Circuito Drone Quadcopter Mais Simples

Experimente Nosso Instrumento Para Eliminar Problemas





Neste artigo, discutiremos os fundamentos da montagem do corpo do quadricóptero usando tubos e parafusos de alumínio. Nas seções posteriores do artigo, também discutiremos sobre um circuito de drone simples que pode ser usado para voar um pequeno conjunto de drone sem depender de microcontroladores complexos.

Um quadricóptero é talvez a máquina voadora mais simples, exigindo um mínimo de precisão aerodinâmica e complicações e, portanto, não é nenhuma surpresa, ele poderia ganhar uma imensa popularidade entre os vários amadores que poderiam construí-lo com sucesso ... uma máquina que eles poderiam realmente voar e controle por sua própria vontade.



The Quadcopter Dynamics

O fato de um drone de quadricóptero ser o mais simples em termos de tecnicidade e dinâmica se deve, na verdade, ao envolvimento de 4 hélices e uma estrutura de armação balanceada, que permitem que a máquina voe com um equilíbrio relativamente bom, mesmo em condições climáticas difíceis.

Mas a simplicidade também implica que o sistema pode não ser tão eficiente quanto os modelos convencionais de avião e helicóptero, que são intrinsecamente projetados para exibir extrema eficiência em termos de velocidade e consumo de combustível e, claro, capacidade de suporte de carga ... todos esses podem ser essencialmente falta em um sistema quadcopter típico.



No entanto, no que diz respeito a um projeto de hobby, esta máquina torna-se a escolha ideal para a maioria dos entusiastas que acham muito divertido e intrigante construir uma máquina voadora própria, em casa, que no final das contas 'escuta' e voa para qualquer direção que o o usuário prefere que ele se mova.

No entanto, para um novo jogador, que pode não estar tecnicamente tão informado pode achar até mesmo esta máquina simples extremamente complicada de entender, simplesmente porque a maioria das informações relacionadas apresentadas em muitos sites não conseguem discutir o conceito de forma lúcida e em uma 'linguagem' que pode servir para um leigo.

Este artigo foi escrito especificamente para aquelas pessoas não tão técnicas que estão interessadas em construir uma magnífica máquina voadora, mas acham o assunto muito difícil de digerir.

Por que os quadricópteros são tão fáceis de construir hoje

Você já se perguntou por que quadricópteros e drones são tão fáceis de construir no mundo de hoje e talvez fosse impossível antes usando eletricidade?

É basicamente por causa do desenvolvimento e aprimoramento das baterias de íons de lítio. Estas são formas extremamente eficientes de baterias disponíveis hoje, que oferecem uma relação peso / potência impressionante. Junto com isso, a invenção de motores BLDC e motores de ímã permanente altamente refinados também contribuíram para tornar os drones facilmente construídos.

A bateria de íons de lítio é capaz de fornecer uma quantidade incrível de torque rotacional nos motores que se torna suficiente para empurrar a unidade quadricóptero para uma altitude elevada acima do solo em segundos, e também permite que ela permaneça no ar por um longo período de tempo, tornando o desempenho muito eficiente e útil.

Como o quadricóptero voa

Agora vamos pular no caminho certo e entender quais são as coisas essenciais necessárias para fazer um quadricóptero voar com sucesso. Aqui estão os princípios básicos para fazer a máquina voar suavemente:

estrutura de montagem do drone simples + mais manobra

1) Basicamente, a máquina requer um corpo firme e forte, mas extremamente leve. Isso poderia ser fabricado ou montado usando tubos de extrusão de alumínio quadrados ocos, perfurando adequadamente os orifícios e fixando a estrutura com porcas e parafusos.

2) A estrutura deve ter a forma de um '+' perfeito ou um 'x' perfeito, não faz diferença desde que o ângulo entre os tubos de 'cruzamento' seja de 90 graus cada.

ângulo do quadro do drone

Os elementos básicos necessários para a construção de um quadricóptero podem ser vistos na imagem a seguir:

peças mecânicas de hardware para montagem de drones

Simulação de montagem de peças

A simulação animada aproximada abaixo mostra como montar os elementos mostrados acima juntos:

Como Construir Quadcopter Framework

O alumínio para o quadro '+' pode ser adquirido cortando e dimensionando adequadamente o tubo de extrusão de alumínio pronto, conforme mostrado abaixo:

O tamanho do quadro é relativo e, portanto, não é crucial, você pode construir um quadro largo com os motores bem separados ou construir uma estrutura de quadro bastante compacta onde os motores não são muito separados ... embora seja necessário garantir que o as hélices são bem distantes umas das outras para permitir um melhor equilíbrio e equilíbrio.

3) A estrutura '+' do pórtico deve ser equipada com uma plataforma quadrada na seção central onde os braços do pórtico se encontram e se cruzam. Poderia ser simplesmente uma placa de alumínio bem polido adequadamente dimensionado para acomodar confortavelmente todos os componentes eletrônicos e fiação necessários.

Assim, esta placa central ou plataforma é basicamente necessária para instalar e abrigar os componentes eletrônicos do sistema que, em última análise, seriam responsáveis ​​pelo controle do seu quadricóptero.

4) Depois de concluída a estrutura acima, os motores devem ser fixados nas extremidades das barras transversais, conforme mostrado nas figuras acima.

5) Nem é preciso dizer que todo trabalho de encaixe precisa ser feito com o máximo de precisão e alinhamento perfeito, isso pode exigir a associação de um fabricante experiente para o trabalho.

Como tudo no design está em pares, alinhar os elementos com precisão não será realmente muito difícil, trata-se apenas de dimensionar e ajustar os pares com o máximo de semelhança possível, o que, por sua vez, garantirá um nível máximo de equilíbrio, equilíbrio e sincronização para o sistema.

Uma vez que a estrutura é construída, é hora de integrar os circuitos eletrônicos aos motores relevantes. Isso precisará ser feito de acordo com as instruções fornecidas no manual do circuito fornecido.

As placas de circuito podem ser encaixadas na parte inferior da placa central com alojamento apropriado ou sobre a placa, novamente com um gabinete apropriado para encerrá-la firmemente.

configuração rotacional do motor do drone 4

Compreendendo a direção de rotação das hélices

Analisando a direção de rotação das hélices do motor para um levantamento equilibrado:

Referindo-se à simulação animada acima, a direção de rotação das hélices do motor deve ser alinhada da seguinte maneira:

Ele simplesmente precisa ser tal que os motores nas extremidades de uma haste sejam idênticos, mas diferentes da direção do motor da outra haste, ou seja, se uma haste tem os motores girando no sentido horário, então os motores nas extremidades da outra complementam a haste deve ser ajustada para girar no sentido anti-horário. direção.

Por favor, consulte a simulação acima para entender corretamente o movimento de contra-ação dos motores que podem ser atribuídos aos motores para garantir uma tomada equilibrada de

Como controlar a direção do quadricóptero controlando a velocidade dos motores.

Sim, a direção de vôo do quadricóptero pode ser ajustada e controlada de acordo com seu desejo e vontade, simplesmente aplicando diferentes velocidades (RPMs) aos motores em questão.

As imagens a seguir mostram como a transmissão de velocidade básica pode ser aplicada aos motores relevantes, a fim de alcançar e executar qualquer direção de voo desejada para a máquina:

Conforme indicado nos diagramas acima, diminuindo apropriadamente a velocidade de um conjunto de motores, ou aumentando a velocidade do conjunto oposto de motores, ou ajustando as velocidades de acordo com sua preferência, o quadricóptero pode ser feito para viajar no ar em qualquer direção específica desejada.

As imagens acima indicam as direções básicas, como para frente, reverso, direita, esquerda etc ... no entanto, qualquer outra direção ímpar também pode ser implementada de forma eficiente ajustando adequadamente as velocidades dos motores relevantes ou pode ser apenas um único motor.

Por exemplo, a fim de forçar a máquina a voar na direção N / W, a velocidade apenas do motor S / E pode ser aumentada, e para permitir que a máquina voe na direção N / E, a velocidade do S / O motor W pode ser aumentado ... e assim por diante. Só precisa ser praticado até que o controle total do quadricóptero seja alcançável e dominado pelo usuário.

Projetando um Quadcopter Prático

Até agora nós aprendemos sobre a construção básica do corpo e do hardware do drone, agora vamos aprender como fazer um quadricóptero ou um circuito de drone de forma rápida e barata usando componentes muito comuns. Em uma de minhas postagens anteriores, aprendemos como fazer uma máquina voadora quadricóptero relativamente complexa e, portanto, eficiente sem usar microcontrolador. Para obter mais informações, consulte as seguintes postagens:

Circuito de controle remoto sem MCU | Circuito eletronico

No presente artigo, tentamos tornar o projeto acima muito mais simples, eliminando os motores sem escovas e substituindo-os por motores com escovas e, consequentemente, tornando possível se livrar do complexo Módulo de circuito de driver BLDC .

Uma vez que os detalhes da construção mecânica do quadricóptero já foram discutidos acima de forma abrangente, trataremos apenas da seção de design do circuito e aprenderemos como ele pode ser construído para voar o circuito de drones mais simples proposto.

Como mencionado anteriormente, este quadricóptero simples requer apenas os módulos básicos de controle remoto RF, conforme mostrado na imagem de exemplo abaixo:

Você vai precisar compre esses módulos RF em qualquer loja online ou em seu revendedor de peças eletrônicas local:

Além do mencionado acima Módulos remotos RF 4 motores escovados de ímã permanente também serão necessários, o que realmente forma o coração da máquina drone. Pode ser conforme especificado na imagem a seguir com as descrições fornecidas, ou qualquer outro semelhante de acordo com as especificações do usuário exigidas:

Especificações elétricas do motor:

  • 6V = tensão operacional (pico de 12V)
  • 200mA = corrente operacional
  • 10.000 = RPM

Lista de Peças

  • 1K, 10K 1/4 watt = 1 cada
  • Capacitor 1uF / 25V = 1no
  • Predefinir 10K ou 5K = 1não
  • Rx = resistor de fio enrolado de 5 watts, valor a ser confirmado com experimentação.
  • IC 555 = 1no
  • 1N4148 Diodos = 2nos
  • IRF9540 Mosfet = 1no
  • Tipo de motor escovado 6V = 4nos
  • Fios flexíveis, solda, fluxo etc.
  • PCB de uso geral para montagem das peças acima
  • Módulo de controle remoto RF de 4 canais, conforme mostrado nas imagens relevantes.
  • Canais de alumínio, parafusos, porcas, placas, etc. conforme explicado no artigo.
  • Bateria conforme mostrado abaixo:
Bateria de íon-lítio para drone

Como configurar o receptor do controle remoto com os motores

Antes de entender como configurar o receptor do controle remoto com os motores quadcopter, seria importante aprender como as velocidades do motor devem ser ajustadas ou alinhadas para gerar os movimentos necessários para a esquerda, direita, para frente e para trás.

Primeiramente, existem duas maneiras de permitir que um quadricóptero se mova, que estão nos modos '+' e 'x'. Em nosso projeto, empregamos o modo básico de movimento '+' para nosso drone, conforme indicado no diagrama a seguir:

Referindo-nos ao diagrama acima, percebemos que simplesmente precisamos aumentar apropriadamente as velocidades dos motores relevantes para executar as manobras direcionais desejadas no drone.

Este aumento de velocidades pode ser reforçado configurando os relés de controle remoto de acordo com o seguinte diagrama de fiação. No diagrama abaixo, podemos ver um Circuito IC 555 PWM conectado com os 4 relés do módulo receptor do controle remoto dos 6 relés (1 relé não sendo usado e pode ser simplesmente removido para reduzir espaço e peso).

Ajustando o PWM

Como pode ser testemunhado no diagrama, a alimentação PWM está conectada com todos os contatos N / C dos relés, o que implica que normalmente o quadricóptero estaria pairando através desta alimentação PWM uniforme e igual, cujo ciclo de trabalho pode ser inicialmente ajustado de modo que o quadricóptero é capaz de atingir uma quantidade especificada correta de impulso e altitude.

Isso pode ser experimentado ajustando apropriadamente o potenciômetro PWM mostrado.

Como configurar os contatos de retransmissão

Os contatos N / O dos relés podem ser vistos diretamente com a alimentação positiva, então sempre que um botão relevante é pressionado no aparelho do transmissor remoto, o relé correspondente é ativado no módulo receptor, que por sua vez permite que o motor relevante obtenha toda a alimentação de 12 V da bateria.

A operação acima permite que o motor ativado ganhe mais velocidade do que o resto dos motores, o que permite que o quadricóptero se mova na direção estipulada.

Assim que o botão do controle remoto é liberado, o drone para instantaneamente e continua a pairar no modo constante.

De forma idêntica, outros movimentos direcionais podem ser realizados simplesmente pressionando os outros botões atribuídos, no controle remoto.

O relé superior é para garantir um pouso seguro da máquina, isso é feito adicionando um resistor de queda de corrente em série com o contato N / O do relé mostrado.

Este valor do resistor deve ser calculado com alguma experimentação, de modo que o quadricóptero paire cerca de alguns pés acima do solo sempre que esse resistor for alternado através do relé conectado.

Diagrama de circuito

Projetando um circuito prático de Quadcopter

Os relés mostrados fazem parte do receptor do módulo RF, cujos contatos estão inicialmente desconectados (em branco por padrão) e precisam ser conectados conforme indicado no diagrama acima.

O receptor remoto RF deve ser instalado dentro do quadricóptero e seus relés conectados com os motores e bateria relevantes de acordo com o layout mostrado acima.

Você pode ver alguns conectores (de cor verde) que podem adicionar peso desnecessariamente ao drone. Você pode removê-los todos para reduzir o peso e conectar os fios relevantes diretamente ao PCB por meio de soldagem.

Como o Drone se move:

Conforme explicado na discussão acima, quando um botão remoto específico é pressionado, ele aciona o relé correspondente do módulo quadricóptero fazendo com que o motor relevante se mova mais rápido.

Esta operação, por sua vez, força a máquina a se mover na direção oposta ao motor que está sendo mudado para girar em RPMs mais rápidos.

Assim, por exemplo, aumentar a velocidade do motor sul faz com que a máquina se mova para o norte, aumentar o motor norte faz com que ela se mova para o sul, da mesma forma, aumentar a velocidade do motor leste faz com que ela se mova para oeste e vice-versa.

Curiosamente, aumentar os motores sul / leste permite que o quadricóptero se mova em direção ao norte / oeste oposto que está no modo diagonal ... e assim por diante.

Prós e contras do circuito de controle remoto simples Qaudcopter explicado acima.

Prós

  • Barato e fácil de construir, mesmo para um amador relativamente novo.
  • Não requer operações complexas de joystick.
  • Pode ser controlado usando um único módulo de controle remoto de 6 canais

Contras

  • Menos eficiente em termos de bateria reserva devido ao envolvimento de motores com escovas
  • A velocidade direcional é constante e não pode ser alterada através do controle remoto
  • A manobra pode não ser suave, mas um pouco irregular, ao alternar os botões.



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