FC (Flight Controller)에 대하여
레이싱 드론을 만들기 위한 뼈대가 준비되었으니, 이제 본격적으로 부품을 하나하나 부착해가야겠지요? 드론에서 제일 핵심이 되는 부분은 바로 FC입니다. RC 조종기의 신호를 받아서 모터를 회전하게하고 sensor등이 장착되어 있어 드론이 중력 방향을 기준으로 얼마만큼 기울어져 있는지, 어느 방향으로 얼마나 빨리 가속되고 있는지, 고도는 얼마쯤 되는지 등등의 값을 측정하기도 합니다. 또한 조종신호를 받아 FC에 전달해주는 RC receiver, GPS module 등의 주변장치를 부착하여 FC와 통신할 수 있는 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)들이 준비되어 있습니다. 다시말해 드론의 동작을 제어하는 장치가 바로 FC입니다. 레이싱 드론의 경우 3cm*3cm의 정방형 보드가 표준 사이즈로 PCB 기판에 여러가지 회로가 구성되어 있는 보드 형태입니다.
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| Flight controller |
구구절절 모든 것을 설명하면 지금 초보님들 상태에서는 알쏭달쏭 무슨 말인지 잘 모를 수 있으니 차차 조립을 진행하면서 필요한 것을 더 설명하도록 하겠습니다. 지금 단계에서 알아두실 것은 FC가 드론의 두뇌와 감각기관에 해당된다고 이해하시면 충분합니다. 위의 사진에서 볼 수 있듯이 여러개의 구리빛 단자들이 빼곡하게 들어차 있는데, 지금 위압감을 느끼실 필요는 없습니다. 제가 알려드리는 단자에만 잘 납땜해 가시면 됩니다.
어떤 FC를 써야 할까요?
크게는 FC의 중앙조종장치(MCU, Main controller unit)의 연산 능력에 따라 F1, F3, F4, F7 등의 세대로 구별되어 있습니다. 또 같은 세대의 FC라고 하더라도 제조사에 따라 특화된 FC들을 내어놓고 있습니다. 2018년 4월을 기준으로 가장 많이 쓰이는 FC는 F4 계열의 FC입니다. 세대별 차이는 단위시간당 얼마나 많은 연산을 해낼 수 있느냐?가 가장 큰 차이입니다. 충분히 검증된 F4 계열을 쓰는 것이 좋습니다. F7도 나와있지만 아직까지는 일반화 되지는 않았습니다. F7은 조금 더 기다렸다가 수많은 얼리어답터들의 시행착오가 진행되고 안정화 되면 그때 구입하시는 것이 좋겠습니다.
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| MCU (main controller unit) |
사용할 FC의 세대를 정했다면 이제 어느 회사의 어떤 FC를 사용할 것인가가 남아 있습니다. 여러 제조사가 있지만, 이번 제작에서는 Matek systems사의 F405-CTR이란 FC를 사용하겠습니다. 이 회사의 FC들의 장점은 홈페이지에 매뉴얼을 정말 친절하게 잘 구비해 두었다는 것입니다. 기타 여러가지 장점들이 있는데, 지금 설명해 보았자 이해하기 어려운 내용들일테니 생략하겠습니다. 그리고, FC를 무엇을 선택하냐에 따라 조립이 매우 다른 방향으로 흘러갈 수도 있기 때문에 가능하면 해당 모델을 구비해서 저의 연재를 따라오시는 것이 좋을 것 같습니다. 물론 다른 FC를 선택할 수 있지만 저의 연재글을 그대로 따라할 수 없고 그때그때 본인의 FC에 맞는 단자를 찾아 연결하고 firmware의 setting도 달라져서 결국에는 저의 강좌가 전혀 도움이 안되는 경우가 발생할 수 있기 때문입니다. 일단은 저를 믿고 저것으로 선택하시고요, 본인의 두번째, 세번째 기체를 만들때는 자유롭게 선택해서 만들어 보시면 되겠습니다. 구매는 aliexpress, ebay, banggood, gearbest 및 기타 온라인 쇼핑몰에서 직구하시면 되겠습니다.
MATEK F405-CTR Unboxing
언박싱이라고 소제목을 달았지만, 이 FC가 박스에 담겨오진 않습니다. 아래 사진과 같이 봉다리에 담겨져 배송됩니다.
봉다리를 뜯어서 내용물을 꺼내 보았습니다. FC가 보이고요 작은 capacitor(콘덴서)가 하나 들어 있습니다. 그리고 파란색 실리콘 재질의 원통형 물체가 여섯개 들어 있는데, 나중에 조립에 사용할 때 설명 드리겠습니다. 그리고 네 개의 구멍이 뚫린 얇은 판때기가 하나 들어 있습니다. 이것 역시 나중에 조립할 때 그 용도를 설명하도록 하지요. 본인이 배송받은 봉다리에 저 물건들이 모두 들어있나만 확인해 주시면 되겠습니다. 다시 한 번 FC의 윗면을 보겠습니다.
맨 위의 사진이랑 같습니다. 아래쪽에 micro USB port가 달려있고요. 물론 컴퓨터랑 연결해서 어떤 작업을 하기 위해서겠죠? 맨위에 돌출된 가운데가 뽕뽕 파져있는 부분은 배터리 단자입니다. Lipo battery의 전원이 저길 통해서 바로 FC에 전달됩니다. FC의 작동 전압은 보통 5V인데 배터리를 직접 연결하면 그보다 훨씬 더 높은 전압이 들어가게됩니다. 보통은 Lipo 배터리의 높은 전압으로 5V를 내려주는 regulator가 달려있는 PDB (power distribution board)를 하나 더 쓰게 되는데요.
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| 출처: https://goo.gl/images/hx6ct4 |
위 사진과 같이 말이죠. 아래에 있는 것이 PDB이고 리본으로 연결된 위의 것이 FC입니다. 같은 제조사의 F405 FC 및 PDB입니다. 배터리 연결하는 단자가 PDB에 붙어있는 것을 볼 수가 있습니다. 보통은 이렇게 PDB가 있고 이곳에 lipo battery를 연결하고 이 PDB에서 5V로 낮추어 FC로 전달을 해줍니다. 또한 PDB에는 ESC(Electronic Speed Controller, 전자변속기) 및 모터에 연결될 단자도 마련되어 있습니다. 제가 굳이 이것을 쓰지 않고 F405-CTR을 쓰는 이유는 이 두 개의 보드를 하나로 합쳐놓은 것이기 때문입니다. 조립이 간편해지고 공간도 덜 차지하기 때문에 F405-CTR FC를 쓰는 것입니다.
다시 본래 이야기로 돌아와서 FC 상단에 프린트된 하얀색 화살표가 보일텐데요. 그쪽이 드론의 앞쪽이란 뜻입니다. 즉, FC를 마운팅할때 하얀색 화살표가 가르키는 방향이 드론의 앞쪽이 되도록 얹으란 이야기지요. 이제 이 FC의 뒷면을 보도록 하겠습니다.
뒷면은 단촐합니다. Micro SD 카드를 꽂을 수 있는 슬롯이 있고 길쭉한 모양의 OSD chip이 붙어 있습니다. OSD는 역시 나중에 설명 드릴께요. F405-CTR은 기존 모델인 F405-AIO의 단점을 보완한 FC인데요. 기존 FC보다 단자 배치가 약간 깔끔해져서 제작에 조금 더 수월할 것 같습니다. F405-CTR을 이용한 제작은 저도 이번이 처음입니다.
이 FC가 어떤 스펙과 기능이 있는지 한 번 살펴 보겠습니다.
- 가격: 기존 모델대비 몇 가지 개선점이 있는데도 불구하고 가격은 40$로 동일합니다.
- MPU: F4 processor를 사용했습니다.
- Gyro sensor: 자이로 센서란 중력에 대해서 어느방향으로 얼마만큼 기울어져 있는지를 알려주는 센서입니다. MPU6000이란 sensor가 달려있습니다. 기존 모델에서는 ICM20602가 달려 있었는데요. 원래 F1, F3 계열의 gyro sensor는 줄곧 MPU6000을 썼었는데, Matek에서 F405-AIO FC에 그 자이로 센서보다 더 성능이 좋다는 ICM20602를 채용한 것입니다. 그런데 이 자이로 센서가 더 성능이 좋아 민감하다보니, 오히려 너무 예민해서 문제를 일으키게 되었거든요? 그래서 CTR 버전에서는 다시 MPU6000을 사용한 것입니다.
- Barometer: BMP280이라는 바로미터(고도계)가 달려있습니다. 기존 버전에 요것이 없어서 살짝 아쉬웠는데, CTR 버전에서 고도계를 넣어주었군요. 고도계가 정밀하게 높이를 측정해 주지는 않지만 그래도 있으면 초보자들이 FPV 비행을 할때 높이 감각에 익숙하지 않은 경우 큰 도움이 됩니다.
나머지 자잘한 스펙들이 있는데, 당장 필요한 내용들은 아니라서 역시 또 생략하겠습니다.
더 싼 F4 FC들도 많은데요?
네, 많습니다. 저가의 F4 FC들이 많은데, 저의 경험은 그리 좋지 못합니다. 이것저것 사소한 문제를 일으킨 경우가 몇 번 있어서, 결국에는 돈을 조금 더 들이고 좋은 것을 쓰게 되더라고요. 뽑기에 성공해서 잘 작동하는 경우도 많긴 하지만, 서너개중 한 개 정도는 문제가 있었습니다. 예를 들면 current sensor (소모되는 전류를 측정해주는 단자)가 작동을 안한다거나 비행중 보드가 갑자기 작동을 멈추어서 보니 regulator가 탔다거나 그런 문제가 있었습니다. 사고로 이어질 수 있는 것이기에 가능한 좋은 것을 쓰기를 권장합니다.
원래 오늘 포스팅에서는 FC 설명도 조금 하고, FC에 ESC까지 달아보려고 했는데, 시간이 너무 늦은 관계로 이쯤에서 마쳐야 할 것 같습니다. 오늘 학습한 내용을 복습하면, 'FC는 비행을 제어하는 드론의 핵심 장치이다. 좋은 것을 쓰는 것이 사고의 위험을 덜고, 고장으로 인한 스트레스를 줄일 수 있다.' 정도가 되겠습니다.
재미로 지금까지의 예산을 한 번 따져볼까요? 지난번 포스팅에서 보여드린 Lumenier사의 QAV-Skitzo frame은 현재 할인 중인데 59$이고요. 오늘 소개한 Matek사의 F405-CTR은 40$입니다. 총 99$이군요. 부품값이 어느 정도 들까요? 하이엔드 부품들로만 채워나가도 부품 비용은 총 400$를 넘지는 않을 것입니다. 제 경험상 가장 비싸게 만들었던것이 한화로 39만원 정도 였던 것으로 기억합니다. 이상으로 오늘의 포스팅을 마치도록 하고요. 다음 시간에는 뭔가 좀 조립을 하는 느낌이 나도록 작업을 진행하겠습니다.
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