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本帖最后由 Arvinhw 于 2015-4-13 16:38 编辑
Crazyfli是目前全世界最小的四轴飞行器,仅重19克,相对的两翼之间长度为9厘米。有两个不同的版本,区别在于传感器的数量。这个小四轴飞行器可以在空中飞行长达7分钟,通过一个标准的USB接头给锂聚合物电池充电需要约20分钟。 它的电路部分到底是如何实现的?且听我慢慢道来。 1. 电气原理 从中心开始:72M主频的M3内核的处理器来处理各传感器数据,并对四个旋翼进行控制达到想要的效果。 往上:通过IIC接口与三轴陀螺仪、三轴加速度计(也就是MPU6050)、磁力计、气压计等传感器连接获取传感器数据,来感知载体(也就是四轴机体)的姿态(这里的姿态包括俯仰、横滚、航向)和高程。 往下:通过PWM调节四个电机驱动器来驱动四个电机转动,由于电机带有螺旋桨转动而产生所谓的“升力”。 往右:通过SPI协议接口与无线芯片通讯,回传载体数据和接收控制信号,还有外部扩展接口。 往左:电源管理部分。 2. 电池 电池使用的是锂电池(锂离子聚合物电池),是目前流行的遥控模型电池。但锂电池必须按照规定使用,过冲、过放都会产生安全隐患。由于它具有最高的电能/质量比和最大的放电电流,所以也是比较适合的选择。 为了应付锂电池的这些缺点,我们使用电路保护模块( PCM)来防止电量不足、过放电或者短路。PCM 位于电池上部的橙色胶带下面,从中引出两条电源线。 但是这种保护是远远不够的,还需要有专门的充放电管理电路来保护。比如电气原理图的 Power Mangment and Charging部分。 PCM 的参数如下: 条目 额定值 过充电检测电压 4.20±0.025V 过充电解除电压 4.10±0.050V 过充电检测延时 0.92~1.38S 过放电检测电压 2.80±0.050V 过放电解除电压 2.90±0.100V 过放电检测延时 115~173 ms 过放电电流 4~9A 过放电电流延时 7.2~11ms 短路检测延时 220~380us 短路解除条件 断开负载 损耗电流 Max 0.7uA 建议最大连续充/放电电流 3A 建议使用温度 -20 - +60 deg C 内阻 <60mOhm 3. 电源管理 电源管理主要是由ti BQ24075 电源管理芯片来完成。它能开/关和给锂电池充电。BQ24075有三种输入限制模式,100mA,500mA和用户自定义(Crazyflie设置740mA)。当将 Crazyflie 接上普通电源适配器时就可以使它能快速的充电。但是 170mAh电池一般不允许超过 3C( 510 毫安)的充电速率。 模拟和数字电源使用的是 TPS79301 可调稳压芯片。我们选择可调节稳压片来支持两种电压以此获得最大的调节能力。可以通过改变一对偶电阻的阻值来设置输出电压。当接上 USB 线缆时数字供电从 2.8V 切换到3.3V来适应 USB 供电标准。(电压切换部分若有人感兴趣我再做解释)。 4. 微控制器 MCU 处理的核心,可以看到四个MOTOR驱动控制腿,状态指示灯。 [size=13.63636302948px]用的现在比较常用的STM32F103CB[size=13.63636302948px],运行72MH[size=13.63636302948px]的全速状态,它具128K[size=13.63636302948px]Flas和20K[size=13.63636302948px]的RAM。 21 22腿的IIC接口,与IMU模块通讯, 2 3 4 11 12等引脚的对电源管理模块的控制,主要功能就是检测电压,控制通/断等, 25到31对2.4G无线模块的通讯与控制 14到17引脚作为预留外设接口 44脚为引导程序地址的的硬件设置, 总之,都是数字电路,看看各芯片手册和集中通信协议搞明白还是比较容易的。 5. 传感器 惯性传感器使用的Invensens公MPU-605单芯片六轴传感器,它包含了一个三轴陀螺仪和一个三轴加速度计。还有个磁力计HMC5883L,暂时不清楚电机对磁力计的影响有多大。第一个版本有两个型号,区别就是有无气压计MS5611,原因很简单就是价格问题,国内单个购买MS5611芯片要40块。。。 6. 扩展口 扩展口 位于 Crazyflie 的左侧,10*2 针 1.27mm 间距的过孔,扩展口分为两部分。pin1到pin10是JTAG部分,pin11到pin20是总线/电源部分。 接口 名字 描述 1 VCC 数字电源 2 TMS 测试模式使能 3 EXT_I2C_SCL/TX I2C_SCL 或 UART TX 4 TCK 测试时钟 5 EXT_I2C_SDA/RX I2C_SDA 或 UART RX 6 TDO 测试数据输出 7 N/A 未使用 8 TDI 测试数据输入 9 DGND 数字地 10 SNRST 系统复位 11 EXT_SPI_CS/AIN4 SPI 片选或 4 管脚模拟输入 12 EXT_SPI_MOSI/AIN5 SPI 片上主机输出从机输入或 5 管脚模拟输入 13 EXT_SPI_SCK/AIN6 SPI 时钟或 6 管脚模拟输入 14 EXT_SPI_MISO/AIN7 SPI 片上主机输入从机输出或 7 管脚模拟输入 15 VCC 数字电源 16 VCOM 电池/USB 电源 17 DGND 数字地 18 DGND 数字地 19 AGND 模拟地 20 VCCA 模拟电源 7. 电机驱动 使用的有刷电机驱动是一个简单的下拉场效应管(MOSFET),如上侧原理图所示。 还有一个续流二极管来分流由电机PWM工作模式下产生的反电动势尖峰。 [size=13.63636302948px]先要知道的就是使用的614空心杯电机,N沟道额定电流3A的场效应管以及MOS管的特性:GS端电压控制DS的通断,电压控制电流,R1作为下拉电阻防止误触发,D1续流二极管:因为电机在电路上可以等效成个电感,PWM模式下电感会有反向电动势,若参数合适的话电动势会非常高,MOS管都有击穿危险。 [size=13.63636302948px]多说一句(电路高手可以无视):这里用的是MOS管,GS电压控制DS电流,还有常用的晶体三极管,N沟道MOS管的GDS对应的NPN的晶体管的BCE ,BE电流控制EC电流,各有优劣可以网上查查基本知识。 8. 电机 电机使用的是 6*14mm 的空心杯有刷直流电机。这个型号的小电机也容易买到,价格也很便宜。 电气规格 参数 值 额定电压 4.2 V Max 适用电压 3.7 V 空载转速 45000 ±15% RPM 空载电流 80 mA Max 启动电压 0.8 V Max 额定负载转速 21000 ±15% RPM 额定负载电流 810 mA Max 电阻 2.3 ±20% Ω 机械规格 参数 值 轴径 0.8 mm 电机直径 6 ± 0.05 mm 电机长度 14 mm 质量 1.7 g 内容来自amobbs 下面附上个人制作的Crazyfile的原理图,还有CAD图纸,有兴趣的回复支持一下吧 ![]() ![]() |
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看看是否实用谢谢楼主 |
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谢谢,楼主非常感谢,资料很全学习中
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