F450 四軸 DIY(硬體篇)

最初的四軸飛行器是在 1907 由 Louis Breguet 設計的，到現在也有百年的歷史了。整理四個螺旋槳的飛行器的中文、英文名稱，有助於找資料或文獻，中文說法大致有這些，四旋翼、四旋翼飛行器、四軸飛行器甚至是四軸，英文的話則是Quadcopter、Quadrotor、Quadrocopter、Quadrotor Helicopter ...等等。

四軸飛行器飛行原理

飛行器的螺旋槳配置示意圖如下圖的左上角所示(使用 "x" 形配置），兩兩對角的螺旋槳轉向剛好相反，透過這種配置，來互相抵銷旋轉上的力矩，在已經平衡的情況下，同時增加或減少四個旋翼的推力的話，可以做出上升與下降的動作，同時增加或減少相鄰的兩個旋翼的推力，可以做出前後左右運動的動作，若同時增加或減少對角旋翼的推力時，則可以做出順逆時針旋轉的動作，而任何的飛行運動都可以由上升、下降、前後左右、順逆時針旋轉的運動所組成。

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一台可以操作的簡單四軸飛行器大致架構如下，由兩對正反槳、四顆無刷馬達、四個電子調速器、一顆電池、一個飛行控制以及一個接收機與遙控器所組成，這裡不探討額外的設備像

是 GPS、FPV 等裝置。

設備清單

• F450 PCB碳纖強化尼龍臂混合機架  x 1
• A2212 15T  930KV 無刷馬達 x 4
• Simonk Firmware 30A BEC:5V3A 2-45 LIPO 電變  x 4                                      
• 1045 耐折正反槳 兩對(2正+2反)                       
• 20cm 電池綁帶 x 1 尼龍束紮帶 x 10 + XT60電源線 x 1 + 熱縮管
• 2.4G遙控器 DEVO7 + DEVO-RX601
• XV POWER 11.1V 8C 2200mAh電池
• B3 20W 2S/3S 平衡充電器 
• APM 2.5版  (附保護殼) 
• M8M GPS+減震板
• GPS摺疊支架
• APM專用電源模組
• 飛控線組

螺旋槳（Propeller）

安裝在馬達上，並透過馬達旋轉來產生推力的裝置。四軸中有兩對螺旋槳，一對螺旋槳順時針旋轉，另一對螺旋槳則是逆時針旋轉，並不是所有螺旋槳都一樣的，所以在購買的時候都會選擇正反槳。通常會用像 1045 或 10x4.5 的方式來分別不同規格的螺旋槳，其意思為直徑10 inch，螺距 4.5 inch。在相同轉速下，螺旋槳越長，攻角越大，所提供的升力就越大，但所受到的阻力亦會越大，所以轉動大的槳需要扭力大的馬達。

無刷馬達（Brushless DC, BLDC）

轉動螺旋槳的裝置，與有刷馬達相比，無刷馬達具有扭力大、低耗損的優點，但由於其結構設計，必須加上一些電路與較為複雜的方法控制（換相），線圈的匝數，會影響到馬達的扭力與轉速，匝數越多扭力越大、轉速越低；匝數越少，扭力越小、轉速越快。通常會使用 KV（No-load rpm per volt） 來表示一顆無刷馬達的匝數，KV 值表示電壓每升高1V，空載轉速增加的數值，KV 越小匝數越多，KV 越大匝數越少，所以大的螺旋槳通常都會搭配低 KV 的馬達，小的螺旋槳會搭配高 KV 的馬達。

電子調速器（Electronic Speed Controller）

用來驅動無刷馬達的裝置，藉由此裝置可以簡化無刷馬達的控制，通常市售的電調只需輸入PWM，並透過調整 PWM 的占空比即可控制無刷馬達轉速，但也有像是 I2C、CAN Bus 等方式控制的電子調速器。

電變/電調

大部分電變說明書都會提到第一次使用，請先校正。一台四軸機需要四個電變，每一個電變有三組連接線，

• A三條線是接到馬達，沒有分接法，可以任意三條線跟馬達對接。
• B兩條線+-極是電源輸入，未來電池要分接四組電源到四個電變+-。

F450 分電板接線圖

華科爾DEVO 7

讓華科爾DEVO 7APM飛控在APM2.8上測試過

一、接線

Rx601接腳圖

1. ROLL/AILERON (APM) -----------AILE (Rx601  #2)
2. PITCH/ELEVATOR (APM) -------ELEV(Rx601  #1)
3. THROTTLE(APM)-------------------THRO(Rx601 #3)
4. YAW/RUDDER  (APM)-------------RUDD(Rx601 #4)
5. AUX1  (MODE SWITCH)-----------AUX1(Rx601 #6)
6. AUX3 (Port 7)-------------------------GEAR(Rx601 #5)

• 其中頻道1～5是必要頻道，6～8則是選用頻道。頻道1～4控制飛行器的四動飛行動作，5則必須設定遙控器混六段來控制APM的各種飛行模式，如：定點、定高、返航、、、等。
• 6～8頻道的各項功能設定，詳見Mission Planner程式。若接收機只支援六動的話，建議可以將接收機第6頻道接到APM的7，因為7可以啟動APM的Auto Tune功能，該功能可以執行PID參數自動調整。

二、通道逆轉

三、混控實現六檔模式選擇

眾所周知，華家的接收機1,2通和別的是反過來的，所以1,2通反接，3,4,5通正常。

在FUNCTION-REVSW中，設置ELEV, AILE和RUDD為REV。

在MODEL-TYPE中選擇AERO（固定翼）

在MODEL-OUTPUT中，第一個GEAR設為FMD（如需使用MIX開關混控即選MIX，第二個GEAR設為ACT，第一個FLAP設置為GEAR，第二個FLAP設置為ACT

在FUNCTION-TRVAD中，第一個GEAR設置為+65.0%，第二個GEAR設置為-65.0%

在FUNCTION-PRGMX的PROG1中，選擇NORM，按ENT鍵，選YES，再按ENT鍵，MAIN設置為FLAP，SLAVE設置為GEAR，POSOU設置為+51%，POSOD設置為0%，其它不動

APM Layout

APM input

APM output

External GPS install

LED & Sound (主板指示燈和聲音)

LED:	行為：
電源	供電時亮燈
A（紅燈）	恆亮=進入起飛待命，當油門帶起時，馬達會運轉 單閃=解除起飛待命，馬達停止運轉 雙閃=解除起飛待命，馬達停止運轉且無法進入起飛待命，因起飛前檢查有故障
B（黃燈）	隨著A和B在校準過程時只有閃爍，或在飛行中視為自動微調功能的部分
C（藍燈）	恆亮= GPS運作中且已達3D鎖定 閃爍= GPS運作中，未鎖定 熄滅= GPS未連接或無法正常工作
PPM /序列	檢測到有資料時閃爍

氣壓感應器(MPU-6000 )位置需置於機體中心點

新機安裝完調校步驟
1. 檢查你的馬達正反轉是否正確 於 terminal->test-> motors
2. 遙控器設定 (檢查個洞最大行程及方向)
3. ESC (電變)調校
4. compass 調教
5. 檢查羅盤磁力線干擾情形 於 terminal-> setup-> compassmot 如干擾值超過30% 最好設法降低
6. 重力加速計調校7. 撞上螺旋槳( 確定正逆槳)

ESC (電變)調校

電子調速器負責控制自動駕駛儀所要求的馬達轉速，大多數電子調速器需要校準，使它們知道飛行控制器送出PWM的最小和最大值；請先完成無線電校準，再執行電子調速器校準。

依所使用的電子調速器品牌，校準方式會有所不同，所以一定要參考採用品牌所提供的文件說明（例如提示音）；大多數的電子調速器適用 〞一次到位 (All at once)〞校準，若手動 (Manual “ESC-by-ESC")校準失敗，可優先考慮調試看看。

對於3DR 電子調速器可以用〞一次到位〞的方法。
DJI 光電藕合電子調速器未要求、也不建議校準，所以直接跳過本節內容。
有些品牌的電子調速器不允許校準，除非調整遙控器最低油門的PWM值約1000左右，否則不會進入起飛待命。請注意，若改變遙控器的極值，就必須重做無線電校準。
唯有完成配置硬體中的〞校準無線電控制〞章節，和組裝說明中的〞連接馬達和電子調速器〞 章節，才開始以下程序，接下來請執行下列步驟：

ESC (電變)調校一次到位校準
安全檢查: 校準電子調速器前，請確認軸機上未安裝螺旋槳、電腦的USB連接線和鋰聚電池都未接上APM。

1. 開啟遙控器，把油門推至最高。
2. 接上鋰聚電池，APM的紅色、藍色和黃色的LED燈依序循環閃爍，代表下一次接電時，APM會進入電子調速器校準模式。
3. 遙控器油門控制桿維持在最高點，重新拔接電池。
4. 可留意APM像警車一樣，紅色和藍色LED交替閃爍。
5. 待電子調速器發出連續音，規律的嗶嗶聲次數，表示電池芯 (Cell) 的數量（即3:3S，4:4S），然後以連續兩聲，表示已取得最大油門值。
6. 移動遙控器油門控制桿至最低點，並維持此位置。
7. 電子調速器應該會發出一個長音，表示已取得最小油門值，並完成校準。
8. 若聽到（上一步驟的）長音，表示校準成功，電子調速器現在是〞觸發〞的狀態（起飛待命），若推一點油門，馬達應該會旋轉，可來回撥動一點油門測試馬達旋轉情況，最後收油門。
9. 油門收至最小，拔開電池，使電子調速器退出校準模式。

ESC (電變)手動一個接一個校準

安全檢查:校準電子調速器前，請確認軸機上未安裝螺旋槳、電腦的USB連接線接上APM。

1. 電子調速器的3P杜邦線接到RC接收機的油門頻道（通常是頻道3）。
2. 開啟遙控器，並將油門推至最高（全推）。
3. 連接鋰聚電池。
4. 會聽到音樂聲，然後嗶嗶兩聲。
5. 嗶嗶兩聲後，油門控制桿收至最低。
6. 然後會聽到一些規律的嗶聲次數（代表使用電池芯的數量），最後一個長嗶聲，表示已設定結束， 電子調速器已校準。
7. 拔開電池，將所有的電子調速器重複上述步驟。
8. 若電子調速器未能校準，遙控器油門頻道可能要設定反向。
9. 若這些步驟持續遇到問題，（例如，電子調速器持續不斷發出嗶嗶聲）試著微調油門，降低50%。
10. 亦可嘗試先透過USB供電給APM板，運作後再接上鋰聚電池。

完成啦，可以拿出去試飛。 To Be Continued....

建構四軸時所遇到的問題與解決方式
以下整理自己建構四軸飛行器時所遇到的問題與解決方式。持續更新中...


1. 無刷馬達無法正確運轉，某些馬達會出現抖動的情況
有些電變初次使用或換新的遙控器，馬達會變得卡卡的要動不動的在那邊抽動著，千萬別誤會馬達壞了，只要經過校正程序讓電變知道油門最高最低的訊號點就可以了。

校正所需物品：
1.電變
2.馬達
3.電池
4.一個不含陀螺功能的純接收器，例如Rx601
5.遙控器

    a.把電變3pin訊號線接到接收器的油門THRO插槽

LED燈會開始閃爍，對頻完成後由閃動到長亮

    b.打開遙控器電源，在接上電池通電讓接收器和遙控器對頻

    c.接收器的燈號由閃動到長亮表示對頻完成

    d.拔掉電池 (遙控器仍然開機)

    e.把油門搖杆由最低打到最高

    f.再把馬達接上，電池接上，此時接收器通電後又會開始閃爍對頻，直到對頻完成，電變偵測到油門最高點訊號，馬達發出逼逼聲響(通常是2聲短音)

    g.聽到聲響後，請在2秒內將遙控器油門搖杆打到最低，然後又會聽到一連串逼聲，等到逼聲停止後就完成校正程序，只時推動油門馬達就會正常運作了

PS : 若問題在於馬達與電變之間的三條線接觸不良(霍爾訊號)，重新焊接金插即可。

2. 磁偏角查詢網址http://www.ngdc.noaa.gov/geomag-web/#declination 
用法：
在 Country 處選擇 Taiwan，地點選擇 Taichung，按下 Get Location，會自動幫忙填入經緯度。或是透過Google map 尋找目前所在地的經緯度 
按下Caculate便會顯示磁偏角，如下圖。 

需注意的是在 Mission Planner 填入磁偏角時，若是 West，表示是負值，例如以上圖為例，需要填入 -4.3。

3. 最好選個無風的天氣進行第一次試飛，下面為風力查詢網址
http://www.cwb.gov.tw/V7/observe/real/46692.htm
蒲福風級 

4.AC3.1 AutoTune Setup (with Chinese Subtitle)(中文字幕)
https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=UmZnv1mmX80