Najprostszy obwód drona quadkoptera

W tym poście omówimy podstawy montażu kadłuba quadkoptera za pomocą aluminiowych rur i śrub, w dalszej części artykułu omówimy również prosty obwód drona, który można by wykorzystać do latania małym zespołem drona bez uzależnienia od skomplikowanych mikrokontrolerów.

Quadkopter jest prawdopodobnie najprostszą maszyną latającą wymagającą minimalnej dokładności aerodynamicznej i komplikacji, dlatego nie jest zaskoczeniem, że może zyskać ogromną popularność wśród różnych hobbystów, którzy z powodzeniem mogliby go zbudować ... maszyna, którą mogliby latać kontrola według własnej woli.

Dynamika quadkoptera

To, że dron quadkopter jest najprostszy pod względem technicznym i dynamicznym, to tak naprawdę zasługa 4 śmigieł i wyważonej konstrukcji ramy, które pozwalają maszynie latać z relatywnie dobrą równowagą nawet w trudnych warunkach klimatycznych.

Ale prostota oznacza również, że system może nie być tak wydajny, jak konwencjonalne modele samolotów i śmigłowców, które są misternie zaprojektowane, aby wykazywać ekstremalną wydajność pod względem prędkości i zużycia paliwa oraz oczywiście nośności ... wszystko to może być zasadniczo brak typowego systemu quadkoptera.

Niemniej jednak, jeśli chodzi o projekt hobbystyczny, ta maszyna staje się idealnym wyborem dla większości entuzjastów, którzy uważają, że bardzo zabawne i intrygujące jest zbudowanie własnej latającej maszyny w domu, która ostatecznie `` słucha '' i leci w dowolnym kierunku. użytkownik woli go przenieść.

Jednak dla nowego gracza, który może nie być tak poinformowany technicznie, nawet ta prosta maszyna może być niezwykle trudna do zrozumienia, po prostu dlatego, że większość powiązanych informacji prezentowanych na wielu stronach internetowych nie omawia tej koncepcji klarownie i w `` języku '', który może pasować laikowi.

Ten artykuł został napisany specjalnie dla tych niezbyt technicznych ludzi, którzy są zainteresowani zbudowaniem wspaniałej maszyny latającej, ale uważają, że temat jest zbyt trudny do strawienia.

Dlaczego Quadcoptery są dziś tak łatwe do zbudowania

Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego quadcoptery i drony są tak łatwe do zbudowania w dzisiejszym świecie i być może wcześniej było to niemożliwe przy użyciu energii elektrycznej?

Zasadniczo jest to spowodowane rozwojem i ulepszeniem akumulatorów litowo-jonowych. Są to niezwykle wydajne dostępne obecnie akumulatory, które oferują imponujący stosunek mocy do masy. Wraz z tym wynalezienie silników BLDC i wysoce wyrafinowanych silników z magnesami trwałymi również przyczyniło się do ułatwienia budowy dronów.

Akumulator litowo-jonowy jest w stanie zapewnić niesamowitą ilość momentu obrotowego na silnikach, która staje się wystarczająca, aby wypchnąć jednostkę quadkoptera na dużą wysokość nad ziemią w ciągu kilku sekund, a także pozwala jej pozostać w powietrzu przez długi czas, dzięki czemu wykonanie bardzo wydajne i przydatne.

Jak leci quadkopter

Przejdźmy teraz we właściwy sposób i zrozummy, jakie są podstawowe rzeczy potrzebne do pomyślnego latania quadkoptera. Oto podstawy, dzięki którym maszyna będzie latać płynnie:

1) Zasadniczo maszyna wymaga mocnego i mocnego korpusu, ale niezwykle lekkiego. Można to wykonać lub zmontować za pomocą pustych kwadratowych aluminiowych rur wytłaczanych, odpowiednio wiercąc otwory i mocując ramę za pomocą nakrętek i śrub.

2) Konstrukcja powinna mieć postać idealnego „+” lub idealnego „x”, nie robi to różnicy, o ile kąt pomiędzy „krzyżującymi się” rurami wynosi po 90 stopni.

Podstawowe elementy potrzebne do skonstruowania quadkoptera widać na poniższym obrazku:

Symulacja montażu części

Poniższa, przybliżona animowana symulacja pokazuje, jak złożyć razem pokazane powyżej elementy:

Jak skonstruować ramy Quadcoptera

Aluminium do ramy `` + '' można uzyskać, odpowiednio docinając i dopasowując gotowe rury aluminiowe do wytłaczania, jak pokazano poniżej:

Rozmiar ramy jest względny i dlatego nie ma decydującego znaczenia, można zbudować szeroką ramę z szeroko rozstawionymi silnikami lub zbudować raczej zwartą konstrukcję ramy, w której silniki nie są zbyt szeroko rozstawione ... chociaż należy upewnić się, że śmigła są daleko od siebie, aby umożliwić lepszą równowagę i równowagę.

3) Konstrukcja ramy „+” musi być wyposażona w kwadratową platformę w części środkowej, gdzie ramiona ramy stykają się i krzyżują. Może to być po prostu dobrze wypolerowana płyta aluminiowa o odpowiednich wymiarach, aby wygodnie pomieścić całą niezbędną elektronikę i okablowanie.

Tak więc ta centralna płyta lub platforma jest zasadniczo wymagana do zainstalowania i umieszczenia elektroniki systemu, który byłby ostatecznie odpowiedzialny za sterowanie quadkopterem.

4) Po wykonaniu powyższego szkieletu silniki muszą zostać zamocowane w poprzek końców poprzeczek, jak pokazano na powyższych rysunkach.

5) Nie trzeba dodawać, że wszystkie prace związane z dopasowywaniem muszą być wykonane z najwyższą dokładnością i idealnym wyrównaniem, może to wymagać współpracy doświadczonego producenta.

Ponieważ wszystko w projekcie jest w parach, dokładne wyrównanie elementów nie będzie w rzeczywistości zbyt trudne, chodzi tylko o dobranie i dopasowanie par z jak największym podobieństwem, co z kolei zapewni maksymalny poziom równowagi, równowagi i synchronizacji dla systemu.

Po zbudowaniu szkieletu nadszedł czas na zintegrowanie obwodów elektronicznych z odpowiednimi silnikami. Należy to zrobić zgodnie z instrukcjami zawartymi w instrukcji obsługi obwodu.

Płytki drukowane mogą być zamontowane na dolnej stronie płyty centralnej w odpowiedniej obudowie lub nad płytą, ponownie z odpowiednią szafką do jej szczelnego zamknięcia.

Zrozumienie kierunku obrotów śmigieł

Analiza kierunku obrotu śrub napędowych silnika dla zrównoważonego podnoszenia:

Odnosząc się do powyższej animowanej symulacji, kierunek obrotów śrub napędowych silnika należy ustawić w następujący sposób:

Po prostu musi być takie, aby silniki na końcach jednego pręta były identyczne, ale różniły się od kierunku silnika drugiego pręta, co oznacza, że ​​jeśli jeden pręt ma silniki obracające się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, wówczas silniki na końcach drugiego uzupełniają się wędka musi być dostrojona, aby obracać się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. kierunek.

Zapoznaj się z powyższą symulacją, aby poprawnie zrozumieć przeciwny ruch silników, który może być potrzebny do przypisania do silników w celu zapewnienia zrównoważonego ujęcia

Jak kontrolować kierunek quadkoptera, kontrolując prędkość silników.

Tak, kierunek lotu quadkoptera można dostosować i kontrolować zgodnie z własnym życzeniem i wolą, po prostu stosując różne prędkości (obr./min) do odpowiednich silników.

Poniższe obrazy pokazują, w jaki sposób można zastosować podstawowe przeniesienie prędkości do odpowiednich silników w celu uzyskania i wykonania dowolnego pożądanego kierunku lotu do maszyny:

Jak wskazano na powyższych wykresach, poprzez odpowiednie zmniejszenie prędkości zespołu silników lub zwiększenie prędkości przeciwnego zespołu silników lub dostosowanie prędkości zgodnie z własnymi preferencjami, quadkopter może poruszać się w powietrzu w dowolnym pożądany konkretny kierunek.

Powyższe obrazy wskazują podstawowe kierunki, takie jak do przodu, do tyłu, w prawo, w lewo itd., Jednak każdy inny nieparzysty kierunek można również skutecznie zrealizować poprzez odpowiednie dostosowanie prędkości odpowiednich silników lub może to być tylko pojedynczy silnik.

Na przykład, aby zmusić maszynę do lotu w kierunku N / W, można zwiększyć prędkość tylko silnika S / E, a aby umożliwić maszynie lot w kierunku N / E, prędkość S / E Silnik W można zwiększyć ... i tak dalej. Trzeba ją tylko ćwiczyć, aż pełna kontrola nad quadkopterem stanie się osiągalna i opanowana przez użytkownika.

Projektowanie praktycznego quadkoptera

Do tej pory poznaliśmy podstawową konstrukcję korpusu i osprzętu drona, teraz nauczmy się jak szybko i tanio wykonać quadkopter lub obwód drona z bardzo zwyczajnych komponentów. W jednym z moich wcześniejszych postów dowiedzieliśmy się, jak wykonać stosunkowo złożoną, a tym samym wydajną maszynę latającą quadkoptera bez użycia mikrokontrolera, aby uzyskać więcej informacji, przejdź do następujących postów:

Obwód zdalnego sterowania bez MCU | Obwód elektryczny

W niniejszym artykule staramy się znacznie uprościć powyższą konstrukcję poprzez wyeliminowanie silników bezszczotkowych i zastąpienie ich silnikami szczotkowymi, a co za tym idzie umożliwienie pozbycia się kompleksu Moduł obwodu sterownika BLDC .

Ponieważ szczegóły konstrukcji mechanicznej quadkoptera zostały już obszernie omówione powyżej, zajmiemy się tylko częścią projektowania obwodu i dowiemy się, jak można go zbudować do latania proponowanym najprostszym obwodem drona.

Jak wspomniano wcześniej, ten prosty quadkopter wymaga tylko podstawowych modułów zdalnego sterowania RF, jak pokazano na poniższym przykładowym obrazku:

Będziesz musiał kup te moduły RF z dowolnego sklepu internetowego lub lokalnego sprzedawcy części elektronicznych:

Oprócz wyżej wymienionych Moduły pilotów RF Wymagane będą również 4 szczotkowane silniki z magnesami trwałymi, które faktycznie stanowią serce drona. Może być taki, jak określono na poniższym obrazku z podanymi opisami lub inny podobny, zgodnie z wymaganymi specyfikacjami użytkownika:

Specyfikacje elektryczne silnika:

• 6 V = napięcie robocze (szczytowe 12 V)
• 200mA = prąd roboczy
• 10000 = RPM

Lista części

• 1K, 10K 1/4 wata = 1 każdy
• Kondensator 1uF / 25V = 1 nr
• Preset 10K lub 5K = 1no
• Rx = 5-watowy rezystor drutowy, wartość do potwierdzenia eksperymentalnie.
• IC 555 = 1 nr
• 1N4148 Diody = 2nos
• IRF9540 Mosfet = 1 nr
• Typ szczotkowanego silnika 6V = 4nos
• Elastyczne przewody, lutowie, topniki itp.
• Płytka drukowana ogólnego przeznaczenia do montażu powyższych części
• 4-kanałowy moduł zdalnego sterowania RF, jak pokazano na odpowiednich ilustracjach.
• Aluminiowe kanały, śruby, nakrętki, płytki itp., Jak wyjaśniono w artykule.
• Bateria, jak pokazano poniżej:

Jak skonfigurować odbiornik zdalnego sterowania z silnikami

Przed zrozumieniem, jak skonfigurować odbiornik zdalnego sterowania z silnikami quadkoptera, ważne byłoby nauczenie się, jak należy regulować lub wyrównywać prędkości silnika, aby generować wymagane ruchy w lewo, w prawo, do przodu i do tyłu.

Przede wszystkim istnieją dwa sposoby włączenia quadkoptera do poruszania się, które znajdują się w trybach „+” i „x”. W naszym projekcie wykorzystujemy podstawowy tryb ruchu `` + '' naszego drona, jak pokazano na poniższym schemacie:

Odnosząc się do powyższego schematu, zdajemy sobie sprawę, że wystarczy odpowiednio zwiększyć prędkości odpowiednich silników, aby wykonać pożądane manewry kierunkowe na dronie.

Ten wzrost prędkości można wymusić, konfigurując przekaźniki zdalnego sterowania zgodnie z poniższym schematem połączeń. Na poniższym schemacie widzimy plik Obwód IC 555 PWM połączone przewodowo z 4 przekaźnikami modułu odbiornika zdalnego sterowania z 6 przekaźników (1 przekaźnik jest nieużywany i można go po prostu wyjąć, aby zmniejszyć przestrzeń i wagę).

Regulacja PWM

Jak widać na schemacie, zasilanie PWM jest połączone ze wszystkimi stykami N / C przekaźników, co oznacza, że ​​normalnie quadkopter unosiłby się w tym jednolitym i równym zasilaniu PWM, którego cykl pracy można wstępnie dostosować tak, że quadkopter jest w stanie osiągnąć prawidłową określoną wielkość ciągu i wysokość.

Można to poeksperymentować, odpowiednio dostosowując pokazany potencjometr PWM.

Jak skonfigurować kontakty przekaźnika

Styki N / O przekaźników można zobaczyć bezpośrednio połączone z dodatnim zasilaniem, więc po każdym naciśnięciu odpowiedniego przycisku na pilocie zdalnego nadajnika, odpowiedni przekaźnik jest aktywowany w module odbiornika, co z kolei umożliwia odpowiedniemu silnikowi uzyskanie pełne zasilanie 12V z akumulatora.

Powyższa operacja pozwala aktywowanemu silnikowi na uzyskanie większej prędkości niż reszta silników, co pozwala quadkopterowi poruszać się w określonym kierunku.

Gdy tylko przycisk pilota zostanie zwolniony, dron natychmiast zatrzymuje się i kontynuuje zawisanie w trybie ciągłym.

Podobnie, inne ruchy kierunkowe można po prostu uzyskać, naciskając inne przypisane przyciski na pilocie.

Najwyższy przekaźnik zapewnia bezpieczne lądowanie maszyny, odbywa się to poprzez dodanie szeregowo opornika obniżającego prąd ze stykiem N / O pokazanego przekaźnika.

Tę wartość rezystora należy obliczyć w drodze pewnych eksperymentów, tak aby quadkopter unosił się na wysokości kilku stóp nad ziemią, ilekroć rezystor jest przełączany przez podłączony przekaźnik.

Schemat obwodu

Przedstawione przekaźniki są częścią odbiornika modułu RF, którego styki są początkowo niepodłączone (domyślnie puste) i należy je okablować zgodnie z powyższym schematem.

Zdalny odbiornik radiowy ma być zainstalowany wewnątrz quadkoptera, a jego przekaźniki są połączone z odpowiednimi silnikami i bateriami zgodnie z powyższym układem.

Widać kilka złączy (w kolorze zielonym), które mogą niepotrzebnie obciążać drona. Możesz je wszystkie usunąć, aby zmniejszyć wagę, i podłączyć odpowiednie przewody bezpośrednio do PCB przez lutowanie.

Jak porusza się dron:

Jak wyjaśniono w powyższej dyskusji, po naciśnięciu określonego przycisku zdalnego sterowania uruchamia on odpowiedni przekaźnik modułu quadkoptera, powodując szybszy ruch odpowiedniego silnika.

Ta operacja z kolei zmusza maszynę do ruchu w kierunku przeciwnym do silnika, który jest przełączany, aby obracać się z większą prędkością obrotową.

Na przykład zwiększenie prędkości silnika południowego powoduje, że maszyna porusza się na północ, zwiększenie silnika północnego powoduje, że porusza się ona na południe, podobnie zwiększenie prędkości silnika na wschód powoduje, że porusza się on na zachód i odwrotnie.

Co ciekawe, zwiększenie silników południe / wschód umożliwia quadkopterowi poruszanie się w kierunku przeciwnym na północ / zachód, czyli w trybie diagonalnym ... i tak dalej.

Plusy i minusy wyżej wyjaśnionego obwodu zdalnego sterowania Prosty Qaudcopter.

Plusy

• Tani i łatwy w budowie nawet dla stosunkowo nowego hobbysty.
• Nie wymaga skomplikowanych operacji joystickiem.
• Może być sterowany za pomocą pojedynczego 6-kanałowego modułu zdalnego sterowania

Cons

• Mniej wydajne pod względem podtrzymania bateryjnego ze względu na zastosowanie szczotkowanych silników
• Prędkość kierunkowa jest stała i nie można jej zmieniać za pomocą pilota zdalnego sterowania
• Manewrowanie może nie być płynne, a raczej lekko szarpane podczas przełączania przycisków.