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Crazyflie是目前全世界最小的四軸飛行器，僅重19克，相對的兩翼之間長(cháng)度為9厘米。有兩個(gè)不同的版本，區別在于傳感器的數量。這個(gè)小四軸飛行器可以在空中飛行長(cháng)達7分鐘,通過(guò)一個(gè)標準的USB接頭給鋰聚合物電池充電需要約20分鐘。 它的電路部分到底是如何實(shí)現的？且聽(tīng)我慢慢道來(lái)。 1. 電氣原理 從中心開(kāi)始：72M主頻的M3內核的處理器來(lái)處理各傳感器數據，并對四個(gè)旋翼進(jìn)行控制達到想要的效果。 往上：通過(guò)IIC接口與三軸陀螺儀、三軸加速度計（也就是MPU6050）、磁力計、氣壓計等傳感器連接獲取傳感器數據，來(lái)感知載體（也就是四軸機體）的姿態(tài)（這里的姿態(tài)包括俯仰、橫滾、航向）和高程。 往下：通過(guò)PWM調節四個(gè)電機驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng)四個(gè)電機轉動(dòng)，由于電機帶有螺旋槳轉動(dòng)而產(chǎn)生所謂的“升力”。 往右：通過(guò)SPI協(xié)議接口與無(wú)線(xiàn)芯片通訊，回傳載體數據和接收控制信號，還有外部擴展接口。 往左：電源管理部分。 2. 電池 電池使用的是鋰電池（鋰離子聚合物電池），是目前流行的遙控模型電池。但鋰電池必須按照規定使用，過(guò)沖、過(guò)放都會(huì )產(chǎn)生安全隱患。由于它具有最高的電能/質(zhì)量比和最大的放電電流，所以也是比較適合的選擇。 為了應付鋰電池的這些缺點(diǎn)，我們使用電路保護模塊（ PCM）來(lái)防止電量不足、過(guò)放電或者短路。PCM 位于電池上部的橙色膠帶下面，從中引出兩條電源線(xiàn)。 但是這種保護是遠遠不夠的，還需要有專(zhuān)門(mén)的充放電管理電路來(lái)保護。比如電氣原理圖的 Power Mangment and Charging部分。 PCM 的參數如下： 3. 電源管理 電源管理主要是由TI BQ24075 電源管理芯片來(lái)完成。它能開(kāi)/關(guān)和給鋰電池充電。BQ24075有三種輸入限制模式，100mA，500mA和用戶(hù)自定義（Crazyflie設置740mA）。當將 Crazyflie 接上普通電源適配器時(shí)就可以使它能快速的充電。但是 170mAh電池一般不允許超過(guò) 3C（ 510 毫安）的充電速率。 模擬和數字電源使用的是 TPS79301 可調穩壓芯片。我們選擇可調節穩壓片來(lái)支持兩種電壓以此獲得最大的調節能力�？梢酝ㄟ^(guò)改變一對偶電阻的阻值來(lái)設置輸出電壓。當接上 USB 線(xiàn)纜時(shí)數字供電從 2.8V 切換到3.3V來(lái)適應 USB 供電標準。（電壓切換部分若有人感興趣我再做解釋?zhuān)?br /> 4. 微控制器 MCU 處理的核心，可以看到四個(gè)MOTOR驅動(dòng)控制腿，狀態(tài)指示燈。 用的現在比較常用的STM32F103CB，運行72MH的全速狀態(tài)，它具128KFlas和20K的RAM。 21 22腿的IIC接口，與IMU模塊通訊， 2 3 4 11 12等引腳的對電源管理模塊的控制，主要功能就是檢測電壓，控制通/斷等， 25到31對2.4G無(wú)線(xiàn)模塊的通訊與控制 14到17引腳作為預留外設接口 44腳為引導程序地址的的硬件設置， 總之，都是數字電路，看看各芯片手冊和集中通信協(xié)議搞明白還是比較容易的。 5. 傳感器 慣性傳感器使用的Invensens公MPU-605單芯片六軸傳感器，它包含了一個(gè)三軸陀螺儀和一個(gè)三軸加速度計。還有個(gè)磁力計HMC5883L，暫時(shí)不清楚電機對磁力計的影響有多大。第一個(gè)版本有兩個(gè)型號，區別就是有無(wú)氣壓計MS5611，原因很簡(jiǎn)單就是價(jià)格問(wèn)題，國內單個(gè)購買(mǎi)MS5611芯片要40塊。。。 6. 擴展口 擴展口 位于 Crazyflie 的左側，10*2 針 1.27mm 間距的過(guò)孔，擴展口分為兩部分。pin1到pin10是JTAG部分，pin11到pin20是總線(xiàn)/電源部分。 7. 電機驅動(dòng) 使用的有刷電機驅動(dòng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的下拉場(chǎng)效應管(MOSFET)，如上側原理圖所示。 還有一個(gè)續流二極管來(lái)分流由電機PWM工作模式下產(chǎn)生的反電動(dòng)勢尖峰。 先要知道的就是使用的614空心杯電機，N溝道額定電流3A的場(chǎng)效應管以及MOS管的特性：GS端電壓控制DS的通斷，電壓控制電流，R1作為下拉電阻防止誤觸發(fā)，D1續流二極管：因為電機在電路上可以等效成個(gè)電感，PWM模式下電感會(huì )有反向電動(dòng)勢，若參數合適的話(huà)電動(dòng)勢會(huì )非常高，MOS管都有擊穿危險。 多說(shuō)一句（電路高手可以無(wú)視）：這里用的是MOS管，GS電壓控制DS電流，還有常用的晶體三極管，N溝道MOS管的GDS對應的NPN的晶體管的BCE ，BE電流控制EC電流，各有優(yōu)劣可以網(wǎng)上查查基本知識。 8. 電機 電機使用的是 6*14mm 的空心杯有刷直流電機。這個(gè)型號的小電機也容易買(mǎi)到，價(jià)格也很便宜。 |
