2016年6月11日 星期六

{3} 自製四軸無人機 - Arduino MWC Nano 飛控板焊接建議與說明

網頁最後修改時間:2016/08/15 

這篇網頁主要是提供飛控板焊接時的建議,以及簡單的接線說明。
*********************************************************************************

更多多軸無人機 DIY 套件和套件,請至賣場分類網頁:{ 多軸無人機 } [DIY] 配件,套件

點擊興趣商品,裡面會有該商品詳細的介紹。
*********************************************************************************

Arduino MWC Nano 飛控板 DIY 套件中,附有多支的單頭排針以及杜邦焊接膠座,可以依照自己的需求加以變化和焊接,不一定要跟網頁中建議的一樣,只要使用方便就好。


輔助器材:

由於套件中焊接的部分大多是屬於排針焊接,但是畢竟是 DIY,有一些材料還需要額外加工才能使用。下面列出需要的輔助器材:
  • 焊接設備
  • 麵包板
  • 斜口鉗
  • 美工刀

決定各模組的焊接方式:

在焊接之前有幾個地方必須先考慮進去:
  • 各模組是要直接焊接,還是要轉接(像我一樣)
  • 若是要轉接,排針要焊在模組上還是底板上
決定了之後就可以開始將所需要的排針與杜邦焊接膠座先裁剪好,準備焊接了 !

焊接說明:

使用下面這樣的排針與杜邦焊接膠座的排列方式來做焊接說明
焊接說明範例圖 - Arduino MWC Nano 底板焊接完成

/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* 模組電路板 (Arduino Nano 和 MPU6050) 焊接:

首先先焊接 Arduino Nano 和 MPU6050 ( 依據上面決定的連接方式 )。

先在麵包板上插上合適數量的排針,然後再將模組電路板 (Arduino Nano) 放上去。分別先焊接兩邊排針最上面的第一支接腳,然後檢查排針是否與電路板底部貼合;如果沒有,使用焊槍融化焊點再用手壓電路板使其貼合。接著焊接兩邊排針座下面一支接腳之後,再繼續焊接剩餘的接腳。

/*-/--*-*/*/*/*/***//-*-*-**-*/*-*-/*/*/*-*-/-////--/**/**--**/--///--//**----**//--**//**----***//*-**//*
MPU6050 模組焊接時,因為只有一邊有排針,另一邊沒有 !所以必須想辦法將另一邊用排針或是其他東西墊在底下讓兩邊一樣高,再進行焊接 ! 焊接的時候一樣也要在焊好第一針接腳時確認電路板底部與排針完全密合,再進行其他接腳與排針的焊接 !
MPU6050 焊接確認排針與電路板底部密合
/*-/--*-*/*/*/*/***//-*-*-**-*/*-*-/*/*/*-*-/-////--/**/**--**/--///--//**----**//--**//**----***//*-**//*

如果還有其他需要焊接的模組,就是注意上面所說的焊接注意事項即可 !


/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* Arduino MWC Nano 底板焊接:

底板的焊接大多都是排針與杜邦焊接膠座,除了一顆電阻與 LED。焊接的時候先焊接排針,盡量使用麵包板輔助,不然焊接的時候容易和歪掉或是浮起;而且也必須注意到平衡,必免焊接時電路板在歪斜的狀態。

下面是簡單的底板焊接過程,提供做為參考,只要能確保焊接結果符合要求,要怎麼焊都可以。有些照片畫質不是很好,請見諒 !

將焊接所需要的排針、杜邦焊接膠座 ... 等材料先準備好
焊接材料準備
對照電路板的焊接孔間距,將排針焊插入到對應的麵包板上,再放上電路板準備焊接。若電路板傾斜一邊,就在另一邊再加上輔助性的排針做支撐,注意別焊上這些排針 !
底板焊接範例 - 01
先焊上各列排針的第一支接腳,檢查焊的情況與底部密合後再開始其他接腳的焊接。
底板焊接範例 - 02
底板焊接範例 - 03
若是焊接的地方實在很難用麵包板固定,記得可使用杜邦焊接膠座做暫時性的固定,帶焊接好每排的第一根排針之後,確認與電路板底部的平整性之後就可以拆掉
底板焊接範例 - 04
拆掉輔助性支撐之後,再開始其他接腳的焊接
底板焊接範例 - 05
整個完成之後的 Arduino MWC Nano 底板就如下面所示 (因為這底板是從無人機拆下來拍照,所以上面的螺絲沒有拆掉)
底板焊接範例 - 06

/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* Arduino MWC Nano 飛控板:

將 Arduino Nano、MPU6050 和 藍牙模組都裝上底板,就完成整組飛控板組合
Arduino MWC Nano 飛控板
若有需要裝設其他 I2C 擴充模組,就看要怎麼連接在去焊接模組。例如我使用 BMP180,就可以如下面這樣焊接
BMP180
轉個方向就可以裝上飛控板
多加上 BMP180 的飛控板
飛控板使用說明與注意事項:

眼尖的你不知道有沒看到在網頁中的藍牙模組電源輸入插的接腳都不一樣 !

/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* 電壓輸入範圍:

要解釋上面的問題,需要先說明各模組的輸入電壓範圍
  • Arduino Nano:(由 Vin 輸入) DC 7V - 12V (建議輸入電壓範圍)
  • MPU6050       :DC 3.3V - 5V
  • 藍牙模組        :DC 3.6V - 6V
  • BMP180         :DC 3.3V - 5V
  • 遙控接收器    :DC 4V - 6.5V
飛控板電源輸入的地方除了 Arduino Nano 的 MiniUSB,就是直接由 <+5V> 接腳處輸入;但這兩個地方都是使用 +5V 輸入。

另一個地方就是由 <Vin> 接腳,它可以接受 DC 6 - 20V 的輸入,但是建議電壓輸入範圍在 DC 7 - 12V。此處與 OUTPUT (輸出) 和 INPUT (輸入) 處的 +5V 互相連接,可接受外部電源或是分電板 (BEC, Battery Eliminator Circuit) 的電;但是請千萬注意 ! 此處的輸入電壓若大於模組可承受的電壓時,要注意跳線帽的設定 ! (左邊兩個短路:同 <Vin> 輸入電源;右邊兩個短路:使用 Arduino Nano <+5V> 接腳輸出的電。

/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* 飛控板接腳說明:

感測器的輸入分為兩個部分:
  • I2C 感測器模組輸入 (位於飛控板右半部)
    GY-521 (6 自由度)、GY-86 (10 自由度)感測器模組有預設的位置可以直接插上,使用 Arduino Nano <+5V> 接腳輸出的電源;或是其他 I2C 模組擴充接腳進行連接,可以經由電源選擇接腳選擇使用與 <Vin> 同電位的電源,或是 <+5V> 同電位的電源。
    /*-/--*-*/*/*/*/***//-*-*-**-*/*-*-/*/*/*-*-/-////--/**/**--**/--///--//**----**//--**//**----***//
    適用的感測模組:
    • MPU6050 / GY-521
      3 軸加速度 + 3 軸陀螺儀
    • GY-85
    • 3 軸加速度 + 3 軸陀螺儀 + 3 軸指南針
    • GY-86
    • 3 軸加速度 + 3 軸陀螺儀 + 3 軸指南針 + 最高精度氣壓計
    • GY87
    • 3 軸加速度 + 3 軸陀螺儀 + 3 軸指南針 + 氣壓計(稍弱於GY-86)
    /*-/--*-*/*/*/*/***//-*-*-**-*/*-*-/*/*/*-*-/-////--/**/**--**/--///--//**----**//--**//**----***//
  • UART 感測器模組輸入 (位於飛控板左上偏下一點點)
    GPS 模組可連接在這個地方;但也可使用 I2C 轉換模組將 GPS 模組轉成 I2C 通訊連接方式。或是連接藍牙或是無線模組,做為參數設定/調整和遙控之用。
飛控板各接腳配置說明
飛控板控制分為兩種方式:
  • 遙控器 (輸入方框處的接腳)
    使用遙控器時,訊號接收器的輸出連接到 "輸入" 方框中的相對應接腳。如何連接必須根據遙控中的設定然後進行連接;可參考 {2} 自製四軸無人機 - PID 調整後的飛行測試 這篇網頁中的說明。
  • 藍牙/WiFi控制 (飛控板 左上偏下一點點標示為 UART 處)
    應該是說:只要可以實現透傳功能的無線模組,並可以將接收到的無線訊號轉換成 UART 的就可以控制;當然,遙控端必須能夠傳送符合 MWC 通訊規格控制訊號出來,飛控板才能辨識。

飛控板輸出部分:

對於馬達控制,都是接到 "輸出" 方框處的接腳,不同型態的無人機組成有不同的接腳順序,若以 QuadX 為例,就是如下圖所示。
QuadX 無人機馬達連接號碼
所以四顆馬達由右上逆時針就是分別插到 "輸出" 接腳 <10>、<3>、<11><9><A#> 是代表 AUX# 飛行模式或其他功能的開關選項;這個在前一篇的網頁中已經有說明過。

LED 指示燈:

當操作端與受控端兩邊都準備好要飛行,不是兩邊都打開電之後就可以馬上飛行 (至少我的設置不是這樣),必須由操作端傳送一個訊號,或是遙控器搖桿組合動作的訊號傳送到無人機飛控板,啟動 ARM 成功之後才可以開始操作 !

所以這顆指示燈對我來說很重要,只有當它恆亮的時候才可以操作無人機,建議一定要焊上 !

飛控板測試與校正:

其實在飛控板未裝上無人機之前,可進行簡單的測試:像是,設置 AUX 開關時的飛行模式、感測器的數據讀取、加速度計水平校正、指南針校正、設置 PID 參數 ... 等,確認飛控板輸入與輸出的任何動作,正常之後再裝上無人機 !

由於飛控板還未裝上無人機,所以若是要觀察輸出的狀態是否正常,可以將各輸出外接一顆電阻與 LED 觀看變化;類似下圖一樣,連接到輸出接腳 <D3><D9><D10><D11>

LED 會根據所輸入的操作訊號產生不一樣的亮度變化,藉以觀察馬達輸出以及相關配置是否正確。

但請注意一點 ! 使用之前請先至少校正加速度計 ( CALI_ACC ) 一次,不然不會動作 !
輸出 LED 訊號測試
飛控板的連線可使用 MiniUSB 與 PC 連線,或是使用藍牙裝置。
使用 PC 連線飛控板 - 測試 / 校正 / 設置
使用藍牙連線飛控板 - 測試 / 校正 / 設置
有幾點需要注意:
  • 飛控板在裝上無人機並組裝完成之後,必須先將無人機放置在一水平的平面上並且使用水平儀作校準,確定無人機水平之後再進行相關感測器的自動校正;完成之後除非飛機出現撞機或是機架有重新調整,不需要再進行感測器校正。
  • PID 參數除非已經調整過,不然在飛控板裝上無人機並組裝完成之後,必須重新作調整;調整的方法,請參考{2} 自製四軸無人機 - PID 調整後的飛行測試 這篇網頁中的說明。

結論:

Arduino MWC Nano 飛控板除了上面所說的之外,還有很多地方可以深入去研究,不只是組裝好去玩而已,若有興趣還可以閱讀一下其中的自穩定、定高、無頭模式 ... 等程式碼,了解其中的涵義。

選擇性的加入不同的感測器模組進行不同飛行模式的操作與了解,相信又會玩出不一樣的感覺 !

飛控板作好了,接下來就是找一個機架來自製一台四軸無人機,也是接下來的部落格網頁要介紹的 !


<<自製四軸無人機部落格相關網頁>>

<<SP Racing F3 EVO 空心杯四軸無人機部落格相關網頁>>

沒有留言:

張貼留言