标题:四旋翼无人机硬件基础
作者:
日期:2020-02-21 15:03:18
内容:
四旋翼无人机硬件基础
材料分析
无刷电机
型号
转速
电子调速器
作用
规格
四轴专用电调？
电调编程？
螺旋桨
机制 规格
飞行控制器
原理
作用
四轴×字
四轴十字
电池
锂电池？
电池容量
电池片数
放电能力
插头类型
T插
XT60
JST
总结
接收器
遥控器
通道
日本手、美国手
机架
机架的轴长短有没有规定？
充电器
充电能力
平衡充电？
注意
电机与螺旋桨的搭配
配电池
基础材料：
无刷电机（4个）
电子调速器（简称电调，4个，常见有好盈、中特威、新西达等品牌）
螺旋桨（4个，需要2个正浆，2个反浆）
飞行控制板（常见有KK、FF、玉兔等品牌）
电池（11.1v航模动力电池）
遥控器（最低四通道遥控器）
机架
充电器(尽量选择平衡充电器)
材料分析
无刷电机
电机分为有刷电机和无刷电机，无刷是四轴的主流，力气大，耐用。
型号
电机的尺寸，例：2212电机，2018电机
不管什么牌子的电机，具体都要对应4位这类数字，其中前面2位是电机转子的直径，后面2位是电机转子的高度。
简单来说，前面2位越大，电机越肥，后面2位越大，电机越高。 又高又大的电机，功率就更大，适合做大四轴。 通常2212电机是最常见的配置了。
转速
每个无刷电机都会标准多少kv值，这个kv是外加1v电压对应的每分钟空转转速，例如：1000kv电机，外加1v电压，电机空转时每分钟转1000转，外加2v电压，电机空转就2000转了。
同电机类似，桨也有啥1045,7040这些4位数字，前面2位代表桨的直径（单位：英寸 1英寸=254毫米）后面2位是桨的角度。
电子调速器
作用
电调的作用就是将飞控板的控制信号，转变为电流的大小，以控制电机的转速。
因为电机的电流是很大的，通常每个电机正常工作时，平均有3a左右的电流，如果没有电调的存在，飞控板根本无法承受这样大的电流（另外也没驱动无刷电机的功能）。
同时电调在四轴当中还充当了电压变化器的作用，将11.1v的电压变为5v为飞控板和遥控器供电。
规格
电调都会标上多少A，如20a，40a 这个数字就是电调能够提供的电流。大电流的电调可以兼容用在小电流的地方。小电流电调不能超标使用。
根据我简单测试，常见新西达2212加1045浆最大电机电流有可能达到了5a，为了保险起见，建议这样配置用30a 或 40a电调（一般用20a电调的也多），说买大一点，以后还可以用到其他地方去。
四轴专用电调？
因为四轴飞行要求，电调快速响应，而电调有快速响应和慢速响应的区别，所以四轴需要快速响应的电调。
其实大多数常见电调是可以编程的，能通过编程来设置响应速度。所以其实并没有什么专用一说。
电调编程？
首先要说明电调是有很多功能模式的，选择这个功能就是对电调编程。 编程的途径可以直接将电调连接至遥控接收机的油门输出通道（通常是3通道），按说明书，在遥控器上通过搬动摇杆进行设置，这个方法比较麻烦，但节约。另外，还可以通过厂家的编程卡来进行设置（需要单独购买），方法简单，无需接遥控器。 为了保险，一定要将购买的电调设置一致，否则容易难于控制。如：电调的启动模式不一样，那么有些都转很快了，有些还很慢，这就有问题了。 注：通过遥控器进行设置电调，一定要接上电机，因为说明书上说的“滴滴”类的声音，是通过电机发出来的。我开始就是因为没有接电机，还疑惑怎么没声音，以为坏了。
螺旋桨
机制 规格
螺旋桨， 将电机转动功率转化为推进力或升力。螺旋桨高速转动时，由于桨叶特殊的机构，会在桨上下面形成一个压力差，产生一个向上的拉力，螺旋桨有两个重要的参数，桨直径和桨螺距，单位均为英寸。比如8060桨，代表桨直径是8英寸。即8*2.54＝20.32cm。螺距则为6英寸。桨分正桨和逆桨，安装时正桨安装在顺时针旋转的电机上，逆桨安装在逆时针旋转的电机上。怎么区分正逆桨呐？具体方法很多，这里简单说个方法，桨正确安装在电机上，顺时针旋转桨叶，产生向下风力的是正桨，逆时针旋转桨叶，产生向下风力的是反桨，怎么区分正逆桨呐？具体方法很多，这里简单说个方法，桨正确安装在电机上，顺时针旋转桨叶，产生向下风力的是正桨，逆时针旋转桨叶，产生向下风力的是反桨， 四轴飞行为了抵消螺旋桨的自旋，相隔的桨旋转方向是不一样的，所以需要正逆桨。安装的时候，一定记得无论正逆桨，有字的一面是向上的（桨叶圆润的一面要和电机旋转方向一致）。
飞行控制器
原理
飞控即飞行控制系统是飞机的大脑，无人机在飞行过程中，利用自动控制系统，能够对飞行器的构形、飞行姿态和运动参数实施控制，其载有加速度计、陀螺仪、气压计、罗盘等传感器。由它来控制各个电机的转速进而控制飞机的姿态，加上GPS或差分GPS可完成定点悬停，自主航线飞行等功能。
飞控通过接收机接收遥控器发送的遥控信号（地面站控制时：地面站通过云航灯或电台发送给飞控的自主飞行指令），经过飞控程序处理后，通过电调来控制各个电机的转速，从而达到控制飞行器动作的目的。
作用
如果没有飞控板，四轴飞行器就会因为安装、外界干扰、零件之间的不一致型等原因形成飞行力量不平衡，后果就是左右、上下的胡乱翻滚，根本无法飞行，飞控板的作用就是通过飞控板上的陀螺仪，对四轴飞行状态进行快速调整，如发现右边力量大，向左倾斜，那么就减弱右边电流输出，电机变慢，升力变小，自然就不再向左倾斜。飞控有X模式和+模式的。X模式要难飞一点，但动作更灵活。+模式要好飞一点，动作灵活差一点，所以适合初学者。特别注意，x模式和+模式的飞控安装是不同的如果飞控板安装错误，会剧烈的晃动，根本无法飞。
大致一看四轴十字和四轴×字没多大差别，M1，M3都是逆时针，M2，M4都是顺时针，它俩真正的区别在于，做动作时电机的运动情况。
四轴×字
前进时，M3，M4速度同时增加，M1，M2速度同时减小。
左移时，M1，M4速度同时增加，M2，M3速度同时减小。
左旋时，M2，M4速度同时增加，M1，M3速度同时减小。
四轴十字
前进时，M3速度增加，M1速度减小。
左移时，M4速度增加，M2速度减小。
左旋时，M2，M4速度同时增加，M1，M3速度同时减小。
有此可看出做动作时四轴×字始终有两两电机参与速度调整，一般建议四轴采用×字，对控制动作来说能更好一些
电池
锂电池？
无人机上用的电池一般是高倍率锂聚合物电池。同样电池容量锂电最轻，起飞效率最高。
电池容量
1000mah电池，如果以1000ma放电，可持续放电1小时。如果以500mh放电，可以持续放电2小时。
电池片数
锂电池1节额定电压3.7V，充满电压4.2v（4.35V高压版电池）。2s电池，代表有2个3.7v电池在里面，电压为7.4v。例：20000mAh 6s 25c就是6片20000mAh的电池串联。
放电能力
这是普通锂电池和动力锂电池最重要区别，动力锂电池需要很大电流放电，这个放电能力就是C来表示的。如1000mah电池 标准为5c，那么用5x1000mah，得出电池可以以5000mh的电流强度放电。例：20000mAh 25C，那么它的最大放电电流就是20*25=500A。
插头类型
T插
T插是扁平设计，单面接触的，接触面积小，通过电流小。
XT60
XT60插头 新一代模型插头 T插头替代品 XT60插头，是专职研究人员花了近一年多的时间，研究现存各种模型插头的优缺点，然后反复做样品试验而钻研出来的。研究人员把几乎所有现存模型插头的缺点都改进了，造就了可以说是下一代模型插头标准的XT60插头。XT60是圆形设计，接触面积大，通过的电流也大。
JST
适合10A以下电流。
总结
XT60的额定电流为80A，适合高负荷大功率的航模需求，T插只有20A用在普通的小型泡沫螺旋桨机比较适合。
接收器
遥控器
通道
通道就是可以遥控器控制的动作路数，比如遥控器只能控制四轴上下飞，那么就是1个通道。但四轴在控制过程中需要控制的动作路数有：上下、左右、前后、旋转所以最低得4通道遥控器。如果想以后玩航拍这些就需要更多通道的遥控器了。
日本手、美国手
遥控器上油门的位置在右边是日本手、在左边是美国手，所谓遥控器油门，在四轴飞行器当中控制供电电流大小，电流大，电动机转得快，飞得高、力量大。反之同理。判断遥控器的油门很简单，遥控器2个摇杆当中，上下板动后不自动回到中间的那个就是油门摇杆。
机架
机架的轴长短有没有规定？
理论上讲，只要4个螺旋桨不打架就可以了，但要考虑到，螺旋桨之间因为旋转产生的乱流互相影响，建议还是不要太近，否则影响效率。 这也是为什么四轴用2叶螺旋桨比用3叶螺旋桨多的原因之一（3叶的还有个缺点，平衡不好做）
充电器
充电能力
同上面的c一样，只是将放电变成了充电，如1000mah电池，2c快充，就代表可以用2000ma的电流来充电。不要图快，冒然用大电流，超过规定参数充电，电池很容易损坏。
平衡充电？
如3s电池，内部是3个锂电池，因为制造工艺原因，没办法保证每个电池完全一致，充电放电特性都有差异，电池串联的情况下，就容易照常某些放电过度或充电过度，充电不饱满等，所以解决办法是分别对内部单节电池充电。动力锂电都有2组线，1组是输出线（2根），1组是单节锂电引出线（与s数有关），充电时按说明书，都插入充电器内，就可以进行平衡充电了。
注意
电机与螺旋桨的搭配
螺旋桨越大，升力就越大，但对应需要更大的力量来驱动；
螺旋桨转速越高，升力越大；
电机的kv越小，转动力量就越大；
综上所述，大螺旋桨就需要用低kv电机，小螺旋桨就需要高kv电机（因为需要用转速来弥补升力不足）
如果高kv带大桨，力量不够，那么就很困难，实际还是低俗运转，电机和电调很容易烧掉。
如果低kv带小桨，完全没有问题，但升力不够，可能造成无法起飞。
例：常用1000kv电机，配10寸左右的桨。
配电池
这与选择的电机、螺旋桨，想要的飞行时间相关。
容量越大，c越高，s越多，电池越重；
基本原理是用大桨，因为整体搭配下来功率高，自身升力大，为了保证可玩时间，可选高容量，高c，3s以上电池。最低建议1500mah，20c，3s。
小四轴，因为自身升力有限，整体功率也不高，就可以考虑小容量，小c，3s以下电池。
选择电池是要注意，电池的最大放电电流要大于各个电机的总电流，电池的选择决定飞行的时间的多少。
如果用低c的电池，大电流放电，电池会迅速损坏，甚至自燃。