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2013年6月22日 星期六

四軸飛行器整理開源

張貼者： 於 上午9:47


從零開始做了一年的成果
花了很多的時間，也噴了很多錢
但結果很值得


目前四軸飛行器可以達到平衡→就是不會摔下來
但無法保持懸停→沒辦法保持在原點不動，會自己飛來飛去的

簡單的講解一下

一個可以操作的四軸飛行器有以下部分：
．機架　→　放置電池、馬達、飛行控制器 ... 等等。... 使用450機架
．電池　→　供電給整個系統。... 使用 2200mAh 25C 鋰電池
．馬達　→　使用無刷馬達，用來提供升力。... 使用 2212 980KV 無刷馬達
．螺旋槳　→　採用正反槳，用來提供升力。... 使用 1045 碳纖混槳
．遙控器　→　操做四軸飛行器及顯示回傳資料。... 自製遙控器
．電子調速器　→　簡稱電調，用來驅動無刷馬達。... 好盈 40A 電調
．飛行控制器　→　簡稱飛控板，做平衡及無線傳輸。... 自製飛控板

遙控器：
．控制器：STM32F407VG
．顯示器：4.3吋屏，SSD1963
．無線傳輸：nRF24L01P + PA + LNA

飛控板：
．控制器：STM32F405RG
．感測器：L3G4200 + LSM303
．無線傳輸：nRF24L01P + PA + LNA

大致的流程：
．MCU的韌體與軟體初始化
．感測器的初始校正　→　電子羅盤使用橢圓擬合
．讀取感測器　→　感測器包含了加速度計、陀螺儀、電子羅盤
．將讀到的資料作濾波　→　使用加權移動平均與互補濾波
．計算當下姿態　→　計算頻率400Hz，採用四元數
．平衡控制　→　計算頻率400Hz，使用PID的PD控制

　　　　　↓自己做的飛行控制器，買現成的模組＆自己洗的MCU，焊在洞洞板上

　　　　　↓自己做的遙控器，主畫面，右邊是油門

　　　　　↓顯示的是3D的DEMO程式

　　　　　↓示波器功能，把飛行器上傳回來的資料顯示出來

更多的相片
→PICASA 四軸飛行器相簿

GitHub
→GitHub Quadcopter-V1.0

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24 則留言:

  1. Unknown2013年7月11日 晚上11:50

    嗨！學長你好
    我是中原大學電機的學生
    電機二乙 黃博晧
    我現在大二升大三
    我的專題也想做關於四軸飛行器的東西！
    我想請問學長
    飛行器主體我大概有想法知道該怎麼做
    我比較有疑問的是遙控器！
    請問學長
    你的遙控器是怎麼個想法的！？
    就那個液晶那一塊！
    還有我想改用手機控制
    不知道在製作上會不會有更難的障礙！

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    1. Unknown2013年7月12日 凌晨12:55

      你的遙控器是怎麼個想法的！？
      就那個液晶那一塊！
      -->你說的想法是指怎麼做的嗎?
      -->若打算使用8051 or arduino的話
      -->不太建議使用這種螢幕(TFT)
      -->可以使用簡單的LCD1602等等螢幕, 或是不要螢幕

      還有我想改用手機控制
      不知道在製作上會不會有更難的障礙！
      -->如果只是簡單的控制方向和油門的話, 手機是可以做到的
      -->通常是透過藍芽傳輸+手機App來達到效果
      -->如果會寫android或iPhone的話, 應該不難

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    2. Unknown2013年7月17日 晚上7:34

      -->你說的想法是指怎麼做的嗎?
      -->若打算使用8051 or arduino的話
      -->-->恩！我是有想要用arduino做！
      -->-->老實說！對於這個四軸飛行器！我實在不知道該怎麼下手＝＝！
      -->-->我目前知道的是 飛機的本體大概是由飛控板 無刷馬達 電子變速器 等控制！
      -->-->而且我找的專題老師是張政元教授！他要求如果要做能做出什麼不一樣的東西
      -->-->我想了想以後！我想說可以將四軸飛行器加上一個類似自動駕駛的功能！
      -->-->這大概是我粗略的想法
      -->-->由於我本人在美國～所以很多事情要等到9月回台灣才能開始！現在只能多找資料～擬定一些計劃
      -->-->還有請學長是否能跟我分享一下！你是怎麼從無到有～做出這個四軸飛行器的><

      -->如果只是簡單的控制方向和油門的話, 手機是可以做到的
      -->通常是透過藍芽傳輸+手機App來達到效果
      -->如果會寫android或iPhone的話, 應該不難
      -->-->我不會寫android或iPhone的程式！
      -->-->頂多會大一所學的C跟C++！這是我現在的程式能力～
      -->-->我想我應該會放棄這一步！先讓我做出能控制的四軸飛行器再說><
      -->-->謝謝學長給我這方面的建議！

      不好意思學長！我這麼慢回><
      謝謝你耐心地回答我！

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    3. Unknown2013年7月17日 晚上8:23

      而且我找的專題老師是張政元教授！他要求如果要做能做出什麼不一樣的東西
      我想了想以後！我想說可以將四軸飛行器加上一個類似自動駕駛的功能！
      -->若"不一樣的東西"是建立在四軸可以穩定的平衡下
      -->我覺得專題的時間應該是做不到的
      -->畢竟四軸的平衡和濾波本身就是很重要的課題
      -->不僅僅只是程式, 還有演算法的撰寫
      -->所以若想做出不一樣的東西, 像是自動駕駛
      -->建議直接從現有的四軸, 繼續做
      -->(( 現有的四軸：建議可以試試看開源的小四軸, Google自己找看看, 不過就不能用arduino開發了
      -->重點應該放在自動駕駛等等的功能上

      -->需要注意的
      -->大四軸這個專題, 若是自費的話, 開銷是不少的
      -->無刷馬達約300~500((需要四個
      -->電子調速器約300~400((需要四個
      -->四軸結構約200~400
      -->若飛控板自己做的話
      -->感測器約200~800
      -->無線模組約80~400
      -->鋰電池約300~800
      -->若要自動駕駛的話, 應該是需要加裝GPS
      -->GPS模組約600~1000
      -->所平均下來約4000~6000左右
      -->當然, 若是老師願意支出的話倒是沒有甚麼問題

      由於我本人在美國～所以很多事情要等到9月回台灣才能開始！現在只能多找資料～擬定一些計劃
      還有請學長是否能跟我分享一下！你是怎麼從無到有～做出這個四軸飛行器的><
      -->1. 可以控制電子調速器(使用PWM)來讓馬達旋轉, 要可以調速
      -->2. 製作飛控板, 整合四軸硬體
      -->3. 無線傳輸撰寫(( 若是直接購買市面上的遙控器的話, 則需要撰寫PPM
      -->4. 讀取感測器並做濾波, 可以得到正確的資料
      -->5. 以上皆完成後, 撰寫姿態的演算法(若是使用MPU6050這個感測器, 會有DMP功能, 可以直接輸出姿態
      --> 這裡的姿態是指飛行器座標與地理座標三軸的夾角
      -->6. 有正確的姿態後, 就是平衡(PID)
      -->7. 之後就是一直重複5&6步驟, 來達到更穩定

      我不會寫android或iPhone的程式！
      頂多會大一所學的C跟C++！這是我現在的程式能力～
      我想我應該會放棄這一步！先讓我做出能控制的四軸飛行器再說><
      -->不管如何, 還是需要一個可以控制的裝置, 不管是買的還是自己做的
      -->畢竟大四軸並不是一個玩具, 是具有危險性的
      -->若沒有一可以操作的裝置是很不安全的

      這裡目前也不太常用
      所以有問題可以寄EMAIL
      Hom19910422@gmail.com

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  2. snow2013年7月24日 上午9:01

    您好：
    最近我也在研究四軸飛行器
    我是用arduino mega 2560來做我的飛控主板
    因此程式都是要自己來撰寫(雖然網路上有些外國人所寫的程式code)
    目前我的進度：
    使用mpu6050陀螺儀/加速度來偵測角度
    然後經過運算後角度便可算出來了
    http://aurorax.cn/merging-mpu6050-data-on-arduino-and-kalmen-filter/

    接下來就是做雙軸馬達的平衡，如影片的效果一樣
    http://youtu.be/HpMMxo5pEcw

    使用的PID公式為
    http://brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginners-pid-introduction/

    我將程式下去RUN後發現很難平衡
    請問有沒有什麼方法或是程式撰寫的方向可以提供給我呢?

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    1. Unknown2013年7月24日 上午9:22

      影片的效果一樣
      -->影片是實際拍攝的嗎?
      -->還是是別人的?

      -->如果是自己實際拍攝的話
      -->調一下PID應該就可以平衡了

      -->如果不是的話
      -->建議還是拍一下實際的狀況
      -->因為這樣並不容易看出有什麼問題

      我將程式下去RUN後發現很難平衡
      -->同上, 還是建議拍一下實際的狀況

      請問有沒有什麼方法或是程式撰寫的方向可以提供給我呢?
      -->大致的流程就是：讀資料&濾波(移動平均) → 計算姿態角(四元數、互補濾波) → 平衡(PID)
      -->詳細都在附件裡，不知道還需要什麼?

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    2. Unknown2013年7月24日 上午9:28

      另外補充一下

      使用mpu6050陀螺儀/加速度來偵測角度
      然後經過運算後角度便可算出來了
      http://aurorax.cn/merging-mpu6050-data-on-arduino-and-kalmen-filter/
      -->文中有提到"但是得到的波形很不理想，于是就转向DMP了。"
      -->我認為上面的code並沒辦法達到濾波的效果
      -->你應該自己確認下, 計算出來的角度誤差有多大
      -->開啟馬達時, 誤差又有多大?

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  3. Unknown2013年8月27日 晚上11:36

    請問一下身為新手應該具有那些能力才能做出四軸飛行器
    從何下手呢?!!!
    我只是一個嘉工的學生，希望能和你們一樣做出這些東西

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    1. Unknown2013年8月27日 晚上11:44

      整個專題都是建立在單晶片的控制上
      所以至少要有使用單晶片的能力

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  4. Unknown2013年9月8日 凌晨4:18

    請問版主，四軸飛行器您建議我使用arduino的甚麼板子?

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    1. Unknown2013年9月8日 凌晨4:30

      可以試試看 MultiWii MWC
      Arduino 開源的飛控板

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  5. Unknown2013年9月9日 凌晨1:28

    那可使用arduino uno板嗎?

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    1. Unknown2013年9月9日 清晨7:51

      可以

      可以看下 MultiWii 的官網
      http://www.multiwii.com/

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  6. Unknown2013年9月20日 凌晨4:58

    問版主，arduino uno跟MultiWii，有什麼區別。
    它們的程式語法寫法一樣嗎?
    可用一樣的開發環境嗎。

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    1. Unknown2013年9月20日 清晨5:14

      硬體上不一樣
      arduino uno 和 MultiWii 都是 arduino 的開發板
      使用的語法和環境皆相同

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  7. Unknown2013年9月27日 凌晨3:27

    問版主，請問您是否知道有沒有那種專門教飛行器程式製作的書(簡單一點的，不是這部分的專家也看得懂的書)，如果能用arduino做最好，感恩

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  8. Unknown2013年9月27日 晚上10:07

    問版主，那我應該如何學?

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    1. Unknown2013年9月27日 晚上10:59

      不知道要學什麼？？

      四軸飛行器可以做得很困難，也可以做得很簡單。

      ＊想要很簡單：
      就買現成的東西，裝起來，調整 PID 就可以飛了。( 或許連調也不用 )
      ....需要了解買的裝置，PID 就好

      ＊想要困難一點：
      買現成的開源飛控板或是自己做，自己寫飛控、寫濾波、寫平衡。
      ....要會寫程式，會電路設計，會寫相關演算法

      ＊想要最困難：
      什麼都自己做，遙控器自己做，電調自己做，機架自己做，程式全部自己寫。
      ....要會寫程式，會電路設計，會寫相關演算法，會結構設計

      依以上分類，需要學的東西都不一樣

      我的方式是看網路上的資料 + 相關學術文獻 + 自己的思考

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  9. Anonymous2013年10月26日 清晨7:24

    你好
    我對你的2.4ghz 很感興趣
    不知道大大可不可以教我傳輸方式

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    1. Unknown2013年10月26日 上午8:26

      RF 部分是使用 nRF24L01
      datasheet 有詳細的說明

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  10. Quarks2013年12月5日 上午8:00

    你好
    不好意思可以請問一下~大大在上面提到
    -->若打算使用8051 or arduino的話
    -->不太建議使用這種螢幕(TFT)
    -->可以使用簡單的LCD1602等等螢幕, 或是不要螢幕
    請問是什麼原因呢? STM 與 ARDUINO 開發 優缺點是差別在哪~

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    1. Unknown2013年12月5日 上午8:25

      由於處理速度的問題，普通的 8051 or Arduino 在寫入資料至 TFT 會花比較多時間。

      兩者主要差別在於＂開發難度＂與＂效能高低＂。

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  11. Unknown2013年12月6日 清晨6:57

    謝謝你的建議 : )

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