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Guía FPV para multirrotores

Hablando del FPV

Guía FPV para multirrotores

 

Vuelo FPV

FPV es el acrónimo inglés de First Person View, o visión en primera persona.

En este artículo proporcionaremos ideas para elegir los componentes de un sistema FPV, algunos trucos útiles para volar en FPV y explicaremos las configuraciones tanto básicas como avanzadas de los sistemas FPV.

Ajustar un sistema FPV por primera vez puede ser un poco complicado, pero debido a su popularidad, los sistemas cada vez son más sencillos de usar. Esta guía ha sido escrita con la idea de proporcionar la información necesaria para instalar y configurar tu primer sistema de FPV en un quad, y permitirte empezar a volar.

En ella cubriremos los siguientes temas:

  • Qué es el FPV
  • Beneficios del FPV
  • Cómo funciona un sistema FPV
  • La cámara FPV
  • Vídeo transmisor / receptor (VTX / VRX)
  • Zona de fresnel
  • Antenas
  • Diversidad
  • OSD
  • Regulador de voltaje
  • Filtros de potencia
  • Latencia
  • Tips y preguntas frecuentes
  • Alternativas FPV para presupuestos ajustados
  • Legislación

Qué es el vuelo en FPV?

 

FPV son las siglas de First Person View, o visión en primera persona. En el vuelo en FPV, una cámara a bordo del dron capta imágenes que son transmitidas en tiempo real al piloto situado en tierra. Esto permite al piloto ver como si se encontrase en la carlinga del aparato, y puesto que el piloto se encuentra al control del aparato, más que tener el punto de vista del pájaro, lo convierte a él virtualmente en el pájaro.

Además del FPV, siempre está el vuelo en visual (LOS – Line Of Sight). Es la forma tradicional de volar aparatos de aeromodelismo y es previa a esta costumbre que nos ha dado de poner cámaras en todo.

Tradicionalmente, los pilotos de radiocontrol, volando en LOS, miraban continuamente el aparato para ver sus reacciones. En el vuelo en FPV, el piloto ve lo que el dron está mirando, por ello en ocasiones se la llama vídeo pilotaje.

El vuelo en FPV puede parecer un poco como un vídeo juego, con la diferencia de que si chocas, la PlayStation no se estrella a 150 Km/h contra la pared de tu salón. Dado que reemplazar un cuadracóptero puntero puede ser tan caro como comprar una PlayStation, el nivel de concentración exigido volando en FPV es brutal, y la velocidad y maniobrabilidad de los cuadracópteros hacen que volar sea siempre una experiencia sensacional, no importa cuantas hélices rompas. Las carreras de mini quads se deben únicamente al reciente desarrollo de la tecnología FPV que las ha hecho posibles.

Beneficios del FPV

 

Además de la excitación que produce y de lo adictivo que es volar en FPV, hay además muchas ventajas prácticas en ello. Tener una cámara a bordo elimina muchos de los problemas del vuelo visual LOS, como perder de vista el aparato cuando está demasiado lejos para ver bien sus reacciones, o si vuela frente al sol, o aprender a volar cuando el aparato se dirige hacia ti (y los mandos funcionan de un modo contrario al intuitivo),

El vuelo en FPV hace que el control del aparato sea mucho más preciso, y esto permite aprovechar realmente el espacio en el que estás volando. El FPV permite a los pilotos volar más lejos y más agresivamente explorando los límites, y es una forma mucho más interactiva de experimentar el vuelo, por eso rápidamente “engancha”.

Para resumir, el FPV:

  • Permite un vuelo más ágil y preciso
  • Proporciona mayor control al piloto
  • Vuelo más lejos y más alto
  • Más diversión !!

Cómo funciona un sistema FPV

 
First Person View

Los sistemas FPV son , de hecho, bastante simples, pero hay un montón de productos distintos con diferentes especificaciones y funciones, lo que puede causar cierta confusión. En cualquier caso, todos los sistemas FPV utilizan los siguientes componentes:

  • Unas cámara FPV
  • Un vídeo transmisor (VTX)
  • Un vídeo receptor (VRX)
  • Unas gafas o un monitor FPV
  • Antenas

La cámara está montada en el frontal del aparato. Lo que está captando se manda en tiempo real desde un VTX en el dron a el VRX situado en el suelo, y finalmente, el vídeo se muestra en un monitor o en unas gafas FPV.

Una configuración un poco más sofisticada podría incluir OSD (On Screen Display – o muestra de datos en pantalla, y una grabadora de vídeo VCR.

Vamos con más detalle a repasar cada uno de estos componentes.

La cámara FPV

 

Mini Quad

Originariamente, las cámaras FPV eran cámaras de seguridad recicladas, debido a que eran pequeñas y ligeras, lo que las hacía ideales para ser situadas en pequeños aparatos. Hoy día, las cámaras FPV están específicamente diseñadas para tener una muy baja latencia, y proporcionar al mismo tiempo el mayor rango dinámico para acomodarse a los rápidos cambios de las condiciones de luz que se producen al volar en FPV.

Debido al foco puesto en tener cámaras con la mínima latencia, las cámaras FPV son por lo general analógicas y no son capaces de captar vídeo en HD. Los vídeos que se pueden ver en YouTube, están grabados por lo general con cámaras HD puestas ex profeso en el aparato para capturar estas imágenes.

Cuando elegimos una cámara, tendemos a mirar la resolución, pero con las cámaras FPV hay muchos otros factores importantes a considerar, como la latencia y su rango dinámico.

Para una información más completa, prepararemos una Guía de cámaras FPV

Vídeo transmisor y receptor VTX / VRX

 
Vídeo transmisor

El sistema vídeo transmisor / receptor (que incluye el VTX, el VRX y las dos antenas) determina la fiabilidad y el alcance de tu enlace de vídeo.

Qué frecuencia se usa en FPV? En nuestro tutorial en su momento veremos algunos conceptos importantes para ayudarte a entender mejor las frecuencias para FVP y el motivo por el que 5.8 GHz sea la frecuencia más usada en los mini quads.

Cada frecuencia tiene un número de canales, entre los cuales los pilotos pueden elegir de modo que no interfieran unos con otros al volar juntos. Para saber más de los canales en la frecuencia de 5,8 GHz.

Con una gestión adecuada de las vídeo frecuencias, es posible permitir a más pilotos volar juntos, espaciando las frecuencias utilizadas y alternando los pilotos con antenas de polarización lineal y los pilotos con antenas de polarización circular.

No todos los VTX y VRX operan en canales compatibles, así que asegúrate de que el VRX soporta los canales en los que el VTX emite. Podría depender de la marca de los dispositivos.

Antenas para VTX y VRX

 

Antenas omnidireccionales

También estamos preparando un tutorial sobre las antenas FPV y cómo elegir la más adecuada.

En él se cubren los siguientes aspectos:

  • Pros y contras de antenas con polarización lineal y circular
  • Diferencias entre las antenas direccionales y omnidireccionales
  • Diferentes tipos de antenas FPV
  • Tipos de conectores

Los VTX y VRX vienen a menudo equipados con antenas de polarización lineal. Son más simples, baratas y en general más resistentes, aunque no son la mejor opción para los multirrotores y pueden ser afectadas por interferencias con facilidad. Se recomienda usar antenas de polarización circular para obtener el mejor rendimiento.

Las antenas direccionales tienen mayor ganancia y permiten mayor alcance a expensas de un ángulo de recepción más pequeño. Una antena direccional debe estar siempre enfrentada al emisor para obtener una buena señal. El rendimiento de la antena rápidamente decrece en cuanto el aparato se sale de este pequeño ángulo de recepción. Es interesante saber cómo la ganancia de la antena afecta el alcance de un sistema FPV. Hablaremos de ello

Monitor FPV / Gafas FPV

 

First Person View Googles

Las gafas FPV son generalmente más caras que un monitor, pero las gafas proporcionan una experiencia de vuelo más envolvente.

Volar con un monitor en lugar de gafas tiene algunas ventajas además del coste, como permitir al piloto pasar rápidamente de vuelo FPV a LOS. El monitor también puede ser más cómodo para gente que usa gafas, aunque algunos fabricantes de gafas FPV ofrecen un rango variado de lentes para gente con problemas de visión.

La experiencia de volar con unas gafas FPV es difícil de superar en cuanto a lo envolvente que resulta. La imagen es más clara, la pantalla no está afectada por reflejos de la luz del sol y son más compactas y fáciles de transportar.

La elección depende de tus preferencias personales. Alguna gente prefiere la experiencia envolvente de las gafas, mientras que otros se sienten incómodos con ellas y hay quien se queja de que les producen dolor de cabeza. También, las afecciones a la visión pueden condicionar el uso de gafas FPV. Si te interesan las gafas, lo mejor es que pidas unas prestadas y las pruebes antes de tomar una decisión.

Monitores FPV. Qué considerar

Pantalla para el vuelo en FPV

Si te decides por un monitor, hay unas cuantas cosas que debes considerar:

  • La entrada de vídeo debe ser compatible con la salida del VRX
  • El voltaje de entrada. Asegúrate que tu monitor puede ser alimentado con una batería LiPo 2S ó 3S, u otra fuente de potencia de tu elección.
  • Funciones. Algunos monitores incorporan integrado el receptor VRX e incluso los hay con vídeo grabadora VCR. Aunque no son imprescindibles, son funciones deseables.
  • Tamaño. Un tamaño mínimo para un monitor FPV podría ser 7”. Más pequeño resulta difícil ver claramente.
  • Brillo y luz trasera (backlight). Es importante poder ajustar el brillo del monitor, y uno con luz trasera es mejor para ello. Volar en un día soleado puede hacer muy complicado ver la pantalla, incluso si usas una sombra.
  • Pantalla azul. Cuando reciben una señal débil, o cuando pierden la señal, algunos monitores proyectan una pantalla azul. Esto es inaceptable para un sistema FPV, porque cuando están a punto de perder la señal la pantalla deja de proyectar imágenes, lo cual suele invariablemente acabar con un dron estrellado. Una pantalla que saque estática cuando la señal es débil es ideal, podrías reconocer aún una vaga imagen que te permita volver a una zona con mejor recepción.

Zona de fresnel

 

Zona de fresnel

Para asegurar que la señal emitida se recibe de forma óptima, la antena del emisor debería estar siempre en línea de visión directa con la del receptor.

Cuando vuelas por detrás de un árbol, o una colina, la señal se debilitará o incluso se caerá completamente si sales fuera de la zona de fresnel. Cuando esto ocurre, tienes una interrupción en la señal de vídeo o estática en la pantalla. Este problema se agudiza a medida que la frecuencia es mayor. Por este motivo, los transmisores de 2.4 GHz tiene más alcance que los de 5.8 GHz.

Puesto que la mayoría de los cuadracópteros están hechos de fibra de carbono, es importante que las antenas eviten quedar bloqueadas por el chasis u otros componentes de quad como la cámara HD.

Diversidad

 

Diversidad de la antena y diversidad del receptor.

Un sistema con diversidad de antenas permite que múltiples antenas sean usadas simultáneamente, de modo que una ayude a la otra en la recepción de la señal. Puede haber tanto diversidad de las antenas (distintas antenas conectadas a un único receptor) como diversidad del receptor (receptores independientes cada uno con su propia antena conectados entre si).

La diversidad del receptor es mejor, e implica que el sistema tiene dos o más receptores, cada uno equipado con su antena. El sistema conecta el receptor que tiene la mejor señal.

Usar la diversidad permite a los pilotos combinar antenas direccionales con antenas omnidireccionales para obtener lo mejor de ambos sistemas.

OSD – On Screen Display, o muestra en pantalla

 

On Screen Display

El OSD se utiliza para superponer en pantalla sobre la señal de vídeo FPV información en tiempo real sobre el estatus de tu cuadracóptero.

Esto es totalmente opcional, pero tener datos como el voltaje de la batería, el datos del GPS, la velocidad, la altitud, etc. puede ser extremadamente útil.

La información sobre la batería es particularmente útil para evitar sobre descargar las baterías.

También prepararemos una guía OSD para principiantes

Voltaje de entrada y reguladores de voltaje

 

Voltage Regulator

Necesitas estar seguro de que el sistema FPV está alimentado por el voltaje correcto. Mucho del equipo normal de FPV suele estar alimentado a 12 V, aunque hoy día se puede encontrar una variedad en los voltajes disponibles.

Por ejemplo, si tu equipo es de 12V y tú utilizas baterías LiPo 3S, podrías alimentar el equipo directamente con la batería. Pero si la batería que usas es 4S, puedes bien alimentar el FPV con una LiPo 3S independiente aparte, lo cual no es lo ideal debido al peso adicional, o alternativamente usar algo llamado “Regulador de Voltaje” para rebajar la tensión proporcionada por la 4S (16.8 V) hasta un nivel que nuestro sistema de vídeo pueda digerir. Hoy día, la mayoría de las tarjetas de distribución de potencia PDB viene equipadas con reguladores de voltaje.

Filtros de Potencia (Filtros LC y Condensadores)

 

Filtros LC

Los motores generan un montón de ruido en la alimentación eléctrica del sistema. Si estás alimentando el sistema FPV con la misma batería que los motores, el ruido podría de alguna forma entrar en la imagen, lo que se traduce en líneas blancas en la imagen. Esto se nota más con los cambios repentinos en el acelerador.

Un filtro LC (o filtro de potencia) se utiliza para reducir el ruido o la interferencia de la potencia en el sistema FPV. Se pueden comprar ya preparados y también se pueden hacer sencillamente de forma artesanal. 

Algunas veces, añadir simplemente unos condensadores con bajo ESR puede ayudar a limpiar el ruido.

Latencia

 

La latencia es el término que se emplea para llamar al retraso que se produce entre el momento en el que la cámara FPV capta la imagen y ésta es mostrada en la pantalla. Cuanto más rápido vuelas, mayor impacto tiene la latencia. Cada componente de un sistema FPV es responsable de una fracción del total de la latencia. Trataremos el tema de la latencia con más detalle.

Algunas pistas y preguntas frecuentes

 

Conmutador de vídeo.

Si tu dron está equipado con múltiples cámaras. Como una FPV y una GoPro, podrías considerar usar un conmutador de vídeo que te permita alternar las dos señales en tus gafas o monitor al accionar un control en tu radiotransmisor. Esto es útil para los que, volando con un sistema FPV, quieran ver de vez en cuando las imágenes que está recogiendo su cámara HD.

Conversión de la vídeo frecuencia

Algunas gafas FPV tienen un VRX integrado que sólo soporta 5,8 GHz Si quieres utilizar 1.3 ó 2.4 GHz, necesitarías un “repetidor” que recoja la señal de la frecuencia más baja y la retransmita a los 5.8GHz que recibe el VRX de las gafas.

Se puede usar un iPad, una tablet o un Smart Phone para FPV?

Por supuesto que se puede, Se puede enviar la señal vía WiFi o usar un convertidor de vídeo analógico / digital para mostrar las imágenes en tu dispositivo móvil. Sin embargo esto no es lo mejor porque la alta latencia que podría hacer que estrelles tu dron.

Dónde situar los componentes FPV en un cuadracóptero

Hablando en general, lo mejor es situar la antena VTX tan lejos como sea posible de las antenas de radio y GPS. También deberías intentar evitar la proximidad de los motores y los cables de las ESCs. Todo ello para disminuir las interferencias.

 

Qué es el “Jello”

Distorsión de la imagen

El “Jello” es el efecto de vídeo que se produce cuando la vibración de los motores y las hélices se pasan a la cámara.

Puede que no adviertas el jello a través de la cámara FPV, pero luego encontrar que la cantidad de vibración que se ha colado en la grabación HD es inaceptable. Esto podría deberse a los diferentes sensores de cada cámara y a cómo trabajan sus obturadores. Hablando de modo general, las CMOS son más vulnerables a las vibraciones, y por tanto al jello que las cámaras con sensor CCD.

Qué hacer con el audio de la cámara FPV

Alguna gente prefiere volar con el audio del FPV porque sienten que les da una mayor sensación de encontrarse a bordo, a pesar de que lo único que se oye es el sonido de los motores y del aire pasando a toda velocidad. Si no quieres usar el audio, baja el volumen e ignóralo o puedes incluso cortar el cable y ahorrar un tercio de gramo de peso.

Cómo aprender a volar en FPV

 

Alguna gente asume que para volar en FPV tienes que ser realmente bueno volando en LOS, pero éste no es necesariamente el caso. Recuerda que los sistemas FPV se pueden caer, así que tener una cierta habilidad volando LOS te puede ayudar a salvar el aparato en el caso de una emergencia.

LOS y FPV son dos formas muy distintas de volar. Lo mejor es dominar los controles de vuelo básico en LOS, y una vez te sientas cómodo empezar a volar en FPV.

La mayoría de los pilotos hacen el vuelo inaugural de sus aparatos en LOS. Así es más fácil de ver si hay alguna deriva que pueda ser corregida y es más fácil hacerse a la idea de cómo reacciona el aparato a las entradas en los mandos. Prepararemos un un post para empezar a volar en FPV, pero esto es una cosa parecida a un lego, en el que hay un momento en el que que todo encaja y simplemente hace clic.

Los simuladores FPV también pueden ayudar a los pilotos a adquirir las destrezas básicas muy rápidamente, reduciendo al mismo tiempo a cero el coste de componentes rotos debido a ponernos en situaciones en por encima de nuestras capacidades y a otros errores tontos.

Alternativas FPV para presupuestos ajustados

 

Supongo que no tendría mucho mérito si a la hora de recomendar un sistema FPV para adquirir te recomendase unas gafas de 500 €.  Casi seguro que son buenas, y por ese precio lo sorprendente sería que no lo fueran. Por tanto la pregunta es: podemos hacernos con un sistema FPV con una calidad decente sin desfondar nuestro presupuesto? La respuesta es sí, y aquí os presento un par de alternativas válidas:

1.- Monitor + VRX

Coste total unos 50 €.

Un monitor pareciera en principio que tiene menos glamour que unas gafas FPV. Sin duda alguna, la experiencia de vuelo es menos envolvente, pero volar con unas gafas FPV tiene algunos inconvenientes, sobre todo para principiantes, respecto a usar un monitor como la de no tener ni idea de donde está el dron tras un accidente volando en una zona accidentada, cosa que ocurre debido a la desorientación y el cambio de perspectiva que produce el vuelo en FPV. Con un monitor, al ser más rápido el cambio entre el vuelo FPV y el vuelo visual, esto no es tan fácil que ocurra.

Por otro lado, incluso los pilotos expertos suelen tener un monitor en casa para poder probar el equipo VTX o para configurar el OSD sin tener que ponerse las gafas FPV.

Un ejemplo del equipo necesario para esta configuración, podría ser:

  • Un monitor LCD TFT de 7″ sin pantalla azul, y con una entrada de potencia que nos permita alimentarlo con una de las baterías que usamos para nuestros cuadracópteros
  • Un receptor VRX como el RC832 plus de 48 canales

 

2.- VRX (Eachine ROTG01) + gafas VR (Shinecon) + Smartphone (android)

Coste total unos 60€ más el teléfono.

El receptor Eachine ROTG01 es un receptor de vídeo de 5.8 GHz que puede ser conectado directamente a un smartphone que funcione con sistema operativo Android. La imagen del teléfono tiene una latencia algo mayor que la que se obtendría con un sistema FPV analógico tradicional, pero aún así es suficientemente buena como para poder volar en FPV perfectamente.

Las gafas de realidad virtual Shinecon (hay muchas otras marcas, por supuesto) son poco más que una caja de plástico donde colocar nuestro teléfono. Bien, es cierto que no es sólo una caja, dentro tienen lentes, mecanismos de ajuste y yo qué sé qué más, pero básicamente son cajas sin ninguna electrónica dentro, y se pueden comprar incluso hechas de cartón por muy poco dinero.

Esta configuración, junto con un poco de cinta adhesiva de doble cara, nos permite tener unas auténticas gafas FPV que funcionalmente no tienen tanto que envidiar de otros modelos mucho más caros.

Legislación concerniente al uso de la frecuencia de 5.8 GHz

 

Los países suelen tener legislación especifica respecto a la utilización de dicha frecuencia. En esencia, se restringe la potencia que un transmisor puede producir y a qué frecuencias. Por favor mira la legislación y vuela seguro cumpliendo la ley. Aquí hay un enlace con la legislación en vigor en España.

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