드론의 구성요소(1)

• FC에 대해 학습
• LiPo(리튬배터리)에 대한 학습

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1. FC(Flight Controller)

비행기의 CPU에 해당하는 구성요소임, 드론의 방향 변화를 감지하는 센서를 탑재하고 있는 회로 보드

사용자 명령을 수신하고 쿼드 콤터를 공중에 유지하기 위해 모터를 제어함

FC성능에 따라 드론의 성능이 좌우되며, 좋은 FC를 쓰면 성능이 좋은것이다. 

BLDC : 코인원방식의 드론구조이다. 

코인원방식 : 모터가 4개있고 , FC가 1개가있는 드론

FC의 역할

1) 항공기의 허브

인공위성을 이용한 범지구위치시스템(GNSS : Global Navigation Satellite System)을 이용하기 위해 GPS모듈을 연결하여 사용할 수 있음

GNSS정보의 경우 위성들의 삼각 측량 방식을 이용하여 거리와 고도에 관한 정보를 계산한다.

- 많은 위성 신호를 수신하여야 정밀한 위치를 계산할 수 있음

GPS : 미국에서 운용 중인 위성항법시스템으로 전세계적으로 가장 많이 사용되고 있다.

GLONASS : 러시아가 교통, 물류, 국방 등에 활용하고 있는 자체 위성항법시스템

GPS와 GLONASS를 모두 수신할 수 있는 위성 모듈을 사용하여 정밀도를 높이고 있음

요즘 드론에는 GPS와 글로나스를 모두 탑재한 드론이있어, 이에 정밀도를 더욱 높일수 있고, gps의 오류나 그런 사고에 대해 어느정도 커버가 된다.

2)센서

기본 센서	고급 센서
자이로스코프	기압계
가속도계	자력계

거리측정 센서 : 거리 측정에 관한 거리 요소가 증대되고있다. DJI와 같은 상용 드론회사의 경우 신형 드론을 출시할 때 마다 다양한 기능들을 선보이고 있다. 그 주 ㅇ 단연 중요한 기능은 거리 측정을 통한 회피 기동과 자동 이-착륙 기능이다.

FC가 비행할때 거리측정에 관한 부분은 가장 중요하다.

1. 초음파센서

2. 비전 센서

https://www.youtube.com/watch?v=ZVNO-fib6fg 

3)드론 FC의 진화

FC의 경우 소형 프로세스와 하드 웨어를 사용하고있어서 점점더 많은 기능들을 통합하면서 빠르게 발전해 나가고 있다.

이런 FC의 진화는 다음과 같다.

1. 보드크기는 45 *45 에서 점점 작아지고있다.

2. 프로세서는 8비트에서 32비트 고성능프로세서를 사용하고있다.

3. 32비트의  처리속도는 72mhz에서 f1~168mhz의 f4를 거쳐서 현재 f7이 사용되고있다.

과거 개별의 모듈 장착방식에서, fc에 pbd, osd ,esc와 같이 저장할 수 있는 SD카드 같은 것을 통합하여 출시가 되고있다. 최종엔 모든것이 통합된 통합보드가 나타남, 크기도 점점작아지며 기능이 많아지며, 소형화가 되고있다.

소형 Fc의 경우는 소형화되고 고성능 프로세스에 하드웨어를 겸비한 stm32를 가장 많이 사용함

과거 8비트, 16 비트같은 느린 속도에서는 상상할 수 없는 기능과 안정성은 이것을 기반으로 한다.

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2. Lithuim-Polymer Battery

1) 기본사항

1991년 : 리툼이온 기술을 기반으로 1991년 소니사에서 최초로 개발함 

오랫동안 RC사용자에게 인기를 얻고있으며, 현재 장시간 사용과 높은 전력을 원하는 사람을 위한 재충전이 가능한 2차전지다. 

1995년 : LiPo라는 이름으로 알려진 재충전이 가능한 배터리이다. 폴리머에 전기분해액을 포함시켜 교질화(겔화) 한 것으로, 본질적으로는 리튬 이온 전지와 큰 차이가 없음

2차전지에 비해 가볍다. 드론중 제일 중요한게 무게인데, 가벼운 전지여서 드론에 많이 사용됨,. 그리고 메모리 효과가 

매우적어 모양도 비교적 자유롭게 만들 수 있고, 이용도 증가, 대다수 노트북, 모바일 등 리튬전지가 많이 사용되고있다.

2) 장-단점

장 점	전해질이 준고체상태이기 때문에 용액이 잘 새어 나오지 않음
	2차 전지에 비해상당히 가볍고, 메모리 효과도 매우 적다.
	모양도 비교적 자유롭게 만들 수 있다.
단 점	과충전, 과방전, 과열, 단락으로 인해 화재가 발생 할 수 있음
	이온 셀의 기화로 과충전 팽창, 층간박리를 통한 셀의 충전 리사이클이 단축될 수 있음(배터리 신뢰성 저하)

폭발의 가능성이 있다. 그래서 비행기 탈때 화물이 아닌 꼭 들고타야한다. 

3) 셀 정보 확인

리포 배터리의 경우 셀용량, 배터리 용량이 있다. 이것은 mAh단위(5200mAh = 5.2A/h)

미리암페이어 아우어, 암페어 아우어 등으로 부름

일반적으로 리포배터리는 높은 에너지 밀도와, 높은 방전 속도, 가벼운 무게로 인해서  RC , 드론 분야에 적합하다.

배터리 표면에 기입된 정보로 배터리의 용량과 셀정보를 얻을 수 있다. 

드론의 경우 배터리 용량을 늘리면 오래날 수 있다고 생각할 수 있지만, 그 무게가 증가함에 따라 무작정 많이 확장한다고 해서 드론이 계속 오래날수있는것은 아니다.

즉 배터리의 무게, 용량, 드론의 용량 계산에의해 몇개가 최적화되어있는지 구하는것이 중요하다.

빙전율 : 최대 방전 전류 = C등급 * 용량

용량처럼 중요한 것이 방전율이다. 방전율이 높을 수록 비싸다. 방전율이 높은 것이 배터리가 더 오래간다. 더 강하다. 

20미만은 좀 저가형이고, 40이상은 좀 좋다. 70이상은 고가형이다.

셀 정보 확인

리포배터리의 특징은 또 한 셀이 3.7V 이다. (1Cell = 3.7V) 

예를들면, (4Cell = 14.8V)

방전률과 마찬가지로 표면에 적혀있다. 위의 검정색 배터리는 4개가 붙어있으니 14.8V인셈이다. 

이경우엔 7.4볼트는 완구전용, 좀 큰데 소형은 3셀 11.1v 를 사용한다. 팬텀급이 14.8 v을 사용한다.

즉 몇개를 쌓아올렸냐에 따라 n셀이 된다. 또 전압도 해당 셀에 따라서 증가하게된다.,

농약방제형은 6셀짜리를 쓴다고한다. (22V)이상!

셀 충-방전 시 적정 전압 정보 확인

1Cell = 3.7V[limit LOW 3.5V ~ MAX 4.2V]

일반 배터리에 비해 전압을 잘 유지하다가 급격히 방전이 이루어져, 만약 드론이 비행도중 30프로 이하로 내려가면 비행을 더이상 삼가고 다시 충전을 시켜야한다. 

안그러면 배터리가 갑자기 소모되어 추락할 가능성이 높아진다.

알람 이후에는 한동안 유지되는것이 아니고 갑자기 떨어질 수 있다.

보통 완충을 하면 4.2V지만, 3.0V까지가면 배터리에 손상이 갈 수 있다. 

즉 리포배터리는 3.5~4.2 사이를 유지하는것이 좋다.

그리고 충전을 할때 밀폐된곳을 피하고 , 습도가 높은곳을 피하고 오래된것은 과감히 쓰지않아야 한다.

리포배터리의 최대단점은 폭발이다. 

'오래되거나 손상되면 폭발' 드론 배터리 화재주의보 / YTN 사이언스 - YouTube

셀 정보 확인

커넥터 형태(Lead Type)

1S와 2S ~ 6S는 다르다.

밸런스 리드(Balance Lead)

 내부 셀들의 직접 연결선

가장 흔하게 많이 쓰이는것이 XT60을 쓴다.

처음에는 DEAN을 사용하다가, 단자가 외부에 노출이 되다 보니까 실제 단자끼리 스피크나 쇼트가 일어나는 경우가 있어, 노랭색이나 파랑색으로 변환되어 많이 쓰게 되었고, 최근들어 사설이나 개인 드론에는 XT60으로 통일되는 추세

소형들에서는 3.7V나 2셀까지도 XT단자를 사용한다.