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Crazyflie是目前全世界最小的四軸飛行器，僅重19克，相對的兩翼之間長度為9厘米。有兩個不同的版本，區(qū)別在于傳感器的數(shù)量。這個小四軸飛行器可以在空中飛行長達(dá)7分鐘,通過一個標(biāo)準(zhǔn)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現(xiàn)的？且聽我慢慢道來。 1. 電氣原理 從中心開始：72M主頻的M3內(nèi)核的處理器來處理各傳感器數(shù)據(jù)，并對四個旋翼進(jìn)行控制達(dá)到想要的效果。 往上：通過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(shù)據(jù)，來感知載體（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PWM調(diào)節(jié)四個電機驅(qū)動器來驅(qū)動四個電機轉(zhuǎn)動，由于電機帶有螺旋槳轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生所謂的“升力”。 往右：通過SPI協(xié)議接口與無線芯片通訊，回傳載體數(shù)據(jù)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(guī)定使用，過沖、過放都會產(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(yīng)付鋰電池的這些缺點，我們使用電路保護(hù)模塊（ PCM）來防止電量不足、過放電或者短路。PCM 位于電池上部的橙色膠帶下面，從中引出兩條電源線。 但是這種保護(hù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要有專門的充放電管理電路來保護(hù)。比如電氣原理圖的 Power Mangment and Charging部分。 PCM 的參數(shù)如下： 3. 電源管理 電源管理主要是由TI BQ24075 電源管理芯片來完成。它能開/關(guān)和給鋰電池充電。BQ24075有三種輸入限制模式，100mA，500mA和用戶自定義（Crazyflie設(shè)置740mA）。當(dāng)將 Crazyflie 接上普通電源適配器時就可以使它能快速的充電。但是 170mAh電池一般不允許超過 3C（ 510 毫安）的充電速率。 模擬和數(shù)字電源使用的是 TPS79301 可調(diào)穩(wěn)壓芯片。我們選擇可調(diào)節(jié)穩(wěn)壓片來支持兩種電壓以此獲得最大的調(diào)節(jié)能力。可以通過改變一對偶電阻的阻值來設(shè)置輸出電壓。當(dāng)接上 USB 線纜時數(shù)字供電從 2.8V 切換到3.3V來適應(yīng) USB 供電標(biāo)準(zhǔn)。（電壓切換部分若有人感興趣我再做解釋）。 4. 微控制器 MCU 處理的核心，可以看到四個MOTOR驅(qū)動控制腿，狀態(tài)指示燈。 用的現(xiàn)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無線模塊的通訊與控制 14到17引腳作為預(yù)留外設(shè)接口 44腳為引導(dǎo)程序地址的的硬件設(shè)置， 總之，都是數(shù)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，它包含了一個三軸陀螺儀和一個三軸加速度計。還有個磁力計HMC5883L，暫時不清楚電機對磁力計的影響有多大。第一個版本有兩個型號，區(qū)別就是有無氣壓計MS5611，原因很簡單就是價格問題，國內(nèi)單個購買MS5611芯片要40塊。。。 6. 擴展口 擴展口 位于 Crazyflie 的左側(cè)，10*2 針 1.27mm 間距的過孔，擴展口分為兩部分。pin1到pin10是JTAG部分，pin11到pin20是總線/電源部分。 7. 電機驅(qū)動 使用的有刷電機驅(qū)動是一個簡單的下拉場效應(yīng)管(MOSFET)，如上側(cè)原理圖所示。 還有一個續(xù)流二極管來分流由電機PWM工作模式下產(chǎn)生的反電動勢尖峰。 先要知道的就是使用的614空心杯電機，N溝道額定電流3A的場效應(yīng)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(xù)流二極管：因為電機在電路上可以等效成個電感，PWM模式下電感會有反向電動勢，若參數(shù)合適的話電動勢會非常高，MOS管都有擊穿危險。 多說一句（電路高手可以無視）：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(yīng)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。這個型號的小電機也容易買到，價格也很便宜。 |
