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Crazepony开源四轴飞行器超详细讲解(共254页pdf下载)

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Crazepony开源四轴飞行器
Crazepony项目旨在为大学生/航模爱好者/创客提供可二次开发的迷你四轴飞行器原型。我们秉承开放,?#29486;鰨?#20998;享的理念,致力将Crazepony打造成航模爱好者学习交流的软硬件?#25945;ārazepony是一个完全开源的项目,包括源代码,原理图,设计思?#36820;齲?#24182;且提供详尽的百科知识库。可以通过它学习四轴飞行器相关知识,也可以在上面进行二次开发,实现自己的创意。

Crazepony项目起源于一个孩童?#26377;《园?#33073;地心引力的梦想。在进入大学之后,终于能够把这个梦想和自己所学结合起来。到现在,Crazepony四轴飞行器已经在硬件上进行了10多次的改进,在软件,算法等方面经历了无数次的挫败和修改。

我和Crazepony的那点事儿(1)
作者:    CamelGo
很荣幸,Crazepony的第一篇博客是我来写,鉴于是第一篇,按照惯例,?#19968;?#26159;说点其他的先。

对现状的一些思考
在我们目前这个体制框架下,通过投机倒靶发家致富的人太多,而利用自?#21495;?#21147;学到的知识和工程技巧解决问题的人屈指而数,少数人占有了大多数的社会财富,而他们往往又是?#20999;?#32933;头大耳,世?#33258;?#28369;的一群人。

  当?#20999;?#22823;型通信设备垄断商和房地产?#29486;?#20204;通过资本运作和千军万马的工程密集型项目来聚敛巨额财富时,工程师的聪明才智和童年的幻想正一点点被压榨殆尽。创造力和想象力,不断屈服于自上而下的制度之?#23567;?#32780;所谓的英雄,仅仅是这?#21046;?#19994;的顶层,甚?#20102;嵌?#19981;一定懂得技术。

羡慕国外技术人员的?#30475;猓?#33267;少他们的初?#22278;?#26159;为了圈钱去做某个项目,去干某件事情,虽然最后都会因此而盈利,那是因为他们最开始的不计后果和奋?#36824;?#36523;,让他们后来得以发现这个产?#36820;?#24066;场?#22270;?#20540;。他们给我的感觉一?#26412;?#26159;:“我没有其它目?#27169;?#22240;为我爱它,所以我去做,赚不赚钱以后再说?#24065;?#35768;这个观点带有个人主观色彩和片面的地方,但?#24605;?#33267;少看起来是酱紫。


一次关于微型四轴的演讲
2011年,宾夕法尼亚大学的VIJAYKUMAR教授在TED做了一次关于四轴飞行器的演讲,这次的飞行器只有?#32456;?#22823;小,其灵巧程度令人咋舌,演讲大部分时间在科普四轴飞行的原理,到最后教授展示了他们飞行器的应用,我惊呆了!它们可以编队飞行,多个飞行器?#29486;?#25644;运物体,?#29486;?#24377;奏一首音乐,进入建筑物内部飞行一圈,然后对建筑物内部?#21344;?#32467;构建立三维模型并上位机重构等。这是让我内心难以平静的一?#38382;?#39057;。


一个关于微型四轴的开源项目Crazyflie

偶然的机会,在果壳网看到了一个叫Crazyflie的微型四轴,这一次,我的心理防线?#25442;?#24471;粉碎,因为它的开发者们看起来是跟我们年龄差不多的大学生,工作环境也是在一个类似工作室的地方,并不像宾大叫兽那么专业。他们第一版飞机是这样?#27169;?#35828;实话,稳定性和外形设计不是那么好。

这一次我被彻底点燃了,深陷其中,难以自拔,从那个时候开始?#34987;?#35201;做一个这样的小四轴,完成我童年那个对抗地心引力的小小梦想。
Crazepony四轴萌芽就我个人而言,很?#19981;?#23567;巧的电子产品,那?#33268;?#38592;虽小,五脏俱全的感觉简直棒极了要知道,把东西做大很容易,要把东西做小还要保证功能不减,这就需要耐心和体力了,仅仅是因为这样一个简单想法,促使了我去做这样一件看起来很无聊的事情。对这个飞行器的最初的构想是:机身一定是依托PCB板,大小一定不超过?#32456;疲?#36890;信一定是我们熟悉的无线解决方案,飞行体验一定要最好。同时,兼具娱乐性和开发性,让每个人都能在这里找到童年…

由于这是Crazepony的第一篇博客,写到这里就歇歇了,后续将会和大家交流一些开发过程中细节。由于?#25910;?#24037;程经验有限,前期调试过程中,走了不少弯路,很多问题考虑不够周全,还望能和各位一起?#25945;鄭?#20849;同进步。

传感器方面:

目前Crazepony采用的是最常用的MPU6050陀螺仪加速度计一体芯片,成本不超过20元,对小四轴来说,它的精?#32676;托阅?#32496;绰有余了(当我听?#21040;?#30740;室师兄用的一颗传感器裸片卖1W+时,我整个人都不好了..),MPU6050在这个价位里面几乎是占有绝对的性价比优势。首先,它将陀螺仪?#22270;?#36895;计整合在一个片上,通过IIC总线给出六个维度的ADC值;其次,芯片本身提供一个?#25353;印盜IC接口,供用户接第三方的IIC器件,一般选择是接一个电子罗盘,如HMC5883L,构成一个9轴的输出的姿态模组,现在MPU9150已经丧心病狂的把电子罗盘功能也整合在片上了,但是要买60+元;最后,这颗芯片内?#32771;?#25104;了一个DMP(Digital    Motion
Processor)处理器,这是最让我爱不释手?#20849;?#33021;寐的一个功能,直接硬件解算四元数,从某种程度上说解放了20%的主控资源

数据通信方面:
数据通信这块,也没什么特别要考虑?#27169;?#30701;距离高速通信且免费这一点要求就限制了只能选择2.4GHz这个频段,在这个频段出了很多优秀的芯片厂商。在学生时代,我用得最多是Nordic公司的NRF24L01这个系列的收发一体芯片,由于刚开始着手启动Crazepony这个项目时,我?#25442;?#36825;颗操作芯片,本着?#22870;?#30340;原则,所以很自然的选择了这颗它(后来发现国外一个团队bitcraze也用的这个系列的芯片时,还是有点小激动的,不同的是,crazyfile用的是NRF24LU1,这颗芯片在与USB的接口上要容易些)

差不多了,硬件芯片选型大概是这样。下面谈谈这期间的一些细节
(二)
一个处女座仅仅是要求机身上芯片封装统一是QFN有错么,不要再黑处女座了好么,他们活得很累的。(~.~)

机身外形:
如上一篇博客谈到到?#27169;?#25105;前前后后花了两年时间,以学习STM32这款单片为目的开始着手一个完全陌生的飞行器,从硬件到软件。可以想象,这两年我因为无知所走的弯路和画?#31995;?#30340;板子以及烧掉的生活费,加起来能换多少个菜包子和素馒头了。

机身外形的设计对我来说是最头大?#27169;?#19968;直想不到什么好的主意,最关键的是我本人是天线专业?#27169;?#25105;自以为是的把2.4G的天线露在机身外部(如图1),凸显我是学过天线设?#39057;?#30007;人。但是这?#29616;?#30772;坏了美感不说,还强烈的刺激了处女座的用户。一次偶然的机会拆了一个平板电脑,发现主板上有根长得很像电容贴片电容的元件,百?#32676;?#25165;发现,居然是一根2.4G的陶?#21830;?#32447;,这….我这四年天线专业的所学算是全部还给老师了。于是,后来再参考?#22235;彻?#21496;的某飞行器外形,压缩了天线,有了最终双曲线过度的Crazepony外形(如图2)


调试?#22870;愕目?#34385;:

在第三版之前,我都是用的stm32的SWD接口烧写调试固件代码,这?#22336;?#24335;的确比较?#22870;?#21644;?#34892;?但是有个致命的弊端就?#20999;?#35201;外接一个硕大的jlink调试器,这种设计简直太反人类了。纠结了好长时间,后来在看datasheet时发现STM32支?#33267;?#22806;一种下载模式,用串口即可完成代码的下载,不足是不能在线调试。但是相比于能简化操作的诱惑,?#19968;?#26159;决定在机身整合这样一个下载电路。(如图)
这样一来,机身和外部的有线接口就只有一根安卓手机的标配数据线mircoUSB线。它既是充电线,也是调参、烧写固件的数据线。这?#28304;?#22920;来说,想必操作也是很简单的吧


电机驱动:

由于?#25910;?#23436;全是由于一?#26234;?#28872;的爱好选择了飞行器,最开始连有刷电机和无刷电机的物理结构区别都不知道,电调又是啥?傻傻分不清楚…
从一个几乎零基础的状态去选择电机驱动芯片,弯路是必须要走?#27169;?#23398;费是必须要交的。曾以为书上学到的东西马上就能用,马上能转化为产品,后来发现真的是自?#21512;?#22810;了。最开始用的三极管作为电机驱动,采用很经典的共射电路“三极管工作在开关状态应该就行了吧??#34987;?#20102;用三极管驱动的PCB板,发现电机越转越慢,根本没劲。“也许是因为三极管扛不了大电流,好吧那我换个中功?#20351;?#21543;,集电极最大6A电流行了吧?”可以想象结果是不行的首先了解下为什么三极管作为简单的电机驱动是不可取的方案:
三极管作为一个古老的半导体先驱,它是以一个放大器件的姿态而出现?#27169;?#23427;在线性区域特性集中,饱和与截止都是两?#26088;?#31471;的工作状态,而作为电机驱动的话,我们只能选择它的这两?#26088;?#31471;工作模式
用三极管作为大电流负载的驱动管时,不得不考虑的是他自身的管压降对负载的影响,这是很?#29616;?#30340;。自身耗散越来越大,电机和管子是串联关系,电池电压只有3.7V,电机就只能越转越慢了

在晶体管家族里面还有一?#25351;?#19977;极管特性互补?#27169;?#25152;有特性?#25216;?#20013;在开关状态的晶体管,场效应管,即MOSFET。通常的场效应管完全导通时,源漏极电阻都是mΩ级别?#27169;?#21363;它自身的耗散非常小。用它做为驱动管再合适不过了。
最终选择了一个SOT23封装的,导通电压Vgs<4v的场管(SI2302),结果表现出了很好的驱动?#38405;?br />

余下完整的pdf格式文档51黑下载地址(共254页):
Crazepony开源四轴飞行器.pdf (18.3 MB, 下载?#38382;? 251)


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沙发
idgyf 发表于 2018-9-5 11:00 | 只看该作者
很好,值得推荐!!!!
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板凳
SoarWzINS 发表于 2018-10-20 21:00 | 只看该作者
楼主很厉害,初学者膜拜一下
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地板
sumissqin 发表于 2018-10-20 22:47 来自手机 | 只看该作者
学习学习
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5#
sumissqin 发表于 2018-10-20 22:47 来自手机 | 只看该作者
学习学习,看着不错
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6#
hacehi 发表于 2018-12-10 10:20 | 只看该作者
谢谢,万分感激,楼主功德无量。
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7#
jst124 发表于 2018-12-13 15:13 | 只看该作者
好东西,谢谢楼主
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8#
sqianghao 发表于 2019-4-27 20:00 | 只看该作者
很好,值得推荐!!!!
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9#
prettytank 发表于 2019-6-13 17:05 来自手机 | 只看该作者
必须顶,太棒了这个资料
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10#
Tcat 发表于 2019-6-27 01:45 | 只看该作者
收藏,收藏好不容?#33258;?#36215;来的黑币。。。。
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11#
yjdgtg 发表于 2019-7-12 22:40 | 只看该作者
必须顶,太棒了这个资料
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12#
berlin235 发表于 2019-7-13 07:41 | 只看该作者
很好,有时间慢慢看
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13#
恐怖骑士 发表于 2019-7-22 14:03 | 只看该作者
好好学习一下
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14#
powersup 发表于 2019-7-25 14:59 | 只看该作者
学习了,谢谢分享
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15#
sad520ljh 发表于 2019-9-1 15:01 | 只看该作者
太棒了,谢谢分享
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16#
kuanglf 发表于 2019-10-14 16:04 | 只看该作者
写得太好了,这是要我入坑吗
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17#
肖雄 发表于 2019-10-16 14:38 | 只看该作者
很好,学习一下!
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18#
duyi324 发表于 2019-10-23 08:48 | 只看该作者
很好,值得推荐!!!!
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19#
leyatt 发表于 2019-10-28 10:07 | 只看该作者
刚入门,先收藏了,等过阵子就开始这个学习
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20#
624050175 发表于 2019-10-29 22:59 | 只看该作者
刚入门,先收藏了,等过阵子就开始这个
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21#
WongHiuman 发表于 2019-11-9 19:50 | 只看该作者
楼主很厉害,我超级想看一下代码
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