四轴飞行器入门——飞行器的硬件结构

article/2025/9/3 18:55:55
  • 引言

本篇文章主要介绍四轴飞行器的硬件结构。前半篇文章介绍每种硬件的作用,后半部分会讲一些硬件选型的相关知识。

本文大部分内容为原创,少部分内容搬运自其它博客或文章。对于搬运过来的内容,文末附上原文链接。

  • 飞行器的硬件结构

以四旋翼飞行器为例,本节主要介绍四轴飞行器的硬件结构,首先附上一张飞行器的硬件结构图。图中红色​​的箭头代表信号的传输方向,黑色的先代表电路连接(供电),数传,图传,接收机,GPS和光流由飞控进行供电。下面会对每个模块进行单独的介绍。

  • 飞行器控制器(飞控)

飞行器控制器的作用主要是维持飞行器的稳定,里面通常会有加速度计,磁力计,气压计等传感器。以高度控制为例,介绍一下飞控的作用。在定高模式下,假设遥控器的偏航,俯仰,翻滚通道值都为0(归一化后),理想状态下飞行器是会在某一高度悬停住。但是实际上,因为四个电机,电调的工艺不可能完全相同,四个螺旋桨产生的升力也不尽相同,此时飞控会先根据传感器得到的信息,控制四个电机转速,使飞行器保持平平稳;然后会用气压计验证高度,如果高度不正确,飞控会同时控制四个电机转速增加(或减少),使飞行器高度保持恒定。当然,这只是理想的情况,实际中因为传感器精度问题,定高控制的飞行高度会有少许波动。

  • 螺旋桨

螺旋桨作用是切割空气,把电机的旋转转换成升力。

  • 电机

四轴飞行器上所用的电机是交流无刷电机,不同频率的交流电产生不同频率的磁场,驱动转子进行旋转。改变三项交流电的任意两项输入(交换任意两根线)即可改变电机转速。

  • 电子转速调节器(电调)

因为电机需要的输入是三项交流电,而正常的锂电池输出为直流电,这就需要使用电调把直流电逆变成交流电。根据输入不同占空比/频率的PWM波(一种方波),逆变成的交流电频率也不相同。

  • 电池

电池主要有两个作用,一是给电调供电,二十给飞控供电,两者之间需要有一个降压电路。

  • PM降压模块

降压电路,不用解释了。通常都是2-6S输入(7.2V-22.2V),输出为5V。

  • 全球定位系统

GPS是中文全球定位系统的简称。通常GPS模块都是一块M8N芯片,芯片带有一块电子罗盘。

  • 光流

简单来说就是一个摄像头+超声波传感器,超声波传感器用于辅助摄像头定高。摄像头在高度恒定时,根据采集的图像像素变化,判断自身的位置是否发生了变化(大概是向哪个方向变化了),一个定位模块。

可以参考链接:https//blog.csdn.net/qq_38906523/article/details/80781242

  • 数传(一对)

可以理解成无线串口,用于传输数据。可以双向传输数据(PC到飞控,飞控到PC).PC可以通过数传发送一定的控制指令给飞控,飞控也可以把位置信息,姿态信息等发送回电脑。

  • 图传(发送端+接收端)

发送端把摄像头拍摄到的图像信息发送给地面的接收端,接收端链接显示器,显示图像。

 


http://chatgpt.dhexx.cn/article/RXo9LwZ1.shtml

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