四軸飛行器，又稱四旋翼飛行器，簡(jiǎn)稱四軸、四旋翼。四軸飛行器的四個(gè)螺旋槳與電機(jī)直接相連，通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速獲得旋轉(zhuǎn)機(jī)身的力，從而調(diào)整自身姿態(tài)。

四軸的葉片轉(zhuǎn)速極高，有一定的危險(xiǎn)性，一般不能在室內(nèi)飛，特別是在調(diào)試過程中更加不穩(wěn)定，輕則炸雞撞壞物品，重則傷到人。

我做四軸的主要目的是為了學(xué)習(xí)飛控算法，這個(gè)過程肯定少不了調(diào)試，為了安全，我選擇做一個(gè)小一點(diǎn)的，手掌那么大的四軸，葉片的威力比較小，價(jià)格也便宜，即使摔壞也不心疼。

這種小四軸一般采用PCB做機(jī)架，用720空心杯電機(jī)代替無(wú)刷電機(jī)，用MOS管代替電調(diào)，電池采用3.7v鋰聚合物電池（尺寸跟手機(jī)電池差不多，但是放電電流要大很多），遙控用2.4G無(wú)線模塊，或者用藍(lán)牙連接手機(jī)，成本100左右，續(xù)航時(shí)間大概6-7分鐘，遙控距離在10米以內(nèi)。

選擇零件

四軸上最重要的就是飛控，所以第一步：選擇飛控。

市面上有許多現(xiàn)成飛控，也可以自己用電子元件做一個(gè)分控。有很多有名的開源飛控，例如KK，QQ，匿名，MultiWii/MWC，APM/PIX等。

KK、QQ飛控功能較少，只有基本的四軸飛行功能，甚至不支持GPS。

匿名飛控是國(guó)內(nèi)新出現(xiàn)的飛控，功能比以上兩個(gè)要多，價(jià)格也要貴很多。

MultiWii/MWC飛控是基于arduino的，支持GPS，能路線規(guī)劃，在線調(diào)試。

APM也是基于arduino的，功能更為齊全，硬件也更為復(fù)雜，飛控中有兩塊單片機(jī)，分別執(zhí)行不同功能。APM已將arduino的性能開發(fā)到極限，于是有了升級(jí)版PIX，從arduino轉(zhuǎn)到了STM32，處理速度提升了10倍，同樣用了兩塊不同型號(hào)的STM32協(xié)同運(yùn)作，是目前已知的最好的開源飛控。

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我打算自制飛控，選用我比較熟悉的arduino作為主控芯片。APM硬件結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，因此選擇了MWC飛控。

這里說(shuō)一句后話，如果打算學(xué)習(xí)飛控算法，還是選擇簡(jiǎn)單的開源飛控比較好，MWC和APM/PIX都太復(fù)雜了，初學(xué)者并不能看懂這些代碼，另外推薦用STM32芯片，arduino的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中并沒有時(shí)間中斷，要實(shí)現(xiàn)飛控的功能需要了解arduino更底層的知識(shí)，不會(huì)比想象中更簡(jiǎn)單。

搜索各種MWC的資料，查找需要的零件：

包括備用件總共120元，比買現(xiàn)成的小四軸要稍貴一些，畢竟量產(chǎn)能降低成本。

我選用了arduino nano作為主控，體型還是有點(diǎn)偏大，用arduino mini更好。選擇nano是因?yàn)槠鋷ё陨韼в?a target="_blank">USB接口，可以直接用USB接口下程序，而mini要用下載器。

事后發(fā)現(xiàn)更好的選擇是mini Leonardo，nano和mini的芯片型號(hào)都是ATMEGA328P，只有一個(gè)串口，nano的USB是用另一塊芯片轉(zhuǎn)串口，不能跟串口同時(shí)使用，下載程序時(shí)要把跟串口相接的元件斷開，而Leonardo的芯片型號(hào)是ATMEGA32U4，自身帶有USB和串口，互不干擾。官方的Leonardo板型是跟UNO一樣的，國(guó)內(nèi)的廠家則把Leonardo做成了mini的板型，而且?guī)в蠻SB接口。值得注意的是，不確定飛控是否支持Leonardo，因?yàn)長(zhǎng)eonardo的串口名是Serial1，而nano的串口名是Serial，可能需要修改代碼。

不要用低功耗的藍(lán)牙4.0模塊，低功耗的藍(lán)牙的傳輸速率不夠，數(shù)據(jù)會(huì)阻塞，有很大的延遲。

HC-05 與 HC-06的區(qū)別是 HC-05 可以做主機(jī)，也就是可以用 HC-05 連接其他的藍(lán)牙模塊，而 HC-06 只能作從機(jī)。四軸上的藍(lán)牙只做從機(jī)，HC-05 和 HC-06都可以用。

機(jī)架用的是淘寶已經(jīng)做好的PCB，上面不能貼元件。

電機(jī)是7mm*20mm的空心杯電機(jī)：

代碼編譯

選完零件后，MWC如何用呢？MWC不僅支持四軸，還支持六軸，還支持三軸，該如何把MWC配置成四軸模式，并且是空心杯四軸？這是MWC的官網(wǎng)：http://www.multiwii.com/這是MWC的中文網(wǎng)：http://www.multiwii.cn/

然而把這個(gè)網(wǎng)站看完之后，并不非常明白如何使用，胡亂摸索之后總結(jié)如下：首先去googlecode下載源代碼：https://code.google.com/p/multiwii/（需要翻墻）或者去github下載源代碼：https://github.com/multiwii/multiwii-firmware在googlecode下載的文件里除了源代碼還有電腦端的上位機(jī)，github只有源代碼。

下完源代碼之后，會(huì)看到一堆文件，初學(xué)者肯定會(huì)被嚇一跳，其實(shí)，只需看config.h這個(gè)文件，通過注釋或取消注釋其中的代碼配置飛控的模式。

config.h里全是英文說(shuō)明，沒過四級(jí)的同學(xué)要頭大了，還好有萬(wàn)能的網(wǎng)友已經(jīng)翻譯了。

這里面的代碼也非常多，如果只做空心杯小四軸的話就看我提取的關(guān)鍵點(diǎn)吧。（行數(shù)是原配置文件的行數(shù)）。

配置完后，用arduino IDE打開 MultiWii.ino ，將程序上傳到arduino nano。

電路測(cè)試

各元件與arduino nano的連接：

D2、D4、D5、D6、D7是PWM遙控器針腳，我是用藍(lán)牙接手機(jī)遙控，所以不需要接。arduino nano的硬件資料：http://kb.open.eefocus.com/index.php?title=Arduino_Nano

在面包板上連接電路測(cè)試：

我只接了nano、mpu6050和藍(lán)牙，電機(jī)用四個(gè)LED代替。

如何用手機(jī)遙控四軸？

下載手機(jī)端軟件，MWC只有安卓端的軟件，從這個(gè)網(wǎng)站下載：http://www.multiwii.com/wiki/index.php?title=Mods用安卓遙控需要用到的軟件是MultiWii EZ-GUI，要android4.4以上的系統(tǒng)，這個(gè)軟件要到google play storm下載，一般國(guó)產(chǎn)手機(jī)沒有g(shù)oogle play storm，如何下載google play storm自行百度。

EZ-GUI如何用？

打開軟件后第一頁(yè)是四軸的儀表盤，能檢測(cè)四軸的各項(xiàng)數(shù)據(jù)

第二頁(yè)是對(duì)四軸的各種設(shè)置

第三頁(yè)是對(duì)EZ-GUI的設(shè)置

用手機(jī)的藍(lán)牙連接HC-06或HC-05后，到EZ-GUI第三頁(yè)進(jìn)入【設(shè)置】，【SELECT BT DEVICE】選擇藍(lán)牙模塊，然后點(diǎn)紅箭頭，后面的默認(rèn)紅箭頭。

然后到首頁(yè)點(diǎn)右上角的【連接】，注意MPU6050要連上arduino nano，不然連接后會(huì)報(bào)錯(cuò)。顯示連接成功后，把飛行器放在水平地面，到第二頁(yè)進(jìn)入【校準(zhǔn)】，點(diǎn)擊【加速度計(jì)標(biāo)定】，等待校準(zhǔn)完成。如果有磁力計(jì)還要磁力計(jì)標(biāo)定。

之后就可以遙控起飛了。到第三頁(yè)，進(jìn)入高級(jí)設(shè)置，進(jìn)入【MODEL CONTROL】

然后就會(huì)看到這樣的界面：

右上角設(shè)置，可設(shè)置各滑塊的功能，THROTTLE是油門的意思

四軸一開始在鎖定狀態(tài)，把油門調(diào)到最低，YAW到最右，保持一會(huì)兒就會(huì)解鎖，然后就能飛了；把油門調(diào)到最低，YAW最左，將會(huì)上鎖。（在網(wǎng)上某些地方把飛機(jī)可以飛的時(shí)候稱為”鎖定”，不能飛的時(shí)候稱為”解鎖”,不知是翻譯錯(cuò)誤還是國(guó)外的思維方式不一樣）

我把各種元件插在面包板上，用LED代替電機(jī)測(cè)試，解鎖后，LED由滅變成亮，通過控制油門或方向，可以看到LED的亮度會(huì)發(fā)生變化。

硬件制作

這些是要用到的元件，以洞洞板作為基板固定所有的元件，然后用螺釘把洞洞板與機(jī)架連接。（當(dāng)然洞洞板需要裁剪，只用一小塊）

空心杯電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：

SI2302的內(nèi)部電路圖：

這幅圖是crazyflie飛控板的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖，同樣適用MWC飛控，肖吉特二極管BAT54用ss34替換（只要滿足電壓和電流以及通斷時(shí)間就行，ss34遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于需求，只是因?yàn)楦鶰OS管在同一家店所以買了-_-)，場(chǎng)效應(yīng)管pmv31xn用SI2302替換。因?yàn)橥涃I貼片電阻，只好用普通電阻代替，這占了很大一部分面積。

場(chǎng)效應(yīng)管是用電壓控制電流，作用跟三級(jí)管類似（三極管是用電流控制電流），相比于三極管，場(chǎng)效應(yīng)管體積更小功率更大。

肖吉特二極管的作用是續(xù)流。電機(jī)是電感元件，有阻礙電流變化的特性，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法是用PWM信號(hào)控制場(chǎng)效應(yīng)管的通斷，當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管斷開時(shí)，電機(jī)兩端會(huì)產(chǎn)生極高的感應(yīng)電壓擊穿場(chǎng)效應(yīng)管，加上二極管后，電機(jī)的電流會(huì)通過二極管保持流通，防止電機(jī)產(chǎn)生過高的感應(yīng)電壓。

為了防止電機(jī)引起的電流波動(dòng)干擾到arduino，我在arduino的電源處接了一個(gè)220uF的鉭電容。（其實(shí)沒什么卵用！）

下圖是焊接完后的背面，白色的是控制線，黑色和紅色的是接電機(jī)的線。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源部分要接一個(gè)撥動(dòng)開關(guān)，防止arduino nano上電時(shí)不受控制的轉(zhuǎn)，也用于失控時(shí)給電機(jī)斷電。

這是焊接完后的效果。不用在意MPU6050的方向，飛控里有一段代碼，可以配置任意方向的陀螺儀、加速度計(jì)和指南針。（槳買錯(cuò)了，應(yīng)該一黑色正槳一黑色反槳，一紅色反槳一紅色正槳，通過顏色區(qū)分四軸的前后）

飛控板與機(jī)架的連接，在洞洞板上打了兩孔用螺絲固定在機(jī)架上，用兩個(gè)螺母把洞洞板墊高。

這是背面，電池將貼在這里。藍(lán)牙模塊并沒有焊在洞洞板上，而是由那根灰色的線單獨(dú)接出，并用可拆卸連接頭（例如杜邦頭或其他）連接藍(lán)牙模塊，這是因?yàn)樗{(lán)牙會(huì)占用COM口，影響上傳程序。電源供電是將3.7V的電壓直接接在arduino的5V端口上，實(shí)驗(yàn)證明可以正常運(yùn)行。

電機(jī)用焊錫跟機(jī)架焊上，為了加固，我又在電機(jī)背面打了一層熱熔膠。

這時(shí)還不能飛，因?yàn)镸PU6050的方向不是正確方向，需要修正方向。

取消config.h中204~206行的注釋，將程序上傳到arduino，打開MultiWiiConf.exe看陀螺儀和加速度的值，然后根據(jù)情況替換ROLL、PITCH、YAW或改變正負(fù)。左下角的ACC是加速度，GYRO是陀螺儀，MAG是指南針。

按下圖所示的方向旋轉(zhuǎn)四軸，加速度計(jì)相應(yīng)的值會(huì)增大，陀螺儀的值為正數(shù)。（后來(lái)再看這圖總感覺不對(duì)，Yaw，Roll,Pitch總得符合左手或右手定律吧，但是當(dāng)時(shí)測(cè)出來(lái)就是這樣。）

為了防止看不懂圖，再用語(yǔ)言說(shuō)一遍：

使四軸的前方與你的前方一致；

當(dāng)四軸水平放置，ACC的Z值最大；

當(dāng)四軸向右翻滾90度，右側(cè)朝下，ACC的ROLL最大；

當(dāng)四軸向前翻滾90度，頭朝下，ACC的PITCH最大；

當(dāng)四軸水平順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，GYRO的YAW為正數(shù)；

當(dāng)四軸向右翻滾，GYRO的ROLL為正數(shù)；

當(dāng)四軸向前翻滾，GYRO的PITCH為正數(shù)；

指南針我沒用，所以不調(diào)。

每調(diào)整一次，重新上傳一次程序，再觀察是否正確。全部調(diào)完后，看MultiWiiConf中右下的四軸仿真圖，如果仿真圖的轉(zhuǎn)動(dòng)方向跟實(shí)際方向一致并反應(yīng)迅速，則全部正確；如果轉(zhuǎn)動(dòng)方向跟實(shí)際方向不同，則GYRO的調(diào)整存在錯(cuò)誤；如果轉(zhuǎn)動(dòng)方向跟實(shí)際方向一致，但是四軸靜止時(shí)，仿真圖仍在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，則ACC調(diào)整錯(cuò)誤。

試飛

終于，將要迎來(lái)起飛的時(shí)刻！

但是，把四軸解鎖，電機(jī)開始轉(zhuǎn)，提高油門后四軸就失控了，電機(jī)一直狂轉(zhuǎn)，跟手機(jī)的連接也斷開了，還好加了開關(guān)和失控保護(hù)，電機(jī)轉(zhuǎn)了一會(huì)就自動(dòng)停了。

也許是電機(jī)干擾了藍(lán)牙通信，不得而知。

而且感覺四軸有點(diǎn)太重了，用稱不太精確的測(cè)了測(cè)重量，總重量70克。不知道這個(gè)重量是否能飛，比淘寶買的四軸要重很多。

總結(jié)：

槳的顏色是用來(lái)區(qū)分四軸的前后的，所以要紅色各一正槳反槳，黑色各一正槳反槳。

一定要注意電源濾波，只加一個(gè)鉭電容并沒什么卵用，要學(xué)學(xué)電源濾波的知識(shí)。

要注意電池的重量，加大電池容量不一定會(huì)提升續(xù)航，畢竟電池重量也增加了，而且有可能飛不起來(lái)。

arduino最好選用leonardo的mini版型，leonardo自帶USB接口，所以有兩個(gè)串口，藍(lán)牙和上傳程序互不干擾。

arduino要選用3.3v的版型。

用洞洞板做四軸不太靠譜，太難焊接，而且焊錫走線增加了太多重量。洞洞板與機(jī)架固定用的螺絲也占了很大重量，不如直接做成機(jī)架與飛控一體的。