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基于 ESP8266 的无人机飞行控制器(国外开源)

发布时间:2021-10-13
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基于 ESP8266 的无人机飞行控制器(国外开源)

发布时间:2021-10-13
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今天我将使用 NodeMCU ESP8266 (12e) 制作无人机,我们使用 esp8266 作为飞行控制器

飞行控制板

这是从地面控制无人机的最重要的事情之一。市场上有许多飞行控制板。其中一些是开源的,而另一些则不是。以下列表包含最著名和评价最高的飞行控制器:

  • KK 2.0
  • DJI A3
  • LUX 飞行控制器
  • DJI Nava M
  • 3DR Pixhawk
  • 矢量
  • ArduPilot
  • KISS
  • Naze32
  • CC3D

第 1 步:组件
Esp8266 12e

Mpu6050

无人机套件

第 2 步:什么是 ESP8266?

事实上,ESP8266 是一个 Wi-Fi 模块。它具有 2.4 GHz Wi-Fi 的能力,即 802.11 b/g/n。它支持 WPA 和 WPA2。

它是一个集成了 32 位处理器的片上系统,运行频率为 80 MHz(也可以超频到 160 MHz)。它有 64 KB 的 RAM 和一个 64 KB 的引导 ROM。

ESP8266 的数据 RAM 为 96 KB。它便宜、小巧且功能强大。这就是为什么每个人都将它用于不同类型的项目的原因。

您几乎可以在任何需要使物联网无线和智能的地方使用 ESP8266。

第 3 步:无线电发射器和接收器?

发射器的作用是向接收器发送信号。接收器接收此信号并根据来自发射器的命令执行操作。由于无人机漂浮在天空中,因此需要发送信号来命令无人机移动或做某事。

无线电控制器通常由发射器和接收器组成,它们通常在不需要低功率发射器许可的无线电频率上运行

较旧的发射器/接收器组合使用 MHz 频段中的频率,例如用于模型飞机的 72MHz 频段和用于水面车辆的 75MHz 频段。

这些频段中的每一个都分为单独的频道,您需要找到一个未使用的频道来操作您的飞机或车辆。如今,在 2.4GHz 频段中使用“扩频”无线电更为常见。扩频技术的使用消除了选择频道的需要。

因此,如果飞行员从发射器向无人机发出命令,无人机通过接收器接收它,飞行控制器处理信号并按照飞行员的命令执行。

频道

不要与旧设备中使用的各个射频频道混淆,在这种情况下,“频道”指的是控制频道。这些渠道中的每一个都与两件事有关:

  • RC 控制器上的开关、操纵杆、电位计或显示器。
  • 接收器上的输出或输入。

发送模式

在描述 RC 发射器时,您会看到这个术语。术语“模式”通常适用于在飞机上使用发射器,它指的是发射器如何配置来控制飞机,即在飞机上操作哪些操纵杆。

一个标准的发射器有两个摇杆,每个都可以水平和垂直移动。因此,每根棍子都有两个通道,一个用于水平运动,另一个用于垂直运动。

总共有四种TX模式:

  • 模式一——左摇杆操纵升降舵和方向舵,右摇杆操纵油门和副翼。
  • 模式2——左摇杆操纵油门和方向舵,右摇杆操纵升降舵和副翼。
  • 模式 3 – 左摇杆操作升降舵和副翼,右摇杆操作油门和方向舵。
  • 模式 4 – 左摇杆操作油门和副翼,右摇杆操作升降舵和方向舵。

接收者

Flysky FS-I6X 附带的接收器是一个 6 通道单元,FS-IA6B。该设备有两个小线天线、七个用于输入/输出设备的 3 针连接器,以及两个用于 iBUS 发送和接收连接的额外 3 针连接器。(Flysky 提供了一个可用于完成此操作的跳线。)

第 4 步:偏航、俯仰、滚动

偏航

Yaw 是无人机在 xy 平面上的运动,或者如上图所示的水平面。相反的一对螺旋桨会产生反作用运动。如果每个螺旋桨的所有运动的总和彼此相等,则没有偏航运动。但是如果任何一对螺旋桨之间有不同的运动,就会出现偏航运动,无人机就会运动,如下图所示:

如果无人机只是沿 z 方向旋转,则称为偏航运动。如果有一个稳定的向上力并且螺旋桨力如下,就会发生这种情况:

下面是螺旋桨的运动......

沥青

这会在侧轴上移动四轴飞行器,因此它会从前到后上下倾斜。通过这样做,它会导致车辆根据倾斜的方式向前或向后移动。

一个很好的比喻是在使用“是”手势时上下点头。

这会在长(纵向)轴上移动四轴飞行器,因此它会左右倾斜。

第 5 步:电池、框架、电机、螺旋桨和 ESC

没有电池的无人机是无用的。所有电机、飞行控制器、无线电和处理都需要电源。

但是使用重型电池来驾驶无人机并不是一个明智的决定,因为大部分能量将消耗在无人机飞行的推力上。所以,我们需要选择轻便但功能强大的电池。

在无人机中,我们通常使用锂聚合物电池。

为无人机选择合适的电池是最关键的事情之一。在为无人机选择电池之前,请记住以下几点:

  • 电池尺寸和重量
  • 电池放电率
  • 电池容量
  • 电池电压
  • 电池连接器

借助以下公式,您可以轻松计算电池的连续电流输出。

您如何为您的无人机或四轴飞行器选择合适的 LIPO?

为您的无人机或四轴飞行器选择合适的 LiPo 只有当您知道要购买哪种无人机,或者如果您知道您的四轴飞行器将使用哪些电机、电子速度控制器 (ESC) 和螺旋桨时,才有可能选择合适的 LiPo。

以下是为您的四轴飞行器选择合适 LiPo 的指南:

• 3 英寸四轴飞行器:450 – 850mAh

• 4 英寸四轴飞行器:850 – 1300mAh

• 5 英寸四轴飞行器:1300 – 1800mAh

• 6 英寸四轴飞行器:1500 – 2200mAh

• 7 英寸四轴飞行器:1800 – 3200mAh

无人机框架

基本上,无人机框架是构建无人机最重要的部分。它有助于在其上安装电机、电池和其他部件。

无人机电机

有几种类型的电机可用于制造无人机。但是由于无人机需要被推到空中才能漂浮,我们应该使用一些强大的电机。无人机中使用的廉价、轻便、小巧且功能强大的电机是无刷直流电机 (BLDC)。对于小型无人机,我们不使用 BLDC 电机,而是使用小型直流齿轮电机。

螺旋桨

当您为无人机选择螺旋桨时,请选择最轻但最坚固的螺旋桨。您还需要记住,螺旋桨应该在两侧保持平衡。

大多数无人机飞行失败是由于螺旋桨故障。所以要慎重选择。始终选择合适尺寸的螺旋桨。按照电机手册选择最适合的尺寸。下图显示了不同类型的螺旋桨:

ESC键

除非您使用速度控制器,否则您无法控制无人机电机的速度。它们使您能够控制电机的电压和电流,从而控制速度,这是在空中漂浮后将无人机从一个地方移到另一个地方的首要任务。您需要增加和减少电机的速度才能向前、向后、向左或向右移动无人机。

一些使无人机更智能的模块

还有其他模块可以使无人机更加智能,例如 GPS、Wi-Fi 模块(例如 ESP8266)、电池检查器和增程天线等。

第 6 步:组装

在构建无人机之前需要了解的事项,我们已经了解了无人机的所有基本组件。在本章中,我们将组装我们的无人机并为下一阶段做好准备。

我们将涵盖以下主题

组装无人机 组装无人机之前要知道的事情,我们已经了解了无人机的所有基本组件。

在本章中,我们将组装我们的无人机并为下一阶段做好准备。

我们将涵盖以下主题。

  • 组装框架
  • 连接电机
  • 连接电调
  • 连接 ArduPilot
  • 使用 ArduPilot 配置无人机
  • 飞行无人机所需的空气动力学
  • 了解飞行无人机的安全协议
  • 防止无人机坠毁

组装框架

无人机框架的组装需要很大的耐心,再次建议您第一次组装时按照使用说明书进行操作

连接电机要连接电机,您需要将电机放在框架臂上并安装螺钉,如下图所示,确保在不破坏框架臂的情况下尽可能拧紧螺钉: BLDC有三根电线从电机中出来。我们需要将子弹头连接器焊接到它们以连接到 ESC。现在,将其他三个电机连接到框架臂。

连接 ESC连接 ESC 是构建无人机或任何其他无人机的最重要任务之一。您可以购买四片电调或四合一电调。建议你用四合一的电调,比较轻便,好用。如果您使用单台电调,请将电机的电线连接到电调上,如下图所示。电机和电调的连接无关紧要,因为电线仅用于换相:

第 7 步:MPU6050

该传感器使用 i2c 进行通信。所以我将 SDA & SCL 连接到 NodeMCU 的 D1 和 D2。如数据表中所述,每个传感器具有 3 种模式。

我将使用陀螺仪的 500 度刻度范围和加速度计的 8g 刻度范围。为了从中获得角度,我必须配置这些寄存器。

arduino IDE 的 Wire 库可以轻松完成这项工作。然后它从传感器请求 14 个字节并连续读取角度。

确保您已将整数定义为 16 位,因为数据是 2 的补码值。加速度计提供实时角度,但陀螺仪提供角速度。

如果我想从陀螺仪获得角度,那么我必须在每个循环中积分角速度。所以,我从 2 个不同的传感器获得了角度。

好吧,电机会产生大量振动,这将显着影响加速度计。所以我使用了一个免费的过滤器来克服这个问题。

它使用两个传感器数据来生成稳定的角度。

但是陀螺仪传感器几乎没有错误。为了解决这个问题,我放置了无人机水平仪并读取了 4000 次数据,然后取平均值,我得到了陀螺仪错误。这样我就可以校准一次,每次都使用。

然后我在每个循环中减去它。所以,现在我得到了完美的实时角度。

第 8 步:飞行前检查事项

  • 检查所有连接
  • 检查发射器和接收器的绑定
  • 检查电池电量和电压
  • 检查所有螺旋桨是否连接牢固
  • 检查所有电机安装
  • 检查所有螺丝
  • 检查无人机的平衡,看是否有一侧比另一侧重
  • 飞行后务必拔掉电池;仅在飞行前几秒钟安装电池
  • 检查外面是否有障碍物
  • 让孩子远离飞行区域
  • 首次油门时与无人机保持距离
  • 打开自动驾驶仪并返回主页/启动功能(如果可用)
  • 不要在不平衡的情况下驾驶无人机

第 9 步:飞行前检查事项

您在空中飞行的国家/地区的政府有一些规定,特别是无人机。始终检查安全协议。一些常见的规则如下:

  • 您不能在机场 5 英里范围内驾驶无人机
  • 你必须让无人机在你的视线范围内
  • 高度不得超过 400 英尺(约 0.12 公里)
  • 你不能在繁忙的交通区域驾驶无人机
  • 如果您将无人机用于商业目的或专业用途,则必须注册您的无人机;你必须有执照
  • 在驾驶无人机之前始终了解当地规则

如果您对此项目有任何想法、意见或问题,请在下方留言。

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