2014年3月8日 星期六

使用 Arduino UNO 自製四軸直升機(一)工具、零件、準備



最近因為開始使用淘寶,發現上片有相當多的零件還有電路可以購買,所以就打算來搞一台四軸直升機。

就我個人玩硬體的知識,原本有想要選用 Raspberry Pi,但是後來想到說用 Arduino 開發可能會比較簡易一點。

其實在寫這一篇的時候我的進度已經到可以控制四顆馬達了,所以想說來記錄一下,順便幫著有想要玩的人。

當初也是抱者做一台四軸應該不會很難的想法材衝的,所以很多東西都是胡亂搭起來的,結果竟然能夠飛起來!(雖然說沒調整好墜機了 XD)

四軸需要什麼?個人是看了很多四軸的介紹歸納出來以下的東西:

  1. 機架
  2. 無刷馬達
  3. 螺旋槳
  4. 電調/電變 ESC
  5. 電池
  6. 主控制器
  7. 通信模組
  8. 加速、氣壓、陀螺儀等周邊感應器

所以我就直接衝網路拍買胡亂定了一堆,想說湊一湊應該可以做一台

大部分的零件都是從淘寶買的,加起來大約 4000~5000 元左右。



先來看一下我們需要什麼樣的工具吧!大多數的東西五金材料/工具行都買的到,如果是簡單的電子零件(電阻、接線頭等),我個人是到光華商場附近的金華電子,或是良興電子購買。
  1. 電烙鐵:用來焊接部分線路用的,一支便一的大概一百多,焊錫幾十塊就可以買到很多了。
  2. 老虎鉗:處理電線、機架等等需要用到
  3. 三用電錶:有時要檢查電路是否有問題可以用,一個簡單的三用點表大約兩百多就有了。
  4. 六角螺絲起子:可以的話買多種的尺寸,因為每種機架可能會不同
  5. 鑷子、腳夾子:在處理焊接或是細微的地方會用到
接下來是耗材
  1. 焊錫:焊電路用
  2. 束線帶:綁線用,有時也可以用來綁機架等,固定零件
  3. 魔鬼氈:也是綑綁用,我是用來綁電池以及一些控制器用,買一長條的就可以了,大賣場會賣
  4. 泡綿膠帶:固定用
  5. 熱縮管:特定接頭要絕緣用
再來是四軸直升機主體需要的東西(圖片來源:淘寶賣家):

機架:買的是 FLYINGROBOT-450 金屬板,對角線有 45 公分,可以裝 10 吋的螺旋槳,價格是 55 人民幣,約台幣 270 元


無刷馬達:買的是 新西達 XXD 無刷馬達 A2212 KV1000 的,之後會說明要怎麼去看他的規格,一般來說會需要加購一些香蕉頭(一種轉接頭,1RMB,5台幣)。一顆價格為 38 RMB,約台幣 187 元,需要買四顆


螺旋槳:買的是 1045 的螺旋槳,大小為十吋,比較要注意的是,需要買兩正兩反的,之後會說明為什麼要讓兩顆馬達反轉。價格為 3.8 RMB(一正一反),約台幣 19 元,需要兩組


電調/電變 ESC:電子調速器/變速器,主要是使用控制版,將訊號給 ESC,ESC在把電力以及訊號輸出給馬達,因為一般控制器沒辦法承受高壓、高電流,所以 ESC 就擔任很重要的角色,且比較高級的 ESC 還可程式化以及會偵測電池狀態去決定是否要停機等。
買的是好盈 Sky Walker Quattro 20A * 4,他是四合一的,一般來說四個會分開,但是這一款有整合,方便使用。價格為 148 RMB,約台幣 730 元


電池:電池我是使用 30C 的鋰電池,4200 mah,3S(11.1伏特),電池不能太重也不能太少,所以就選這個了。價格為 135 RMB,充電器為 124 RMB,加起來約台幣 1278 元


主控制器:如同標題,我選用 Arduino UNO R3 加強版,他主要是加強了一些腳位數量,方便我去接線,不過電壓只能吃到九伏特,所以在之前不小心燒掉一塊.....。價格為 38RMB,約台幣 178 元


通信模組:原本是用 NRF24L01 2.4G 通信模組,但考慮到距離,還有他網路上範例相當少,後來換成了 APC220 模組,距離可達一公里 XD。價格為 150RMB(套裝,含兩個通信模組以及天線,加一個 USB 偵錯器以及範例程式碼),約台幣 740 元


加速、氣壓、陀螺儀、磁場感測模組:之前在做專題時發現了一塊相當棒的模組,他整合了上述所說的模組,專門給四軸直升機用,名字有點難聽,叫做 GY-80,有一個這個可以少接三個模組。一個 48 RMB,約台幣 236 元





以上就是目前需要準備的東西,之後會說明一些四軸的簡單知識,包含馬達規格、羅選講編號、ESC原理、飛行時的物理特性等等。