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小型四軸飛行器-硬體篇

為了組起大台的飛行器,我決定校訪流言終結名言: 
    傑米我們先從小規模開始實驗起吧~~~~
看遍了各大高手的組裝文章,可以知道一台大型的飛行器大製需要如下硬體
1,機架
2.馬達
3.電調
4.飛控板
5.電池
6.遙控接收器與發射器


小四軸在硬體的選用上飛常重要的一點在於重量,看了一些大大的文章,他們說一個716空心杯約10g升力,四個頂多40g,所以整體重量如果大於40g 那大概就飛不起來!! 
這次也有點挑戰最低規格玩法所以預計如下。


1.機架,聽說吸管是最輕的選擇,比碳纖維還要輕,有些小四軸是直接洗板當成支架,洗板子太貴了,又花時間,所以暫定冰棒棍,或是吸管(珍珠奶茶)。

2.馬達 ,預計選用720 or 820 空心杯,便宜者得。
3.電調

由於小四軸不需要電調,空心杯的電機也只有正負,所以透過簡單的FET驅動就可以,
目前網路搜集起來有兩個候選, SI2302 這個很多推 ,
http://tieba.baidu.com/p/3237451666
http://bbs.mx3g.com/thread-428560-1-1.html D10N05 SMD國外網站有教學電路圖
http://www.circuitmagic.com/arduino/run-small-brushed-motor-for-mini-quadcopter/
http://jingtaozf.gitbooks.io/crazepony-gitbook/content/wiki/motor-control-ic.html

4.飛控板
飛控板也是這次我們主要玩的重點,我們選用MWC的系統,下次來一篇介紹幾個大系統,
選用MWC是因為他可以使用便宜的 Arduino pro min就可以跑,決定先用他來入門看看,順便學習ARDUINO。 所以我們需要一片Arduino Pro Mini板 + 六軸感測器(傳感器),MPU6050看起來挺適合我們的,找價格便宜也洗板的,只要接上幾條線就可以溝通。


5.電池
目前選用 3.7V 鋰電池20C小電池,什麼是20C, 什麼是20C這與手機電池有什麼不一樣,
C這個單位 
http://www.skycastle-rc.com.tw/article.php?id=39 這個網址有詳細介紹
,簡單來說就是放電倍率 = 容量 * C
以上圖來說,這個電池,就是 350mah * 25  = 8.75A ,瞬間放電可以放出這麼大的電流,
再高也放不上去,電池也有危險。 所以要選用模型專用的鋰電池,這裡需要注意注意
鋰電池一般通常為3.7V,大部分都是這個電壓,但是並不代表他永遠都是3.7V,充飽電的時候高於3.7 可能會到 3.8~ 4.2V  ,當馬達啟動重載放電時,電壓會一直往下掉,當電量低的時候電壓根著偏低,如果讓電池低於3.3V的時候最後立刻停止飛行, 因為電池過度放電會導致永久損毀,膨脹,嚴重燃燒,爆炸。 
由於鋰電池有著顯著的危險性,所以購買時,不要貪便宜,確保自身安全,
於大飛機上,通常有兩種做法保護電池:
1.將電池裝於遙控發射器上,遙控發射器通常都內建電池監測功能,會將電池容量傳回遙控 器,遙控器會適時的提醒玩家。
2.安裝警報器,"電池警報器" 一個小小的裝置,裝於電池上,當電持低於設定電壓的時候,就會BB叫,且很大聲。

小飛機上我們沒有遙控器,也不會裝警報器,因為太重,所以我們直接將電池接到ARDUINO的IO腳,偵測類比訊號,然後由藍牙模組傳訊息回手機,來確保電池安全。



6.遙控接收器與發射器
這裡我們選用藍牙 4.0BLE 透過UART 與ARDUINO溝通, 來代替遙控器,當成控制的接收器,遙控器則使用手機來遙控,由於BLE藍牙需要ANDROID4.3以上,所以手機比需要有4.3以上的系統才能支援。

話說為什麼是BLE bluetooth4.0 因為APPLE 的所有外接裝置都要通過認證,MFI(Made for iphone) 這個認證錢錢可是不少,但是有一天APPLE忽然被市場壓的弄出這個例外,就是BLE4.0的藍牙裝置,可以不用MFI就可以通訊,所以使用了BLE 就可以IPHONE ANDROID雙吃。

好了這些都決定了之後,就是一一把這些零件買齊,然後開始動手。
2015/08/05








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使用藍牙BLE 讓iphone android 連接樹莓派3 raspberry pi 3

Raspberry PI 3 終於內建藍牙與網路晶片
這個晶片有點強大,可以同時讓Wifi 與 BLE 和 SPP (RF Com) 同時繁忙通訊都沒有問題。
Raspberry PI 如果是當成藍牙Client 連結身邊的BLE裝置,例如ibeancon、智慧手環、智慧手錶,那只要使用簡單hcitool搭配hciconfig 指令就可以達到將資料要回來,在網路關鍵字一下就可以找到如何使用hcitool 連線並要得資料。
     手機要與Raspberry PI連線的方法可以透過,wifi 或是藍牙,但是操作上使用藍牙比較直覺與簡易。但是要讓手機連線Raspberry PI,Raspberry PI上就需要將藍牙裝置當成Server,這件事情就需要一些程式碼上的撰寫。
    現在的文件說到關於如何將Raspberry PI藍牙裝置當成Server的文章並不太多,開發上總感覺困難重重,我也是在這裡停滯了好多天,不斷的搜尋解決方法,因為通起來了,資料來自網路所以也回饋給網路,讓下一個使用者減少這類問題的負擔。 不過目前這個方法未來開發資源越來越齊備可能不敷使用,但至少現在是可用的備案。
    網路上搜尋之後,整體套件如下
藍牙硬體<== BlueZ <== Nodejs(Bleno) <== Node Ble <== Node Socket  <==你的程式

我們發現藍牙要動起來通常會倚賴BlueZ的套件,好在的是最新的版作業系統已經將BlueZ提升到5.23,支援BLE了。 所以安裝BlueZ套件這件事情就可以省略。
       接著安裝Node環境 ,
http://blog.itist.tw/2016/04/using-raspberry-pi-3-to-build-eddystone-beacons-with-raspbian-jessie.html
於這篇網址提到安裝Node的快速方法,如果隨著時間推移太舊或是失效,在搜尋一下如何安裝Node即可解決。
題外話:Linux上開發要有所體悟,所有的架構都是在變動的,隨著版本的變動舊的API可能就會改變或是失效,期待不變與或是統一開發方式都是不太切合實際的想法,畢竟這不是linux的核心價值也不是在這一塊領域玩樂的人的想法,但多數的答案都可以在GOOGLE一下就可以順利解決(苦笑)。

四軸飛行器:飛控板DIY

最近我有時會問自己為什麼要從Arduino 開始弄非控板,而不去買已經整體弄好的Multiwii 非控板,其實主要是自己組裝出來的樂趣,學習過程中嘗試透過各種資源與方法解決問題的能力,其實MAKER的資源很多,但怎麼應用這些資源裁示值得學習的,凌爸學習東西喜歡直接做,做的過程當中,自然就會了解WHY與HOW,這遠比看書學習的效果高上很多。

零件陸陸續續一包一包來了,發現郵費比零件貴太多~~~~@@,今天先把非控板黏在冰棒棍上,如下


正面  背面
上至下分別是 Arduino Nano,MPU6050(GY521),藍芽模組(4.0),至於固定的方式目前只是用一條雙面膠讓他們黏在上面,因為我還在考慮是否使用藍芽模組4.0還是2.1 ,2.1的好處是ARDUINO的燒錄與調適可以直接透過藍牙,如果是使用4.0就只能飛行與設定,不能燒入Arduino,但是藍牙4.0的優點是iphone 也可以控制,所以目前就先黏上藍牙4.0。

第一步 先讓Arduino 與 GY521通訊起來,這樣的開始就會特別有感覺,由於想要呈現比較高質感的電路圖,發現一套很棒的軟體 http://fritzing.org/home/ fritzing這一套電路圖軟體居然是OPEN SOURCE的,且畫出來的畫面很棒又簡單,也推薦給妳試試看,其實我蠻害怕畫電路圖的因為PROTEL太龐大了,我又不是本科系的所以電路圖對我來說太恐怖, fritzing玩起來像是玩具一樣,完全消除我心中的恐懼感。真是太感謝了,也學習到快速畫電路圖的技巧。





GY521與ARDUINO的通訊很簡單,透過I2C的連線方式即可,其實我並不太知道I2C是什麼,但是維基百科說(https://zh.wikipedia.org/zh-tw/I%C2%B2C),他是一種並聯通訊,所以我們ARDUINO上的SCL、SDA,連結到裝置的SCL、SDA之間就可以透過I2C資料傳遞。由圖可以
知道
A5 是SCL A4 是SDA
圖片網址
http://www.pighixxx.com/test/portfolio-items/nano/


連接圖如下

A5 是SCL A4 是SDA 電源 5V 與接地 然後還有一個INT 我還沒搞懂。先這樣焊接了。
這是焊接之後的樣子,果然焊接的功夫不太好。

接著燒錄軟體,燒錄軟體於下一次說明,今天先介紹硬體與機構…

小四軸飛行器:驅動馬達

等待陀螺儀的這段時間馬達先來了,所以我們開始測試馬達驅動系統飛行器的馬達是透過Arduino發出PWM訊號,傳送給驅動器(小型為MOS FET,大型為電調)控制馬達的轉速,達到控制飛行器。為了測試我們的驅動電路,我們先寫一個簡單的PWM控制,讓PWM輸出值越來越大,到大極限的時候,又慢慢地變小,如果我們的驅動電路可以正常運作時我們應該可以聽到馬達的聲音漸漸地變大,然後漸漸地變小。
測試馬達之前我們先學習Arduino的PWM,學習的過程當中我參考了下面的網站
http://coopermaa2nd.blogspot.tw/2011/07/6-pwm.html http://coopermaa2nd.blogspot.tw/2011/07/61-pwm-modes-part1.html 感謝Cooper Maa。



一開始我們先使用一個LED正腳接再PWM Nano的D3,然後負腳接到GND,接著寫讓PWM變大變小的程式 然後又找到如下網站 葉難:Arduino練習:呼吸燈 http://yehnan.blogspot.tw/2012/02/arduino_16.html
使用網站上的程式碼,我們可以看到燈慢慢亮起來,又慢慢的暗下去, 如果看到這樣的結果代表我們的PWM範例程是可以動作。

當呼吸燈完成了,代表我們的程式碼是沒有問題的(如果有問題就是電路的問題),接下來只要把LED腳換成馬達控制腳,就可以測試我們的驅動。
查詢了一下SI2302,由下表可以知道為什麼選用這個IC ,這張表是在某個賣場抓到的 http://taiwan.tmall.com/item/20689248199.htm?