制作一个四轴无人机的教程

chencui 2022-07-22 13036

军用/航空电子

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描述

本文要介绍的是一个自己就能制作的DIY四轴无人机。

我们将组装我们的无人机框架，加载电机和电调，然后，我们将通过连接我们创建的飞行控制器和无线电接收器来完成电路部分。我们将在这里使用的框架是 DJI F450 Quadcopter 框架。

除此之外，我们将使用 1400 kV 额定值的 BLDC 电机和一些螺旋桨。要记住的一件事是，每当我们将它们与 Quadcopter 一起使用时，我们都会使用两种不同类型的螺旋桨。两个螺旋桨属于一种类型，每两个螺旋桨又属于不同类型。

了解组件

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在进入装配部分之前，首先需要了解我们将使用的组件，以便更好地了解您在做什么。因此，首先从组件部分：

DJI F450 框架：我们使用的框架是四轴飞行器质量最好的框架之一。DJI F450 车架之所以如此命名，是因为它的对角轴距，即车架对角线对角端点之间的距离为 450 毫米。框架由超强材料制成，可抵抗碰撞。无人机的手臂旨在支持无人机的飞行。除此之外，还有一个集成配电板，可以轻松地在 ESC 之间分配电力，而无需为所有电调单独连接。

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螺旋桨：螺旋桨是将旋转运动转化为线性推力的装置。无人机螺旋桨通过旋转和产生气流为飞机提供升力，从而导致螺旋桨顶部和底部表面之间的压力差。您可以获得最大 3 英寸、3 英寸至 7 英寸、8 英寸至 10 英寸、11 英寸及以上的玻璃纤维螺旋桨以及螺旋桨配件。如果您想要轻量级和额外的强度，您也可以选择碳纤维螺旋桨。螺旋桨有两种类型。这些螺旋桨的叶片对齐方式有所不同，如果你比较它们，可以观察到这一点。

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BLDC 电机：无刷直流电机（也称为 BLDC 电机或 BL 电机）是一种没有电刷的电子换向直流电机。控制器向控制同步电机速度和转矩的电机绕组提供电流脉冲。这些类型的电机在广泛的速度范围内产生大量扭矩方面非常高效。在无刷电机中，永磁体围绕固定电枢旋转并克服了将电流连接到电枢的问题。无刷电机的 Kv 额定值是指每伏特转多少 RPM。BLDC 电机的 kV 额定值等于电机每 VOLT 的 RPM。因此，当施加 1 V电压时，额定电压为 1000 kV 的 BLDC 电机将以 1000 RPM 旋转，如果施加 12 V电压，电机将以 12000 RPM 旋转。

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电子速度控制器：电子速度控制器（ESC）是一种控制和调节电动机速度的电子电路。它还可以提供电机反转和动态制动。电子速度控制跟随速度参考信号并改变场效应晶体管网络的开关速率。通过调整晶体管的占空比或开关频率，可以改变电机的速度。它的一侧有两个端子，为电调供电，另一侧有三根线用于连接电机，另外三根线用于连接飞控，用于接收控制信号。使用 ESC，我们还可以提供 5V 的电源，我们将在这里进行。

组装无人机框架

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在这一步中，将完成无人机框架的组装。连同框架，电机放置及其与 ESC 的连接将完成。因此，您需要按照以下说明准备好框架：

在框架配件中，您应该已经收到了两个需要连接在框架臂之间的板。从这两个盘子中，抓住较大的一个。您会观察到板上有焊盘，上面有一些正负号。这块板是无人机的配电板。

所以现在拿起这个配电板，将框架的四个腿连接到板上并用螺丝拧紧。现在在放置第二个盘子之前，您还需要完成一些其他事情。

拿起电调，拆下连接在电调电源线上的连接器。您可以通过观察连接到该连接器的电线数量以及连接器的尺寸来识别它。取下连接器后，拿起烙铁，将电调的红线连接到带有“+”符号的焊盘，黑线连接到带有“-”符号的焊盘。

对所有四个 ESC 重复该过程，然后以类似的方式连接 LiPo 电池，但通过一个开关连接电池，您可以在需要时打开或关闭该开关。

现在，借助电缆扎带将 ESC 放置在无人机臂下，并将框架的顶板也放置好。

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连接电调后，现在您需要将电机安装到位，即无人机臂的末端，并用螺丝将它们拧紧。完成后，您将看到 BLDC 电机引出三根电线。您需要将这三根电线连接到从 ESC 出来的三根电线上。

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取电机的中间线，即黄色线，将其连接到电调的中间线。根据需要连接其余两根电线，我们稍后会对其进行调整。对所有四个电机重复相同的步骤，但记住此时不要连接螺旋桨。

至此，框架组装完成。现在在下一步中，您需要校准 ESC 并调整电机旋转方向。如何做到这一点将在下一步中具体讨论。

校准电子速度控制器

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在此步骤中，您需要校准电调。通过在此处进行校准，我们的意思是说我们将通知我们的 ESC 它将在其之间运行的最大和最小限制。电调校准是必要的，以防止一些问题，例如电机不能一起启动或某些电机的速度不是应该的。这些问题可以通过校准 ESC 来避免。这是一个非常简单的过程，对于这个过程，我们需要一些跳线、一个 Arduino UNO 和我们在最后一步中制作的无人机框架组件。您需要按照以下步骤校准您的 ESC：

在开始该过程之前，请记住一件事，在此校准过程中，您不应将螺旋桨连接到电机上。

您应该已经注意到从您的 ESC 出来的连接器连接了三根细线。这些是您需要在此步骤中使用的电线。在三根电线中，一根是红色的，一根是黑色的，一根是棕色/橙色的。

棕色线是信号线。从 ESC 上取下那根电线，并将其连接到 Arduino UNO 的数字引脚 6。同样，将其他电调的信号线连接到数字引脚7、8和9，黑线即每个电调的GND线需要连接到Arduino UNO的GND引脚。

这将完成校准的连接。要记住的一件事是，此时不要将 LiPo 电池连接到 ESC，或者如果您已通过开关将它们连接，则暂时将开关置于 OFF 状态，因为我们需要从 LiPo 向 ESC 供电ESC 在接下来的步骤中。

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现在将 Arduino UNO 连接到 PC 并在本文下方跳转至 Github 下载所需的代码及库文件。在 Github 存储库中，您将看到一个名为“ ESC_Calibrate.ino ”的文件。这是电调校准的代码。在 Arduino IDE 中打开代码。选择正确的板和 COM 端口，然后点击上传按钮。

代码上传后，打开串行监视器。在串行监视器上，您将看到程序已开始，之后将显示打开电源。此时，您需要使用锂聚合物电池为电调供电。连接锂电池后。等待两秒钟，然后按 Enter。

串口监视器将显示“电调已校准”，这意味着我们的电调已成功校准。现在要测试我们需要在串行监视器中输入从 1000 到 2000 的任何值并按回车键。这将启动电机，您将能够看到电机是否已完美校准。要停止电机，您需要发送 1000 的值并以最大速度运行电机，您需要发送 2000 的值。介于两者之间的任何值都会改变电机的速度。

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由于我们已经校准了电机，现在我们需要检查电机旋转方向是否正确。为此，您需要选择无人机的前部。一旦你决定了无人机的前部，你需要确保无人机前部的左侧电机和与之对角的电机，即在无人机后端右侧的电机无人机顺时针方向旋转，另外两个电机逆时针方向旋转。只需交换 BLDC 电机中间信号线以外的两根线，即可改变电机的旋转方向。

完成此操作后，您可以移除用于校准 ESC 的 Arduino UNO，然后继续下一步，将飞行控制器和无线电接收器连接并放置在无人机上。

将飞行控制器和无线电接收器连接到无人机

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到目前为止，我们已经组装了无人机框架并为我们的无人机校准了 ESC。现在在这一步中，我们将把我们制作的飞行控制器和无线电接收器放在无人机上，并进行最后的连接以完成无人机的设置。

首先，您需要将飞控尽可能放在中间，飞控的前端朝向无人机的前端。飞行控制器的前部可以通过 Multiwii 应用程序找到。在该应用程序中，当我们移动飞行控制器时，右侧的动画无人机会移动。因此，当动画无人机上的箭头朝向我们时，Flight Controller 面向笔记本电脑屏幕的一侧就是 Flight Controller 的正面。

现在你有了飞行控制器的前部，所以把它相应地放在无人机上。将飞行控制器放置在无人机上后，将 Arduino 接收器也放置在无人机上。现在连接飞行控制器 Arduino 的 5V 引脚，并将其连接到接收器 Arduino 的 Vin 引脚。连接两个 Arduino 的 GND 引脚。完成此连接是为了从飞行控制器上的 Arduino 向接收器上的 Arduino 供电。

电源共享连接后，我们需要将接收器的 PPM 引脚连接到飞行控制器。PPM 管脚是接收器 Arduino 的 D3 管脚，它在代码中预先声明，需要连接到飞行控制器的 Arduino 的 D2 管脚。

飞控和接收机对接后，需要将电调连接到飞控上，需要用到电调校准电调的线。将黑线（即所有电调的 GND 线）连接到飞行控制器电路的公共 GND 引脚。

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连接 GND 引脚后。将棕色线即信号线从连接到左前电机的 ESC 连接到飞行控制器的 Arduino 的 D3 引脚。同样，右前电机连接到 D10，左后电机连接到 D11，右后电机连接到 D9 引脚。这样就完成了信号连接。

现在您需要将 ESC 出来的细红线连接到 Arduino UNO 的 Vin 引脚。您只需要连接一根电线，它可以来自任何 ESC。该线用于为 ESC 能够使用的 Arduino 提供 5V 电源。

现在您需要将 LiPo 电池连接到 ESC，并将飞控 Arduino 的一个单独的 GND 引脚连接到 LiPo 电池的 GND。

这将完成无人机组装的所有连接，我们可以说我们的无人机已经准备好飞行了。在下一步中，您将了解如何启动无人机以及如何驾驶它。

启动无人机

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在这一步之前，我们一直在将无人机组装、连接和一些装置本身的的事情。但在这一步中，我们需要给我们的无人机做最后的润色并尝试让它飞起来。所以现在，您需要做的是拿起螺旋桨并将它们连接到电机上。需要有一个类型的两个螺旋桨和另一个类型的两个螺旋桨，类似类型的螺旋桨应该连接到对角相对的电机上。螺旋桨应适当拧紧，因为电机旋转非常快，螺旋桨仍有可能飞出，可能造成损坏。安装好螺旋桨后，需要打开电调的电源。这个时候就能够打开无人机了，但你可能会看到电机没有运行。

这是因为我们需要在飞行之前布防我们的无人机。布防意味着启动无人机，当无人机布防时，电机开始旋转，但速度较慢。要给无人机布防，首先我们需要给发射器上电，并确保无人机放置在一个大而开阔的空间，。正确控制它以避免任何形式的损坏，请确保无人机处于开放和空旷的空间。现在要布防无人机，你需要握住左侧操纵杆并将其带到左下方位置并保持一两秒钟。确保将其带到正确的位置，否则无人机将无法布防。一旦无人机电机开始运行，慢慢增加油门，即向上移动左操纵杆，这将增加无人机的速度，之后无人机就可以缓慢起飞了！

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通过这种方式，我们已经能够使用我们自己的四轴无人机了。根据我的个人经验，我想补充几句，那就是最好多带 2 套螺旋桨，因为这些部件在有人制造无人机时肯定会坏掉。之后，使用 LiPo 电池测试仪。当 LiPo 电池接近设定的阈值时，它会发出声音，并保护 LiPo 电池免受永久损坏，就好像电池电量低于某个值时，它会对电池造成不可逆转的损坏。仔细进行连接，并始终在万用表的帮助下仔细检查它们是否存在一些可能的短路，并且只有在确保电路中没有连接短路后才能连接电源。之前由于这个错误，我把一个 Arduino Nano 变为废物了，所以要小心。尽可能使框架稳定且无振动，因为这可能会导致无人机失衡。确保所有螺钉和螺旋桨都足够紧，以保持无人机稳定且无损坏。

最后一点，当你亲手尝试制作时，永远不要失去希望，你可能还需要付出额外的一点努力。我自己在过程中也遇到了很多问题，但尽管如此，最后我还是完成了它，也飞了起来。至此，我将结束这篇文章。享受飞行！

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