Il più semplice circuito per droni quadricotteri

Prova Il Nostro Strumento Per Eliminare I Problemi





In questo post discuteremo le basi dell'assemblaggio del corpo del quadricottero utilizzando tubi e bulloni in alluminio, nelle sezioni successive dell'articolo discuteremo anche di un semplice circuito per droni che potrebbe essere utilizzato per pilotare un piccolo assieme di droni senza dipendere da microcontrollori complessi.

Un quadricottero è forse la macchina volante più semplice che richiede una quantità minima di precisione aerodinamica e complicazioni, e quindi non è una sorpresa, potrebbe guadagnare un'immensa popolarità tra i vari hobbisti che potrebbero costruirla con successo ... una macchina che potrebbero effettivamente volare e controllo a loro piacimento.



Il Quadcopter Dynamics

Il fatto che un drone quadricottero sia il più semplice in termini di tecnicità e dinamica è in realtà dovuto al coinvolgimento di 4 eliche e una struttura del telaio bilanciata, che consentono alla macchina di volare con un equilibrio relativamente buono, anche in condizioni climatiche difficili.

Ma la semplicità implica anche che il sistema potrebbe non essere efficiente come i modelli convenzionali di aeroplani e elicotteri che sono progettati in modo complesso per mostrare un'estrema efficienza in termini di velocità e consumo di carburante e, naturalmente, capacità di carico ... tutto ciò potrebbe essere essenzialmente priva di un tipico sistema quadricottero.



Tuttavia, per quanto riguarda un progetto hobbistico, questa macchina diventa la scelta ideale per la maggior parte degli appassionati che trovano molto divertente e intrigante costruire una propria macchina volante, a casa, che alla fine 'ascolta' e vola in qualunque direzione il l'utente preferisce che si sposti.

Tuttavia, per un nuovo giocatore, che potrebbe essere tecnicamente non così informato, potrebbe trovare anche questa semplice macchina estremamente complicata da capire, semplicemente perché la maggior parte delle informazioni correlate presentate attraverso i molti siti Web non riescono a discutere il concetto in modo lucido e in un `` linguaggio '' che potrebbe essere adatto a un profano.

Questo articolo è stato scritto specificamente per quelle persone non così tecniche che sono interessate a costruire una magnifica macchina volante ma trovano l'argomento troppo difficile da digerire.

Perché i quadricotteri sono così facili da costruire oggi

Ti sei mai chiesto perché quadricotteri e droni sono così facili da costruire nel mondo di oggi e forse prima era impossibile usare l'elettricità?

È fondamentalmente a causa dello sviluppo e del miglioramento delle batterie agli ioni di litio. Queste sono forme estremamente efficienti di batterie oggi disponibili che offrono un impressionante rapporto peso / potenza. Insieme a questo, anche l'invenzione di motori BLDC e motori a magneti permanenti altamente raffinati hanno contribuito a rendere i droni facilmente costruibili.

La batteria agli ioni di litio è in grado di fornire un'incredibile quantità di coppia rotazionale sui motori che diventa sufficiente per spingere l'unità quadricottero ad un'altitudine elevata rispetto al suolo in pochi secondi, e consente anche di rimanere in volo per un lungo periodo di tempo. le prestazioni molto efficienti e utili.

Come vola il quadricottero

Ora saltiamo nel modo giusto e capiamo quali sono le cose essenziali richieste per far volare con successo un quadricottero. Ecco le basi per far volare la macchina senza intoppi:

struttura di assemblaggio drone semplice + plus di manovra

1) Fondamentalmente la macchina richiede un corpo solido e robusto, ma estremamente leggero. Questo può essere fabbricato o assemblato utilizzando tubi di estrusione di alluminio quadrati cavi, perforando opportunamente e fissando il telaio con dadi e bulloni.

2) La struttura dovrebbe avere la forma di un '+' perfetto o una 'x' perfetta, non fa differenza fintanto che l'angolo tra i tubi 'incrociati' è di 90 gradi ciascuno.

angolo del telaio del drone

Gli elementi di base necessari per la costruzione di un quadricottero possono essere visti nella seguente immagine:

parti hardware meccaniche per montaggio drone

Simulazione dell'assieme di parti

La simulazione animata di seguito mostra come assemblare insieme gli elementi mostrati sopra:

Come costruire Quadcopter Framework

L'alluminio per il telaio '+' può essere acquisito tagliando e dimensionando opportunamente i tubi di estrusione di alluminio già pronti, come di seguito illustrato:

La dimensione del telaio è relativa e quindi non è cruciale, puoi costruire un telaio largo con i motori montati ben distanziati o costruire una struttura del telaio piuttosto compatta dove i motori non sono troppo distanti tra loro ... sebbene sia necessario assicurarsi che il le eliche sono ben distanti l'una dall'altra per consentire un migliore equilibrio ed equilibrio.

3) La struttura del telaio '+' deve essere dotata di una piattaforma quadrata nella sezione centrale dove i bracci del telaio si incontrano e si incrociano. Potrebbe essere semplicemente una piastra in alluminio ben lucidata opportunamente dimensionata per ospitare comodamente tutta l'elettronica e il cablaggio necessari.

Quindi questa piastra centrale o la piattaforma è fondamentalmente necessaria per l'installazione e l'alloggiamento dell'elettronica del sistema che alla fine sarebbe responsabile del controllo del tuo quadricottero.

4) Una volta completata la struttura di cui sopra, i motori devono essere fissati attraverso le estremità delle barre trasversali, come mostrato nelle figure sopra.

5) Inutile dire che tutto il lavoro di adattamento deve essere eseguito con la massima precisione e un perfetto allineamento, questo potrebbe richiedere l'associazione di un produttore esperto per il lavoro.

Poiché tutto nel design è a coppie, allineare accuratamente gli elementi non sarà in realtà troppo difficile, si tratta solo di dimensionare e adattare le coppie con la massima somiglianza possibile, il che a sua volta garantirà un livello massimo di equilibrio, equilibrio e sincronizzazione per il sistema.

Una volta costruito il framework, è il momento di integrare i circuiti elettronici con i relativi motori. Questo dovrà essere fatto secondo le istruzioni fornite nel manuale del circuito fornito.

Le schede elettroniche potranno essere montate sul lato inferiore della piastra centrale con opportuna sede oppure sopra la piastra, sempre con un opportuno armadio per racchiuderla ermeticamente.

configurazione rotazionale del motore del drone 4

Comprensione della direzione di rotazione delle eliche

Analisi della direzione di rotazione delle eliche del motore per un sollevamento bilanciato:

Facendo riferimento alla simulazione animata di cui sopra, il senso di rotazione delle eliche del motore deve essere allineato nel modo seguente:

Deve semplicemente essere tale che i motori alle estremità di un'asta siano identici ma diversi dall'altra direzione del motore dell'asta, il che significa che se un'asta ha i motori che ruotano in senso orario, i motori alle estremità dell'altra si completano la canna deve essere regolata per girare in senso antiorario. direzione.

Fare riferimento alla simulazione di cui sopra per comprendere correttamente il movimento contro azione dei motori che potrebbe essere necessario assegnare ai motori per garantire una presa equilibrata

Come controllare la direzione del quadricottero controllando la velocità dei motori.

Sì, la direzione di volo del quadricottero può essere regolata e controllata secondo i propri desideri e lo farà semplicemente applicando velocità diverse (RPM) ai motori interessati.

Le seguenti immagini mostrano come la trasmissione di velocità di base può essere applicata ai relativi motori al fine di ottenere ed eseguire qualsiasi direzione di volo desiderata verso la macchina:

Come indicato nei diagrammi sopra, diminuendo opportunamente la velocità di una serie di motori, o aumentando la velocità della serie opposta di motori, o modificando le velocità secondo le proprie preferenze, il quadricottero può essere fatto viaggiare in aria in qualsiasi direzione specifica desiderata.

Le immagini sopra indicano le direzioni di base, come avanti, indietro, destra, sinistra ecc ... tuttavia qualsiasi altra direzione dispari può anche essere implementata in modo efficiente regolando opportunamente le velocità dei relativi motori o può essere solo un singolo motore.

Ad esempio per forzare la macchina a volare in direzione N / O, la velocità del solo motore S / E può essere aumentata, e per consentire alla macchina di volare in direzione N / E, la velocità del S / E Il motore W può essere aumentato ... e così via. Deve solo essere praticato fino a quando il pieno controllo del quadricottero diventa raggiungibile e padroneggiato dall'utente.

Progettare un pratico quadricottero

Finora abbiamo imparato la costruzione di base del corpo e dell'hardware del drone, ora impariamo come realizzare un quadricottero o un circuito per droni in modo rapido ed economico utilizzando componenti molto comuni. In uno dei miei post precedenti abbiamo imparato come realizzare una macchina volante quadricottero relativamente complessa e quindi efficiente senza l'utilizzo di microcontrollori, per maggiori informazioni ti consigliamo di leggere i seguenti post:

Circuito di controllo remoto senza MCU | Circuito elettronico

Nel presente articolo si cerca di rendere il progetto di cui sopra molto più semplice eliminando i motori brushless e sostituendolo con motori a spazzole, e di conseguenza rendendo possibile l'eliminazione del complesso Modulo circuito driver BLDC .

Poiché i dettagli di costruzione meccanica del quadricottero sono già discussi sopra in modo esauriente, ci occuperemo solo della sezione di progettazione del circuito e impareremo come può essere costruito per pilotare il circuito del drone più semplice proposto.

Come accennato in precedenza, questo semplice quadricottero richiede solo i moduli di controllo remoto RF di base come mostrato nell'immagine di esempio seguente:

Avrai bisogno di acquista questi moduli RF da qualsiasi negozio online o dal rivenditore locale di ricambi elettronici:

Oltre a quanto sopra menzionato Moduli telecomandi RF Saranno necessari anche 4 motori a spazzole a magneti permanenti che costituiscono effettivamente il cuore della macchina del drone. Potrebbe essere come specificato nell'immagine seguente con le descrizioni fornite, o qualsiasi altro simile secondo le specifiche dell'utente richieste:

Specifiche elettriche del motore:

  • 6V = tensione di esercizio (picco 12V)
  • 200mA = corrente di esercizio
  • 10.000 = RPM

Elenco delle parti

  • 1K, 10K 1/4 watt = 1 ciascuno
  • Condensatore 1uF / 25V = 1no
  • Preset 10K o 5K = 1no
  • Rx = resistenza a filo avvolto da 5 watt, valore da confermare con la sperimentazione.
  • IC 555 = 1no
  • Diodi 1N4148 = 2nos
  • IRF9540 Mosfet = 1no
  • Tipo spazzolato motore 6V = 4nos
  • Fili flessibili, saldatura, flusso ecc.
  • PCB per uso generico per l'assemblaggio delle parti di cui sopra
  • Modulo di controllo remoto RF a 4 canali, come mostrato nelle immagini pertinenti.
  • Canali in alluminio, viti, dadi, piastre ecc. Come spiegato nell'articolo.
  • Batteria come mostrato di seguito:
Batteria agli ioni di litio per drone

Come configurare il ricevitore del telecomando con i motori

Prima di capire come configurare il ricevitore del telecomando con i motori del quadricottero, sarebbe importante imparare come le velocità del motore dovrebbero essere regolate o allineate per generare i movimenti richiesti a sinistra, destra, avanti e indietro.

Principalmente ci sono due modi in cui un quadricottero può essere abilitato a muoversi, che sono nelle modalità '+' e 'x'. Nel nostro progetto utilizziamo la modalità di movimento di base '+' per il nostro drone, come indicato nel diagramma seguente:

Facendo riferimento allo schema sopra ci rendiamo conto che è sufficiente aumentare opportunamente le velocità dei relativi motori per eseguire le manovre direzionali desiderate sul drone.

Questo aumento delle velocità può essere imposto configurando i relè di controllo remoto secondo lo schema elettrico seguente. Nel diagramma sottostante possiamo vedere un file Circuito PWM IC 555 cablato con i 4 relè del modulo ricevitore del telecomando dei 6 relè (1 relè è inutilizzato e può essere semplicemente rimosso per ridurre spazio e peso).

Regolazione del PWM

Come si può vedere nel diagramma, l'alimentazione PWM è collegata a tutti i contatti N / C dei relè, il che implica che normalmente il quadricottero si librerebbe attraverso questa alimentazione PWM uniforme e uguale, il cui ciclo di lavoro può essere inizialmente regolato in modo tale che il quadricottero è in grado di raggiungere una corretta quantità di spinta e altitudine specificate.

Ciò può essere sperimentato regolando opportunamente il potenziometro PWM mostrato.

Come configurare i contatti di inoltro

I contatti N / O dei relè possono essere visti cablati direttamente con il positivo di alimentazione, quindi ogni volta che viene premuto un tasto relativo sul microtelefono del trasmettitore remoto, nel modulo ricevitore viene attivato il relè corrispondente, che a sua volta abilita il motore in questione la piena alimentazione a 12V dalla batteria.

L'operazione di cui sopra consente al motore attivato di guadagnare più velocità rispetto al resto dei motori che consente al quadricottero di muoversi nella direzione stabilita.

Non appena il pulsante del telecomando viene rilasciato, il drone si ferma immediatamente e continua a rimanere sospeso in modalità costante.

Allo stesso modo, altri movimenti direzionali possono essere ottenuti semplicemente premendo gli altri pulsanti assegnati, sul telecomando.

Il relè più in alto serve per garantire un atterraggio sicuro della macchina, questo viene fatto aggiungendo un resistore di caduta di corrente in serie con il contatto N / O del relè mostrato.

Questo valore di resistenza deve essere calcolato con alcuni esperimenti in modo tale che il quadricottero si libra intorno a un paio di piedi sopra il suolo ogni volta che questo resistore viene commutato attraverso il relè collegato.

Schema elettrico

Progettazione di un pratico circuito Quadcopter

I relè mostrati sono la parte del ricevitore del modulo RF, i cui contatti sono inizialmente scollegati (vuoti per impostazione predefinita) e devono essere cablati come indicato nello schema sopra.

Il ricevitore remoto RF dovrebbe essere installato all'interno del quadricottero e dei suoi relè cablati con i relativi motori e batteria come da schema sopra mostrato.

Puoi vedere alcuni connettori (di colore verde) che possono aggiungere inutilmente peso al drone. È possibile rimuoverli tutti per ridurre il peso e collegare i relativi fili direttamente al PCB mediante saldatura.

Come si muove il drone:

Come spiegato nella discussione precedente, quando un particolare pulsante remoto viene premuto, attiva il relè corrispondente del modulo quadricottero facendo muovere più velocemente il motore in questione.

Questa operazione a sua volta obbliga la macchina a muoversi nella direzione opposta al motore che si sta commutando per ruotare al regime più veloce.

Così ad esempio, aumentando la velocità del motore sud, la macchina si sposta verso nord, aumentando il motore nord, la macchina si sposta verso sud, allo stesso modo aumentando la velocità del motore est la macchina si sposta verso ovest e viceversa.

È interessante notare che l'aumento dei motori sud / est consente al quadricottero di spostarsi verso il nord / ovest opposto che è in modalità diagonale ... e così via.

Pro e contro del circuito di controllo remoto semplice Qaudcopter sopra spiegato.

Professionisti

  • Economico e facile da costruire anche da un hobbista relativamente nuovo.
  • Non richiede operazioni complesse del joystick.
  • Può essere controllato utilizzando un singolo modulo di controllo remoto a 6 canali

Contro

  • Meno efficiente in termini di back up della batteria a causa del coinvolgimento dei motori a spazzole
  • La velocità direzionale è costante e non può essere variata tramite il telecomando
  • Le manovre potrebbero non essere fluide piuttosto un po 'a scatti durante il cambio dei pulsanti.



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