Einfachste Quadcopter-Drohnenschaltung

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In diesem Beitrag werden wir die Grundlagen der Quadcopter-Karosseriebaugruppe unter Verwendung von Aluminiumrohren und -schrauben diskutieren. In den späteren Abschnitten des Artikels werden wir auch eine einfache Drohnenschaltung diskutieren, die zum Fliegen einer kleinen Drohnenbaugruppe ohne Abhängigkeit von komplexen Mikrocontrollern verwendet werden kann.

Ein Quadcopter ist vielleicht die einfachste Flugmaschine, die ein Minimum an aerodynamischer Genauigkeit und Komplikationen erfordert, und daher ist es keine Überraschung, dass er bei den verschiedenen Hobbyisten, die dies erfolgreich bauen konnten, eine immense Popularität erlangen könnte ... eine Maschine, die sie tatsächlich fliegen und fliegen könnten Kontrolle nach eigenem Willen.



Die Quadcopter-Dynamik

Die Tatsache, dass eine Quadcopter-Drohne in Bezug auf Technik und Dynamik am einfachsten ist, beruht auf der Beteiligung von 4 Propellern und einer ausgewogenen Rahmenstruktur, die es der Maschine ermöglicht, auch unter schwierigen klimatischen Bedingungen mit einem relativ guten Gleichgewicht zu fliegen.

Einfachheit bedeutet aber auch, dass das System möglicherweise nicht so effizient ist wie die herkömmlichen Flugzeug- und Hubschraubermodelle, die aufwendig ausgelegt sind, um eine extreme Effizienz in Bezug auf Geschwindigkeit und Kraftstoffverbrauch und natürlich die Tragfähigkeit zu zeigen ... all dies könnte im Wesentlichen sein Fehlen eines typischen Quadcopter-Systems.



Für ein Hobbyprojekt ist diese Maschine jedoch die ideale Wahl für die meisten Enthusiasten, die es sehr amüsant und faszinierend finden, zu Hause eine eigene Flugmaschine zu bauen, die letztendlich zuhört und in jede Richtung fliegt Benutzer zieht es vor, sich zu bewegen.

Für einen neuen Spieler, der technisch möglicherweise nicht so gut informiert ist, ist es möglicherweise äußerst kompliziert, diese einfache Maschine zu verstehen, einfach weil die meisten der auf den vielen Websites präsentierten Informationen das Konzept nicht klar und in einer „Sprache“ diskutieren könnte einem Laien passen.

Dieser Artikel wurde speziell für weniger technische Leute geschrieben, die daran interessiert sind, eine großartige Flugmaschine zu bauen, aber das Thema zu schwer verdaulich finden.

Warum Quadcopter heute so einfach zu bauen sind

Haben Sie sich jemals gefragt, warum Quadcopter und Drohnen in der heutigen Welt so einfach zu bauen sind und früher mit Strom vielleicht unmöglich waren?

Dies liegt im Wesentlichen an der Entwicklung und Verbesserung der Li-Ionen-Batterien. Dies sind äußerst effiziente Formen von Batterien, die heute erhältlich sind und ein beeindruckendes Leistungsgewicht bieten. Gleichzeitig hat die Erfindung von BLDC-Motoren und hochentwickelten Permanentmagnetmotoren dazu beigetragen, dass die Drohnen leicht konstruierbar sind.

Der Li-Ion-Akku kann ein enormes Drehmoment auf die Motoren ausüben, das ausreicht, um die Quadcopter-Einheit innerhalb von Sekunden in eine große Höhe über dem Boden zu bringen, und ermöglicht es ihr, über einen langen Zeitraum in der Luft zu bleiben Die Leistung ist sehr effizient und nützlich.

Wie Quadcopter fliegt

Lassen Sie uns jetzt richtig springen und verstehen, was die wesentlichen Dinge sind, die erforderlich sind, um einen Quadcopter erfolgreich fliegen zu lassen. Hier sind die Grundlagen, um die Maschine erfolgreich reibungslos laufen zu lassen:

einfache + plus Manövrier-Drohnen-Montagestruktur

1) Grundsätzlich benötigt die Maschine einen festen und starken Körper, ist aber extrem leicht. Dies könnte unter Verwendung von hohlen quadratischen Aluminium-Extrusionsrohren hergestellt oder zusammengebaut werden, indem geeignet Löcher gebohrt und der Rahmen mit Schrauben und Muttern befestigt werden.

2) Die Struktur sollte die Form eines perfekten '+' oder eines perfekten 'x' haben, es macht keinen Unterschied, solange der Winkel zwischen den 'sich kreuzenden' Rohren jeweils 90 Grad beträgt.

Drohnenrahmenwinkel

Grundlegende Elemente, die für den Bau eines Quadcopters benötigt werden, sind in der folgenden Abbildung zu sehen:

mechanische Hardware-Teile für die Drohnenmontage

Teilemontagesimulation

Die folgende grobe animierte Simulation zeigt, wie die oben gezeigten Elemente zusammengesetzt werden:

So erstellen Sie ein Quadcopter-Framework

Das Aluminium für den '+' - Rahmen kann durch geeignetes Schneiden und Kalibrieren von vorgefertigten Aluminium-Extrusionsrohren wie unten gezeigt erhalten werden:

Die Größe des Rahmens ist relativ und daher nicht entscheidend. Sie können einen breiten Rahmen mit weit auseinander liegenden Motoren oder eine ziemlich kompakte Rahmenstruktur bauen, bei der die Motoren nicht zu weit auseinander liegen ... obwohl sichergestellt werden muss, dass die Propeller sind weit voneinander entfernt, um ein besseres Gleichgewicht und Gleichgewicht zu ermöglichen.

3) Die Rahmenstruktur '+' muss im mittleren Bereich, in dem sich die Rahmenarme treffen und kreuzen, mit einer quadratischen Plattform ausgestattet sein. Es könnte einfach eine gut polierte Aluminiumplatte sein, die für die bequeme Unterbringung aller erforderlichen Elektronik und Verkabelung geeignet dimensioniert ist.

Daher wird diese zentrale Platte oder Plattform grundsätzlich für die Installation und Unterbringung der Elektronik des Systems benötigt, die letztendlich für die Steuerung Ihres Quadcopters verantwortlich wäre.

4) Sobald der obige Rahmen fertiggestellt ist, müssen die Motoren an den Enden der Querstangen befestigt werden, wie in den obigen Abbildungen gezeigt.

5) Es ist unnötig zu erwähnen, dass alle Montagearbeiten mit äußerster Genauigkeit und perfekter Ausrichtung durchgeführt werden müssen. Dies erfordert möglicherweise die Zuordnung eines erfahrenen Verarbeiters für die Arbeit.

Da alles im Design paarweise ist, wird es nicht allzu schwierig sein, die Elemente genau auszurichten. Es geht nur darum, die Paare so ähnlich wie möglich zu dimensionieren und anzupassen, was wiederum ein maximales Maß an Gleichgewicht, Gleichgewicht und Synchronisation gewährleistet für das System.

Sobald das Framework erstellt ist, ist es Zeit, die elektronischen Schaltkreise in die entsprechenden Motoren zu integrieren. Dies muss gemäß den Anweisungen im angegebenen Schaltkreishandbuch erfolgen.

Die Leiterplatten könnten an der Unterseite der Zentralplatte mit einem geeigneten Gehäuse oder über der Platte angebracht werden, wiederum mit einem geeigneten Schrank, um sie fest einzuschließen.

Drohnen 4 Motor Rotationskonfiguration

Die Drehrichtung der Propeller verstehen

Analyse der Drehrichtung der Motorpropeller für ein ausgeglichenes Anheben von:

In Bezug auf die obige animierte Simulation sollte die Drehrichtung der Motorpropeller wie folgt ausgerichtet werden:

Es muss einfach so sein, dass die Motoren an den Enden einer Stange identisch sind, sich jedoch von der Richtung des anderen Stangenmotors unterscheiden. Wenn sich die Motoren einer Stange im Uhrzeigersinn drehen, ergänzen sich die Motoren an den Enden der anderen Die Stange muss so eingestellt sein, dass sie sich gegen den Uhrzeigersinn dreht. Richtung.

Bitte beziehen Sie sich auf die obige Simulation, um die gegenläufige Bewegung der Motoren richtig zu verstehen, die möglicherweise den Motoren zugewiesen werden muss, um eine ausgewogene Aufnahme zu gewährleisten

So steuern Sie die Richtung des Quadcopters, indem Sie die Drehzahl der Motoren steuern.

Ja, die Flugrichtung des Quadcopters kann nach Ihren Wünschen angepasst und gesteuert werden, indem einfach unterschiedliche Drehzahlen (U / min) auf die betroffenen Motoren angewendet werden.

Die folgenden Bilder zeigen, wie das Grunddrehzahlgetriebe auf die relevanten Motoren angewendet werden kann, um eine beliebige Flugrichtung zur Maschine zu erreichen und auszuführen:

Wie in den obigen Diagrammen angegeben, kann der Quadcopter durch geeignetes Verringern der Drehzahl eines Motorsatzes oder Erhöhen der Drehzahl des gegenüberliegenden Motorsatzes oder durch Anpassen der Drehzahl nach eigenen Wünschen dazu gebracht werden, sich in einem beliebigen in der Luft zu bewegen gewünschte spezifische Richtung.

Die obigen Bilder zeigen die Grundrichtungen wie Vorwärts, Rückwärts, Rechts, Links usw. an. Jede andere ungerade Richtung kann jedoch auch effizient implementiert werden, indem die Drehzahlen der relevanten Motoren geeignet eingestellt werden, oder es kann sich nur um einen einzelnen Motor handeln.

Um beispielsweise die Maschine zu zwingen, in Richtung der N / W-Richtung zu fliegen, kann die Geschwindigkeit nur des S / E-Motors erhöht werden, und um der Maschine das Fliegen in der N / E-Richtung zu ermöglichen, kann die Geschwindigkeit der S / E-Richtung erhöht werden. W Motor kann erhöht werden ... und so weiter. Es muss nur geübt werden, bis die volle Kontrolle über den Quadcopter vom Benutzer erreicht und beherrscht wird.

Entwerfen eines praktischen Quadcopters

Bisher haben wir die grundlegende Konstruktion des Drohnenkörpers und der Hardware kennengelernt. Jetzt lernen wir, wie man mit sehr gewöhnlichen Komponenten schnell und kostengünstig einen Quadcopter oder eine Drohnenschaltung herstellt. In einem meiner früheren Beiträge haben wir gelernt, wie man eine relativ komplexe und daher effiziente Quadcopter-Flugmaschine ohne Verwendung eines Mikrocontrollers herstellt. Weitere Informationen finden Sie in den folgenden Beiträgen:

Fernbedienungskreis ohne MCU | Elektronische Schaltung

In diesem Artikel versuchen wir, das obige Design viel einfacher zu gestalten, indem wir die bürstenlosen Motoren eliminieren und durch bürstenbehaftete Motoren ersetzen und es folglich ermöglichen, den Komplex loszuwerden BLDC-Treiberschaltungsmodul .

Da die mechanischen Konstruktionsdetails des Quadcopters oben bereits ausführlich erörtert wurden, werden wir uns nur mit dem Abschnitt zum Schaltungsdesign befassen und lernen, wie er für das Fliegen der vorgeschlagenen einfachsten Drohnenschaltung gebaut werden kann.

Wie bereits erwähnt, benötigt dieser einfache Quadcopter nur die grundlegenden HF-Fernbedienungsmodule, wie im folgenden Beispiel dargestellt:

Du wirst brauchen Kaufen Sie diese HF-Module in einem Online-Shop oder bei Ihrem örtlichen Ersatzteilhändler:

Abgesehen von den oben genannten RF-Fernbedienungsmodule Es werden auch 4 Permanentmagnet-Bürstenmotoren benötigt, die tatsächlich das Herz der Drohnenmaschine bilden. Es kann wie im folgenden Bild mit den angegebenen Beschreibungen angegeben sein oder ähnlich wie in den erforderlichen Benutzerspezifikationen angegeben:

Elektrische Daten des Motors:

  • 6V = Betriebsspannung (Spitze 12V)
  • 200mA = Betriebsstrom
  • 10.000 = U / min

Liste der Einzelteile

  • 1K, 10K 1/4 Watt = jeweils 1
  • 1uF / 25V Kondensator = 1no
  • Voreinstellung 10K oder 5K = 1no
  • Rx = 5 Watt Drahtwiderstand, Wert, der durch Experimente bestätigt werden muss.
  • IC 555 = 1Nr
  • 1N4148 Dioden = 2nos
  • IRF9540 Mosfet = 1no
  • 6V Motor gebürstet Typ = 4nos
  • Flexible Drähte, Lot, Flussmittel usw.
  • Allzweckplatine zum Zusammenbau der oben genannten Teile
  • 4-Kanal-HF-Fernbedienungsmodul, wie in den entsprechenden Abbildungen gezeigt.
  • Aluminiumkanäle, Schrauben, Muttern, Platten usw. wie im Artikel erläutert.
  • Batterie wie unten gezeigt:
Li-Ionen-Akku für Drohnen

So konfigurieren Sie den Fernbedienungsempfänger mit den Motoren

Bevor Sie verstehen, wie der Fernbedienungsempfänger mit den Quadcopter-Motoren konfiguriert wird, müssen Sie wissen, wie die Motordrehzahlen angepasst oder ausgerichtet werden sollen, um die erforderlichen Bewegungen nach links, rechts, vorwärts und rückwärts zu erzeugen.

In erster Linie gibt es zwei Möglichkeiten, wie sich ein Quadcopter bewegen kann, und zwar im Modus '+' und 'x'. In unserem Design verwenden wir den grundlegenden Bewegungsmodus '+' für unsere Drohne, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Unter Bezugnahme auf das obige Diagramm erkennen wir, dass wir einfach die Drehzahlen der relevanten Motoren angemessen erhöhen müssen, um die gewünschten Richtungsmanöver auf der Drohne auszuführen.

Diese Geschwindigkeitssteigerung kann durch Konfiguration der Fernbedienungsrelais gemäß dem folgenden Schaltplan erzwungen werden. In der Abbildung unten sehen wir eine IC 555 PWM-Schaltung verdrahtet mit den 4 Relais des Fernbedienungsempfängermoduls der 6 Relais (1 Relais wird nicht verwendet und kann einfach entfernt werden, um Platz und Gewicht zu sparen).

PWM einstellen

Wie im Diagramm zu sehen ist, ist die PWM-Einspeisung mit allen N / C-Kontakten der Relais verbunden, was impliziert, dass normalerweise der Quadcopter durch diese gleichmäßige und gleiche PWM-Einspeisung schwebt, deren Arbeitszyklus anfänglich so eingestellt werden kann, dass Der Quadcopter ist in der Lage, einen korrekten festgelegten Schub und eine korrekte Höhe zu erreichen.

Dies kann experimentiert werden, indem der gezeigte PWM-Topf entsprechend eingestellt wird.

So konfigurieren Sie die Relaiskontakte

Die N / O-Kontakte der Relais sind direkt mit der positiven Versorgung verdrahtet. Wenn also eine entsprechende Taste am Fernsender-Mobilteil gedrückt wird, wird das entsprechende Relais im Empfängermodul aktiviert, wodurch der betreffende Motor abgerufen werden kann die volle 12V Versorgung aus der Batterie.

Die obige Operation ermöglicht es dem aktivierten Motor, mehr Geschwindigkeit als die übrigen Motoren zu gewinnen, wodurch sich der Quadcopter in die festgelegte Richtung bewegen kann.

Sobald die Fernbedienungstaste losgelassen wird, stoppt die Drohne sofort und schwebt weiter im konstanten Modus.

Ebenso können andere Richtungsbewegungen einfach durch Drücken der anderen zugewiesenen Tasten auf der Fernbedienung erreicht werden.

Das oberste Relais dient zur Gewährleistung einer sicheren Landung der Maschine. Dazu wird ein Stromabfallwiderstand in Reihe mit dem N / O-Kontakt des gezeigten Relais geschaltet.

Dieser Widerstandswert muss mit einigen Experimenten so berechnet werden, dass der Quadcopter ein paar Fuß über dem Boden schwebt, wenn dieser Widerstand durch das angeschlossene Relais umgeschaltet wird.

Schaltplan

Entwerfen einer praktischen Quadcopter-Schaltung

Die gezeigten Relais sind der Teil des HF-Modulempfängers, dessen Kontakte anfänglich nicht verbunden sind (standardmäßig leer) und wie in der obigen Abbildung angegeben verdrahtet werden müssen.

Der HF-Fernempfänger sollte im Quadcopter installiert und seine Relais mit den entsprechenden Motoren und Batterien gemäß der oben gezeigten Anordnung verdrahtet sein.

Sie sehen einige Anschlüsse (grün gefärbt), die die Drohne unnötig belasten können. Sie können alle entfernen, um das Gewicht zu reduzieren, und die entsprechenden Drähte durch Löten direkt mit der Leiterplatte verbinden.

Wie sich die Drohne bewegt:

Wie in der obigen Diskussion erläutert, betätigt sie beim Drücken einer bestimmten Fernbedienungstaste das entsprechende Relais des Quadcopter-Moduls, wodurch sich der betreffende Motor schneller bewegt.

Dieser Vorgang zwingt die Maschine wiederum dazu, sich in die Richtung zu bewegen, die dem Motor entgegengesetzt ist, der geschaltet wird, um sich mit der schnelleren Drehzahl zu drehen.

So bewirkt beispielsweise eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Südmotors, dass sich die Maschine nach Norden bewegt, eine Erhöhung des Nordmotors bewirkt, dass sie sich nach Süden bewegt, und eine ähnliche Erhöhung der Ostmotorgeschwindigkeit bewirkt, dass sie sich nach Westen bewegt und umgekehrt.

Interessanterweise ermöglicht das Erhöhen der Süd / Ost-Motoren dem Quadcopter, sich in Richtung des entgegengesetzten Nord / West zu bewegen, der sich im diagonalen Modus befindet ... und so weiter.

Vor- und Nachteile der oben erläuterten einfachen Qaudcopter-Fernbedienungsschaltung.

Vorteile

  • Günstig und auch von einem relativ neuen Bastler einfach zu bauen.
  • Erfordert keine komplexen Joystick-Operationen.
  • Kann mit einem einzigen 6-Kanal-Fernbedienungsmodul gesteuert werden

Nachteile

  • Weniger effizient in Bezug auf die Batteriesicherung aufgrund der Verwendung von Bürstenmotoren
  • Die Richtungsgeschwindigkeit ist konstant und kann nicht über die Fernbedienung variiert werden
  • Das Manövrieren ist beim Umschalten der Tasten möglicherweise nicht reibungslos, sondern ruckelt etwas.



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