Circuit de drons quadricòpter més senzill

En aquest post analitzarem els conceptes bàsics del muntatge del cos de quadcòpters mitjançant perns i canonades d’alumini, a les seccions posteriors de l’article també parlarem d’un circuit senzill de drons que es podria utilitzar per fer volar un petit conjunt de drons sense dependre de complexos microcontroladors.

Un quadcòpter és potser la màquina voladora més senzilla que requereix una mínima precisió aerodinàmica i complicacions i, per tant, no és d’estranyar, podria guanyar una immensa popularitat entre els diversos aficionats que podrien construir amb èxit ... una màquina que realment podrien volar i controlar per voluntat pròpia.

La dinàmica de quadcòpters

El fet que un dron quadcopter sigui el més senzill en termes de tecnicitat i dinàmica es deu en realitat a la participació de 4 hèlixs i una estructura de bastidor equilibrada, que permeten volar la màquina amb un equilibri relativament bo, fins i tot en condicions climàtiques difícils.

Però la simplicitat també implica que el sistema pot no ser tan eficient com els models convencionals d’avió i helicòpter, que estan intricadament dissenyats per exhibir una eficiència extrema en termes de velocitat i consum de combustible, i, per descomptat, la capacitat de càrrega ... tot plegat podria ser essencialment manca d’un sistema quadricòpter típic.

Malgrat tot, pel que fa a un projecte d’afició, aquesta màquina es converteix en l’elecció ideal per a la majoria d’entusiastes que els resulta molt divertit i intrigant construir una màquina voladora pròpia, a casa, que finalment “escolta” i vola a qualsevol direcció l'usuari prefereix que es mogui.

Tanmateix, per a un jugador nou, que tècnicament no estigui tan informat, pot trobar fins i tot aquesta senzilla màquina extremadament complicada d’entendre, simplement perquè la majoria de la informació relacionada presentada a molts llocs web no pot discutir el concepte de manera lúcida i en un 'idioma' que pot convenir a un laic.

Aquest article ha estat escrit específicament per a aquells que no són tan tècnics i que estan interessats en construir una màquina voladora magnífica, però troben el tema massa difícil de digerir.

Per què els Quadcopters són tan fàcils de construir avui en dia?

Us heu preguntat mai per què els quadcòpters i els drons són tan fàcils de construir al món actual i potser abans era impossible fer servir electricitat?

Bàsicament es deu al desenvolupament i millora de les bateries de ions de li. Aquestes són una forma extremadament eficient de bateries disponibles avui en dia, que ofereixen una impressionant relació potència-pes. Juntament amb això, la invenció de motors BLDC i motors d’imant permanent molt refinats també han contribuït a fer que els drons siguin fàcilment construïbles.

La bateria Li-Ion és capaç de proporcionar una impressionant quantitat de parell de rotació als motors, que és suficient per empènyer la unitat de quadcòpters a una gran altitud sobre el terra en qüestió de segons, i també li permet romandre a l’aire durant una llarga durada el rendiment és molt eficient i útil.

Com vola Quadcopter

Ara saltem pel camí correcte i comprenem quines són les coses essencials necessàries per fer volar un quadcopter amb èxit. Aquests són els conceptes bàsics per fer volar la màquina amb èxit sense problemes:

1) Bàsicament, la màquina requereix un cos ferm i fort, però de pes extremadament lleuger. Es podria fabricar o muntar mitjançant tubs d’extrusió d’alumini quadrat buits, mitjançant la perforació adequada de forats i la fixació del marc amb femelles i cargols.

2) L'estructura ha de tenir la forma d'un '+' perfecte o una 'x' perfecta, no fa diferència sempre que l'angle entre les canonades de 'creuament' estigui a 90 graus cadascun.

Els elements bàsics necessaris per construir un quadcopter es poden veure a la imatge següent:

Simulació de muntatge de peces

A la simulació aproximada i animada que es mostra a continuació es mostra la forma de reunir els elements mostrats anteriorment:

Com es construeix un Quadcopter Framework

L'alumini per al marc '+' es pot adquirir tallant i dimensionant adequadament els tubs d'extrusió d'alumini ja fets, com es mostra a continuació:

La mida del bastidor és relativa i, per tant, no és crucial, podeu construir un bastidor ampli amb els motors ben separats o construir una estructura bastant compacta on els motors no estiguin massa separats ... tot i que s’ha d’assegurar que les hèlixs estan allunyades les unes de les altres per permetre un millor equilibri i equilibri.

3) L'estructura del marc '+' ha d'estar equipada amb una plataforma quadrada a la secció central on es troben i es creuen els braços del marc. Podria tractar-se simplement d’una placa d’alumini ben polida adequadament dimensionada per acomodar còmodament tota l’electrònica i el cablejat necessari.

Per tant, aquesta placa central o la plataforma es requereixen bàsicament per instal·lar i allotjar l'electrònica del sistema, que en última instància seria l'encarregada de controlar el vostre quadcopter.

4) Un cop completat el marc anterior, es requereix que els motors es fixin a través dels extrems de les barres transversals, tal com es mostra a les figures anteriors.

5) No cal dir que tot el treball d’adequació s’ha de fer amb la màxima precisió i un alineament perfecte, cosa que pot requerir l’associació d’un fabricant experimentat per al treball.

Com que tot el disseny està en parelles, alinear els elements amb precisió no serà realment massa difícil, només es tracta de dimensionar i ajustar els parells amb la màxima similitud possible, cosa que al seu torn assegurarà un nivell màxim d’equilibri, equilibri i sincronització per al sistema.

Un cop construït el marc, és hora d’integrar els circuits electrònics amb els motors corresponents. Cal fer-ho segons les instruccions del manual de circuits donat.

Les plaques de circuit es podrien instal·lar a la part inferior de la placa central amb una carcassa adequada o sobre la placa, de nou amb un armari adequat per tancar-la hermèticament.

Comprensió de la direcció de rotació de les hèlixs

Analitzant la direcció de rotació de les hèlixs del motor per a una elevació equilibrada de:

En referència a la simulació animada anterior, el sentit de gir de les hèlixs del motor s’ha d’alignar de la manera següent:

Simplement ha de ser tal que els motors dels extrems d’una barra han de ser idèntics però diferents a la direcció del motor de la barra, és a dir, si una barra té els motors girant en el sentit de les agulles del rellotge, els motors dels extrems de l’altra complementen la vareta s’ha d’afinar per girar en sentit antihorari. direcció.

Consulteu la simulació anterior per comprendre correctament el moviment de contraacció dels motors que pot ser necessari assignar als motors per garantir una presa equilibrada de

Com controlar la direcció del quadcopter controlant la velocitat dels motors.

Sí, la direcció de vol del quadcopter es pot modificar i controlar segons el vostre propi desig i voluntat simplement aplicant diferents velocitats (RPM) als motors corresponents.

Les imatges següents mostren com es pot aplicar la transmissió de velocitat bàsica als motors corresponents per aconseguir i executar qualsevol direcció de vol desitjada a la màquina:

Com s’indica als diagrames anteriors, disminuint adequadament la velocitat d’un conjunt de motors o augmentant la velocitat del conjunt oposat de motors o ajustant les velocitats segons les preferències pròpies, es pot fer que el quadcòpter viatgi a l’aire en qualsevol lloc. direcció específica desitjada.

Les imatges anteriors indiquen les direccions bàsiques, com ara cap endavant, cap enrere, cap a la dreta, cap a l’esquerra, etc ... tot i que qualsevol altra direcció senar també es pot implementar de manera eficient ajustant adequadament les velocitats dels motors rellevants o pot ser només un motor únic.

Per exemple, per tal de forçar la màquina a volar cap a la direcció N / W, només es pot augmentar la velocitat del motor S / E i, per permetre que la màquina vola en la direcció N / E, la velocitat del S / E Es pot augmentar el motor W ... i així successivament. Només s’ha de practicar fins que el control complet del quadcòpter sigui assolible i domini per l’usuari.

Designing a Practical Quadcopter

Fins ara vam aprendre sobre la construcció bàsica del cos i el maquinari dels drons, ara anem a aprendre a fer un quadricòpter o un circuit de drons de forma ràpida i econòmica mitjançant components molt normals. En una de les meves publicacions anteriors vam aprendre a fer una màquina voladora de quadcòpters relativament complexa i, per tant, eficient sense utilitzar microcontrolador, per obtenir més informació, voldríeu passar per les següents publicacions:

Circuit de control remot sense MCU | Circuit electrònic

En el present article intentem que el disseny anterior sigui molt més senzill eliminant els motors sense escombretes i substituint-lo per motors raspallats i, en conseqüència, fent possible desfer-se del complex Mòdul de circuit de controlador BLDC .

Atès que els detalls de la construcció mecànica del quadcopter ja es comenten de manera exhaustiva, només ens ocuparem de la secció de disseny de circuits i aprendrem com es pot construir per fer volar el circuit de drons més senzill proposat.

Com es va esmentar anteriorment, aquest senzill quadcopter només requereix els mòduls bàsics de control remot de RF, tal com es mostra a la imatge següent:

Haureu de fer-ho compreu aquests mòduls de RF des de qualsevol botiga en línia o des del vostre distribuïdor de recanvis electrònic electrònic:

A part de l’esmentat anteriorment Mòduls de comandaments a distància RF També es necessitaran 4 motors raspallats amb imant permanent que formin el cor de la màquina de drons. Podria ser el que s’especifica a la imatge següent amb les descripcions donades o qualsevol altra similar segons les especificacions d’usuari requerides:

Especificacions elèctriques del motor:

• 6V = tensió de funcionament (pic 12V)
• 200mA = corrent de funcionament
• 10,000 = RPM

Llista de peces

• 1K, 10K 1/4 watt = 1 cadascun
• Condensador 1uF / 25V = 1no
• Preset 10K o 5K = 1no
• Rx = resistència de bobinatge de 5 watts, valor que s'ha de confirmar amb l'experimentació.
• IC 555 = 1 núm
• 1N4148 Diodes = 2nos
• IRF9540 Mosfet = 1no
• Motor raspallat de 6V tipus = 4nos
• Cables flexibles, soldadura, flux etc.
• PCB d’ús general per al muntatge de les parts anteriors
• Mòdul de control remot RF de 4 canals, tal com es mostra a les imatges corresponents.
• Canals d'alumini, cargols, femelles, plaques, etc., tal com s'explica a l'article.
• Bateria com es mostra a continuació:

Com configurar el receptor de control remot amb els motors

Abans d’entendre com configurar el receptor de control remot amb els motors quadcopter, seria important aprendre com se suposa que s’han d’ajustar o alinear les velocitats del motor per generar els moviments necessaris cap a l’esquerra, la dreta, cap endavant i cap enrere.

Principalment hi ha dues maneres en què es pot moure un quadcopter, que es troben als modes '+' i 'x'. En el nostre disseny, fem servir el mode bàsic de moviment '+' per al nostre dron, tal com s'indica al següent diagrama:

En referència al diagrama anterior, ens adonem que simplement hem d’augmentar adequadament les velocitats dels motors rellevants per executar les maniobres direccionals desitjades al dron.

Aquest augment de velocitats es pot aplicar configurant els relés del control remot segons el diagrama de cablejat següent. Al diagrama següent podem veure un Circuit IC 555 PWM cablejat amb els 4 relés del mòdul receptor de control remot dels 6 relés (1 relé no s’utilitza i es pot eliminar simplement per reduir l’espai i el pes).

Ajust del PWM

Com es pot comprovar al diagrama, l'alimentació PWM està connectada amb tots els contactes N / C dels relés, la qual cosa implica que normalment el quadricòpter estaria planant a través d'aquesta alimentació PWM uniforme i igual, el cicle de treball es pot ajustar inicialment de manera que el quadricòpter és capaç d'assolir una quantitat d'empenta i altitud especificades correctament.

Això es pot experimentar ajustant adequadament el pot PWM mostrat.

Com configurar els contactes de retransmissió

Els contactes N / O dels relés es poden veure connectats directament amb l’alimentació positiva, de manera que cada vegada que es prem un botó rellevant a l’auricular del transmissor remot, s’activa el relé corresponent al mòdul receptor, que al seu torn permet al motor corresponent obtenir el subministrament complet de 12V de la bateria.

L’operació anterior permet que el motor activat guanyi més velocitat que la resta de motors, cosa que permet que el quadricòpter es mogui cap a la direcció estipulada.

Tan bon punt es deixa anar el botó remot, el dron s’atura instantàniament i continua planant en mode constant.

De la mateixa manera, es poden aconseguir altres moviments direccionals prement els altres botons assignats al telèfon remot.

El relé més alt és per assegurar un aterratge segur de la màquina, es fa afegint una resistència de caiguda de corrent en sèrie amb el contacte N / O del relé mostrat.

Aquest valor de la resistència s'ha de calcular amb alguna experimentació tal que el quadcòpter giri al voltant d'un parell de peus per sobre del terra cada vegada que es commuta aquesta resistència a través del relé connectat.

Esquema de connexions

Els relés que es mostren són la part del receptor del mòdul RF, els contactes dels quals inicialment no estan connectats (en blanc per defecte) i cal connectar-los tal com s’indica al diagrama anterior.

Se suposa que el receptor remot de RF està instal·lat dins del quadcopter i els seus relés estan connectats amb els motors i la bateria corresponents segons el disseny que es mostra anteriorment.

Podeu veure uns quants connectors (de color verd) que poden afegir pes innecessàriament al dron. Podeu eliminar-los tots per reduir el pes i connectar els cables corresponents directament al PCB mitjançant la soldadura.

Com es mou el dron:

Com s'explica a la discussió anterior, quan es prem un botó remot concret, s'activa el relé corresponent del mòdul quadricòpter fent que el motor corresponent es mogui més ràpidament.

Aquesta operació al seu torn obliga la màquina a moure's en la direcció oposada al motor que s'està commutant per girar a la velocitat de rotació més ràpida.

Així, per exemple, augmentar la velocitat del motor sud fa que la màquina es mogui cap al nord, augmentant el motor nord fa que es mogui cap al sud, augmentant de manera similar la velocitat del motor est fa que es mogui cap a l'oest i viceversa.

Curiosament, augmentar els motors sud / est permet que el quadcopter es mogui cap al nord / oest oposat que es troba en mode diagonal ... i així successivament.

Pros i contres del circuit de control remot Qaudcopter simple explicat anteriorment.

Pros

• Barat i fàcil de construir fins i tot per a un aficionat relativament nou.
• No requereix operacions de joystick complexes.
• Es pot controlar mitjançant un mòdul de control remot de 6 canals

Contres

• Menys eficient pel que fa a la còpia de seguretat de la bateria a causa de la implicació dels motors raspallats
• La velocitat direccional és constant i no es pot variar a través del telèfon del control remot
• És possible que les maniobres no siguin suaus una mica desgavellades mentre es canvien els botons.