◆山東省青島市西海岸新區(qū)第一高級(jí)中學(xué)高一（14）班 李金河

穿越機(jī)廣泛應(yīng)用于影視劇拍攝、戰(zhàn)地偵察、娛樂競(jìng)技中，也因此激起了許多模友的興趣。但穿越機(jī)零部件價(jià)格昂貴，讓部分模友望而卻步。2020年7月，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)禁售穿越機(jī)配件的時(shí)間長達(dá)兩個(gè)月，這件事也讓我意識(shí)到了掌握穿越機(jī)核心部件技術(shù)的重要性。于是，我開始了穿越機(jī)飛控板的研發(fā)與制作。

一、電路圖的設(shè)計(jì)與電路板的制作

“萬里電路憑圖起”，電路圖中的任何微小差錯(cuò)都會(huì)導(dǎo)致整體失敗，甚至造成元器件燒毀。因此，我花費(fèi)了較長時(shí)間設(shè)計(jì)第一版電路圖。

剛開始，我用最常用的檢查斷路的方法，逐一測(cè)試飛控板的布線順序。然而，這種方法難以測(cè)試全部布線，由于測(cè)試時(shí)產(chǎn)生了大量靜電，導(dǎo)致商品飛控板被擊穿。怎么辦？一次偶然的機(jī)會(huì)，我發(fā)現(xiàn)只要在無人機(jī)地面站CLI命令行中輸入“resource”后按下回車鍵，就能調(diào)出主控芯片的引腳定義。我欣喜若狂，立即設(shè)計(jì)出第一版電路圖，隨后，我按照設(shè)計(jì)的電路圖畫出了第一版飛控電路板，將其命名為JINHERC，并交由嘉立創(chuàng)公司代加工。

與成品飛控板不同的是，此飛控板采用外置供電方案，將一體成型的電源模塊整體粘貼在飛控板下方。這樣，供電電流和易受干擾的電信號(hào)分別設(shè)計(jì)在兩塊電路板上，大大減少了對(duì)控制信號(hào)的干擾，能獲得更好的控制效果。

圖1 第一版電路3D圖

二、測(cè)試第一版飛控板

收到電路板樣品和網(wǎng)購的元器件后，我立即焊接制作。為了避免浪費(fèi)，第一次我只焊接了主控部分。

焊接完成后，我用ST-link方式燒錄程序，將飛控板與地面站軟件連接。此時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)問題：一是USB顯示未被識(shí)別，二是供電指示燈不亮。這時(shí)我才發(fā)現(xiàn)，雖然我考慮了外設(shè)系統(tǒng)的供電電路，但忘了設(shè)計(jì)USB低壓供電電路，導(dǎo)致芯片未通電。至于USB未被識(shí)別的情況，我推測(cè)是芯片主供電缺失導(dǎo)致的。

為了彌補(bǔ)供電缺失，我使用燒錄器單獨(dú)給芯片供電。隨著電源指示燈被點(diǎn)亮，芯片初始化指示燈也開始閃爍。我以為成功了，但打開地面站，依然沒能連上。隨后，這個(gè)飛控板項(xiàng)目被我暫時(shí)擱置了。

后來我和群友聊天談到這個(gè)問題，群友的一句話提醒了我：“是不是USB硬件連接有問題？”我才意識(shí)到，之前我總是檢查軟件，卻沒有檢查硬件。

隨后，我想起去年修復(fù)手寫板的經(jīng)歷：剛開始也無法識(shí)別USB，后來換了USB的兩根通信線后就能正常識(shí)別了。我又分析了飛控板的現(xiàn)狀：電腦反饋未識(shí)別，說明它能檢測(cè)到有外部設(shè)備接入，只是無法識(shí)別。將兩根通信線調(diào)換，不就成功了嗎？

我進(jìn)行了飛線處理，將信號(hào)線調(diào)換，果然，電腦沒有再反饋錯(cuò)誤，地面站也出現(xiàn)了檢測(cè)到飛控板的串口，點(diǎn)擊連接，成功進(jìn)入了地面站，如圖2。

圖2 地面站端

主控與地面站建立正常通信，標(biāo)志著飛控系統(tǒng)的研發(fā)已成功大半。這大大增強(qiáng)了我研究飛控板的信心，開始第一次調(diào)整電路板。

三、測(cè)試第二版飛控板

基于第一版飛控板的USB設(shè)計(jì)錯(cuò)誤及低壓供電電路的遺漏，以及在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的諸多問題，我在第一版電路板的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作了第二版電路板。

我采用了一款高性能、外圍電路較少的一款LDO為主控芯片供電，它能輸出500 MA、3.3 V的穩(wěn)定電流、電壓，能滿足主控供電需求。芯片輸入最低值為4.5 V，適合作為USB電壓的降壓穩(wěn)壓器。完善電源的同時(shí)，我把USB的信號(hào)線也進(jìn)行了調(diào)換。

收到嘉立創(chuàng)公司代加工的第二版電路板后，我又開始了飛控板的驗(yàn)證。這一次，我把OSD字符疊加芯片和陀螺儀都焊接上，測(cè)試這些附件能否正常工作。

此款飛控板我采用了兩顆鉭電容，此電容能更好地對(duì)圖像進(jìn)行濾波，圖傳效果更好。首先連接地面站，識(shí)別成功。陀螺儀正常，加速度計(jì)正常，檢查無報(bào)錯(cuò)后，我將飛控板裝入無人機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

圖3 第二版飛控板性能良好

四、測(cè)試過程

首先測(cè)試動(dòng)力系統(tǒng)，先打開地面站的設(shè)置，將電調(diào)協(xié)議改為dshot600，再打開電機(jī)測(cè)試欄進(jìn)行測(cè)試（提示：調(diào)試時(shí)一定要卸槳后再調(diào)試參數(shù)），其次是測(cè)試通信系統(tǒng)，最后是測(cè)試圖像回傳和OSD字符疊加效果?？傮w測(cè)試效果不錯(cuò)。

圖4 三項(xiàng)測(cè)試效果良好

五、戶外飛行測(cè)試

我在戶外進(jìn)行飛行測(cè)試的結(jié)果表明這套PID參數(shù)非常適合這款飛行器。測(cè)試完懸停后，我還測(cè)試了第一人稱飛行舒適度，回傳穩(wěn)定程度明顯優(yōu)于商品飛控板。

六、總結(jié)與改進(jìn)方案

總體而言，這款飛控板的研制比較順利，效果超出了預(yù)期，但仍存在以下不足。

1.設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮成本，陀螺儀芯片選用了價(jià)格高昂的MPU6000。這款芯片價(jià)格是其他同等水平陀螺儀芯片的15~20倍。下一步可以嘗試用其他ISP通信的陀螺儀芯片替代，或占用I2C串口嘗試用MPU6050陀螺儀芯片替代。

2.這款飛控板在電源方面不夠完善，下一步我將加入9 V穩(wěn)壓電源，讓飛控板能支持DJI等數(shù)字高清圖傳。

3.此款主控板難以實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的初衷，所以接下來我會(huì)嘗試用STM32F411CEU6芯片嘗試替代。

在下一款飛控板設(shè)計(jì)中，我會(huì)將氣壓計(jì)、磁力計(jì)（羅盤）、加速度計(jì)、陀螺儀結(jié)合，刷寫INAV固件，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、定高、穩(wěn)定懸停、自動(dòng)返航、自動(dòng)降落等功能，提高控制的精度。

希望越來越多的人能了解航模，愛上航模，體驗(yàn)航模的樂趣。

圖5 戶外飛行測(cè)試