Drone's DIYer

About

This firmware designed as a replacement for many commercially available ESC designs based on the AVR MCU. It implements scalar sensor less method to drive Brushless Motor by detecting BEMF zero-crossing instants. The goal of this project is to create firmware most suitable to use in multi-rotors, using cheap and commercially available hardware.

이 펌웨어는 AVR 마이크로콘트롤러(MCU)에 기반을 둔 많은 상업용 ESC의 대체용으로 설계되었습니다. 이것은 BEMF zero-cross 순간을 감지하여 Brushless 모터를 구동하는 Sensorless 방법을 구현하였습니다. 이 프로젝트의 목표는 저렴하고 상업적으로 가능한 멀티로터(Multi-rotor) 기체를 사용하는 데에 가장 적당한 펨웨어를 개발하는 것입니다.

Features:

• Fastest possible power response.

• Up to 4000 steps of resolution.

• Low noise with comparatively high efficiency (Sigma-delta modulator, instead of fixed frequency PWM)

• Linear power response. (completely no "bump" at 100%)

• Jitter-free input PWM measurement without harware assisted input capture.

• Accepts any PWM update rate

• Sync recovery.

• Safe stall detection.

• Complimentary PWM support (AKA: active freewheeling, active rectification)

• Fixed throttle end-points. No need to calibrate. (since version 2.0.9 it is also possible to calibrate end-points using stick programming procedure)

• Automatic oscillator calibration.
  Enhanced PPM filter, preventing accidental motor startup (when FC is rebooted, for example)

• Configurable. The configuration parameters are stored in EEPROM. The Wii-ESC flash tool has visual parameters editor. No more stick programming.

• Modularity. The high-level implementation is separated from actual hardware with HAL layer.

• Portability. The firmware is written in C++, which means it can be easilly ported to different platform.

Supported Hardware:

For complete mapping between targets and real hardware, it is possible to use RapidESC Database. Currently tested targets:

펌웨어와 실제 하드웨어 사이에 완전한 매핑을 위하여 RapidESC 데이타베이스를 사용하는 것이 가능합니다. 현재 검증된 펨웨어는 다음과 같습니다.

• bs.hex

• bs_nfet.hex

• bs40a.hex

• kda.hex

• qynx.hex

• rb50a.hex

• rct30nfs.hex

• rct45nfs.hex

• tgy.hex

• tp.hex

• tp_nfet.hex

다음은 아래의 상업용 HobbyKing BlueSeries 40A(HK40A-bs) ESC에서 APC prop.을 장착하고 원래 출고당시 제품과 SimonK와 Wii-ESC 펌웨어를 탑재하였을 때의 추력 등의 특성을 서로 비교한 데이터입니다.

마지막으로 상업용 ESC에 재프로그램(reflashing)하는 절차입니다.

• Project Wiki

• RCGroups Thread

AVR(Atmel AVR)은 8bit RISC 단일칩(onechip) 마이크로컨트롤러(Microcontroller) 혹은 마이크로컴퓨터(Microcomputer, Micom)로 일반적으로 마이컴이라고 부릅니다. 1996년에 美 Atmel社가 하버드 아키텍처(Harvard architecture)로 수정하여 개발한 구조로 프로그램을 저장하기 위해 타사 마이컴처럼 ROM, EPROM 또는 EEPROM을 사용하지 않고 단일칩 플래시메모리(Flash memory)를 처음 사용하였다고 전해집니다.

AVR 마이컴은 중앙처리장치(CPU)와 소용량 플래시메모리가 하나의 IC에 집적되어 있으며 프로그램과 데이터 영역의 메모리가 분리된 형태로 특수 명령어로 프로그램을 데이터 영역으로 읽어들일 수 있습니다. 마이컴에 프로그램을 탑재하기 위해서는 ISP(in-system programming) 방식으로 Reset을 추가한 SPI 프로토콜로 업로드가 가능합니다.

http://www.atmel.com/

무엇보다도 AVR은 ISP 기능을 통해 매우 저렴하게 개발환경을 구축할 수 있다는 점과 한 cycle에 한 개의 명령(instruction)을 수행하는 파이프 라인 방식으로 연산 속도가 빠르며, 하버드 아키텍처의 특징으로 C언어에서 우수한 성능을 발휘하며 게다가 우수한 각종 컴파일러(Compiler)와 디버거 툴인 AVR Studio를 무료로 제공한다는 특징을 가집니다. 이밖에도 A/D 변환기, PWM, SPI 등의 고기능을 손쉽게 구현할 수 있다는 장점이 있습니다.

AVR은 위와 같은 특징으로 말미암아 대중화되었으며 근래에는 보다 상위개념의 ARM 프로세서가 출시되어 아이폰이나 최신기기에 탑재되지만, 저렴하여 가격대비 성능면에서 우수하여 여전히 중소 규모의 다양한 기기에 여전히 활용되고 있으며, 드론(Drone)이나 기타 RC에 사용되는 장치에는 다른 마이컴인 PIC 보다 처리 속도가 빠르고, 8051 계열보다 자원이 풍부한다는 장점으로 보다 널리 사용되고 있는 실정입니다.

다음은 AVR의 일반적인 특징을 요약하였습니다.

• ISP(In System Programming) 기능이 있어 AVR을 장치에 부착한 상태에서 내부 메모리에 프로그램이 가능합니다.

• RISC 구조로 동일 클럭(clock)으로 동작 시 PIC보다 4배 빠르고, 8051보다 10배 이상 빠릅니다. 예를 들어 1MHz에 1MIPS의 처리 능력이 있어 20MHz로 동작하는 경우 20MIPS의 처리 능력을 가집니다.

• CPU 설계 단계에서 레지스터/메모리/명령어가 C 언어에 적합하도록 설계되어 C 언어를 사용하면 개발 기간을 단축하고 유지 보수가 편리하다는 것입니다.

• 다양한 AVR 제품군이 있어 저가의 적합한 소자의 선정 및 사용이 가능하고 풍부한 저가의 개발 환경 및 응용 기술 자료가 많다는 것입니다.

• SRAM, 통신포트, A/D 변환기, Watchdog, 타이머, PWM, I/O포트 등의 풍부한 내부 장치를 구비하여 외부에 별도로 주변장치를 부착하지 않아도 된다는 것입니다.

X-47B라는 전투용 드론(폭격기)을 미 해군이 항해중인 항공모함에 처음으로 착륙시키는 실험에 성공했다고 알려집니다. 미래에는 조종사가 필요없이 활주로가 놓인 국가의 허락을 받지 않고도 전 세계 어디로든 날아가 작전을 수행할 수 있는 미국의 대(對)테러 전쟁의 패러다임 전환을 의미할 것입니다.

이 항모용 드론은 약 225㎞를 날아 항해 중인 항공모함 활주로에 순조롭게 안착했는데 항모에 착륙하는 것은 이륙보다도 일반 전투기 조종사들도 수년간의 훈련이 필요할 정도로 가장 까다로운 기술로 평가되며 그 이유는 활주로 길이가 짧고 항모 엔진으로 인해 항모 주변 기류가 매우 유동적이기 때문이라고 설명합니다.

미국이 이처럼 항모용 드론에 집착하는 것은 지상기지를 사용하는 다른 드론과 달리 인근 해상에 항공모함에서 이륙하여 투입할 수 있어 작전 범위가 거의 무한대로 늘기 때문으로 전 세계의 국지전을 커버할 수 있기 때문이라고 알려집니다. 기존의 지상 활주로를 사용하는 것은 해당 국가의 까다로운 승인 절차와 이로인한 상당한 시간이 소요되고 정치적으로 논란이 많이 발생시킬 수 있는데 항모에서 드론을 출격시키면 바로 실전에 투입할 수 있다는 것입니다.

X-47B는 7년간 15억달러를 투자해 개발하였으며 원격조정이 아닌 자동으로 수행되며 간단히 휴대용 단말기로 조종이 가능하고 날개 너비 19m, 길이 12m이며 속도는 음속 정도이며 정밀유도 폭탄 2기 등 약 2톤 무기 적재 능력을 갖추고 12km 고도에서 6시간 혹은 3900km를 비행할 수 있으며 대략 2019년에 실전배치가 가능할 것으로 군사전문가는 예측합니다.

지구 반대편에서 무선으로 드론(Drone, 비행로봇)을 조종해 영상을 실시간으로 전송하는 시대가 도래하였습니다.

무선제어장치는 서울에 드론은 대전에 있지만 세계 최초로 4세대 LTE망을 이용해 152Km 떨어진 서울과 대전을 하나로 연결하여 드론을 조종하는데에 성공하였다는 것입니다. 이론적으로 조종하는 사람의 시야에서만 영상을 실시간으로 전송받을 수 있다면 어디서든지 드론을 제어할 수가 있는데 이러한 양방향 통신이 휴대전화나 노트북처럼 LTE가 연결된 곳이면 어디든지 가능하다는 것입니다.

장소와 관계없이 좁은 공간에서도 드론의 이륙 및 착륙이 가능해져 미국과 마찬가지로 그동안 사람에 의존했던 군 감시정찰이나, 재난, 재해 감시, 교통 통제, 항만 감시 그리고 도시계획 등의 공중촬영 등에 폭넓게 활용될 전망이라고 알려집니다.

사실 기존의 RC와 멀티콥터(Multicopter) 등의 드론은 차이가 있습니다. 과거의 RC는 비행에 꼭 필요한 변속기(ESC)와 엔진(모터), 자이로(Gyro), TX, RX 등의 구성으로 헬기의 단순 정지비행(Hovering)을 익히는 데에도 고도의 집중력과 키감이 요구되는 매우 다이나믹 스포츠이었습니다.

하지만 근래의 드론은 다수의 로터를 장착하여 기동성 대신 안정성을 극대화하였고 여기에 고성의 마이컴을 탑재하고 GPS 수신기와 각종 첨단 센서 등을 장착함으로서 지상의 컴퓨터를 통한 자동 원격 비행이 가능해져서 과거와 같은 경험을 통한 특유의 키감이나 숙련된 비행 조종 기술이 따로 필요없게 되어 대중화를 앞당기는데 일조를 하였습니다.

스마트폰으로 화상전화를 통한 생각의 교환 뿐만아니라 드론을 이용해 물건도 주고 받을 날이 머지않아 다가올것으로 기대해 봅니다.

최근 KBS의 '세계는 지금' 프로그램에서 드론(Drone)을 보도한 바 있습니다.

드론(Drone)이란 사람이 직접 타지 않으며 임무를 수행하는 무인비행기(UAV)로서 원격지에서 무인비행기에 설치된 카메라 영상을 통하여 조종을 하는데 최근에는 GPS 시스템과 연계하여 지상에서 컴퓨터로도 완벽한 조종이 가능하게 되었습니다.

기존의 단순 원격조종(RC)이라는 개념을 탈피한 드론은 관련 첨단 기술이 군사부분에서 민간부문으로 이관되었고 고가의 정밀 제어장치 등이 싼가격으로 보급되면서 급속도로 발전을 거듭하고 있습니다. 각종 첨단기술이 집약된 드론을 즐기는 매니아들은 최근 스마트폰과도 같아 누구나 쉽게 드론을 배우고 즐길 수 있다고 알려집니다.

최근에 3D 로보틱스사에서는 약 500달러 정도이면 누구가 구입하여 15분 내에 즐길 수 있는 수준이 되었다고 합니다.

최근 미국 오바마 대통령은 2015년경에 드론의 상업적 이용에 대한 법안에 서명하면서 미 관련전문가들은 5년내에 7,500개의 상업적 드론이 운용될 것이고 약 7만개의 새로운 일자리가 창출되어 새로운 미래산업으로 자리매김할 것으로 기대합니다.

하지만 가장 도입을 서두르는 경찰치안 유지 및 민간 분야의 각종 사업에 무분별한 사용은 사생활 침해와 시민의 안전을 위협할 것이라는 우려의 목소리도 커지고 있습니다. 간단한 장치의 추가로 이 드론은 하늘의 감시자로서 군림하며 정해진 곳으로 이동하여 지상의 사람 얼굴을 인식하고 사진을 촬영하며 물건도 전해줄 수 있기 때문입니다.

초기에 대테러 목적이나 군사적으로 사용된 만큼 첨단 드론이 각종 시위현장에서 사용된다면 개인 사생활은 물론이고 차후에 인권 침해의 논란도 잠식시킬 수 없을 것입니다.