四轴飞行器：让PCB板飞

1、我们在制作一个非常袖珍的四轴飞行器，就用PCB作为承力结构。第一个版本被命名为疯狂直升机。它的主要特点有：STM32Cortex-M3CPU3轴加速度计1轴/2轴陀螺仪Nordic2.4GHz射频通信芯片电动机，螺旋桨和银辉（Silverlit）X翼模型飞机的电池这架直升机可以从电脑上通过USB无线适配器遥控。我们制作了三架样品（每个成员各一架），并完成了大多数的固件程序。为了达到稳定飞行的目的，还需要解决一些控制上的问题,以及完成电脑上的控制程序模块。更多的信息和实际飞行视频会在稍后公布：）第一个飞行视频这是直升机的第一段飞行影像。控制系统工作的很棒，但是它仍然过于依赖操纵者的敏捷（见视频的

2、结尾部分）。这架直升机是通过PC机上运行的Python程序控制的，我们实际上用一个游戏机的蓝牙手柄来操纵它。疯狂直升机四轴飞行器详述像承诺过的那样，我们要在这里公布疯狂直升机（也是我们第一架四轴飞行器）的更多信息。该系统的主要架构如下：瓶狂直升机控剧部分(V疯狂直升机的高层次系统图。直升机本身是围绕CPU组织起来的。CPU的任务是读取物理传感器（陀螺仪和加速度计）的测量结果，给出控制信号控制电机，让直升机保持稳定。通过一个控制反馈回路，CPU每秒能够对电机发送250次调节转速的指令。无线通信的带宽需求很低，仅仅需要发送操作命令和接受遥测数据。CPU上运行的程序可以通过无线通信更新。控制和遥测程

3、序在电脑上运行，控制程序从手柄读取输入，然后向直升机发送命令。我们也有调节直升机上控制参数的程序模块，并且会记录下传感器的测量结果，方便调整控制回路。所有这些开发工作在Windows或linux系统上完成。事实上有三个人同时在这个项目上工作,两个人在Linux上工作，剩下一个人主要使用Windows。利用自由/开源软件（FLOSS，Free/LibreandOpenSourceSoftware）许可对提高工作效率非常有帮助。我们主要使用GCC编译器编译直升机程序，GNU（GNUsNotUnix，一个包含了递归的缩写！GNULinux工程是为与可复制、修改、和重新分配的源代码一起的类Unix操作

4、系统的发展而建立的。）建立我们的工程，Mercurial（一个轻量级的分布式版本控制系统）管理我们的源代码，与直升机之间的通讯采用python/pyusb（一个python上的USB通讯软件库）。所有这些软件都能在linux和windows系统间来回无缝切换，使这个项目的管理变得容易许多。电动机之间的距离（X轴和Y轴方向）大约有8cm，整个飞行器的重量只有20g。电路板顶面的细节疯狂直升机电路板顶面细节电路板顶面包含了传感器和控制/通讯电路。JTAG/串行接口用来向处理器编程，传送debug信息。CPU是STM32Cortex-M3。时钟设定为内部振荡器64MHz。2轴X-Y陀螺仪InvenS

5、enseIDG500。它的模拟信号输出连接到CPU的模数转换器。Z轴陀螺仪InvenSenseISZ500。和X-Y陀螺一样，模拟信号输出连接到CPU的模数转换器。2.4GHz的射频通信基于Nordic的nRF24L01芯片。它实际上是一个通过SparkFun出售的带接口电路板，通过SPI端口连接到CPU。3轴加速度计是BoschSMB380O它通过I2C总线连接到CPU。电路板底面的细节疯狂直升机电路板底面细节这里没有什么特别之处，除了一小块电池通过胶带粘在电路板底面。这些电池来自一架Silverlitx-twin模型飞机，允许我们的直升机飞行4.5分钟。电池下方的电路细节电机供；电源开好3

6、.的线性稳压器充电接口5V升压电路在电池下方是供电电路和功率控制电路。充电插座连接外界的5V电源，给电池充电电源开关切换直升机的电源供应（连接器/充电电池）5V升压电路将34V的电池电压升压到5V。两个3.3V线性稳压器，从5V电压降压输出3.3V电压。数字和模拟3.3V供电电压相互独立。这是为了减少对模拟器件的噪声干扰（两个陀螺仪，设计中很重要的一部分）最后，在四个侧边正中有电动机的驱动晶体管。电能从PCB梁的顶部和底部布线传送，为电动机提供能量。值得一提的是，我们在3.3V稳压器右边放置了电池充电芯片，这是一片常用的MAX1555,它工作的很好。使用升压电路的目的在于在电池的基础上提供更加稳定的供电，在电池即将耗尽，电压开始下降时它特别有效，同时还能够减小电机驱动电路带来的噪声。但是说到底这些芯片使用2.