最近经常看到孩子在公园里玩一种无动力泡沫飞机,被扔出去后可以滑行很长时间 。出于好奇,他们还从网上买了一个小型的手投机玩,非常适合在公园里飞行 。但每次觉得飞行时间太短,不能尽兴,又希望能无线控制,就干脆换成了遥控飞机 。
这是一个网上买的手掷机,翼展34厘米:泡沫
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购买泡沫手抛滑翔机
最初决定使用STC8单片机进行修改 。其实也可以用Arduino 。而Arduino的主控制器Atmega328P的外围电路比STC8复杂 。考虑到机载终端的尺寸和重量,选择STC8 。后期会有一篇关于用Arduino改装遥控飞机的帖子 。敬请期待 。
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使用STC8系列单片机作为主控
然后,准备两个空心杯来驱动飞机 。同时两个电机的速度差可以改变飞机的方向,可以同时提供驱动力和转弯,一举两得 。空心杯上正好有两个电机,型号是716,匹配55mm螺旋桨,应该能为飞机起飞提供足够的动力 。
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手头的716空心杯发动机应该适用于飞机
电池方面,手边没有小电池,所以在网上买了一个100mah的小锂电池,重量轻,足够这两个电机飞5、6分钟 。而且还有一些小容量的电池充电,在外场飞行时可以快速补电 。
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100毫安时,3.7V锂电池
为了给飞机充电,购买了一个tp4056锂电池充电板,接口是microUSB,飞行后使用充电宝给电池充电很方便 。
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一个普通的锂电池充电宝
配备了电机和电池,下面开始开发它的控制面板 。既然是遥控飞机,就需要一个发射器,人们用发射器控制飞机;接收器,用于接收信号并控制电机的旋转 。那么需要一个模块来传输控制信号 。我选择了一款比较便宜的无线芯片LT8920,频率范围2.4G,标称距离200米左右,所以这个芯片将承担通信任务
综上所述,接收器将集成以下设备:STC8微控制器、无线芯片LT8920、电源系统和电机驱动系统 。变送器将集成单片机、无线芯片LT8920和电源系统 。这么多系统又小又轻,用普通的孔板几乎是不可能的,所以我画PCB把这么多电路集成在一个小电路板上 。
toutiaoimg.com/large/pgc-image/4b26cd9d84e14b31955374b52d1b0b58" />采用印刷电路板来集成众多元器件于一体
我想尽量吧整个电路板做的小体积,这样以后还可以给其他的飞机使用,一个板子尽量兼容到各个型号的手抛飞机最好 。
下面就开始绘制整个PCB分为发射器的PCB和接收器的PCB,由于接受器对体积的要求更高,因此比较复杂,所以我先挑战难度高的接受器部分 。
下面是绘制好的接收器电路图,其核心的系统我画在一个方框里,一个有四个核心的构成部分,左边是单片机我来为电路以及无线模块与单片机通信的电路,右边则是电机的驱动部分以及电源部分 。
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设计好的接收器电路原理图
将绘制好的电路图转换成PCB的文件,然后经过排列位置以及布线后,大概的形状定了下来 。
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接收器电路板正面
电路板有两面,我把单片机,电机驱动以及电源部分放在一面,将无线模块放在另外一面,至此接受部分的电路板绘制完毕 。体积为1.4CM宽1.78MM长 。
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接收器电路板背面,集成有无线模块和一些接口
接下来完成发射器部分的电路设计,为了后期可以有更好的操控体验,我给发射器增加了一个重力感应模块,可以使用摇杆控制与重力感应两种模式来控制飞机 。
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准备添加的重力感应模块
由于增加了重力感应功能,所以发射器上搭载的东西会更多,不过好在发射器对体积的限制也并不大,对PCB的设计并不会带来很大困难 。设计好的电路图如下,左边由上到下依次是单片机部分,摇杆电路部分以及重力感应芯片的电路部分,右侧则比较简单,无线模块LT8920的周边电路以及电源部分 。
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发射器的电路原理图
为了方便焊接,所有的元器件都摆放在同一侧 。由于只需要控制两个电机,只用了一个摇杆,不是传统遥控器上的双摇杆设计,这样使得整体体积更小,可以单手握持 。设计好的PCB如图:
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设计好的发射器电路板
在背部设计了电池的摆放位,至此整体的发射器PCB板设计完成,尺寸约为6.8CM长3CM宽
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发射器电路板背面,设计有电池摆放位
约几天后拿到了制作好的PCB板:
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收到的制作完成后的电路板
使用热风枪焊接一些器件:
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热风枪焊接一些元器件
焊接好后样子如下:
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焊接好的电路板
在两侧机翼上挖孔,安装电机
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【遥控飞机遥控器配对 遥控飞机充电器】在机翼上挖出长方形槽孔
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安装电机
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背面使用胶带固定即可
装配接受器到手抛机上,由于手抛机上没有多余位置,于是取下机头罩,将接受器安装上去 。连接好两侧的电机,安装上电池 。
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粘贴控制板和电池
调整手抛机的CG(重心),一般这种手抛机的重心在机翼前缘向后三分之一处,调整电池位置,使得机头微微向上时为宜 。
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飞机重心位置如图中红点所示
至此整体改装工作完成,下面开始调试烧录程序到发射器和接受器中,给他们接上电池,推动油门杆,观察两个电机转动方向,正常的方向应该是两个电机转动方向相反(可以抵消电机的反扭矩)如果发现两个电机转向相同,请对调任意一个电机的两条线 。
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电机转动方向示意图
向左移动摇杆,观察是否右侧电机增加转速,左侧电机减小转速,如果相反,在程序里面修改或者直接将两个电机端子对调 。
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飞机左转时电机转速方向示意
调试工作全部完成,飞机起飞重量 27g,可以起飞了!
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飞机轻巧所以不用惧怕摔机,布置在机翼上的电机保证撞击地面时候电机不受损伤 。
根据我的实际飞行试验,由于飞机过于轻巧,所以适合微风以下或者室内环境飞行,716电机搭配55mm螺旋桨,使用100ma电池组的飞行时间大概在5分半左右,使用网上购买的充电模块搭配充电宝一般15分钟左右充满,所以外出备上4块电池即可享受惬意的不间断飞行 。
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充电中
对于拥有较大手抛机的朋友(我的这款翼展34cm,较小),自然需要更大的电机作为动力,这款板子同样适用,内置的驱动模块可以驱动最高2.8A电流的电机,适合130,180,8520以下尺寸的所有电机,即使大飞机也可以轻松带动 。
至此整个飞机的改装思路都介绍完毕,下面奉上几张外场飞行的美照做为结尾!
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