Koax Elektronik: Die 3in1 und 4in1 Einheit

Im Artikel Koax Elektronik: Grundlegendes habe ich ausgeführt, dass die Elektronik für einen Koax grundsätzlich aus den fünf Funktionsblöcken Empfänger, Gyro, Mischer, (B)ESC und BEC besteht, und die prinzipielle Funktionsweise erläutert. Ich möchte das dort gezeigte Schema nochmals kurz auflegen:

koax elektronik uebersicht coax electronic overview

In diesem Artikel hier wollen wir uns nun ansehen wie das typischerweise bei kommerziell vertriebenen Koax-Sets aussieht. Ihr wisst, die Koaxelektronik versteckt sich dort hinter den Begriffen 3in1-Einheit, 4in1-Einheit, oder manchmal gar 5in1-Einheit, aber was hat es damit auf sich?

3in1
Nun, mit dem Wissen um die fünf Blöcke ist das fürchterlich einfach. Seht euch einfach mal an wie mein Blockschaltbild für einen Koax mit ner 3in1-Einheit aussieht und vergleicht (der Sender wurde jetzt nicht wieder mit eingezeichnet):

koax elektronik coax electronic 3in1 4in1 board

Alles klar, oder?

Die 3in1 vereint die Funktionen Gyro, Mischer, ESC und BEC auf einem Board.

Warum sie dann 3in1 heißt wo es doch vier Funktionen sind weiß ich auch nicht, die BEC wird anscheinend einfach nicht mitgezählt. Es ist aber wichtig zu wissen, dass sie da ist, den sie versorgt nicht nur die ganze Elektronik der 3in1 sondern auch den Empfänger mit Strom, was mit dem kleinen roten Pfeil angedeutet ist. Ich habe hier übrigens eine ESC angedeutet und keine BESC, da es, zumindest soweit mir bekannt, keinen kommerziellen Koax mit brushless Motoren gibt. Wer genau hinsieht dem fällt auch auf, dass die Pfeilspitzen bei den Verbindungen zwischen Gyro, Mixer, und ESC fehlen. Schwarze Pfeile sollten ja den PPM-Signalfluss andeuten, und es ist klar dass wenn alle Einheiten auf einem Board integriert sind die Kommunikation auch anders gelöst sein kann. Tatsächlich wird die Gyro-Elektronik, der Mischer, und ein Teil der ESC oft durch einen einzelnen Mikrokontroller realisiert (werden wir uns unten an einem Beispiel gleich ansehen).

4in1
Kommen wir zur 4in1. Und die Preisfrage lautet, welche Funktionen sind hier zu einer Einheit zusammengefasst? Richtig, Empfänger, Gyro, Mischer, ESC und BEC :-). Ein extra Blockschaltbild spare ich mir.

Die 4in1 vereint die Funktionen Empfänger, Gyro, Mischer, ESC und BEC auf einem Board.

5in1
Und schon sind wir bei der 5in1. Welche Funktionen sind hier wohl in einer Einheit realisiert? Die Antwort lautet Empfänger, Gyro, Mischer, ESC, BEC und die beiden Nick- und Roll-Servos. 5in1-en trifft man nicht sehr häufig an, und daher würde ich diese Definition jetzt mal nicht zu endgültig nehmen, aber diese Bezeichnung hat sich halt eingebürgert. Mir ist die 5in1 nur beim Blade mCX und seinen Klonen bekannt… dort wäre es tatsächlich aber eher eine 6in1, da ja ein Lipo-Saver auch noch integriert ist… wieder eine nützliche Funktion die nicht gezählt wird… 🙂

Zusammenfassung
Bei der 3in1, 4in1, und 5in1 sind die Komponenten Gyro, Mischer, ESC, Empfänger, und Servos, in dieser Reihenfolge gezählt, sowie ein BEC in einer Einheit zusammengefasst.


Die ESky 4in1 EK2-0705B

Als ein Beispiel wie das bei einer „echten“ 4in1 aussehen kann wollen wir die ESky 4in1 für die Lama V4 mal etwas genauer unter die Lupe nehmen. Präzise gesagt handelt es sich um die „alte“ EK2-0705B, noch für 35MHz, aber auch wenn sie schon etwas veraltet ist (als ich vor 2 Jahren anfing war sie noch aktuell ;-)), ist sie trotzdem noch ziemlich repräsentativ.

4in1 Einheit
Im Bild links wurde die 4in1 „ausgewickelt“ um zu zeigen was sich innen verbirgt. Wie zu sehen besteht die 4in1 aus zwei Boards, welche über einen Stecker verbunden sind. Nun, wen mag es überraschen, das eine Board ist der Empfänger, und das Andere eine 3in1. Die Esky 4in1 lässt sich also tatsächlich in Empfänger-Board und 3in1-Board trennen, und, wer mag, kann beide Teile auch getrennt anderweitig verwenden :-). Einen ähnlichen Aufbau findet man bei einigen 4in1-en, aber natürlich nicht bei allen.

esky 4in1 overview esky 4in1 reciever board

Empfänger-Board
Im Bild oben ist rechts das Empfänger-Board gezeigt. Es geht mir hier vor allem um die Anschlüsse. Das sind die üblichen Servo-Anschlüsse wie man sie an jedem Empfänger findet, mit Masse-Versorgung-Signal (wobei Signal ein PPM-Signal ist), und wie zu erkennen gehen gerade die Throttle und Rudder Signale zur 3in1. Umgekehrt hat der Empfänger keine eigene Stromversorgung, und wird vom 3in1-Board versorgt.

Wer sich an dieser Stelle nun wundert, dass es mehr als nur 4 Anschlüsse gibt, und daraus schließt, dass es sich möglicherweise nicht um einen 4-Kanal sondern einen 7-Kanal-Empfänger handeln könnte, nun, dem sei gesagt, genau so ist es… (siehe hier)

3in1-Board
Zu guter Letzt ist im folgenden Bild das 3in1-Board von beiden Seiten ausführlich dargestellt. Mit den verschiedenen farbigen Rahmen habe ich die einzelnen Funktionsblöcke markiert. Der rote Block im vorderen Teil (oben) umfasst das elektronische Bauteil welches die BEC bildet (ein sogenannter linearer Spannungsregel). Der Kondensator und das Bead auf der anderen Seite gehören auch noch dazu. Pink ist der Gyro-Sensor markiert. Es handelt sich hier um den weit verbreiteten Piezo-Sensor von Murata, ENC-03 (Datenblatt). Mit blau ist der Analogteil umrahmt welcher zusammen mit dem Mikrokontroller (cyan) die Elektronik des Gyros bildet. Grün markiert die Ausgangstufen der ESCs für die beiden Motoren (jeweils ein Fet und eine Freilaufdiode) , deren Steuerung ebenfalls vom Mikrocontroller (cyan) übernommen wird. Bleibt der Mischer, der vollständig vom Mikrocontroller (cyan) realisiert wird.

esky 4in1 3in1 board

Wie oben schon angedeutet, übernimmt der Mikrokontroller mehrere Aufgaben bzw Teilaufgaben gleichzeitig, d.h., Gyro, Mischer, und ESC sind bei diesem 3in1-Board nicht wirklich vollständig voneinander getrennt. Wäre ja auch unsinnig drei Mikrokontroller einzusetzen. Lustig ist, wenn man sich mal daran gewöhnt hat wie die einzelnen Blöcke als elektronische Schaltung aussehen, dann lassen sie sich (im Regelfall) ohne Mühe auch bei einer unbekannten 3in1 o. 4in1 ausmachen. Es schaut halt oft einfach sehr ähnlich wie im Bild gezeigt aus. Das 3in1-Board der Blade CX 4in1-Einheit EFLH1024 ist z.B. praktisch identisch aufgebaut (siehe z.B. hier).

Übrigens, wenn es interessiert, der Schaltplan der gezeigten Esky 4in1 wurde von Marek bei RCGroups hier entziffert (Schaltplan direkt als .pdf, Quelle: Marek Lewandowski, MarekLev@RCGroups).

So, das war’s so weit. Eine Bemerkung vielleicht noch. Die „Szene“ scheint mit dem Aufkommen der kleinen und billigen mehr-achsigen MEMS Gyroskope gerade im Umbruch zu sein. Mit diesen lassen sich relativ kostengünstig gleich vollständige Flybarless-Steuerungen realisieren, und tatsächlich gibt es ja erste Flybarless-Koax . Gut möglich also, dass die Geschichte mit der 3in1 und 4in1 und dem ganzen Drumherum in wenigen Jahren Vergangenheit ist. 🙂

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3 Kommentare

  1. Rolf sagt:

    Hallo,
    habe ein 2 Kanal-Flugzeug mit Höhen- und Seitenruder. Motorsteuerung an/aus über Kippschalter an der Funke. Ich möchte den alten FM 2 Kanal-Empfänger durch diesen E-sky 4in1 Empfänger ersetzen um zusätzlich die Motordrehzahl steuern zu können ? Ist das möglich und wenn ja wie müsste ich was anschließen? Bräuchte ich evtl. noch einen Regler ?

    Grüsse aus der Westpfalz

    Rolf

  2. Stefan sagt:

    Hallo,

    ich würde gerne nur das 3in1-Board benutzen und es wie einen Servo ansteuern, wenn ich jedoch an die Throttle bzw Ruder Pins ein PWM-Signal anlegen, und den Akku anschließe blinkt die LED 3x und danach blinkt sie abwechselnd rot/grün.

    Kannst du mir da evtl weiterhelfen?

    Gruß Stefan

    • OlliW sagt:

      Hallo Stefan,
      mir ist zwar nicht ganz klar was genau du machen willst, aber zumindest bei der ESky 3in1 ist es so, dass das PWM Signal an Throttle und Ruder zeitlich genau hintereinander kommen müssen… ich weis nicht mehr wie rum und habe auch gerade keinen passenden Link parat, aber eine Suche, z.B. bei rcline forum, evtl unter Impuls Shifter, sollte einen Post mit der genauen Info liefern.
      Cheers, Olli

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