursos adicionais de um ET OSD e RV OSD que são tentadores. Antes de optar por este caminho você deve ter:
Habilidade mínima em montagem de placas de circuito impresso e manuseio de componentes;
Gravador de EPROM compatível com o PIC para gravar as atualizações;
Espírito de buscar, aprender e compartilhar informação com os demais usuários;
Paciência e atitude positiva para identificar problemas e solucioná-los.
Seguindo a mesma filosofia de distribuição do Cristóbal, já está sendo preparada a primeira versão nacional de um sistema OSD e direcionamento de antena. Batizado de Gaivota, o projeto de Antonio Garcia abre uma nova alternativa para os seguidores do “faça você mesmo”. O protótipo já está concluído, tem recursos além do Dakar e o mais interessante é que ele esta sendo adaptado a componentes de mais fácil acesso. O Gaivota tende a ser um produto de sucesso em nosso país e a data prevista para distribuição ainda não está definida.
Independente da escolha de qualquer dos OSDs mencionados, você terá de reservar pelo menos 1 canal no seu receptor para navegar entre as diversas telas que cada sistema apresenta. A mudança de telas pode ser feita durante o voo ou até no caso de fail-safe, onde na perda de sinal, a tela de coordenadas é acionada facilitando a localização do aeromodelo com uso de um GPS portátil (figura 13).
A maioria dos OSDs também permitem telemetria em tempo real, onde é possível acompanhar o voo com cenários do Google Earth por exemplo. Este recurso além de permitir maior interação com as pessoas ao redor, possibilita a análise do voo com a gravação dos dados e maior facilidade na localização do modelo em caso de panes.
Ligando seu sistema de FPV no aeromodelo
O diagrama de blocos, ou seja a ordem de ligação, dos dispositivos que compõe este subsistema foi visto na primeira parte da matéria. Recomendo revisitar as ilustrações para entender o caminho percorrido do sinal de video e audio desde a câmera até o dispositivo de video ou gravação.
Agora iremos detalhar melhor a ligação física dos dispositivos e a ligação no aeromodelo. Basicamente trabalharemos com 5 fios: 12V, 5V, terra, video e audio. A disposição destes fios pode variar de acordo com o fabricante com o uso de diferentes cabos, mas na essência teremos na maioria da vezes os 5 fios.
Câmera de vídeo
Normalmente as mini câmeras tem um conector de 4 pinos, onde encontramos o VCC, terra, vídeo e audio (se tiver microfone embutido). VCC é a definição para alimentação positiva que pode ser de 12V ou 5V conforme a câmera.
Os fabricantes encaminham um cabo que em uma extremidade se conecta na câmera e na outra tem os conectores para ligação do sinal no dispositivo externo. A opção mais comum é a utilização de um conector específico (destes que encontramos em nossos rádios controles) para alimentação, o vídeo com conector BNC ou RCA (normalmente de cor amarela) e o audio com conector RCA (normalmente branco).
Transmissor de audio e vídeo
Os transmissores possuem um conector como nas mini câmeras de 4 vias, com VCC, terra, video e audio. A maioria trabalha com 5V de alimentação, exceto o transmissor de 900MHz que trabalha com 12V.
O cabo que acompanha o transmissor em uma extremidade se conecta na câmera e na outra tem os conectores para ligação do sinal no dispositivo externo. A opção mais comum é a utilização de um conector para alimentação, o vídeo com conector RCA (normalmente de cor amarela) e o audio com conector RCA (normalmente branco). Na figura 15 é possível conhecer um pouco melhor os conectores.
Para testar o sistema de transmissão você deve ligar os conectores, conforme o sinal transportado por cada cabo e atentar para a alimentação. Se você optou por um link diferente de 900MHz, então precisará de um UBEC ou regulador para reduzir a tensão de 12V para 5V, pois normalmente utilizamos uma bateria de LiPo de 3S com cerca de 700mA para alimentar o conjunto (veja em interferências porque usar uma bateria separada). Defina quais conectores usará para a alimentação que deverá retirar a alimentação da câmera antes do UBEC (12V) e do link depois do UBEC (5V). Maiores detalhes na figura 16.
Você pode optar por manter os conectores vindos com sua câmera e link, porém com um OSD “plug & play” precisará fazer adaptações porque o sinal de entrada e saída de vídeo é com conectores padrão JST, que são os mesmos utilizados nos servos. Outro ponto é com relação ao porte do seu aeromodelo. Se for um modelo leve então você estará levando muito peso com os cabos originais e também deverá encontrar espaço para acomodar os fios que serão grandes.
Sistema OSD
Uma vez definido e adquirido o sistema de navegação, você deverá seguir as orientações do manual para a ligação dos diversos componentes, alimentação e sensores necessários para o funcionamento correto do seu sistema OSD. Normalmente o padrão utilizado para sinal e baixa corrente é JST e para alta corrente (medição de amperagem) o Deans ultra plug.
No caso de um sistema “faça você mesmo” ai você optará pela forma de ligação conforme sua necessidade. A figura 16 mostra o esquema básico de ligação.
Resumindo
O ideal é que os dispositivos sejam interligados com cabos no tamanho adequado e sem risco de se soltarem durante o voo. Você também deve avaliar se necessitará portar o sistema para mais de um aeromodelo. Depois de concluída a análise deve adaptar os cabos a sua necessidade e dispositivos. Assim se você não tem experiência em soldagens, peça ajuda para alguém capacitado e prepare os cabos com os conectores e tamanhos desejados. Antes de fazer isto veja as dicas sobre interferências adiante.
Ligando seu sistema de FPV em solo
A etapa de ligação do subsistema de solo é a mais simples pois o padrão utilizado para interligar os dispositivos é sempre com cabo blindado e conectores RCA, nas cores amarelo para vídeo e branco para audio. Aqui não é recomendado que você mude o cabeamento ou conectores, pois os dispositivos normalmente são montados e desmontados a cada dia de voo. Vamos abordar apenas os dispositivos que necessitam de mais atenção.
Receptor de audio e vídeo
Os receptores de audio e vídeo já vem com cabo e conectores apropriados. A ligação da antena omnidirecional ou patch é simples através de conector RCA e a sua única decisão será em relação a alimentação do receptor. Há receptores com bateria interna conhecidos como deluxe no mercado. Eles são mais práticos, contudo podem necessitar de carga dependendo do tempo de voo. Como exemplo o receptor de 900MHz deluxe é gastão e você precisa ficar de olho no consumo.
Se você quer tudo compacto e voará cerca de 40 minutos a opção pela bateria embutida é a melhor, porém se decidir por voos mais longos e freqüentes, ter uma aparelhagem mais completa com splitter de vídeo, antena direcional, monitor de vídeo pequeno…, ai o ideal é utilizar uma bateria selada, destas de caixa de campo com conectores de 12V apropriados e um UBEC ou regulador de tensão tipo 7805 para alimentação de 5V que os receptores normalmente utilizam.
Divisão do sinal de audio e vídeo
Como explicado na figura 6 da primeira parte da matéria, você não deve dividir o sinal de vídeo
somente com conectores simples. A perda da qualidade de sinal irá interferir na qualidade de gravação e principalmente nos óculos.
Normalmente são utilizados pelo menos 2 dispositivos na saída do receptor: Monitor, computador ou óculos e gravador de audio e vídeo (DVR ou filmadora com AV in). Você encontra os splitters de vídeo em lojas especializadas em eletrônica e auto-som, pois são utilizados para dividir o sinal do DVD em mais de um monitor dentro do carro. As lojas especializadas em FPV também tem estes produtos já sem a caixa se necessário.
Qual aeromodelo escolher?
A princípio qualquer aeromodelo pode ser utilizado para voar em FPV, mas é interessante que se inicie com um modelo lento, estável e de propulsão elétrica. Este conjunto é recomendável devido a diferença de perspectiva de voo que o piloto terá permitindo maior concentração na busca por referências terrestres, “sentir” o comportamento do aeromodelo e também apreciar a paisagem.
A propulsão elétrica garante menor vibração, maior controle de aceleração e principalmente não será necessário proteger o equipamento do óleo que é característica dos modelos à combustão. Além disso hoje todos os sistemas de OSD tem como padrão a medição de corrente instantânea, acumulada e voltagem de bateria para motores elétricos.
Planadores ou treinadores?
Quando iniciei no FPV utilizei um treinador Sky Raider (figura 18), convertido para elétrico. Consegui fazer os primeiros voos, decolagens, pousos, mas ter a hélice na frente da câmera não me agradava. Percebi que gostava muito de apreciar a paisagem e a hélice roubava a cena. Este video https://youtu.be/16toC6w2wBg é um clássico, pois mostra as várias visões de um voo em primeira e terceira pessoa.
Decidi fazer a modificação vista na figura 19 retirando o motor da frente da câmera e adicionando
os movimentos de pan & tilt. Batizado de Uiske (uh esquisito…rs) pelo fato de ter ficado realmente estranho, apresentou uma qualidade de vídeo muito melhor e destacou a importância em ter a visão livre à frente do modelo. Veja o video.
pesar de feliz com as imagens a autonomia de voo não me agradava, pois o treinador tinha baixa autonomia que limitava a “exploração” mais distante da base. Assim comecei minhas primeiras experiências com os planadores e hoje digo que para explorar a região com autonomia o planador é a melhor opção.
Há dois modelos em especial que foram adotados como plataformas oficiais para voos em primeira pessoa: o Easy Star e o Easy Glider. Ambos modelos da alemã Multiplex, eles foram rapidamente adotados pelos entusiastas devido a serem leves, terem boa autonomia de voo, serem fabricados em Elapor (que os torna quase que indestrutíveis) e pela facilidade em alocar os dispositivos de FPV em seu interior.
O Easy Star tem a frente limpa para a câmera devido ao motor traseiro, tem um peso de voo equipado de 800gr, é realmente muito fácil de voar e indicado para o iniciante em FPV. veja o
O Easy Glider é um planador de 2m com ailerons, maior espaço para acomodar os dispositivos, possibilidade de levar mais peso e voar mais rápido. Apesar da hélice folding estar na frente, ela libera a visão durante o planeio quando se fecha.
Depois de voar bastante com o Easy Star eu percebi que seria interessante também voar no clube como os demais colegas, ou seja, decolando, pousando, fazendo touch and go e quase tudo o mais que fazemos com um aeromodelo em 3a pessoa. Foi ai que decidi voltar as origens em grande estilo, preparando o treinador Super Frontier Senior para voar FPV com a premissa de fazer um voo com acrobacias básicas, decolagem e pouso (fotos na primeira parte desta matéria). Assim hoje faço voos de longa duração para curtir a paisagem com planador modificado (figura 21) e “entro” no avião para um voo mais próximo da escala cheia com o treinador. Video em
Itú 2009 e com os problemas de sinal resolvidos no CAITA.
O aeromodelo mais indicado para cada momento
Iniciantes em FPV é recomendado um planador sendo ideal o Easy Star. Uma Zagi também será uma opção se ela tiver boa envergadura para suportar o peso do equipamento. O ponto mais crítico da Zagi é que ela é mais difícil de lançar do que um planador.
Entusiastas por planadores podem optar por um modelo com ailerons ou full house (ailerons e flaps). Considere modelos como o Easy Glider e Cularis (full house) devido a facilidade de adaptar o equipamento pelo fato de não serem de balsa ou fibra.
Acostumados com voo em FPV e procurando mais desafios já podem optar por utilizar um treinador ou stick para decolar, pousar e até fazer mais manobras.
Aos pilotos intermediários-avançados em FPV e que buscam mais adrenalina indico o Fun Jet da Multiplex que é um pusher com cerca de 600gr já batizado no meio como FPV Jet por chegar a velocidades próximas a 140 km/h.
Principais dicas no voo
Voar em FPV é uma experiência contagiante e gratificante, mas são necessários alguns cuidados básicos e muita segurança para ser uma receita de sucesso.
Utilize aeromodelos com propulsão elétrica e que já tenha voado em 3a pessoa. Nunca teste ou inicie voos em 1a pessoa sem conhecer bem o aeromodelo;
Tenha certeza de que todos os conectores estão firmes, se não há nenhum mal contato no sistema ou problema intermitente com seu aeromodelo;
Verifique se todas as superfícies de comando estão corretas e a carga das baterias está ok (aero e FPV). Baterias não confiáveis não devem ser utilizadas;
Verifique se a imagem esta clara, sem interferências nos óculos ou monitor. Se for gravar acione o gravador e verifique se tudo está ok;
Deixe a câmera com uma inclinação de aproximadamente 30° para baixo permitindo ver boa parte do solo a sua frente;
Posicione a antena patch a cerca de 1m de altura e com inclinação de cerca de 45°. O ângulo e altura são mutáveis e devem ser direcionados para o avião. Tenha um colega ao seu lado para direcionar a antena;
Conte com pelo menos mais um colega para acompanhar o voo. Respeite e cumpra as orientações dele;
Use uma cadeira confortável para sentar com o uso dos óculos de imersão para evitar tontura;
Nos primeiros voos decole e pouse em 3a pessoa até se acostumar;
Após decolagem espere o aeromodelo ganhar altitude segura e ai sim coloque os óculos de imersão ou olhe para o monitor de vídeo;
Procure por pontos de referência no solo para marcar o quadrante do seu voo;
Confie em seus colegas, pois você terá muita dificuldade em manter o plano horizontal nos primeiros voos. Se estiver com um OSD as informações irão te ajudar, mas tenha calma pois você precisará de tempo para se acostumar com elas;
Calma nos comandos. Você perceberá que basta pouco comando para voar. Após algunsvoos em 1a pessoa você terá maior sensibilidade nos dedos e usará melhor o leme;
Lembre-se que você só terá a visão da câmera, ou seja, será como dirigir um carro sem espelhos retrovisores. Assim procure fazer os primeiros voos com poucos aviões no espaço aéreo;
Se estiver voando um planador deixe-o planar sem motor para se acostumar com a razão de planeio. Assim você terá maior autonomia e poderá curtir o som do deslocamento do vento.
Lembre-se que seus colegas terão limitação visual. Desta forma controle a sensação de liberdade e poder . Voe próximo;
Instrua seus colegas para nunca deixar um obstáculo ficar entre você e o aeromodelo, pois ele interromperá o sinal do rádio controle e/ou link de vídeo;
Se você estiver voando em um clube respeite o quadrante de voo e a altura máxima permitida;
Se estiver utilizando sistema de OSD acompanhe os indicadores de consumo da bateria de motor para saber se tudo está seguro. Inicie procedimento de pouso se perceber que oconsumo esta próximo do limite de segurança;
A qualquer sinal de indisposição ou insegurança peça ajuda para os colegas e retome o voo em 3a pessoa.
Voar FPV é uma experiência única, porém há uma grande tendência em voarmos para longe do nosso clube. Desta forma seja responsável em relação ao voo evitando sobrevoar áreas povoadas, pois no caso de acidente você será responsabilizado pelos seus atos. Esteja sempre com seu BRA regularizado e evite sair do quadrante de voo do seu clube.
Evitando interferências
O uso de motor elétrico, ESC e transmissor AV na fuselagem de um aeromodelo, contribuem para o aumento do risco de interferências. Interferências do tipo eletromagnéticas (EMI) e de rádio freqüência (RFI) acabam por degradar a recepção dos sinais do GPS, a qualidade de vídeo e a recepção do sinal de radio controle.
A interferência gerada pelo motor elétrico é minimizada utilizando um anel toroidal de ferrite no cabo que liga o ESC ao receptor. Passe o fio no interior do anel ao redor do anel (figura 22). A filtragem é diretamente proporcional ao número de voltas e normalmente é utilizado de 4 a 10 voltas. Em alguns casos você precisará de uma extensão. Procure também afastar os cabos que vão do ESC ao motor dos demais fios e componentes dos sistema FPV.
Para evitarmos que o restante da interferência do motor flua para o sistema de FPV, usamos alimentação independente. Assim tenha em mente que precisará de duas baterias: uma para o sistema de radio controle / motor e outra para os componentes de FPV. Esta segunda bateria é leve e pequena, normalmente uma LiPo 3S 700mA. O consumo do conjunto FPV é pequeno e você terá boa autonomia de voo.
O ideal é manter o circuito de rádio controle independente do circuito de FPV. Há outro caminho pelo qual os circuitos se comunicam que é pelo canal auxiliar que é ligado ao OSD para mudança de telas. Aqui deve ser avaliado o uso de opto-acoplamento que isolará o negativo dos circuitos impedindo a comunicação entre eles (figura 22).
A interferência gerada pelo transmissor de AV é mais complexa de ser resolvida e dependendo da configuração do seu conjunto exigirá muita paciência. O principal prejudicado é o módulo GPS.
Os módulos GPS trabalham na freqüência de 1575,42MHZ sendo que alguns tem filtragem mais aprimorada e outros nem tanto. Recordando os links disponíveis conforme visto na primeira parte da matéria, a princípio não teríamos conflito de freqüências, mas o principal vilão são as harmônicas geradas na antena do transmissor AV.
As harmônicas podem chegar muito próximas da freqüência de trabalho do GPS interferindo na captação do sinal dos satélites, que algumas vezes não conseguem sequer iniciar. Em outros casos iniciam mas quando trocam de satélites ficam inativos por alguns segundos comprometendo a informação de navegação e a segurança do voo.
O link AV de 2.4 é o mais tranqüilo de se trabalhar, pois a freqüência de trabalho e as harmônicas não interferem nos demais componentes e no GPS. No outro extremo temos o link de 900MHZ, que gera harmônicas e requer uma série de cuidados. Infelizmente descobri isto depois de comprar o meu e assim tive de pesquisar em uma série de sites e fóruns para achar soluções.
A primeira recomendação é com relação a distância do módulo GPS, que deve ser de no mínimo 40 cm. Assim temos de ter em mente que o aeromodelo não deve ser tão pequeno ao optarmos por este link.
A segunda é utilizar filtro passa-baixas de RF para 900MHZ como mostrado na figura 22. Este filtro é colocado ente a antena e o transmissor.
A terceira é utilizar anel toroidal de ferrite e 10 voltas dos fios que saem da câmera de vídeo, do microfone, bateria e dos fios de AV que vão para o transmissor de 900MHZ. Como podem ver há a necessidade de filtrar todas as fontes de EMI/RFI.
A quarta, se tudo isto não funcionar, é necessário mudar o módulo de GPS. Depois de muitas horas investindo no problema, tive de trocar o módulo EB-85A, pois ele tem funcionamento crítico na freqüência de 900MHZ. Hoje ele esta trabalhando sem problemas com link de 2.4GHZ.
Se optar por utilizar múltiplas câmeras então precisará ter atenção aos cabos utilizados. Recomendo trocar todos os cabos simples por cabos de vídeo de 75 ohms. Estes cabos são fáceis de achar em lojas de eletrônica, tem cerca de 4 milímetros de diâmetro e garantem a qualidade do sinal. O uso deste cabo na entrada e saída de vídeo do OSD e entrada do transmissor AV é recomendada e só tende a melhorar a qualidade de imagem. O único inconveniente é a mudança e adaptação de conectores.
A mudança da imagem das câmeras é feito através de um switch de vídeo que pode ser encontrado nas lojas especializadas em FPV. Ele tem normalmente de 2 a 4 entradas que podem ser chaveadas através de canal auxiliar no radio controle. As vezes é melhor optar por até 3 câmeras que é mais fácil de selecionar através de uma chave de 3 posições. No caso de 4 posições a seleção deve ser feita pelo botões rotativos o que é menos prático de usar.
Onde voar com segurança?
O CAITA – Clube de Aeromodelismo de Itatiba tem sua pista em um parque com muita área verde o que permite um voo seguro com uma bela paisagem. Os primeiros voos em primeira pessoa no clube se iniciaram em março de 2008. Caso você queira começar a voar FPV, com aeromodelo elétrico e tenha disponibilidade de se deslocar até Itatiba, o clube o ajudará a iniciar nesta modalidade com segurança e todo o apoio necessário.
Carlos Cesar Pereira, também conhecido como Magneto, é sócio ativo do CAITA e aeromodelista experiente em conversões de aeromodelos glow para elétricos e FPV. Para maiores informações visite o site www.hobbynaveia.com.br onde você encontrará vídeos, links, contatos e informações sobre FPV e outras modalidades.