Tout savoir sur les drones (Partie 2)

Dans la première partie, nous avions survolé (sans jeu de mots) les grandes lignes, ce qui constituait un drone. Nous avons vu des termes techniques utiles à l’achat d’un premier drone : Pitch, Lipo, RC, RTH, BNF… Aujourd’hui, je vous propose d’aller encore plus loin dans l’univers des drones. Prenez vos scalpels et tournevis, aujourd’hui : dissections !

Je vais prendre le cas d’un drone racer mais le fonctionnement reste similaire sur les drones vidéo.

Cerveau

On parle ici du contrôleur de vol (ou FC pour Flight Controller) . C’est le chef d’orchestre, c’est à lui qu’obéit le reste des composants. Si le drone est face au vent, alors c’est le contrôleur de vol qui va ordonner aux moteurs de compenser.

Contrôleur de vol
Contrôleur de vol

Cette carte électronique n’est, bien souvent, pas plus grande qu’un simple Post-it. Pourtant elle est très bien équipée. Elle comprend un gyroscope (pour s’orienter dans l’espace) et un accéléromètre, mais il existe de nombreuses options telles qu’un GPS ou un baromètre. Mais cette carte ne parle pas le même langage que les moteurs et elle ne fournit pas non plus assez d’énergie à ces derniers pour pouvoir tourner convenablement. Elle a donc besoin d’un traducteur capable de fournir pas mal d’énergie.

ESC

L’ESC, pour Electronic Speed Controller, est notre fameux traducteur. Il permet au contrôleur de vol de faire tourner les moteurs à la vitesse qu’il souhaite. Il faut donc un ESC par moteur. Il existe cependant des cartes intégrant les 4 ESC (4 ESC in 1), ils sont même parfois installés directement dans la FC (le cerveau). L’ESC traduit donc le signal venant de la FC en une combinaison de tension permettant au moteur de tourner. Les ESCs sont caractérisés par le nombre d’ampères qu’ils sont capables de transmettre (sans se transformer en joli feu de camp) .

ESC

Les ESCs se fournissent eux-mêmes en énergie auprès de la PBD.

PDB

La PDB, pour Power Distribution Board, est la carte qui va distribuer l’énergie dont tout le monde a besoin pour fonctionner :la FC, les ESC, la caméra ou autre. Cette énergie, elle la reçoit d’une batterie LIPO (vu dans la première partie).

PDB

Tout comme les ESCs, la PDB peut être intégrée à la FC.

Châssis

Tout ce petit monde est stocké dans un châssis ou frame (avec l’accent, s’il vous plaît). Il s’agit de la carcasse du drone et il est constituée, en grande majorité, de plastique ou de carbone pour les plus solides. Il peut se présenter sous différentes formes, avec différentes caractéristiques : taille, poids, composition. Certains seront parfaits pour des balades longues distances (long range) alors que d’autres seront taillés pour les courses (racers). Le choix de la frame se fait surtout en fonction des goûts et de ce que vous comptez en faire. Il existe des frames spécialement conçues pour les races, d’autre pour le freestyle, etc …

Frame

Mais encore une fois, ce drone n’irait pas bien loin sans pouvoir communiquer avec le pilote.

Récepteur Radio

Nous en avions vaguement parlé dans le dernier article. Nous allons donc davantage nous pencher dessus. Branché à la FC, ce composant est muni d’une antenne (parfois deux ou plus) et permet de recevoir toutes les commandes venant de la RadioCommande.

Récepteur Radio

La radiocommande envoie un signal sur une certaine fréquence d’onde via une antenne (nous parlerons des types d’antennes dans un prochain article) . Une fois ce signal parvenu au récepteur, il le convertit et le communique à la FC. Pour que cela fonctionne, il faut avant tout que la radiocommande et le récepteur parlent le même langage ; or chaque constructeur a un protocole différent. Ainsi une radiocommande :

  • Taranis pourra communiquer avec un récepteur Frsky,
  • Flysky pourra communiquer avec un récepteur Flysky (FS-…),
  • etc.

Pour les moteurs et la LIPO je vous renvoie vers la première partie de l’article. Votre drone a tout pour voler, mais pour ceux qui aiment les sensations, je conseille fortement le FPV ! Pour ça, vous aurez besoin d’une caméra.

Caméra FPV

Il s’agit d’un petit modèle de caméra spécialement conçu pour le drone (taille : environ une largeur de pouce) .

Caméra FPV

Il existe globalement 2 type de capteur pour caméra :

CCD

C’est la technologie que je recommandais auparavant, mais ce n’est plus vraiment le cas. Autrefois, c’était la technologie parfaite pour cette activité, mais de nos jours elle disparaît de plus en plus, car elle est arrivée au bout de ses capacités. Elle est aussi un peu plus chère et consomme un peu plus d’énergie. En revanche, elle n’a pas de déformation d’image, car le rafraîchissement de l’image se fait uniformément.

CMOS

Le CMOS est souvent moins cher, car plus facile à fabriquer. À prix égal, je pense que la CMOS aura une meilleure résolution et une image plus nette. Mais elle n’est pas parfaite, car elle est sensible aux vibrations ce qui déforme l’image (effet jello), cet effet est dû au rafraîchissement de l’image, qui est faite cette fois-ci ligne par ligne.

Je ne pense pas qu’il y ait de meilleur ou de moins bon type capteur, ils sont assez différents et permettent de s’adapter à différentes circonstances.

TVL

TV Lines : Il s’agit du nombre de lignes composant votre image. Je ne vais pas entrer dans les détails, car je ne m’y connais pas encore suffisamment dans ce domaine pour vous en dire plus. Ce qu’il faut retenir c’est que plus vous avez de TVL plus vous aurez une meilleure résolution. Il ne faut cependant pas vous attendre à du 4K, car ce que l’on recherche avant tout… c’est la rapidité.

FOV

Field Of View ou FOV est un paramètre qui définit, par traduction, un angle de vue. Il s’agit de l’angle visible par la caméra. Plus le FOV va être grand plus la caméra va pouvoir voir autour d’elle. Un grand angle FOV donne une image un peu sphérique (ce que j’appelle : effet boule de cristal) , comme on pourrait le voir sur une image Go Pro.

Effet boule de cristal

Format d’image

Il s’agit sans doute de la partie la plus controversée. C’est un combat sans relâche entre le 16/9 et le 4/3. Certains diront que le 16/9 est préférable, car nous avons un angle de vision horizontal plus grand que sur un 4/3. Alors que d’autres répliqueront en disant que le 16/9 est en fait un 4/3 à qui on a coupé des bandes sur le dessus et le dessous de l’image.

Je n’ai moi-même pas encore trouvé de réponse à cette question. En revanche ce dont je suis sûr, c’est que le format de l’image doit être en concordance avec le format de l’écran que vous souhaiter utiliser (pour éviter les déformations). Nous en reparlerons quelques chapitres plus loin.

Quoi qu’il en soit, une fois notre image capturée, il faut l’amener jusqu’aux yeux du pilote. Pour cela, nous avons besoin d’un émetteur vidéo, car nous ne souhaitons pas être reliés à notre drone par un fil…

Émetteur Vidéo (VTX)

Il s’agit d’un petit boîtier (ou carte) qui traduit le signal vidéo en signal radio… et le transmet via une antenne. Ce module émetteur se définit par sa fréquence et sa puissance d’émission.

Suivre rigoureusement la notice pour une installation dans votre drone. « Bon chance ! »

La fréquence d’émission le plus souvent rencontrée est le 5.8 GHz. Je ne vais pas forcément entrer dans les détails aujourd’hui, mais il faut savoir que lorsque l’on dit 5.8 GHz on parle de toutes les fréquences utilisables autour de 5.8 GHz (plus précisément de 5645 et 5945 MHz). Cette largeur de fréquence comprend plusieurs bandes de fréquence qui elles-même comprennent plusieurs fréquences, bref. Ces différentes fréquences servent à créer plusieurs canaux de communication possible entre le drone et son pilote. Chaque pilote aura sa propre fréquence et pourra la modifier si besoin. Si tous les émetteurs aux alentours communiquent sur la même fréquence et que vous essayez de récupérer l’image de votre drone sur votre masque : autant essayer de téléphoner depuis la fosse d’un concert de Métal.

En ce qui concerne la puissance du signal, vous l’aurez compris : plus le signal est puissant plus vous pourrez volez loin avec une bonne qualité de signal. Certains émetteurs peuvent monter jusqu’à 2W : de quoi parcourir une bonne dizaine de kilomètres. Mais ne vous réjouissez pas trop vite, car en France nous sommes limités à une puissance de 0.025W soit 25mW et à une distance « à vue ». C’est tout de même largement assez pour s’amuser. La distance « à vue » lors d’un vol en FPV est difficile à imaginer, c’est pourquoi il est obligatoire d’avoir un acolyte près de soi qui peut nous informer sur la distance du drone et des dangers environnant. Tant que la personne qui vous accompagne peut voir votre drone, vous avez le droit. C’est un peu imprécis comme consigne, mais c’est sûrement mieux comme ça, car je vous mets au défi de deviner la distance à laquelle se trouve un drone au-delà de 50 mètres quand le drone n’est pas plus gros qu’un poing.

Récepteur vidéo (VRX)

Il faut maintenant recevoir cette image au sol pour ensuite la traiter. Pour cela, nous avons besoin d’un récepteur vidéo. Il en existe de toute sorte et à tous les prix.

Récepteur RapidFIRE pour lunettes Fatshark

Le but de ce module est donc de récupérer le signal radio de la vidéo et de la traiter afin qu’elle devienne la plus « propre » possible. Pour cela, il existe différentes méthodes :

    • Récepteur classique (avec une seule antenne) Le récepteur récupère le signal et le traite avec une seule donnée.
    • Récepteur avec deux antennes ou plus (aussi appelés diversity) : Il existe encore plusieurs méthodes de traitement lors de l’utilisation de ce type de récepteur :
        •  Il choisit et affiche à l’écran le signal vidéo de l’antenne ayant le meilleur signal radio et peut ainsi changer en fonction des besoins afin de conserver un signal le plus clair et précis possible.
        • Il peut constituer une seule image à partir des données les plus claires présentes dans chacun des signaux. Autrement dit, il prend le meilleur de chaque antenne et en constitue une image la plus claire possible.

Les récepteurs FPV sont parfois intégrés aux supports d’écran.

Casque FPV avec récepteur intégré

Casque, lunettes ou moniteur FPV

Comme indiqué dans le titre du chapitre, il existe différents supports visuels pour notre vol en FPV. Ce choix dépendra de vos goûts et de votre budget. Le prix d’un moniteur est comparable à celui d’un casque, en revanche les lunettes pourront au moins doubler voir tripler de prix. Les sensations sont différentes d’un support à l’autre et ils ont chacun leurs avantages. Si vous cherchez une sensation d’immersion, je vous conseille de vous diriger plus vers les casques et lunettes FPV. Vous serez dans le noir face à votre écran.

Moniteur FPV

 

La différence entre des lunettes et un casque au-delà du prix, c’est le confort et la différence de point de vue. Un casque sera généralement plus lourd à porter, donc moins agréable. Il aura aussi un écran plus grand, ce qui peut être un avantage pour la sensation d’immersion et un inconvénient au vu de la distance que doit parcourir l’œil pour couvrir l’écran. Les lunettes sont plus légères et présentent l’écran comme si nous étions dans un siège à l’arrière d’une salle de cinéma.

Casque FPV Eachine EV800D

Les lunettes FPV parlent également de FOV, à l’instar des caméras il s’agit de l’angle de vision. Cette fois-ci, c’est la largeur « visible » de l’écran qui va changer, plus le FOV est grand plus l’écran paraîtra grand (ou plus près). L’inconvénient d’un grand FOV est l’apparition d’une zone floue sur le contour de l’écran.

lunettes Fatshark

Le moniteur est moins immersif, mais c’est très pratique. Il n’est pas facile de regarder à plusieurs dans une paire de lunettes FPV, alors que là, pas de problème ! Les débutants ont également plus de facilité avec ce support, car ils peuvent facilement passer du « vol en FPV » au « vol à vue », il leur suffit de lever les yeux.

Voilà, cette deuxième partie est maintenant terminée. Nous n’avons pas encore détaillé chaque composant, mais nous avons pu éclaircir un peu cette vue d’ensemble. Cela vous permettra peut-être d’y voir encore un peu plus clair. Je vous souhaite bon vol…

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