A legegyszerűbb Quadcopter Drone áramkör

Ebben a bejegyzésben a quadcopter karosszéria-szerelésének alapjait tárgyaljuk alumínium csövek és csavarok felhasználásával, a cikk későbbi szakaszaiban pedig egy egyszerű drón-áramkörről is szó lesz, amely komplex mikrovezérlőktől függetlenül használható egy kis drón-szerelvény repüléséhez.

A quadcopter talán a legegyszerűbb repülőgép, amely minimális mennyiségű aerodinamikai pontosságot és bonyodalmat igényel, ezért nem meglepő, hogy óriási népszerűségre tehet szert a különféle hobbisták körében, akik ezt sikeresen meg tudják építeni. ellenőrzés saját akaratuk szerint.

A Quadcopter Dynamics

Az a tény, hogy a kvadrokopteres drón a legegyszerűbb technikája és dinamikája szempontjából, valójában 4 légcsavar és egy kiegyensúlyozott vázszerkezet részvételének köszönhető, amelyek lehetővé teszik a gép viszonylag jó egyensúlyú repülését még nehéz éghajlati viszonyok között is.

De az egyszerűség azt is magában foglalja, hogy a rendszer nem biztos, hogy olyan hatékony, mint a hagyományos repülőgép és aprító modellek, amelyeket bonyolultan terveztek, hogy rendkívül hatékonyak legyenek a sebesség és az üzemanyag-fogyasztás, és természetesen a teherbíró képesség szempontjából. hiányzik egy tipikus quadcopter rendszerből.

Mindazonáltal, ami a hobbi projektet illeti, ez a gép ideális választássá válik a legtöbb rajongó számára, akik nagyon mulatságosnak és érdekesnek találják, ha otthon gyártanak egy saját repülőgépet, amely végül „hallgat” és bármilyen irányba repül, felhasználó inkább mozog.

Azonban egy új játékos számára, aki technikailag nem annyira tájékozott, még ezt az egyszerű gépet is rendkívül bonyolultnak értheti, egyszerűen azért, mert a sok weboldalon megjelenő kapcsolódó információk nagy része nem képes világos és olyan „nyelven” megvitatni a fogalmat. laikusnak megfelelhet.

Ezt a cikket kifejezetten azoknak a nem annyira technikai embereknek írták, akik érdeklődnek egy csodálatos repülőgép építése iránt, de a témát túl nehezen emészthetik meg.

Miért olyan könnyű manapság gyártani a Quadcoptereket?

Elgondolkodott már azon, vajon miért olyan könnyű gyártani a quadrokoptereket és a drónokat a mai világban, és talán korábban lehetetlen volt az áram felhasználásával?

Alapvetően a Li-Ion akkumulátorok fejlesztése és továbbfejlesztése miatt. Ezek a manapság rendkívül hatékony akkumulátorok, amelyek lenyűgöző teljesítmény-tömeg arányt kínálnak. Ezzel együtt a BLDC motorok és a rendkívül kifinomult állandó mágneses motorok feltalálása is hozzájárult a drónok könnyen konstruálhatóvá tételéhez.

A Li-Ion akkumulátor fantasztikus mennyiségű forgatónyomatékot képes biztosítani a motorokon, amely elegendő lesz ahhoz, hogy másodpercek alatt a kvadrokopter egységet a talaj felett magasra tegye, és lehetővé teszi, hogy hosszú ideig levegőben maradjon a teljesítmény nagyon hatékony és hasznos.

Hogyan repül a Quadcopter

Most ugorjunk jól, és értjük meg, mi szükséges ahhoz, hogy a quadcopter sikeresen repüljön. Íme az alapok a gép zökkenőmentes repüléséhez:

1) Alapvetően a géphez szilárd és erős testre van szükség, de rendkívül könnyű. Ezt lehet előállítani vagy összeállítani üreges, négyzet alakú alumínium extrudáló csövekkel, lyukak megfelelő fúrásával és a keret rögzítésével anyákkal és csavarokkal.

2) A szerkezetnek tökéletes „+” vagy tökéletes „x” formájúnak kell lennie, ez nem okoz különbséget mindaddig, amíg az „keresztező” csövek szöge egyenként 90 fokos.

A quadcopter elkészítéséhez szükséges alapvető elemek a következő képen láthatók:

Alkatrész-szimuláció

Az alábbi durva animációs szimuláció megmutatja, hogyan kell összeállítani a fenti elemeket:

A Quadcopter Framework felépítése

A „+” keret alumíniumát a kész alumínium extrudáló csövek megfelelő vágásával és méretezésével lehet megszerezni, az alábbiak szerint:

A váz mérete viszonylagos, és ezért nem döntő fontosságú. Széles keretet építhet a tágra választott motorokkal, vagy meglehetősen kompakt vázszerkezetet készíthet ott, ahol a motorok nem túl szélesek egymástól ... bár biztosítani kell, hogy a a propellerek jól el vannak zárva egymástól a jobb egyensúly és egyensúly érdekében.

3) A „+” vázszerkezetet négyzet alakú emelettel kell felszerelni a középső szakaszon, ahol a vázkarok találkoznak és keresztezik egymást. Ez egyszerűen jól csiszolt alumíniumlemez lehet, amely megfelelően méretezhető, hogy kényelmesen elférjen az összes szükséges elektronika és vezeték.

Ez a központi lemez vagy platform tehát alapvetően szükséges a rendszer elektronikájának telepítéséhez és elhelyezéséhez, amely végső soron a quadcopter vezérléséért felel.

4) A fenti keret elkészülte után a motorokat a keresztlécek végein kell rögzíteni, amint azt a fenti ábrák mutatják.

5) Fölösleges mondanom, hogy az összes szerelési munkát a legnagyobb pontossággal és tökéletes összehangolással kell elvégezni, ehhez szükség lehet egy tapasztalt fabrikátor társulására a munkához.

Mivel a tervezésben minden párban van, az elemek pontos összehangolása valójában nem lesz túl nehéz, csupán arról van szó, hogy a méreteket és a lehető legnagyobb hasonlósággal illesszék be a párokat, ami viszont biztosítja az egyensúly, az egyensúly és a szinkron maximális szintjét a rendszer számára.

A keret felépítése után ideje integrálni az elektronikus áramköröket a megfelelő motorokkal. Ezt az adott áramköri kézikönyvben megadott utasításoknak megfelelően kell megtenni.

Az áramköri lapok felszerelhetők a központi lemez alsó oldalán megfelelő házzal vagy a lemez fölé, ismét megfelelő szekrénnyel a szoros lezáráshoz.

A légcsavarok forgásirányának megértése

A motoros propellerek forgásirányának elemzése kiegyensúlyozott emeléshez:

A fenti animált szimulációra hivatkozva a motor propellereinek forgásirányát a következő módon kell összehangolni:

Egyszerűen olyannak kell lennie, hogy az egyik rúd végén lévő motorok azonosak legyenek, de eltérjenek a másik rúd motorjának irányától, vagyis ha az egyik rúd motorjai az óramutató járásával megegyező irányban forognak, akkor a másik végén lévő motorok kiegészítik egymást. A botot úgy kell hangolni, hogy az az óramutató járásával ellentétes irányban forogjon. irány.

Kérjük, olvassa el a fenti szimulációt, hogy helyesen megértse a motorok ellentétes működését, amelyre szükség lehet a motorokhoz való hozzárendeléshez a kiegyensúlyozott felvétel biztosítása érdekében.

Hogyan lehet irányítani a quadcopter irányát a motorok sebességének szabályozásával.

Igen, a kvadrokopter repülési irányát a saját kívánsága szerint módosíthatja és szabályozhatja, ha egyszerűen csak különböző sebességeket (RPM) alkalmaz az érintett motorokra.

A következő képek azt mutatják, hogy az alapsebesség-átvitel hogyan alkalmazható a megfelelő motorokra a kívánt repülési irány elérése és végrehajtása érdekében:

Amint azt a fenti diagramok mutatják, a motorkészlet fordulatszámának megfelelő csökkentésével, vagy az ellentétes motorkészlet sebességének növelésével, vagy a saját preferenciájuk szerinti beállítással a kvadrokopter bármelyik levegőben haladhat kívánt konkrét irány.

A fenti képek az alapvető irányokat mutatják, például előre, hátra, jobbra, balra stb., De bármilyen más páratlan irány is hatékonyan megvalósítható a megfelelő motor fordulatszámának megfelelő beállításával, vagy csak egyetlen motor lehet.

Például annak érdekében, hogy a gépet észak-nyugati irány felé repülni kényszerítsük, csak az S / E motor sebessége növelhető, és a gép északi irányú repülésének lehetővé tétele érdekében az S / E sebessége A W motor megnövekedhet ... stb. Csak addig kell gyakorolni, amíg a quadcopter teljes irányítása elérhetővé válik és elsajátítja a felhasználó.

Praktikus Quadcopter tervezése

Eddig megismertük a drón karosszéria és hardver alapvető felépítését, most pedig megtanuljuk, hogyan lehet gyorsan és olcsón elkészíteni egy kvadrokoptert vagy egy drón áramkört nagyon közönséges alkatrészek felhasználásával. Az egyik korábbi bejegyzésemben megtanultuk, hogyan lehet viszonylag összetett és ezért hatékony quadcopter repülőgépet készíteni mikrokontroller használata nélkül. További információért a következő bejegyzéseken keresztül szeretne részt venni:

Távirányító áramkör MCU nélkül Elektronikus áramkör

Jelen cikkben megpróbáljuk a fenti kivitelt sokkal egyszerűbbé tenni azáltal, hogy kiküszöböljük a kefe nélküli motorokat és lecseréljük azokat szálcsiszolt motorokra, és következésképpen lehetővé tesszük a komplexumtól való megszabadulást. BLDC meghajtó áramkör modul .

Mivel a kvadrokopter mechanikai felépítésének részleteit a fentiekben már átfogóan tárgyaltuk, csak az áramköri tervezési szakasszal foglalkozunk, és megtanuljuk, hogyan lehet felépíteni a javasolt legegyszerűbb drón áramkör repüléséhez.

Mint korábban említettük, ennek az egyszerű quadcopternek csak az alapvető RF távvezérlő modulokra van szüksége, amint az az alábbi példa képen látható:

Muszáj lesz vásárolja meg ezeket az RF modulokat bármely online áruházból vagy a helyi elektronikus pótkereskedőtől:

A fentieken kívül RF távirányító modulok 4 állandó mágneses, szálcsiszolt motorra is szükség lesz, amelyek valójában a dróngép szívét alkotják. Megadható a következő képen, a megadott leírásokkal, vagy bármilyen más hasonló, a szükséges felhasználói specifikációk szerint:

A motor elektromos specifikációi:

• 6V = üzemi feszültség (12V csúcs)
• 200mA = üzemi áram
• 10 000 = RPM

Alkatrész lista

• 1K, 10K 1/4 watt = 1 darab
• 1uF / 25V kondenzátor = 1sz
• Előre beállított 10K vagy 5K = 1no
• Rx = 5 wattos drótellenállás, az értéket kísérletekkel kell megerősíteni.
• IC 555 = 1 nem
• 1N4148 Diódák = 2nos
• IRF9540 Mosfet = 1 nem
• 6V motoros csiszolt típus = 4nos
• Rugalmas huzalok, forrasztás, fluxus stb.
• Általános célú NYÁK a fenti alkatrészek összeszereléséhez
• 4 csatornás RF távirányító modul, a vonatkozó képeken látható módon.
• Alumínium csatornák, csavarok, anyák, lemezek stb., A cikkben leírtak szerint.
• Akkumulátor az alábbiak szerint:

A távirányító vevőjének beállítása a motorokkal

Mielőtt megértenénk a távirányító vevőjének konfigurálását a quadcopter motorokkal, fontos megismerni, hogy a motor fordulatszámát állítsuk vagy állítsuk be a szükséges bal, jobb, előre, hátra mozgás előállításához.

Elsősorban kétféle módon lehet engedélyezni a quadcopter mozgását, amelyek a „+” és az „x” módban vannak. Tervezésünk során a drónunk alapvető „+” mozgásmódját alkalmazzuk, amint azt az alábbi ábra mutatja:

A fenti diagramra hivatkozva rájövünk, hogy egyszerűen meg kell növelnünk a megfelelő motorok fordulatszámát a kívánt iránymutató manőverek végrehajtásához a drónon.

A sebesség emelését a távvezérlő relék konfigurálásával lehet kikényszeríteni a következő kapcsolási rajz szerint. Az alábbi ábrán láthatunk egy IC 555 PWM áramkör a 6 relé távvezérlő vevőmoduljának 4 reléjével van bekötve (1 relé nem használt, és egyszerűen eltávolítható a hely és a súly növelése érdekében).

A PWM beállítása

Amint az az ábrán látható, a PWM előtolás a relék összes N / C érintkezőjéhez kapcsolódik, ami azt jelenti, hogy általában a quadcopter lebeg ezen az egyenlő és egyenlő PWM előtoláson keresztül, amelynek munkaciklusát kezdetben úgy lehet beállítani, hogy a quadcopter képes elérni a megfelelő meghatározott tolóerőt és magasságot.

Ezt megkísérelhetjük a bemutatott PWM pot megfelelő beállításával.

A továbbító kapcsolatok konfigurálása

A relék N / O érintkezői közvetlenül a pozitív tápellátással vannak bekötve, így amikor a távirányító kézibeszélőjén megnyomnak egy megfelelő gombot, a vevő modulban aktiválódik a megfelelő relé, ami lehetővé teszi az adott motor számára, hogy az akkumulátor teljes 12 V-os tápellátása.

A fenti művelet lehetővé teszi, hogy az aktivált motor nagyobb sebességet nyerjen, mint a többi motor, ami lehetővé teszi a quadcopter számára, hogy a megadott irány felé mozogjon.

Amint elengedi a távvezérlő gombot, a drón azonnal leáll, és állandó üzemmódban tovább lebeg.

Ugyanígy más irányú mozgások egyszerűen elérhetők a távoli kézibeszélő többi hozzárendelt gombjának megnyomásával.

A legfelső relé a gép biztonságos leszállásának biztosítására szolgál, ezt úgy végezzük, hogy egy áram esési ellenállást adunk sorba a bemutatott relé N / O érintkezőjével.

Ezt az ellenállási értéket bizonyos kísérletekkel úgy kell kiszámítani, hogy a kvadrokopter pár láb körül a föld felett lebegjen, valahányszor ezt az ellenállást a csatolt relén keresztül kapcsolják.

Kördiagramm

A bemutatott relék az RF modul vevőjének azon részei, amelynek érintkezői kezdetben nincsenek csatlakoztatva (alapértelmezés szerint üresek), és ezeket a fenti ábra szerint huzalozni kell.

Az RF távirányítót a quadcopter belsejébe kell telepíteni, és reléit a megfelelő motorokkal és akkumulátorral kell bekötni a fenti ábra szerinti elrendezés szerint.

Láthat néhány csatlakozót (zöld színű), amelyek szükségtelenül megnövelhetik a drón súlyát. Mindegyiket eltávolíthatja a súly csökkentése érdekében, és forrasztással csatlakoztathatja a megfelelő vezetékeket közvetlenül a NYÁK-hoz.

Hogyan mozog a drón:

Amint azt a fenti megbeszélésben kifejtettük, amikor egy adott távvezérlő gombot megnyomnak, ez működteti a quadcopter modul megfelelő reléjét, aminek következtében az adott motor gyorsabban mozog.

Ez a művelet viszont arra kényszeríti a gépet, hogy a váltott motorral ellentétes irányban mozogjon, hogy a fordulatszám nagyobb legyen.

Így például a déli motor sebességének növelése a gép észak felé történő elmozdulását eredményezi, az északi motor növelése pedig a déli mozgást, hasonlóan a keleti motor sebességének növekedése nyugat felé és fordítva.

Érdekes módon a déli / keleti motorok növelése lehetővé teszi a kvadrokopter számára az átlós üzemmódban lévő északi / nyugati szemközti irány felé való elmozdulást .... és így tovább.

A fentiekben ismertetett egyszerű Qaudcopter távvezérlő áramkör előnyei és hátrányai.

Előnyök

• Olcsó és könnyen felépíthető még egy viszonylag új hobbista által is.
• Nem igényel összetett joystick műveleteket.
• Egyetlen 6 csatornás távvezérlő modul segítségével vezérelhető

Hátrányok

• Kevésbé hatékony az akkumulátor-tartalék szempontjából a csiszolt motorok részvétele miatt
• Az iránysebesség állandó, és a távirányító kézibeszélőjén nem változtatható
• A manőverezés nem lehet zökkenőmentes, kissé rángatózó a gombok váltása közben.