Mạch Quadcopter Drone đơn giản nhất

Trong bài đăng này, chúng tôi sẽ thảo luận những điều cơ bản về lắp ráp thân máy bay quadcopter sử dụng ống nhôm và bu lông, trong các phần sau của bài viết chúng tôi cũng sẽ thảo luận về một mạch máy bay không người lái đơn giản có thể được sử dụng để bay một cụm máy bay không người lái nhỏ mà không phụ thuộc vào bộ vi điều khiển phức tạp.

Một chiếc máy bay quadcopter có lẽ là chiếc máy bay đơn giản nhất đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp khí động học tối thiểu, và do đó không có gì ngạc nhiên khi nó có thể trở nên vô cùng phổ biến đối với những người có sở thích khác nhau, những người có thể chế tạo thành công chiếc máy này .... một chiếc máy mà họ thực sự có thể bay và kiểm soát theo ý mình.

Động lực học Quadcopter

Việc một chiếc máy bay không người lái quadcopter đơn giản nhất về mặt kỹ thuật và động lực học thực sự là do sự tham gia của 4 cánh quạt và cấu trúc khung cân bằng, cho phép máy bay với trạng thái cân bằng tương đối tốt, ngay cả trong điều kiện khí hậu khó khăn.

Nhưng sự đơn giản cũng ngụ ý rằng hệ thống có thể không hiệu quả như các mẫu máy bay và trực thăng thông thường vốn được thiết kế phức tạp để thể hiện hiệu suất cực cao về tốc độ và mức tiêu thụ nhiên liệu, và tất nhiên là khả năng chịu tải ... tất cả những điều này về cơ bản có thể là thiếu một hệ thống quadcopter điển hình.

Tuy nhiên, liên quan đến một dự án sở thích, chiếc máy này trở thành lựa chọn lý tưởng cho hầu hết những người đam mê, những người cảm thấy rất thú vị và hấp dẫn khi chế tạo một chiếc máy bay của riêng họ, tại nhà, cuối cùng sẽ 'lắng nghe' và bay đến bất kỳ hướng nào người dùng thích nó di chuyển.

Tuy nhiên, đối với một người chơi mới, những người có thể không được thông tin nhiều về mặt kỹ thuật có thể thấy ngay cả chiếc máy đơn giản này cũng cực kỳ phức tạp để hiểu, đơn giản bởi vì hầu hết các thông tin liên quan được trình bày trên nhiều trang web không thảo luận rõ ràng về khái niệm và bằng 'ngôn ngữ' đó có thể phù hợp với một giáo dân.

Bài báo này được viết riêng cho những người không rành về kỹ thuật, những người quan tâm đến việc chế tạo một cỗ máy bay tuyệt đẹp nhưng lại thấy chủ đề này quá khó để tiêu hóa.

Tại sao Quadcopters dễ xây dựng ngày nay

Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao quadcopters và drone lại rất dễ chế tạo trong thế giới ngày nay và có lẽ không thể sử dụng điện trước đây?

Cơ bản là do sự phát triển và nâng cao của Pin Li-Ion. Đây là những loại pin cực kỳ hiệu quả hiện nay có tỷ lệ công suất trên trọng lượng ấn tượng. Cùng với đó, việc phát minh ra động cơ BLDC và động cơ nam châm vĩnh cửu được tinh chế cao cũng góp phần làm cho máy bay không người lái có thể dễ dàng chế tạo.

Pin Li-Ion có thể cung cấp lượng mô-men xoắn quay tuyệt vời trên các động cơ đủ để đẩy thiết bị quadcopter lên độ cao so với mặt đất trong vòng vài giây và cũng cho phép nó duy trì trong không khí trong một thời gian dài. hiệu suất rất hiệu quả và hữu ích.

Làm thế nào Quadcopter Flies

Bây giờ chúng ta hãy nhảy đúng cách và hiểu những điều cần thiết cần thiết để làm cho một chiếc quadcopter bay thành công là gì. Dưới đây là những điều cơ bản để làm cho máy vận hành trơn tru:

1) Về cơ bản, máy yêu cầu một cơ thể chắc chắn và mạnh mẽ, nhưng trọng lượng cực kỳ nhẹ. Điều này có thể được chế tạo hoặc lắp ráp bằng cách sử dụng các ống đùn nhôm hình vuông rỗng, bằng cách khoan lỗ thích hợp và cố định khung bằng đai ốc và bu lông.

2) Cấu trúc phải ở dạng hoàn hảo '+' hoặc 'x' hoàn hảo, nó không tạo ra sự khác biệt miễn là góc giữa các ống 'giao nhau' là 90 độ.

Các yếu tố cơ bản cần thiết để xây dựng một quadcopter có thể được nhìn thấy trong hình ảnh sau:

Mô phỏng Part Assembly

Mô phỏng hoạt hình thô bên dưới cho thấy cách lắp ráp các phần tử được hiển thị ở trên với nhau:

Cách xây dựng Khung Quadcopter

Nhôm cho khung '+' có thể được lấy bằng cách cắt và định cỡ phù hợp ống đùn nhôm đã làm sẵn, như hình dưới đây:

Kích thước của khung là tương đối và do đó không phải là điều quan trọng, bạn có thể xây dựng một khung rộng với các động cơ được lắp cách xa nhau hoặc xây dựng một cấu trúc khung khá nhỏ gọn trong đó các động cơ không cách nhau quá rộng ... mặc dù phải đảm bảo rằng các cánh quạt cách xa nhau để tạo điều kiện cân bằng và cân bằng tốt hơn.

3) Kết cấu khung '+' phải được lắp với một bệ vuông ở phần trung tâm nơi các tay khung gặp nhau và bắt chéo nhau. Nó có thể chỉ đơn giản là một tấm nhôm được đánh bóng tốt có kích thước thích hợp để chứa tất cả các thiết bị điện tử và hệ thống dây điện cần thiết một cách thoải mái.

Vì vậy, tấm trung tâm hoặc nền tảng này về cơ bản được yêu cầu để cài đặt và chứa các thiết bị điện tử của hệ thống, thứ cuối cùng sẽ chịu trách nhiệm điều khiển quadcopter của bạn.

4) Sau khi hoàn thành khung trên, các động cơ được yêu cầu cố định qua các đầu của thanh chéo, như thể hiện trong các hình trên.

5) Không cần phải nói rằng tất cả các công việc lắp ráp cần được thực hiện với độ chính xác cao nhất và căn chỉnh hoàn hảo, điều này có thể yêu cầu sự liên kết của một nhà chế tạo có kinh nghiệm cho công việc.

Vì mọi thứ trong thiết kế đều theo từng cặp nên việc sắp xếp chính xác các yếu tố sẽ không thực sự quá khó, nó chỉ là việc định kích thước và lắp các cặp càng giống nhau càng tốt, do đó sẽ đảm bảo mức cân bằng, cân bằng và đồng bộ tối đa cho hệ thống.

Khi khung được xây dựng, đã đến lúc tích hợp các mạch điện tử với các động cơ có liên quan. Điều này sẽ cần được thực hiện theo hướng dẫn được cung cấp trong sách hướng dẫn sử dụng mạch đã cho.

Các bảng mạch có thể được lắp vào mặt dưới của tấm trung tâm với vỏ thích hợp hoặc trên tấm, một lần nữa với một tủ thích hợp để bao bọc chặt chẽ.

Hiểu hướng quay của cánh quạt

Phân tích hướng quay của cánh quạt động cơ để nâng cấp cân bằng:

Đề cập đến mô phỏng động ở trên, hướng quay của cánh quạt động cơ phải được căn chỉnh theo cách sau:

Nó đơn giản chỉ cần sao cho các động cơ ở hai đầu của một thanh phải giống hệt nhau nhưng khác với chiều của động cơ thanh kia, có nghĩa là nếu một thanh có các động cơ quay theo chiều kim đồng hồ, thì các động cơ ở đầu của thanh kia bổ sung que phải được điều chỉnh để quay ngược chiều kim đồng hồ. phương hướng.

Vui lòng tham khảo mô phỏng ở trên để hiểu đúng chuyển động tác động ngược chiều của động cơ có thể cần được gán cho động cơ để đảm bảo cân bằng

Cách điều khiển hướng của quadcopter bằng cách điều khiển tốc độ của động cơ.

Có, hướng bay của quadcopter có thể được điều chỉnh và điều khiển theo ý muốn của riêng bạn và sẽ đơn giản bằng cách áp dụng các tốc độ khác nhau (RPM) cho các động cơ liên quan.

Các hình ảnh sau đây cho thấy cách truyền tốc độ cơ bản có thể được áp dụng cho các động cơ liên quan để đạt được và thực hiện bất kỳ hướng bay mong muốn nào đối với máy:

Như được chỉ ra trong các sơ đồ trên, bằng cách giảm tốc độ một cách thích hợp của một bộ động cơ, hoặc tăng tốc độ của bộ động cơ đối diện, hoặc điều chỉnh tốc độ theo sở thích riêng của chúng, quadcopter có thể được thực hiện để di chuyển trong không khí ở bất kỳ hướng cụ thể mong muốn.

Các hình ảnh trên chỉ ra các hướng cơ bản, chẳng hạn như tiến, lùi, phải, trái, v.v ... tuy nhiên bất kỳ hướng kỳ lạ nào khác cũng có thể được thực hiện hiệu quả bằng cách điều chỉnh phù hợp tốc độ của các động cơ liên quan hoặc có thể chỉ là một động cơ duy nhất.

Ví dụ: để buộc máy bay theo hướng N / W, chỉ có thể tăng tốc độ của động cơ S / E và để cho phép máy bay theo hướng N / E, tốc độ của S / W động cơ có thể được tăng lên ... và như vậy. Nó chỉ cần được thực hành cho đến khi người sử dụng có thể hoàn toàn kiểm soát được quadcopter.

Thiết kế một Quadcopter thực tế

Cho đến nay chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo cơ bản của phần cứng và phần thân máy bay không người lái, bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu cách tạo ra một quadcopter hoặc mạch máy bay không người lái một cách nhanh chóng và rẻ tiền bằng cách sử dụng các thành phần rất bình thường. Trong một trong những bài đăng trước đây của tôi, chúng tôi đã học cách chế tạo một chiếc máy bay quadcopter tương đối phức tạp và do đó hiệu quả mà không cần sử dụng vi điều khiển, để biết thêm thông tin, bạn có thể xem qua các bài viết sau:

Mạch điều khiển từ xa không có MCU | Mạch điện tử

Trong bài viết này, chúng tôi cố gắng làm cho thiết kế trên trở nên đơn giản hơn nhiều bằng cách loại bỏ động cơ không chổi than và thay thế nó bằng động cơ có chổi than, và do đó có thể loại bỏ sự phức tạp Mô-đun mạch điều khiển BLDC .

Vì các chi tiết cấu tạo cơ khí của quadcopter đã được thảo luận toàn diện ở trên, chúng tôi sẽ chỉ giải quyết phần thiết kế mạch và tìm hiểu cách nó có thể được chế tạo để bay mạch máy bay không người lái đơn giản nhất được đề xuất.

Như đã đề cập trước đó, chiếc quadcopter đơn giản này chỉ yêu cầu các mô-đun điều khiển từ xa RF cơ bản như thể hiện trong hình ảnh ví dụ dưới đây:

Bạn sẽ cần đến mua các mô-đun RF này từ bất kỳ cửa hàng trực tuyến nào hoặc từ đại lý phụ tùng điện tử tại địa phương của bạn:

Ngoài những điều đã đề cập ở trên Mô-đun điều khiển từ xa RF 4 động cơ chải nam châm vĩnh cửu cũng sẽ được yêu cầu, thực sự tạo thành trái tim của máy bay không người lái. Nó có thể được chỉ định trong hình ảnh sau với các mô tả nhất định hoặc bất kỳ tương tự nào khác theo thông số người dùng yêu cầu:

Thông số kỹ thuật điện của động cơ:

• 6V = điện áp hoạt động (cao điểm 12V)
• 200mA = dòng hoạt động
• 10.000 = RPM

Danh sách các bộ phận

• 1K, 10K 1/4 watt = 1 mỗi cái
• Tụ điện 1uF / 25V = 1 không
• Đặt trước 10K hoặc 5K = 1no
• Rx = 5 watt điện trở dây, giá trị được xác nhận bằng thực nghiệm.
• IC 555 = 1 không
• 1N4148 Điốt = 2nos
• IRF9540 Mosfet = 1no
• Loại chải động cơ 6V = 4nos
• Dây dẻo, hàn, thông lượng, v.v.
• Mục đích chung PCB để lắp ráp các bộ phận trên
• Mô-đun điều khiển từ xa 4 kênh RF, như được hiển thị trong các hình ảnh liên quan.
• Kênh nhôm, vít, đai ốc, tấm, v.v. như được giải thích trong bài báo.
• Pin như hình bên dưới:

Cách cấu hình bộ thu điều khiển từ xa với động cơ

Trước khi hiểu cách cấu hình bộ thu điều khiển từ xa với động cơ quadcopter, điều quan trọng là phải tìm hiểu cách tốc độ động cơ được cho là được điều chỉnh hoặc căn chỉnh để tạo ra các chuyển động trái, phải, tiến, lùi cần thiết.

Về cơ bản, có hai cách mà một quadcopter có thể được kích hoạt để di chuyển, đó là ở chế độ '+' và 'x'. Trong thiết kế của mình, chúng tôi sử dụng chế độ chuyển động '+' cơ bản cho máy bay không người lái của chúng tôi, như được chỉ ra trong sơ đồ sau:

Đề cập đến sơ đồ trên, chúng tôi nhận thấy rằng chúng tôi chỉ cần tăng một cách thích hợp tốc độ của các động cơ liên quan để thực hiện các thao tác định hướng mong muốn trên máy bay không người lái.

Việc tăng tốc độ này có thể được thực thi bằng cách định cấu hình rơ le điều khiển từ xa theo sơ đồ đấu dây sau. Trong sơ đồ dưới đây, chúng ta có thể thấy một IC 555 mạch PWM được kết nối với 4 rơ le của mô-đun bộ thu điều khiển từ xa trong số 6 rơ le (1 rơ le không được sử dụng và có thể đơn giản tháo ra để giảm không gian và trọng lượng).

Điều chỉnh PWM

Như có thể thấy trong sơ đồ, nguồn cấp PWM được kết nối với tất cả các tiếp điểm N / C của các rơ le, điều này ngụ ý rằng thông thường quadcopter sẽ di chuyển qua nguồn cấp PWM đồng đều và bằng nhau này, chu kỳ làm việc của chúng có thể được điều chỉnh ban đầu sao cho quadcopter có thể đạt được một lượng lực đẩy và độ cao được chỉ định chính xác.

Điều này có thể được thử nghiệm bằng cách điều chỉnh nồi PWM phù hợp.

Cách cấu hình danh bạ chuyển tiếp

Các tiếp điểm N / O của rơ le có thể được kết nối trực tiếp với nguồn điện tích cực, vì vậy bất cứ khi nào nhấn nút có liên quan trên thiết bị phát từ xa, rơ le tương ứng sẽ được kích hoạt trong mô-đun bộ thu, do đó cho phép động cơ liên quan nhận được nguồn cung cấp đầy đủ 12V từ pin.

Hoạt động trên cho phép động cơ được kích hoạt đạt được tốc độ cao hơn các động cơ còn lại, cho phép quadcopter di chuyển theo hướng quy định.

Ngay sau khi thả nút điều khiển từ xa, máy bay không người lái sẽ dừng ngay lập tức và tiếp tục di chuột ở chế độ không đổi.

Về cơ bản, các chuyển động định hướng khác có thể đạt được đơn giản bằng cách nhấn các nút được chỉ định khác trên thiết bị cầm tay từ xa.

Rơ le trên cùng là để đảm bảo máy tiếp đất an toàn, điều này được thực hiện bằng cách thêm một điện trở giảm dòng nối tiếp với tiếp điểm N / O của rơ le được hiển thị.

Giá trị điện trở này phải được tính toán bằng một số thử nghiệm sao cho quadcopter di chuyển xung quanh một vài feet so với mặt đất bất cứ khi nào điện trở này được bật qua rơ le được gắn.

Sơ đồ mạch

Các rơ le được hiển thị là một phần của bộ thu mô-đun RF, có các tiếp điểm ban đầu không được kết nối (trống theo mặc định) và cần được nối dây như được chỉ ra trong sơ đồ trên.

Bộ thu từ xa RF được cho là được lắp đặt bên trong quadcopter và các rơ le của nó được kết nối với các động cơ và pin có liên quan theo cách bố trí được hiển thị ở trên.

Bạn có thể thấy một số đầu nối (màu xanh lá cây) có thể làm tăng trọng lượng của máy bay không người lái một cách không cần thiết. Bạn có thể loại bỏ tất cả chúng để giảm trọng lượng và kết nối trực tiếp các dây liên quan với PCB bằng cách hàn.

Cách Di chuyển của Drone:

Như đã giải thích trong phần thảo luận ở trên, khi một nút từ xa cụ thể được nhấn, nó sẽ kích hoạt rơle tương ứng của mô-đun quadcopter khiến động cơ liên quan di chuyển nhanh hơn.

Thao tác này đến lượt nó buộc máy chuyển động theo hướng ngược lại với động cơ đang được chuyển để quay với tốc độ RPM nhanh hơn.

Vì vậy, ví dụ, tăng tốc độ của động cơ phía nam làm cho máy chuyển động về phía bắc, tăng động cơ phía bắc làm cho nó chuyển động về phía nam, tương tự tăng tốc độ động cơ phía đông làm cho máy chuyển động về phía tây và ngược lại.

Điều thú vị là việc tăng động cơ phía nam / đông cho phép quadcopter di chuyển theo hướng ngược lại phía bắc / tây đang ở chế độ đường chéo .... và v.v.

Ưu và nhược điểm của mạch điều khiển từ xa Qaudcopter đơn giản đã giải thích ở trên.

Ưu điểm

• Rẻ, và dễ chế tạo ngay cả với những người mới chơi.
• Không yêu cầu các thao tác phím điều khiển phức tạp.
• Có thể được điều khiển bằng một mô-đun điều khiển từ xa 6 kênh duy nhất

Nhược điểm

• Kém hiệu quả hơn về mặt dự phòng pin do sự tham gia của động cơ chải
• Tốc độ hướng là không đổi và không thể thay đổi thông qua thiết bị cầm tay điều khiển từ xa
• Thao tác có thể không trơn tru và hơi giật khi chuyển các nút.