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电子产品世界 » 论坛首页 » DIY与开源设计 » 电子DIY » DIY四轴飞行器制作过程,超清晰多图!!!

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高工
2013-09-23 20:43:10     打赏
21楼
看得俺眼睛瞪得大大的,呵呵,楼主碉堡了

专家
2013-09-23 20:54:32     打赏
22楼
确实很不错    得有一些工具吧  不然硬件咋整?

菜鸟
2013-09-23 21:48:54     打赏
23楼

真牛啊!让我想起我大学时候实验室里那台了!



菜鸟
2013-09-24 09:17:54     打赏
24楼

  到这里为止,四轴飞行器的机架和遥控相关图片已贴完了,马马虎虎做了一点图片解说。机械结构对各位在座坛友达人来说,很容易看懂,我也就不多费口舌了 。

  眼下四轴飞行器机架和外围相关设备改造已大功告成,接下来到四轴的灵魂部分---飞控+电调了。为什么电调也算是四轴的灵魂部分呢?因为四轴要用的电调,还是有所不同的。各看官稍安勿躁,且听我慢慢道来。

  先说飞控的核心组成和大概原理,四轴飞行器相对于常规航模来说,最最复杂的就是电子部分了。之所以能飞行得很稳定,全拜电子控制部分的功劳。在常规固定翼飞机上,陀螺仪并非常用器件,在相对操控难度大点的直机上,如果不做自动稳定系统,也只是锁尾才用到陀螺仪。四轴飞行器与其不同的地方是必须配备陀螺仪,这是最基本要求,不然无法飞行,更谈不上飞稳了。不但要有,还得是3轴向(X、Y、Z)都得有,这是四轴飞行器的机械结构、动力组成特性决定的。在此基础上再辅以3轴加速度传感器,这6个自由度,就组成了飞行姿态稳定的基本部分,也是关键核心部分---惯性导航模块,简称IMU。飞行中的姿态感测全靠这个IMU了,可见它是整架模型的核心部件。

  再说说电调,四轴飞行器有四个桨(纯属费话:em15: ),两两相对呈十字交叉结构,在桨的转向上分正转和反转,这样可抵消模型自身的旋转。每个桨的直径很小,通常是10寸左右。四个桨转动时的离心力是分散的。不象直机的桨,只有一个能产生集中的离心力形成陀螺性质的惯性离心力,保持机身不容易很快的侧翻掉。所以通常用到的舵机控制信号更新频率很低。四轴为了能够快速反应,以应对姿态变化引起的飘移,需要高反应速度的电调,常规PPM电调的更新速度只有50Hz左右,满足不了这种控制所需要的速度,且PPM电调MCU内置PID稳速控制,能对常规航模提供顺滑的转速变化特性,用在四轴上就不合适了,四轴需要的是快速反应的电机转速变化。用高速专用电调,IIC总线接口传送控制信号,可达到每秒几百上千次的电机转速变化,在四轴飞行时,姿态时刻能够保持稳定。即使受到外力突然冲击,依旧安然无恙。

  我是个行动派+实干派,文字描述能力欠佳,读书时的那点写作文的“天份”,早就还给老师了。还是用图片说话吧,这样来得直接点。

  接下来是IIC高速电调,这个也是自已通过测试、不断完善才制作成功的。以前在另一个帖子有发过,一时找不到了。四轴飞行器的整机重量+3S锂聚电池通常在800g上下,悬停总电流最大不超过12A,分摊到每个电调上也就3~4A电流,考虑到可能出现的机身姿态大动态变化的情况,单个电调能提供25A的峰值电流已足够了。所以我做的电调只用了6个MOS管,测试过整机持续电流20A 工作20分钟,电调工作良好,这样的表现完全够四轴用了。再大的电流没条件测试了,我的直流电源只能提供到20A。

  先贴几张实验时的电调板子图片。

* 电调测试板,新西达2212A电机,KV930

 

* 全部使用N-MOS,TO-220封装

 

* 测试用的15V20A直流电源

 


菜鸟
2013-09-24 09:24:00     打赏
25楼

  下面来真的了 ,打板子做的电调,用上了电调常用的高频电解电容,以前没接触过这些东西,不晓得还有高频电容这回事

  电调板子上有条飞线,是用来测试的,正常使用中需拆除。

  1.电调板焊完正面

 

  2.电调板反面

 

  3.持续电流可达14A以上

 

  4.电调板焊完正面

 

  5.电调板反面

 

  6.电调PCB,四块一套

 


菜鸟
2013-09-24 09:29:11     打赏
26楼

  飞控板也已完工,该上上图片了。飞控板的核心就是IMU惯导模块,先贴IMU的吧。IMU由三轴陀螺仪和三轴加速度计协同组成,是整个飞控板乃至整架模型的核心,有了它才算具备飞行稳定的先天条件。为了飞行性能的提升和提高飞控实现的成功率,陀螺仪选用了MEMS工艺的LISY300AL,300度/秒感测量程,工作电压3V3,和飞控的CPU工作电压一致,用ADC采集陀螺仪的输出信号。加速度计是IIC接口的LIS3LV02DQ,每个感测轴都可设置轴滚动触发功能,用来感测飞行器姿态滚转,在飞行失控时可触发降落伞装置,使飞行器安全着陆。此功能做为备选项,暂放一边不管它,先从最简单的功能做起。限于个人能力,功能不急着搞得太多,以免目标太高对自已失去信心。

7.IMU模块PCB尺寸

 

8.IMU模块组装好的样子

 

9.这边是加速计

 


菜鸟
2013-09-24 09:34:48     打赏
27楼

  因选型的ST陀螺仪当时市场上没现货,找到一家代货公司直接从ST原厂买进,价格很贵。在抱着无限耐心中等待了漫长的两个星期后,总算是拿到了。

10.ST陀螺仪芯片

11.LISY300AL

 

12.MEMS单轴陀螺仪

 

13.LGA28封装

 

14.3轴陀螺仪,模拟轴出

 

15.3轴加速计,使用IIC接口

 


菜鸟
2013-09-24 09:42:47     打赏
28楼

  全部完工的飞控板。 板上接口共计有4路电调、1路PPM输入、2路UART通信串口,可接数传电台、GPS。另有一路可控的11V输出,用来接高亮LED发光条做夜航灯用。 蜂鸣器做操作必要的提示音用,电池低电时可通过发音提醒操作者需要着陆更换电池了。

16. 飞控板完成效果图

 

 

17. 飞控板背面。4路电调通信接口,2路UART,1路PPM。

 

  找朋友帮忙做的上位机,调试姿态使用。

18. 3轴陀螺+3轴加速计上位机

 

19. 飞控使用串口和上位机通信

 

20. 陀螺、加速计姿态

 

  到此做四轴飞行器的必备之硬件条件、工具等前期工作已全部准备完毕。剩下的就是飞控软件的编写调试了,这注定是个痛苦+辛苦+漫长+繁琐+N次不规则循环的过程,希望千万别是死循环。当然,更期待的是成功一瞬间那种无可名状的激动心情。为了成功,加油了!也请各位在座的坛友,多多支持!多多鼓励!好让我感受到,偶不素一个人在战斗。


菜鸟
2013-09-24 09:50:56     打赏
29楼

  前不久对机架和电调的位置进行了调整,把4个电调全放进了硬盘中心架的夹层里去了。以前放在外面是怕调试中万一烧了MOS管,方便更换的。试验了几个月,MOS管安然无恙。放入中心架里会美观很多。

  4个电机的线全部从尾管中穿过

 

  安装完成的样子

 

  电池挂在中心架下面,用弹力带和魔术贴固定

 

  另加了四个弹性脚架,防止过分摔机

 


菜鸟
2013-09-24 09:56:23     打赏
30楼

传个图上来吧,很多人搞不明白四轴飞行器如何能旋转飞行。要注意的是,4个桨分两组,一组正桨,一组反桨,两组桨出现转速差,那么动平衡就没了,飞行器对外呈现整体旋转力,根据正、反桨的转速不同,实现左旋右旋。

 


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