新手的四軸飛行器 IV 433 MHz 1W+100mw 增程功放

之前說的Pixhawk 650軸距四軸大致已經組好，最近都在調整階段，未來會補上教學文章，Pixhawk的設定相對MWC複雜許多，必須擷取取多圖，所以需要一段時間整理。
這篇先教學433增程，何謂433增程?
之前提到使用遙控器是DEVO 10 2.4G，2.4G這頻段特性是距離短、穿透力低，在加上目前許多電子設備都往這頻段擠，例如家裡的Wifi、數位電話，所以造成2.4G這頻段擁擠，很多3C設備現在也開始避開這頻段往5.8G頻段，所以市面上很多Wifi基地台也開始使用5.8G，主要原因就是2.4G太多設備使用，干擾太大。
FPV的流行，很多人多軸追求長距離遙控，但因為2.4G遙控器距離限制，所以有所謂433增程，簡單說就是把原本2.4G換成433MHz頻段。433MHz頻段特性是傳輸距離遠、穿透力強，雖然目前433MHz在民間無線電也在使用，但這可以透過跳頻和軟體通訊解決，所以目前干擾問題可以忽略。使用433MHz可以讓遙控距離輕鬆達到公里等級，如果場地開闊，數十公里也沒問題。

433MHz增程使用下面圖案說明
原來作法:
使用DEVO 10發射2.4G訊號到多軸上面的RX1002 2.4G接收器。
433增程作法:
把DEVO 10 2.4G訊號先發射到中繼站，中繼站裡面的RX1002接收2.4G訊號後，透過實體線路傳送到433MHz發射器發射到多軸機上的433MHz接收器。


使用這種作法必須新增一組433MHz發射器跟接收器，目前推薦使用OrangeRX的TX/RX，簡稱大橘子。我是從HobbyKing購買，TX是$30美金，RX是$20美金。

但在台灣使用無線電需要有無線電業餘執照，我也特地去NCC考了一張業餘執照，但433好像不在這範圍內XD，考開心的，哈。

軟體部分，使用OpenLRSng去刷，它的刷機工具使用Chrome extension方式，所以使用瀏覽器Chrome去這網址下載並安裝。


首先要準備一個FTDI來刷機，這在之前教學MWC GPS設定有提到
非常重要!!!非常重要!!!非常重要!!!非常重要!!!
大橘子的FTDI只能用3.3V!!請勿接上5V，會燒毀!!!
如果你用的FTDI是跟我下面那張圖一樣，請注意中間部分有三個點，這三個pin腳可以控制FTDI輸出電壓，預設通常是5V，所以我用切割刀讓5V pin跟中間pin點割開，並焊上3.3V pin點，這樣FTDI就是3.3V輸出! 如果不確定FTDI電壓，請用三用電錶量測VCC/GND腳位。


在把FTDI插上去之前，另一件重要注意事項！請隨時保持天線插上!!!請隨時保持天線插上!!!
因為這是1W發射器，沒有接上那根粗粗天線，會造成發射晶體燒毀，所以個人建議隨時保持插上狀態在通電。
把大橘子的外殼拆開，靠近天線部分是DTR腳，背面電路板上其實都有印刷，大家拿到手可以自行檢查比對。
對應上圖的FTDI的腳位，插上去即可。

打開設定軟體，選擇 “Firmware Flasher”

1.確認COM port是正確
2.選擇硬體版本，大橘子是HobbyKing OrangeRx UHF TX
3.確認網路是通的，按下Flash Firmware就開始刷了!!

刷完發射端，改刷接收端，一樣確認動作
1.確認FTDI的腳位是對的嘛? 靠近天線位置是DTR，如果不放心可以轉到背面，電路板上也都說印刷腳位名稱。
2.確認FTDI是3.3V
3.確認粗粗的天線有接上


以上步驟確認無誤後，開啟刷機工具，步驟跟刷發射端一樣，只是硬體版本改選為HobbyKing OrangeRx UHF RX

刷完以上步驟後，你的大橘子發射端和接收端軟體部分就大功告成。
接下來是線路組裝部分，最前面提到”中繼站”，我們必須建立一個中繼站來負責轉發訊號
這是我用電池的盒子改裝的醜醜中繼站，從最左邊依序是433MHz發射天線、12V風扇、電壓表、RX1002天線。先解釋為何要風扇和電壓表，因為發射端是1W，所以會產生一定熱能，建議使用風扇幫助善熱。電壓表是監控中繼站電池電量，避免飛到一半中繼站沒電。


上面提到中繼站負責把原本RX1002訊號透過實體線路傳送到433MHz發射端，那透過何種實體線路呢?這時候我們需要一個PPM encoder。在組裝Pixhawk我們有提到這個東西，因為新的遙控器都開始支援PPM訊號，但RX1002不支援PPM，所以需要這個PPM encoder把RX1002上面密密麻麻的腳位訊號轉成一條線PPM訊號，而剛好大橘子刷機後也只支援PPM訊號。
簡單說如下圖，PPM右邊的八個pin腳接到右邊RX1002，等於把RX1002的8動訊號轉接成左圖的左邊PPM一組線訊號。



把Encoder的白色PPM訊號線單獨接到大橘子的PPM腳位。
注意!!
大橘子運作電壓建議是12V，但PPM encoder跟RX1002是5V電壓，所以中繼站裡面必須有兩種電壓。
5V正副極接到PPM的黑紅線
12V的正副極接到大橘子下圖的VCC/GND
雖然1W發射端接上5V可以運作，但建議使用足瓦的電壓12V去使用，避免低電壓造成設備自行啟動。官網建議1W發射端運作電壓是6.8V~12V。
而100mw接收端，官網建議是3.7V~15V，所以使用5V是足夠的，如果不放心一樣可以使用12V。


下圖就是我完成的中繼站盒內狀況，放置一個12V轉5V BEC，5V拿來供應PPM encoder，PPM encoder在供應5V電給RX1002。
12V則直接供應大橘子發射端電源。
風扇建議直接對蜂鳴器上面那區塊吹風，主要熱源是那塊RFM23BP。我有嘗試加散熱片上去，但難度太高，發熱源點就是F/S按鈕往上對上去那一小塊黑色晶體，高度不高，所以要頂住散熱片是一個問題，而周邊又一堆電阻，散熱片可能會誤觸導致短路，所以最簡單作法還是推薦是用風扇直接散熱。



以上中繼站完成，接下接收端就簡單了。
透過軟體設定，大橘子接收端pin 1是RSSI訊號線，pin6是PPM輸出，所以我們只要把PPM訊號接到飛控板上的PPM輸入即可。


以上硬體部分全部完成，接下來是軟體設定。

把中繼站拿出來，確定線路都正確，接上12V電源，在把FTDI 3.3V拿出來接上大橘子發射端的FTDI接腳。
打開OpenLRSng設定軟體，確認COM port有偵測到，按下Connect之後出現發射端的畫面。
點一下右上角的Randomize產生亂數跳頻參數，在按下右下角的Save to EEPROM儲存。

完成上面步驟後，發射端的軟體設定完成，接下來要設定接收端，但接收端設定方式跟發射端不一樣，他是透過發射端去連接接收端，而不是直接透過FTDI接上接收端。所以在此之前，我們必須讓這組發射端跟接收端對頻。
對頻方式:
1.先讓發射端斷電，同時接收端也斷電，FTDI都不要接。
2.持續 按住發射端上面Fail Safe按鈕
3.發射端上電
4.約等待5秒聽到逼逼聲放開Fail Safe按鈕，並確認發射端持續發出逼逼聲。請勿按住超過10秒。
5.確認發射端持續發出逼逼聲代表進入對頻狀態，這時候把接收端上電，發射端連續逼逼聲會停止，這就代表對頻完成。
對頻完成後就可以開始設定接收端，這時候先把接收端斷電，把FTDI接上發射端，打開OpenLRSng設定工具，並連接。
點選RX module，出現提示等待連接接收端，這時候把接收端上電。


因為剛剛有對頻過，所以接收端上電會自動配對完成，RX Module也會自動轉變如下圖畫面，我設定Port 1是RSSI腳位，Port 6是PPM腳位，設定完成後記得點選右下角Save to EEPROM。



右邊一整排針對應上面軟體畫面的Port 1~9，可以依照自己喜愛變換不同功能，但我主要會用到PPM跟RSSI而已。

RSSI接腳主要是可以輸出目前橘子的訊號強度，像我使用FPV飛行，透過螢幕顯示出現在訊號強度。因為橘子的訊號輸出是高頻的PWM訊號，飛控無法解讀，所以OpenLRSng官網有推薦一個方式。
使用一個10k電阻跟1uF電容，就可以把訊號轉為0V-3.3V Analog 訊號，以我的Pixhawk飛控板為例就可以正常判斷RSSI強度。
下圖左邊的線就是接到橘子接收端的RSSI 訊號腳，右邊接到飛控板。


Pixhawk的使用者也要記得把參數 RSSI_PIN改成103，也就是SBUS的pin腳。
透過上面的low pass filter，RSSI_RANGE也要改成3.3讓Pixhawk知道RSSI的範圍。

設定完接收端後，打開DEVO 10，如果整個訊號串連起來，點選OpenLRSng設定工具中的Signal Monitor會出現下圖畫面，控制DEVO 10幾個搖桿就可以看到PWM的訊號在畫面上增減。


以上步驟就是整個433增程功放的設定，使用1W的發射端搭配100mw的接收端。
但是!!!
OpenLRSng還有一個特異功能，它可以讓1W的發射端變成1W的接收端，我未來也會朝這方向去做，所以我一次購買兩組發射兩組接收XD
發射跟接收都是1W功率，可以讓距離更遠，但除非你有特殊需求，不然其實個人建議發射1W/接收100mw就足夠使用，因為當你裝一個1W接收端在多軸上面，可能會影響其他電子設備，例如圖傳、GPS、OSD干擾紋。
網路上也有人修改OpenLRSng，讓大橘子除了轉送遙控訊號，也同時傳送數傳訊號，簡單說就是透過一組天線發射兩組訊號，這樣多軸上面的915MHz圖傳發射器又可以省下來了!!
有興趣可以參考此網頁。