如何制作stm32f103c8t6+mpu6050+nrf24l01的分体小四轴

今天介绍一个小玩意是一个开源小四轴。





我考虑过基于之前做的stm32飞控来做一个小四轴，对于新手来说比较安全，然后就上网找一样芯片的小四轴看看能不能在不画板子情况下，把软件移植上去。后来我找到了这一款小四轴。它的主要部件stm32f103c8t6和mpu6050和我的stm32飞控是一模一样的。我的stm32飞控还多了一些传感器，但是那些额外的传感器并不是必须的。传感器里面只有陀螺仪是必须的，加速度计也比较重要，这些都是由mpu6050实现的，而这个小四轴正好也用了这个传感器芯片，其实mpu6050早在ymfc-al里就用上了。
而且，这个小四轴还有一个优点，它是机架和飞控板分体的，也就是说，万一哪天我连硬件也想做了，我也可以用我自己的飞控小板子，只保留它的机架+电机+螺旋桨部分，pcb和smt我可以自己找嘉立创搞定。
不过，nrf24l01和我习惯用的无线模块不一样，之前用的都是专用遥控器配套的接收机，输出ppm或者pwm波，nrf24l01有点像串口透传模块，我接触的不多，只是用过，代码不熟悉。需要慢慢对接。
（其实我在github上找到一个第三方爱好者改的ymfc-3d，姿态传感器用了mpu6050（本来是l3g4200），无线芯片用了nrf24l01，我过段时间看看能否直接用吧。）
用nrf24l01还有一个好玩的地方，我之前做的portapack蓝牙解调，其实也可以改一改来解nrf24l01，因为他们都是fsk调制的，而且我找的解码btle的那个开源项目里本来就带nrf24l01的解码了，也就是说我有可能直接用portapack来解小四轴遥控器命令，当然用portapack发命令给小四轴也是可能的，这个发射不是简单的重放，而是想发什么命令就发什么。
其实我以前用hackrf重放过nrf24l01，可以重放控制的，说明这个模块确实是比较简单的。
重放攻击演示视频：https://v.youku.com/v_show/id_XMTU4MjY5ODM5Mg==.html
不过我拿到手后碰到一个问题，它的遥控器是右手油门的，貌似左手油门的卖光了，我很不习惯。
后来我想到个办法，把遥控器像下面这样反着拿，然后改了改遥控器程序，就当熟悉它的开发环境了。





它的开发环境是keil，下载器是jlink，串口只用来输出调试信息(printf)，不下载固件。跟着卖家教程也挺方便，唯一我不习惯的地方是不跨平台，必须用windows，而且在ubuntu下，代码注释也是乱码。
这里贴一些我自己改的代码，由于不是我写的，所以我只能贴一部分。
我下载了左手油门的代码，然后在/HAL/remote.c文件里，把1000+adc值都改为了2000-adc就行了，另外我根据传感输出，改了一下

//原代码
Remote.thr = (uint16_t)(0.25f*ADC_ConvertedValue[1])+1000 + offset.thr;//油门
last_thr = Remote.thr = Remote.thr*0.25f + 0.75f*last_thr;
Remote.pitch = 1000 + (uint16_t)(0.25f*ADC_ConvertedValue[3]) + offset.pitch;//
last_pitch = Remote.pitch = Remote.pitch*0.25f + 0.75f*last_pitch;
Remote.yaw = 1000 + (uint16_t)(0.25f*ADC_ConvertedValue[0]) + offset.yaw;//方向
last_yaw = Remote.yaw = Remote.yaw*0.25f + 0.75f*last_yaw;
Remote.roll = 1000 +(uint16_t)(0.25f*ADC_ConvertedValue[2]) + offset.roll;//副翼
last_roll = Remote.roll = Remote.roll*0.25f + 0.75f*last_roll;


//我反过来拿遥控器时要做的修改
Remote.thr = 2000 - (uint16_t)(0.25f*ADC_ConvertedValue[1]) + offset.thr;//油门
last_thr = Remote.thr = Remote.thr*0.25f + 0.75f*last_thr;
Remote.pitch = 2000 - (uint16_t)(0.25f*ADC_ConvertedValue[3]) + offset.pitch;//
last_pitch = Remote.pitch = Remote.pitch*0.25f + 0.75f*last_pitch;
Remote.yaw = 2000 - (uint16_t)(0.25f*ADC_ConvertedValue[0]) + offset.yaw;//方向
last_yaw = Remote.yaw = Remote.yaw*0.25f + 0.75f*last_yaw;
Remote.roll = 2000 - (uint16_t)(0.25f*ADC_ConvertedValue[2]) + offset.roll;//副翼
last_roll = Remote.roll = Remote.roll*0.25f + 0.75f*last_roll;
我实际的飞行体验：起飞基本上保持离地20~30cm（可能充电没冲足，因为一直没显示充满，但是我不敢冲太久，怕鼓包），另外自动回中的遥感不太好操作，很容易一个动作导致过度修正，我还是习惯航模遥控器。





前段时间，热心模友NEXT，给了我一个小四轴，也是基于stm32c8t6+mpu6050，接收机使用了ppm接收机rx2a，而不是nrf24l01，飞机上面已经烧录了他改写的ymfc-32飞控代码（主要是引脚不同）。


我拿到手后飞了一下，发现效果还挺好。


视频：https://www.bilibili.com/video/BV19K4y1t7cx


yaw轴解锁与标准代码不同，是他自己改了解锁方式。


另外roll轴pitch轴交换的问题是因为小飞机上的箭头方向不是正前方，要以mpu6050上的小点为准。


飞了这个小四轴，更加坚定了我的信心。接下来就是照着红色小飞机的原理图画板子了。不过由于生产电机麻烦，我还是不打算生产一整个Pcb飞机，而是继续用前面说的小飞控板+小机架的方式。









小四轴飞控板子生产好了，发现几个问题:


1.pb2没拉低，这样无法用串口下载程序到stm32里，哪怕boot0跳线帽插上去也是不行的，所以我就用白色飞线解决了这个问题，就可以拉低了。


2.开关关机后，电机还会转，这是因为我电机的正极直接从电池上引出，而不是接在开关上，这样开关控制不了电机电源，mos上只要有一个小干扰就会打开电机。


3.只接u***线，没接电池时，电机也能转，这个不算大问题，但是一般小四轴都不是这样的。我发现LDO的vout会反向给vin供电，所以我串接了一个二极管解决了这个问题。（实际没增加二极管，只是调整了电机正极和二极管的顺序就行了）


4.我发现有时候stm32接电池时会跑飞，u***供电时不会，后来发现是因为接电池时要用LDO同时给单片机和遥控接收机的3.3v供电，用u***时这个3.3v是电脑u***口提供的。LDO的供电电流不够。后来我把遥控接收机直接接电池正极就解决了这个问题。


5.飞机一切测试正常就是飞不起来，跟两个因素有关，一个是飞机太重（用原来的飞控就只能离地10cm，不能真的飞到任意高度），另一个是我代码里的pwm波范围是0~2000ms(周期4000ms)，最大只用到50%占空比。我打算先换一体飞控降低重量，再考虑改代码。


6.我还做了一些修改，比如电机电源线加粗，另外零件尽量使用嘉立创库里的（可以降低打样成本）。





下面的电源部分修改，解决了第2点和第3点的问题。










然后我又打了5个板子，但是这5个板子下单的时候，我来不及改接收机部分了（第4点问题），所以接收机供电我还是飞线接到电池上的。整机做出来比较轻，基本能解决第5点问题，请看后面的视频。






这是首次试飞视频：https://www.bilibili.com/video/BV185411Y7Xf


可以看到飞机油门开启后，能离地10cm左右，这是没增加最大占空比的情况下就能实现的，说明减轻重量确实有帮助。


但是我后来还是提高了最大占空比，我修改了pwm范围为0~3000ms(4000ms周期)这样最大占空比是75%就能完全飞起来了。





关于接收机，我后来测试了几种情况，如果我直接焊接在原来设计的位置，确实stm32还是会跑飞。如果我把正负极都接电池附近，那就完全没问题。但是如果我把正极接电池，负极接原来位置。stm32虽然不会跑飞，但是感觉飞机好像不太听话，感觉地如果不直接连电池负极会有干扰，虽然我设计的地最终也是接在电池负极的，但是经过电路板上别的元器件了。所以下一版本，我会直接把正负极尽量靠近电池。


另外，下一个版本还会修改电机孔大小，现在大小刚合适放电机，不能赛那个橡皮圈，这样必须要打胶固定有点麻烦。下一版本会加大这个孔。