2018년 5월 24일 목요일

완전 초보도 따라하는 하이엔드 레이싱 드론 만들기 #04 - XM+ RC receiver 연결하기 전에 RC receiver의 firmware upgrade하기

앞선 세 개의 포스팅을 되짚어 복습을 먼저 해보겠습니다. 프레임을 반조립 했고, FC에 주전원선을 달았고, FC에 네 개의 ESC를 연결했으며, 마지막으로 모터를 장착했습니다. 이제 조종기의 조종신호를 받아 FC에 전달해 주는 remote control receiver (RC receiver)를 장착할 순서입니다. 무엇을 어떤 순서로 장착할 지는 사실 제작하는 사람의 마음인데, 조립을 여러번 하다보면 자기만의 순서가 생기고, 저는 그 순서에 따라 설명을 드릴 뿐입니다. 따라서 순서는 그다지 신경 안쓰셔도 됩니다.

저는 FrSky사의 Taranis X9D plus란 조종기를 사용합니다. Receiver도 같은 회사의 것을 써야 하는데, 종류가 여러가지가 있습니다. 그 중에서도 가격, 조종거리, receiver의 무게, 사용 편의성 등등을 고려했을 때 XM+란 receiver가 제일 적당해 보입니다.


위 사진과 같이 생긴 녀석입니다. 동봉되어 있는 manual을 펴놓고 그 위에 올려놓고 찍어보았습니다. 매뉴얼에 각각의 단자 및 부분이 무엇을 뜻하는지 표시되어 있습니다. 오른쪽으로 나 있는 두 가닥의 더듬이 같은 전선 두 개가 안테나입니다. 두 개의 전선 위로 바인드 버튼이 있습니다. 바인드 버튼의 역할은 내가 사용하는 조종기와 이 receiver를 서로 바인드 즉 묶어줄 때 사용하는 버튼입니다. 바인드란 블루투스 전자제품의 페어링과 비슷한 의미로 받아들이시면 됩니다. 저 리시버에게 '오직 내 조종기의 조종신호만 들어야 해.'라고 알려주는 과정이 바인드라고 생각하시면 더 편합니다. 왼쪽 세로로 세 개의 구멍이 있는데 매뉴얼 상에 표시되기로는 SBUS, +5V, GND, 이렇게 세 개입니다. 이 세 개의 구멍 즉 단자와 FC를 연결해 주어야 할 것 같다는 막연한 생각이 드실텐데, 맞습니다. 그럼 바로 연결을 해볼까요?

잠깐, 여기서 한가지 번거롭지만 꼭 필요하고 유용한 단계를 하나 더 지나가야 합니다. 이 포스팅의 제목에서도 예상하셨겠지만, XM+ receiver의 firmware를 upgrade 해주는 작업이 필요합니다. 이유는 최신의 firmware를 update해야 RSSI라고 하는 조종기와 수신기 즉 리시버 간의 연결된 신호세기를 FC에 전달해 줄 수 있기 때문입니다. 그리고 FC에 전달된 이 값은 OSD(on screen display)라 불리는 고글 화면에서 확인이 가능합니다. 그래야만 조종을 하다가 신호가 끊어질 때까지 날려서 결국은 기체가 추락하고 급기야는 망가지고마는 불상사를 방지할 수가 있습니다.

서두가 길었는데요. 오늘 포스팅에서는 firmware upgrade만 집중적으로 다루겠습니다. 잘 따라하시도록 하고, 만약에 실수하면 엉뚱하게 조종기의 펌웨어를 망가뜨리거나, 리시버를 태워먹을 수 있으니 한 단계 한 단계 잘 따라와 주셔야 합니다. 잠깐 펌웨어라는 용어가 생소하실 수도 있는 분들을 위해 첨언을 하자면 리시버라는 물리적인 전자장치의 기능이 잘 동작할 수 있도록 해주는 리시버 안에 들어있는 프로그램입니다.

펌웨어가 소프트웨어라고 했으니 그 프로그램을 다운로드 받아야겠지요? www.frsky-rc.com으로 접속하시면 아래와 같은 홈페이지가 뜹니다. 상단 메뉴 중에서 products를 선택하고 receivers에서 또 XM series를 선택해줍니다.



아래 화면에서 XM PLUS를 선택합니다.


그리고 아래 중앙에 보이는 DOWNLOAD 버튼을 누릅니다.


펌웨어 탭을 선택하시면 아래 스샷과 같이 여러 버전의 펌웨어가 보이는데요. 가장 최신 것인 맨 위의 것을 다운로드 해줍니다.


하나의 압축 파일로 되어 있는데, FCC란 글자가 들어있는 아래 스샷의 파일이 펌웨어 업그레이드에 사용될 파일입니다. LBT라고 하는 파일들은 유럽연합의 통신법에 맞는 펌웨어입니다. 유럽에서는 무선전파의 세기나 주파수 등의 허용기준이 다르기 때문에 그렇습니다. 미국과 아시아 지역의 국가는 FCC 규정을 따르고 있으므로 세번째를 선택합니다. 원래 유럽연합의 규약은 CE라고 하는데 LBT라고 되어 있는 이유는 저도 잘 모르겠습니다. 가전제품을 보시면 FCC 및 CE 등의 기호를 볼 수 있는데, 인증마크로써 유럽연합과 미국의 전자제품 규정 및 규약을 따르는 제품이란 뜻입니다.

한가지 더 RSSI8과 RSSI16이 있는데 각각 RSSI 신호를 여덟번째, 열여섯번째 채널로 전송해 주겠다는 뜻입니다. 지금은 채널의 의미를 모르셔도 상관없습니다. 그냥 따라오시면 됩니다. 나중에 필요한 때에 다시 설명 드리겠습니다.


자 이제 이것을 어떻게 리시버에 집어넣을까요? USB 포트가 달려있는 것도 아니고 말이죠. 그 과정을 진행해 보도록 하겠습니다.



조종기의 배터리 케이스를 엽니다. 여기서 중요한 것이 저는 배터리를 3S 배터리를 사용합니다. 조종기를 살 때 기본으로 들어있는 배터리는 2S와 비슷한 전압을 가지는 Ni-Cd 충전지일 것입니다. 배터리를 원래 들어있던 Ni-Cd 배터리를 꽂아두어야 합니다. 왜냐하면 위 사진에 보면 배터리 케이스 위에 모듈 박스도 열어 두었는데 다섯개의 핀이 보일 것입니다. 그 중에 세 개의 핀을 이용하여 리시버를 조종기와 연결하여 펌웨어를 업데이트할 것입니다. 리시버에도 전원을 공급해준 상태에서 펌업이 진행되는데 3S 배터리를 연결해서 쓸 경우 리시버에 공급되는 전압이 높습니다. 3S 배터리가 내는 전압은 11.1V 정도입니다. 그런데 리시버의 매뉴얼을 다시 볼까요?


Operating voltage가 3.7V~10V까지입니다. 그래서 조종기의 배터리를 원래 2S 배터리를 꽂아야 리시버가 열을 받아 타는 것을 막을 수 있습니다. 사실은 이걸 잘 몰랐을 때 3S 배터리 꽂아 놓고도 XM+ 리시버를 잘 펌업했는데, 자칫하면 리시버를 망가뜨릴 수도 있었던 상황이었던 것이죠. 운좋게도 그런일이 일어나지 않은 것 뿐입니다. 스펙에서 제시하는 값보다 살짝 여유가 더 있는 모양입니다. 그래도 문제없이 진행하기 위해 다시 원래 들어있는 Ni-Cd 충전지를 찾아야 하는데 차기가 귀찮은 관계로 팻샥 고글 배터리가 2S 배터리이고 신기하게 팬에 꽂는 단자가 FrSky 조종기의 배터리 단자와 같습니다. 그래서 그것을 아래와 같이 임시로 꽂아줍니다. 리시버 펌업할 때만 잠시 빌려 쓰는 것입니다.


아 이런 나참 팻샥은 또 뭐고 고글은 또 뭐지? 정말 초보 분이라면 이것도 알쏭달쏭할 것입니다. 싹 다 잊으시고 그냥 조종기 살 때 들어있던 배터리를 쓰면 된다입니다. 그리고 포스팅하는 얘는 왜 3S 배터리를 쓰는 것이지? 갖가지 의문이 들 수도 있지만 그냥 잊으십시오. 그냥 조종기 디폴트 상태 그대로 쓰시면 됩니다.

제가 초보일때 인터넷을 뒤져가며 조립을 하고 할 때도 제일 어려웠던 것이 무엇이냐면 굳이 그 단계에서 몰라도 될 것들을 계속 알려주기 때문에 문제가 복잡하게 느껴지고 잘 이해가 안되었던 것 같습니다. 배터리 교체 어쩌고 저쩌고는 일단 잊으세요. 이 글을 보시는 분에게는 해당이 안될 가능성이 높습니다.

어쨌든 다시 본론으로 돌아와서 조종기와 리시버를 연결해줄 차례입니다. 아래 사진과 같이 세 개가 연달아 붙어있는 핀(리시버를 사면 들어있습니다)을 리시버에 꾹 끼워 넣습니다. 이때 납땜을 하시면 안됩니다. 다만, 세 개의 단자에 핀이 쏙 들어가서 잘 접촉되어 있는 상태가 유지되기만 하면 됩니다.


자 그 다음에는 점퍼케이블 세 가닥을 준비하는데 양 끝이 모두 암놈인 것을 준비합니다.


서로 다른 색깔의 케이블을 쓰시는 것이 좋습니다. 그 다음에는 이 점퍼케이블과 리시버를 연결해줍니다.


주의깊게 잘 봐두셔야 할 것이 있습니다. 매뉴얼의 단자이름과 거기에 연결된 점퍼케이블의 색상입니다. SBUS단자는 파란색이고, 5V 단자는 초록색, 그리고 GND 단자는 노란색입니다. 이제 이 점퍼케이블의 반대편 끝 세개를 조종기에 연결해야합니다.

조종기는 일단 꺼져있는 상태이어야하고, 자 이제부터 정말 집중! 집중! 당신은 리시버를 망가뜨릴 수도 있는 단계에 와 있습니다.


아까 색깔 기억하십니까? 조종기의 뒤 뚜껑에 있는 다섯개의 핀 중에서 아래 세개의 핀에 연결을 하는데, 리시버의 +5V는 제일 위쪽에 GND는 그 아래에, 그리고 맨 아래는 SBUS단자에 연결되어야 합니다. 연결하셨다면 한 번 더 확인하세요. 여기서 잘못되면 안됩니다. 자 이상태에서 다시한번 점검합니다. 리시버는 점퍼케이블로 조종기와 연결되어 있고 새로운 펌웨어는 현재 PC에 들어 있습니다. 앞으로 수행할 방법은 조종기로 펌웨어 파일을 넣고 조종기와 리시버가 점퍼케이블이 연결되어 있죠? 그 선을 따라 리시버에 그 펌웨어 파일을 넣어줄 껍니다. 조종기에 펌웨어 파일을 넣어보겠습니다.


위 사진과 같이 두 개의 스틱 아래에 있는 트림 스위치를 가운데로 모아 눌러준 후 조종기를 켭니다. 조종기의 펌웨어를 쓸꺼냐 EEPROM을 복구할꺼냐 그냥 나갈꺼냐 메뉴가 있고 이도 저도 아니면 그냥 USB 연결해서 저장장치로 써라 뭐 그런 내용입니다. USB 라인을 PC와 연결합니다.


USB 연결을 하면 두 개의 장치로 인식이 될텐데요. 아래와 같이 여러 개의 폴더가 보이는 장치로 들어갑니다. 그리고 FIRMWARES라는 폴더에 아까 FrSky 홈페이지에서 다운받은 파일을 복사해 넣습니다. 아래 폴더구조는 보시는 분의 것과 조금 다를 수 있습니다.



이렇게 복사해 넣고 USB 장치 제거할 때 처럼 안전하게 제거하기를 누르고 USB 라인을 뽑고, 조종기의 전원을 내립니다.

그리고 조종기를 다시 켜는데, 이때는 조종기와 리시버만 연결된 상태인거 아시죠? 그리고 이번에는 트림 버튼을 모아 누르지 않고 그냥 켜줍니다.


조종기의 메뉴버튼을 길게 누르고 있으면 위 사진과 같이 RADIO SETUP 모드로 들어갑니다. 여기에서 PAGE 버튼을 한 번만 눌러 아래 사진과 같이 SD-HC CARD가 보이게끔 합니다.


여기가 바로 아까 PC에서 USB 라인으로 연결해서 보았던 폴더들이 그대로 있습니다. FIRMWARES를 - 버튼을 눌러 내려가 선택되게끔 하고 ENT 버튼을 눌러 들어가면!


짜잔! 아까 복사해 넣은 펌웨어 파일이 보이는 군요. 역시 - 버튼을 눌러 해당 파일이 선택되어 반전되게끔 한 후에 ENT 버튼을 길게 누릅니다. 그러면 아래와 같은 창이 하나 더 떠요.


여기서 정말 중요한데 'Flash external device'를 선택하시고 END를 눌러야 합니다. 꼭! 꼭! 만일 Flash internal module을 선택하고 눌러버리면 조종기의 펌웨어가 엉뚱하게도 리시버의 펌웨어로 덮어씌여져 버릴 것입니다. 해보지는 않았지만 논리상 그렇게 되겠죠. 그럴 경우 어떤 안전장치가 되어 있어서 그런 불상사가 안일어나는지는 모르겠지만요. 그렇게 하시면 안됩니다.

Flash external device를 누르면!



Receiver에 달린 led에서 빨간불과 초록불이 번쩍번쩍 거리면서 조종기 화면에는 뭔가 진행되고 있는게 보입니다. 펌웨어를 리시버로 넣고 있는 것입니다. 완료되면,


다시 위 사진과 같은 화면으로 돌아갑니다. 성공이군요! receiver를 FC에 연결하기 전에 펌웨어를 업데이트 해주었습니다. 연결된 점퍼케이블도 빼주고 조종기도 꺼줍니다. 리시버에 꽂았던 핀도 제거를 해줍니다. 이렇게 최신 버전의 펌웨어로 업그레이드 된 리시버를 다음 포스팅에서 연결해 보도록 하겠습니다. 만일 이 리시버가 17년 3월 13일 이후에 생산된 리시버라면 당연히 최신 버전의 펌웨어로 되어 있을 것이기 때문에 오늘 포스팅의 작업을 안해도 될 것입니다. 그런데, 물건이란게 생산되서 바로 팔리는 것도 아니고 많은 재고들이 있고 그 중에 하나가 배송되기 때문에 펌웨어가 예전 것일 수도 있죠. 잘 모르겠다 싶으면 오늘 포스팅에서처럼 펌웨어를 올려주어야 합니다. 그리고 나중에라도 성능 개선을 위해 리시버의 새 펌웨어 버전이 나온다면 그 때 또 위와 같은 방법으로 업그레이드를 해주어야겠지요.

2018년 5월 22일 화요일

완전 초보도 따라하는 하이엔드 레이싱 드론 만들기 #03 - 주전원선, ESC(electronic speed controller, 변속기) 및 motor 연결하기

주 전원선 연결하기

주 전원선은 배터리와 PDB 또는 FC를 이어주는 선입니다. 이번 조립에서는 PDB를 따로 사용하지 않고 all-in-one FC를 사용하기 때문에 전원선은 FC로 직접 연결됩니다. 전선은 12, 13 또는 14 awg 규격의 전선을 사용합니다. AWG란 American Wire Guage의 줄임말로 미국 전선 규격입니다. 숫자가 낮을 수록 전선의 두께가 두꺼워지고 더 많은 전류를 흘려보낼 수 있습니다.


저는 14 AWG 규격의 전선을 사용하기로 했습니다. 전선을 적당한 길이로 잘라주고 위 사진과 같이 wire stripper로 양쪽 끝을 약 3~5mm 정도의 피복을 벗겨냅니다.


벗겨낸 피복의 전선 부분은 모두 땜납을 먹여줍니다. 350도 정도로 가열된 전기인두를 이용하고 flux가 포함된 실납을 대면서 녹이면 전선들 사이사이로 잘 녹아들어갑니다.


땜납을 먹인 후의 모습입니다. 구리선 가닥이 보이지 않을 정도로 충분히 먹여줍니다.


두 개의 주 전원선에 납을 모두 먹인 상태입니다.


이제 FC의 전원 연결 부위에도 땜납을 먹일 차례입니다. 위 사진의 상단에 +와 -로 표시된 단자가 보이는데 +에는 빨간선을 -에는 검은선을 연결해야 합니다.


위 사진과 같이 땜납을 충분히 뭍혀 두되 두 단자가 땜납에 의해 단락되지 않도록 주의해야 합니다.


빨간선을 FC의 +쪽에 얹어 놓고 인두를 대면 전선끝의 납과 단자의 납이 녹으면서 같이 엉겨붙어 단단히 붙게 됩니다. 검은 선도 위와 같이 연결을 해주고,


사이사이에 실납을 녹여가며 메꾸어 위와 같이 완성합니다.


연결한 두 전선의 끝 부분에는 XT60 단자를 연결해줘야 합니다. 단자에 +, -가 표시되어 있기 때문에 헤깔리지 않고 선을 연결할 수 있습니다.


XT60 단자에도 땜납을 먹여줍니다.


제가 가지고 있는 XT60 단자는 캡이 있는 형태로 캡을 먼저 끼워주고 단자를 연결해 줘야 합니다.


위 그림과 같이 연결을 하면 됩니다. 납이 뭍은 전선 끝을 XT60 단자에 얹어놓고 인두로 녹이면 단자에 전선이 쏘옥 잠기듯 붙게 됩니다.


XT60에 캡을 씌워주어 마무리합니다. FC 상단에 화살표가 보이는데 그것이 FC의 위쪽면서 기체의 앞을 가리키는 방향입니다. 따라서 지금 연결한 전원선은 아래쪽으로 향하는데, 기체의 아래쪽에 배터리를 둘 것이므로 그렇게 연결한 것입니다. 만일 배터리를 등에 없는 형태의 기체라면 전원선을 위쪽으로 연결합니다. 이렇게 해서 전원선 연결이 끝났습니다.

ESC 연결하기

FC에 motor를 바로 연결하지는 않습니다. FC가 모터에 바로 얼마만큼 빠르게 돌릴 지 알려줄 수가 없습니다. FC의 이런 명령을 통역해서 모터를 작동시키는 애가 필요한데 그것이 ESC입니다. 모터가 4개 이므로 네 개의 통역사가 필요한데 아래와 같은 녀석입니다. 요즘에는 all-in-one ESC라고 해서 4개가 통합되어 하나의 보드에 집적된 것도 있습니다.


ESC에 써있는 문구들을 하나하나 보면 Lumenier라는 것은 회사 이름입니다. Quadcopter의 부품을 디자인, 생산, 판매하는 회사입니다. 30A라고 하는 것은 ESC가 흘릴 수 있는 전류의 최대치입니다. Opto라고 하는 것은 신호선만 있는 ESC를 뜻하는데 기존의 ESC들은 보통 5V regulator가 부착되어 있어서 ESC에서 5V 전압을 딸 수가 있었고 그 전원을 FC의 전원으로 사용하는 경우가 많았습니다. 그러나, 그렇게 할 경우 ESC에 문제가 생기면 FC로 과전압이 걸려서 FC가 망가지기 때문에는 요즘에는 ESC에서 신호선만 FC로 연결합니다. 지금 설명한 내용은 잘 이해가 안될 수도 있는데, 이해가 안되어도 상관없습니다. 사진을 따라서 제 위치에 잘 연결하면 됩니다.


14 AWG의 선을 5~7cm 정도로 검은선, 빨간선 각각 4개씩 준비합니다. 양쪽 끝 피복을 벗겨내고 실납을 먹여둡니다.


ESC를 보면 세개의 단자가 나란히 있고 반대편에는 굵은 단자 두 개와 가운데 작은 단자가 있습니다. 굵은 단자 두 개가 있는 쪽에 전원선을 연결하고 가운데에 있는 작은 단자 중에 S 라고 표시된 단자에는 같은 길이로 20 AWG 혹은 22 AWG 정도의 얇은 선을 연결해 줍니다. 더 얇은 것을 써도 괜찮습니다. 이 노란선을 통해 FC가 ESC에 신호를 주게 됩니다. 얼마만큼 빠르게 돌릴 것인지를 알려주는 선이죠. 굵은 빨간색, 검은색 선은 모터에 전원을 공급하기 위한 선입니다.


FC에 ESC로 연결되는 전원선을 연결하는 단자가 네 귀퉁이에 있습니다. 각각 +, -로 표시되어 있습니다. 이 단자들에도 납을 먹둡니다.


위 사진과 같이 납땜을 하여 연결합니다.


이제 프레임에 한 번 얹어 볼까요? ESC는 네 개의 팔에 놓여질 것입니다.
 

FC에 damping spacer를 꽂아줍니다. 이 하늘색 댐핑 스페이서는 FC에 같이 들어 있습니다. 하얀색 긴 나일론 볼트로 프레임에 고정을 할 것인데, FC위로 한 층을 더 쌓을 것이기 때문에 긴 볼트를 썼습니다. 나중에 조립할 때 그 용도가 이해가 될 것입니다.


케이블 타이로 네 개의 ESC를 잘 고정하고 노란색 신호선은 FC의 네 귀퉁이에 있는 S라고 되어 있는 pad에 연결합니다.


모터 연결하기



모터를 연결할 차례입니다. T-motor사의 F40 v3 모터를 사용할 것입니다. 세 개의 전선을 적당한 길이로 잘라내고 피복을 벗겨 납을 먹여둡니다.



각각의 ESC에 있는 세개의 단자에도 납을 먹여둡니다.


모터를 프레임에 네 개의 볼트로 장착해 둡니다.



위 사진과 같이 세 개의 모터선을 ESC에 나란히 연결해 줍니다.


납땜한 부분에는 short가 나지 않도록 Plasti dip이라는 액체 고무를 발라둡니다. 말라붙으면 고무처럼 되는 액체인데요. 단자의 마감에 편리하게 사용 가능합니다.


오늘까지의 작업이 완성된 기체의 모습입니다. 거의 드론의 모습이 갖춰졌습니다. 여기까지 진행하면 한 1/3 정도 작업이 된 것입니다. 나머지 작업은 조종기의 receiver, camera, led, vtx를 다는 작업이 한 1/3 정도 되고, 마지막으로 Betaflight setting이 남았습니다.