這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。

今天，我們將利用一些現(xiàn)成的組件組裝一臺(tái)能夠拍攝高質(zhì)量航拍照片以及穩(wěn)定高清視頻的四軸飛行器。該飛行器還會(huì)配備多種安全功能，所以新手也可以自信地操作該四軸飛行器。四軸飛行器的實(shí)時(shí)視頻流通過(guò)Wifi從Raspberry Pi傳輸?shù)揭苿?dòng)設(shè)備上。該無(wú)人機(jī)還搭載了一個(gè)Linux計(jì)算機(jī)，這會(huì)為您帶來(lái)許多創(chuàng)造性——額外的傳感器、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等。

在本系列的第一部分中，我們首先介紹四軸飛行器的硬件——需要哪些部件，它們有什么作用，如何組裝在一起。在本系列的第二部分和第三部分中，我們將介紹四軸飛行器的軟件——故障保護(hù)功能、遙控和飛行模式。

硬件：

• DJI F450 ARF (幾乎到手即飛) 套件
• 3300mAh 3S 35C LiPo 電池（附帶T型接頭）
• EV-Peak – AP606 – 50W DC LiPo 電池充電器/放電器 (大多數(shù)LiPo充電器都適用)
• RadioLink AT9 2.4GHz 9CH 發(fā)射器，R9D 9CH 接收器
• Xiaomi Yi 運(yùn)動(dòng)相機(jī)（附帶microSD卡）
• FeiYu Tech Mini 3D 3軸無(wú)刷萬(wàn)向節(jié)
• Raspberry Pi (Model A+), microSD 卡
• Raspberry Pi 相機(jī)模塊
• 任意支持 802.11a/n/ac (5GHz 頻段)的USB無(wú)線網(wǎng)卡——本項(xiàng)目用的是 D-Link DWA-160
• 備用 micro USB cable
• 各種公母T型接頭
• RadioLink AT9 2.4GHz 9CH 發(fā)射器，R9D 9CH接收器
• 吸盤式車載手機(jī)支架
• 4 個(gè)M3螺栓，8個(gè)M3螺母
• 安卓手機(jī)

工具：

• 電烙鐵
• 焊錫
• 內(nèi)六角扳手
• 熱熔膠槍
• 熱熔膠棒

啟動(dòng)該項(xiàng)目之前，我們必須了解四軸飛行器各個(gè)部分的作用。下文列出了構(gòu)建該四軸飛行器所需的零部件及其用途，以及本教程中所使用的每個(gè)零部件的具體型號(hào)。

• 機(jī)架：

• • • 作用：該機(jī)架為安裝電機(jī)和電子設(shè)備提供了一個(gè)簡(jiǎn)易環(huán)境
    • 本項(xiàng)目所使用的部件： DJI Flame Wheel 450 (F450) 機(jī)架（包含在ARF套件中）

• 無(wú)刷電機(jī)和螺旋槳：

• • • 作用：電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力，以抬升四軸飛行器
    • 本項(xiàng)目所使用的部件： DJI E305 960KV 電機(jī)和DJI 9450螺旋槳（兩者均包含在ARF套件中）

• 電子調(diào)速器 (ESC):

• • • 作用：ESC為無(wú)刷電機(jī)供電，并提供PWM接口，以允許飛行控制器控制每一個(gè)電機(jī)的速度和推力
    • 本項(xiàng)目所使用的部件： DJI E305 960KV 電機(jī)（包含在ARF套件中）

• 飛行控制器：

• • • 作用：顧名思義，飛行控制器負(fù)責(zé)控制四軸飛行器如何飛行。飛行控制器其實(shí)是一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)，配備了慣性測(cè)量裝置（IMU，包含陀螺儀和加速度計(jì)），目的是保持四軸飛行器穩(wěn)定。飛行控制器還搭載了氣壓計(jì)、GPS和磁力計(jì)，以便讓飛行控制器分別知道它目前的高度，所處的地區(qū)，面朝的方位。
    • 本項(xiàng)目所使用的部件： NAZA-M Lite，附帶GPS套件（包含在ARF套件中）

• 穩(wěn)壓器、飛行控制器狀態(tài)LED/USB接口：

• • • 作用：穩(wěn)壓器旨在為飛行控制器提供5V恒壓。狀態(tài)LED負(fù)責(zé)在飛行過(guò)程中將四軸飛行器的狀態(tài)信息傳遞給操縱人員。狀態(tài)LED燈包括電池電量低指示和GPS鎖定指示。USB接口則允許我們?cè)?a href="http://www.www27dydycom.cn/v/tag/1247/" target="_blank">電腦上配置飛行控制器（我們將會(huì)在第2部分用到）。
    • 本項(xiàng)目所使用的部件： 穩(wěn)壓器和狀態(tài)LED燈包含在NAZA-M Lite中

• 電池：

• • • 作用：鋰聚合物（LiPo）電池具有較高的能量重量比以及較大的最大放電電流，因此是為四軸飛行器提供動(dòng)能的首選方式。在將LiPo電池裝上四軸飛行器之前，了解如何安全地使用和充電是非常重要的。否則，可能會(huì)引起火災(zāi)及爆炸。有一些電池規(guī)格需要了解，它們的定義如下：
      • 容量：電池以特定電流放電，“耗盡”之前能夠持續(xù)的放電時(shí)間。比如，如果一個(gè)電池的容量是1200mAh（毫安小時(shí)），然后連續(xù)向外界提供一個(gè)1000mA的電流，那么在1200mAh/1000mA = 1.2小時(shí)后，該電池耗盡。通常，電池壽命=容量（mAh）/電流（mA）。但我們建議在LiPo電池剩余電量在20%時(shí)就對(duì)其進(jìn)行充電。
      • 電池芯數(shù)量：每個(gè)LiPo電池由1個(gè)或多個(gè)電池芯組成。一個(gè)電池內(nèi)的電池芯串聯(lián)連接，因此電池的總電壓即為各個(gè)電池芯電壓的總和。LiPo電池的電池芯數(shù)量通常為電池上字母“S”之前的數(shù)字——2S表示電池是兩芯電池。
      • 放電率：放電率反映了電池的最大安全放電電流。LiPo電池的放電率通常為電池上字母“C”之前的數(shù)字——標(biāo)記為35C的電池可提供的最大電流為“35x容量”。
    • 本項(xiàng)目所使用的部件：本項(xiàng)目使用的電池為ReadyMadeRC 3300mAh 3S 35C LiPo電池（附帶T型接頭）。

• LiPo 電池充電器：

• • • 作用：LiPo電池充電器負(fù)責(zé)對(duì)LiPo電池進(jìn)行安全充電。請(qǐng)注意，必須用LiPo電池充電器充電，而不能用其他充電器（例如鎳鎘電池或者鎳氫電池充電器）。
    • 本項(xiàng)目所使用的部件：EV-Peak–AP606–50W DC充電器/放電器

• 發(fā)射器+接收器：

• • • 作用：發(fā)射器通過(guò)多個(gè)操縱桿和開(kāi)關(guān)接收操作人員指令，然后通過(guò)Wifi發(fā)送到四軸飛行器的接收器上。接收器負(fù)責(zé)解碼操作人員的命令，然后將其轉(zhuǎn)發(fā)給飛行控制器。
    • 本項(xiàng)目所使用的部件： RadioLink AT9 2.4GHz 9CH發(fā)射器，R9D 9CH接收器

• 萬(wàn)向節(jié)+相機(jī)

• • • 作用：有了相機(jī)和萬(wàn)向節(jié)，四軸飛行器就能變成一個(gè)拍攝專業(yè)鏡頭的航拍平臺(tái)。相機(jī)安裝在萬(wàn)向節(jié)上，而萬(wàn)向節(jié)的動(dòng)作實(shí)際上與四軸飛行器的相反——確保相機(jī)始終保持水平。
    • 本項(xiàng)目所使用的部件： Xiaomi Yi 運(yùn)動(dòng)相機(jī)，F(xiàn)eiYu Tech Mini 3D 3軸無(wú)刷萬(wàn)向節(jié)

• RPi，RPi相機(jī)，WiFi無(wú)線網(wǎng)卡：

• • • 作用：雖然安裝在萬(wàn)向節(jié)上的相機(jī)能夠以驚人的2K分辨率錄制視頻，但是，如果我們無(wú)法確定想要拍攝的物體是否位于鏡頭內(nèi)，再好的攝像裝備也沒(méi)用。Raspberry Pi相機(jī)通過(guò)5GHz WiFi無(wú)線網(wǎng)卡連接到Raspberry Pi 3代A +。因此，Raspberry Pi可以將前向Raspberry Pi相機(jī)的實(shí)時(shí)視頻流傳輸至通過(guò)WiFi連接的任何設(shè)備。
    • 本項(xiàng)目所使用的部件：Raspberry Pi Model A+，Raspberry Pi相機(jī)模塊，D-Link DWA-160。

• 安卓手機(jī)，手機(jī)支架：

• • 作用：手機(jī)的作用是為Raspberry Pi提供Wi-Fi熱點(diǎn)，并提供一個(gè)顯示屏幕，方便我們查看無(wú)人機(jī)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)視頻流。手機(jī)支架負(fù)責(zé)將手機(jī)與發(fā)射器連在一起。
  • 本項(xiàng)目所使用的部件：LG Nexus 5（任何支持移動(dòng)熱點(diǎn)的安卓手機(jī)都可以）。任意一端是吸盤、另一端是磁性部件的手機(jī)支架。

組裝步驟：

第1步：將ESC焊接到底板上

我們使用的DJI F450機(jī)架包含一個(gè)頂板和一個(gè)底板，安裝完成后，它們應(yīng)該將四個(gè)機(jī)臂“夾在中間”。每個(gè)機(jī)臂的末端安裝一個(gè)電機(jī)，機(jī)臂下方安裝一個(gè)ESC。這兩塊板將四個(gè)機(jī)臂固定在一起，并為四軸飛行器上的所有組件提供了一個(gè)安裝表面。

底板有一個(gè)非常重要的功能：它將電池的能量分配給所有的ESC。如上圖所示，底板上有五對(duì)正負(fù)極焊盤——每個(gè)ESC用一對(duì)，電池接頭用一對(duì)。每個(gè)ESC（電子調(diào)速器）都有兩條電纜：一根雙線PWM信號(hào)線和一根較粗的黑色電源線。

目前我們只關(guān)注調(diào)速器的電源線，后面再將PWM信號(hào)線連接到飛行控制器。這根電源線太長(zhǎng)，可以將其剪成約12厘米長(zhǎng)。然后剝掉電源線上的一段黑色絕緣層，露出紅色電線（正極）和裸線（負(fù)極）。將紅線焊接到焊盤(+)上，將裸線焊接到焊盤(-)上。為了防止短路，我在焊盤上打了熱熔膠。請(qǐng)為每個(gè)電機(jī)重復(fù)此過(guò)程。

第2步：將穩(wěn)壓器和電池導(dǎo)線焊到底板上

將ESC焊接到底板上之后，您會(huì)看到還剩下一對(duì)焊盤（圖1底部的焊盤）。這對(duì)焊盤是用來(lái)連接電池導(dǎo)線和穩(wěn)壓器導(dǎo)線的（圖3）。

NAZA-M Lite盒中應(yīng)包含兩根大規(guī)格的導(dǎo)線——一根紅色和一根黑色。將盒中的紅色導(dǎo)線和穩(wěn)壓器的紅色導(dǎo)線焊接到正極(+)焊盤上。將盒中的黑色導(dǎo)線和穩(wěn)壓器的黑色導(dǎo)線焊接到負(fù)極(-)焊盤上。為了防止短路，我在焊盤上打了熱熔膠。

第3步：連接T型接頭

我們不能直接將電池焊接到上述導(dǎo)線，因?yàn)槟菢拥脑捨覀儗o(wú)法更換電池或?yàn)殡姵爻潆?。要將電池連接至底板中的配電板，我們需要將一個(gè)公的T型接頭焊接到我們剛剛焊接的那兩根導(dǎo)線上。為此，將接頭的短邊朝上，將紅色導(dǎo)線焊接到較短的水平部分，將黑色導(dǎo)線焊接到較短的垂直部分（有關(guān)極性，請(qǐng)參見(jiàn)下圖右側(cè)的接頭）。

完成焊接后，接頭的樣子如下所示（我用電工膠帶包住了裸露的金屬部分，當(dāng)然您也可以用熱縮管）：

第4步：安裝飛行控制器

將NAZA-M Lite附帶的黑色雙面膠切成與飛行控制器一樣長(zhǎng)。撕掉雙面膠一面的保護(hù)膜，然后將其牢固地粘在底板的中間。然后，將飛行控制器標(biāo)有M1、M2、M3等多個(gè)標(biāo)簽的一側(cè)朝著底板上您認(rèn)為是四軸飛行器正面的那一側(cè)。撕下雙面膠另一面的保護(hù)膜，將飛行控制器粘在上面。

第5步：安裝RC接收器

我選擇將RC接收器安裝在機(jī)架背面底板底部延伸處，用熱熔膠或者雙面膠對(duì)其簡(jiǎn)單固定。從接收器伸出的那根導(dǎo)線是天線，暫時(shí)不用管它，等組裝支腿的時(shí)候再考慮。

第6步：將接收器的伺服線連至飛行控制器

接收器上每三個(gè)一列的引腳會(huì)輸出一個(gè)PWM信號(hào)。在RC領(lǐng)域，每個(gè)PWM信號(hào)都稱為一個(gè)通道，代表操縱人員命令的一個(gè)組成部分。比如，接收器的通道3是操縱人員所需的加速信號(hào)。為了讓飛行控制器能夠接收操縱人員的每個(gè)命令，我們必須使用一根PWM信號(hào)線將接收器上的每個(gè)通道連接到飛行控制器。請(qǐng)注意，插入飛行控制器時(shí)，PWM信號(hào)線上的橙色（信號(hào)）導(dǎo)線應(yīng)位于頂部，而棕色導(dǎo)線的另一端連接接收器時(shí)應(yīng)朝下。

PWM信號(hào)線應(yīng)按以下方式連接（左側(cè)的通道編號(hào)在接收器上，右側(cè)括號(hào)中的字母位于NAZA的背面）：

• 通道 1 = 副翼 (A)
• 通道 2 = 升降副翼 (E)
• 通道 3 = 加速 (T)
• 通道 4 = 舵 (R)
• 通道 5 = 飛行模式 (U)
• 通道 6 = 方向鎖定 (X2)

第7步：將ESC伺服線連至飛行控制器

還記得我前面提到的ESC的那根雙線伺服電線嗎？現(xiàn)在，我們將其連至飛行控制器。飛行器墜毀的一個(gè)常見(jiàn)原因就是ESC與飛行控制器的連接順序按錯(cuò)誤，因此我們必須在首次就正確安裝該器件。

在NAZA-M Lite的正面，您會(huì)看到多列標(biāo)有M1-M6的引腳，我們只需連接M1-M4。您必須根據(jù)下圖將電機(jī)連至飛行控制器，其中紅色機(jī)臂是四軸飛行器的前方。比如，右前ESC的伺服線必須連接到M1；左前ESC伺服線必須連接到M2，依此類推，按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)。

第8步：將頂板安裝到機(jī)臂上

我們已經(jīng)將所有電子設(shè)備都安裝在底板上了，現(xiàn)在應(yīng)先從頂板開(kāi)始將頂板和底板與機(jī)臂固定在一起。您可能已經(jīng)注意到，DJI F450機(jī)架包含兩個(gè)紅色機(jī)臂和兩個(gè)白色機(jī)臂。我們可以將兩個(gè)紅色機(jī)臂放在四軸飛行器的前部，將兩個(gè)白色機(jī)臂放置在四軸飛行器的后部，當(dāng)四軸飛行器在空中時(shí)，我們就會(huì)知道其前方是哪個(gè)方向。

請(qǐng)用機(jī)架附帶的螺栓將機(jī)臂固定到頂板上，每個(gè)機(jī)臂用四個(gè)螺栓。請(qǐng)確保兩個(gè)紅色機(jī)臂位于ESC伺服線與M1和M2相連的NAZA側(cè)——這將是四軸飛行器的前部。下一步之后，您會(huì)看到每個(gè)機(jī)臂實(shí)際上都“夾在”頂板和底板之間。

第9步：安裝支腿和底板

F450 ARF套件附帶的白色支腿（如上圖所示）負(fù)責(zé)在起飛和降落期間保護(hù)四軸飛行器下方的重要電子設(shè)備。請(qǐng)用機(jī)架附帶的長(zhǎng)螺栓連接支腿。支腿應(yīng)位于機(jī)臂正下方，安裝時(shí)螺栓要穿過(guò)支腿、底板，進(jìn)入機(jī)臂底部。請(qǐng)確保ESC電源線從機(jī)臂底部弧形部分下方的機(jī)架中伸出。請(qǐng)為每個(gè)機(jī)臂重復(fù)此過(guò)程。

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審核編輯黃宇