สร้างและบินเครื่องบินควบคุมด้วยสมาร์ทโฟนราคาถูก: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

คุณเคยใฝ่ฝันที่จะสร้างเครื่องบินบินจอดระยะไกล DIY มูลค่ากว่า 15 ดอลลาร์ที่ควบคุมด้วยโทรศัพท์มือถือของคุณ (แอพ Android ผ่าน WiFi) และให้อะดรีนาลีนพุ่งทุกวัน 15 นาที (เวลาบินประมาณ 15 นาที) หรือไม่? กว่าคำแนะนำนี้สำหรับพวกคุณ.. เครื่องบินลำนี้มีเสถียรภาพมากและบินช้าดังนั้นจึงง่ายมากสำหรับเด็ก ๆ ที่จะบิน

พูดถึงระยะของเครื่องบิน… ฉันมีระยะ LOS ประมาณ 70 เมตรโดยใช้มือถือ Moto G5S ของฉันซึ่งทำหน้าที่เป็น WiFi Hotspot และรีโมทคอนโทรล RSSI แบบเรียลไทม์เพิ่มเติมแสดงบนแอพ Android และหากเครื่องบินกำลังจะออกนอกช่วง (RSSI ต่ำกว่า -85 dBm) กว่าโทรศัพท์มือถือจะเริ่มสั่น หากเครื่องบินออกนอกขอบเขตของจุดเชื่อมต่อ Wi-Fi มากกว่าการหยุดมอเตอร์เพื่อให้ลงจอดอย่างปลอดภัย นอกจากนี้ แรงดันแบตเตอรี่ยังแสดงบนแอพ Android และหากแรงดันแบตเตอรี่ต่ำกว่า 3.7V กว่าที่โทรศัพท์มือถือจะเริ่มสั่น เพื่อให้ข้อเสนอแนะแก่นักบินในการลงจอดเครื่องบินก่อนที่แบตเตอรี่จะหมด เครื่องบินถูกควบคุมด้วยท่าทางอย่างสมบูรณ์หมายถึงถ้าคุณเอียงโทรศัพท์มือถือไปทางซ้ายกว่าเครื่องบินเลี้ยวซ้ายและตรงข้ามเพื่อเลี้ยวขวา ดังนั้นที่นี่ ฉันกำลังแบ่งปันขั้นตอนการสร้างคำแนะนำของเครื่องบินจิ๋วที่ใช้ WiFi ที่ควบคุมโดย ESP8266 ของฉัน เวลาในการสร้างที่จำเป็นสำหรับเครื่องบินลำนี้อยู่ที่ประมาณ 5-6 ชั่วโมงและต้องใช้ทักษะการบัดกรีขั้นพื้นฐาน ความรู้การเขียนโปรแกรมเล็กน้อยของ ESP8266 โดยใช้ Arduino IDE และการดื่มกาแฟร้อนหรือเบียร์เย็น ๆ สักแก้วจะดีมาก:)

ขั้นตอนที่ 1: ขั้นตอนที่ 1: รายการส่วนประกอบและเครื่องมือ

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์: หากคุณเป็นงานอดิเรกเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ คุณจะพบชิ้นส่วนต่างๆ ที่ระบุไว้ด้านล่างในคลังของคุณ.

• 2 หมายเลข มอเตอร์ DC แบบไร้แกนพร้อมเสา cw และ ccw 5$
• 1 หมายเลข โมดูล ESP-12 หรือ ESP-07 2$
• 1 หมายเลข 3.7V 180mAH 20C แบตเตอรี่ LiPo --> 5$
• 2 หมายเลข SI2302DS A2SHB SOT23 MOSFET 0.05$
• 5 หมายเลข 3.3kOhms 1/10 วัตต์ smd หรือ 1/4 วัตต์ผ่านตัวต้านทานรู 0.05$ (3.3K ถึง 10K ตัวต้านทานใด ๆ จะใช้งานได้)
• 1 หมายเลข 1N4007 smd หรือไดโอดรูทะลุ 0.02 $
• 1 หมายเลข TP4056 1S 1A โมดูลเครื่องชาร์จ Lipo 0.06$
• ขั้วต่อ JST ขนาดเล็กตัวผู้ 2 ตัวและตัวเมีย 1 ตัว 0.05$

ค่าใช้จ่ายทั้งหมด------ 13$ ประมาณ

ส่วนอื่นๆ:

• 2-3 หมายเลข แท่งบาร์บีคิว
• 1 หมายเลข แผ่นรองพื้น 3 มม. ขนาด 50 ซม. x 50 ซม. หรือแผ่นโฟมแข็ง 3 มม
• สายจัมเปอร์หุ้มฉนวนแกนเดี่ยว
• Nodemcu หรือ cp2102 ตัวแปลง USB เป็น UART เป็นโปรแกรมเมอร์สำหรับอัปโหลดเฟิร์มแวร์ไปยัง esp8266
• สก๊อตเทป
• ซุปเปอร์กลู

เครื่องมือที่จำเป็น:

• เครื่องมือบัดกรีเกรดงานอดิเรก
• ใบมีดผ่าตัดพร้อมที่จับใบมีด
• ปืนกาวร้อน
• มาตราส่วน
• คอมพิวเตอร์ที่มี Arduino IDE พร้อม ESP8266 Arduino Core
• โทรศัพท์มือถือ Android

นั่นคือทั้งหมดที่เราต้องการ… ตอนนี้เราพร้อมแล้วที่จะสร้างเครื่องบินควบคุม WiFi สุดบ้า

ขั้นตอนที่ 2: ขั้นตอนที่ 2: ทำความเข้าใจกลไกควบคุม

เครื่องบินนี้ใช้แรงขับแบบเฟืองท้ายสำหรับการควบคุมการเลี้ยว (การบังคับเลี้ยว) และแรงขับแบบรวมสำหรับระยะพิทช์ (ไต่ขึ้น/ลง) และการควบคุมความเร็วลม ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้เซอร์โวมอเตอร์ และมีเพียงมอเตอร์กระแสตรงแบบไร้แกนสองตัวเท่านั้นที่ให้แรงขับและการควบคุม

รูปทรงหลายเหลี่ยมของปีกช่วยให้ม้วนตัวต้านแรงภายนอก (ลมกระโชก) การหลีกเลี่ยงเซอร์โวมอเตอร์บนพื้นผิวการควบคุม (ลิฟต์ ปีกเครื่องบิน และหางเสือ) ทำให้การออกแบบเครื่องบินเป็นเรื่องง่ายมากที่จะสร้างได้โดยไม่ต้องใช้กลไกการควบคุมที่ซับซ้อน และยังลดต้นทุนในการสร้างอีกด้วย เพื่อควบคุมเครื่องบิน สิ่งที่เราต้องทำคือควบคุมแรงขับของมอเตอร์ Coreless DC ทั้งจากระยะไกลผ่าน WiFi โดยใช้แอพ Android ที่ทำงานบนโทรศัพท์มือถือ เผื่อใครอยากชมการออกแบบเครื่องบินลำนี้แบบ 3 มิติ ผมได้แนบภาพหน้าจอ Fusion 360 และไฟล์ stl มาไว้ที่นี่.. คุณสามารถใช้ stl viewer ออนไลน์เพื่อดูการออกแบบจากมุมใดก็ได้.. การออกแบบเครื่องบิน CAD สำหรับเอกสาร คุณไม่จำเป็นต้องมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติหรือเครื่องตัดเลเซอร์ ไม่ต้องกังวล:)

ขั้นตอนที่ 3: ขั้นตอนที่ 3: แผนผังคอนโทรลเลอร์ตาม ESP8266

เริ่มต้นด้วยการทำความเข้าใจฟังก์ชันของแต่ละองค์ประกอบในแผนผัง

• ESP12e: ESP8266 WiFi SoC นี้ได้รับแพ็กเก็ตควบคุม UDP จากแอพ Android และควบคุม RPM ของมอเตอร์ซ้ายและขวา โดยจะวัดแรงดันแบตเตอรี่และ RSSI ของสัญญาณ WiFi และส่งไปยังแอพ Android
• D1: โมดูล ESP8266 ทำงานอย่างปลอดภัยระหว่าง 1.8V ~ 3.6V ตามเอกสารข้อมูล ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้แบตเตอรี่ LiPo เซลล์เดียวสำหรับแหล่งจ่ายไฟ ESP8266 ได้โดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีตัวแปลงแบบสเต็ปดาวน์ ลดน้ำหนักและความซับซ้อนของวงจร ฉันใช้ไดโอด 1N4007 เพื่อลดแรงดันแบตเตอรี่ (4.2V ~ 3.7V) 0.7V (แรงดันตัดที่ 1N4007) เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าในช่วง 3.5V ~ 3.0V ซึ่งใช้เป็นแรงดันไฟฟ้าของ ESP8266. ฉันรู้วิธีที่น่าเกลียด แต่ใช้งานได้ดีสำหรับเครื่องบินลำนี้
• R1, R2 และ R3: ตัวต้านทานทั้งสามตัวนี้จำเป็นขั้นต่ำสำหรับการตั้งค่าขั้นต่ำของ ESP8266 R1 pull-up CH_PD(EN) พินของ ESP8266 เพื่อเปิดใช้งาน พิน RST ของ ESP8266 ทำงานต่ำ ดังนั้น R2 พิน RST แบบดึงขึ้นของ ESP8266 และนำออกจากโหมดรีเซ็ต ตามเอกสารข้อมูลเมื่อเปิดเครื่อง GPIO15 พินของ ESP8266 จะต้องต่ำ ดังนั้น R3 จึงใช้เพื่อดึง GPIO15 ของ ESP8266 ลง
• R4 และ R5: R4 และ R5 ใช้เพื่อดึงเกตของ T1 และ T2 เพื่อหลีกเลี่ยงทริกเกอร์ mosfet ที่ผิดพลาด (การทำงานของมอเตอร์) เมื่อ ESP8266 เปิดเครื่อง (หมายเหตุ: ค่า R1 ถึง R5 ที่ใช้ในโครงการนี้คือ 3.3Kohms อย่างไรก็ตาม ความต้านทานใดๆ ระหว่าง 1K ถึง 10K จะทำงานได้อย่างราบรื่น)
• T1 และ T2: เหล่านี้คือสอง Si2302DS N-channel power mosfet (2.5 แอมป์เรตติ้ง) ควบคุม RPM ของมอเตอร์ซ้ายและขวาโดย PWM ที่มาจาก GPIO4 และ GPIO5 ของ ESP8266
• L_MOTOR และ R_MOTOR: มอเตอร์ DC Coreless ขนาด 7mmx20mm 35000 RPM ให้แรงขับที่แตกต่างกันสำหรับเครื่องบินและเครื่องบินควบคุม มอเตอร์แต่ละตัวให้แรงขับ 30gram ที่ 3.7V และดึงกระแสไฟ 700mA ที่ความเร็ว
• J1 และ J2: เป็นตัวเชื่อมต่อ JST ขนาดเล็กที่ใช้สำหรับโมดูล ESP12e และการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ คุณสามารถใช้ขั้วต่อใดก็ได้ที่สามารถรองรับกระแสไฟอย่างน้อย 2 แอมป์

(หมายเหตุ: ฉันเข้าใจดีถึงความสำคัญของตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนในการออกแบบวงจรสัญญาณผสม แต่ฉันได้หลีกเลี่ยงตัวเก็บประจุแยกตัวในโครงการนี้เพื่อหลีกเลี่ยงความซับซ้อนของวงจรและการนับชิ้นส่วนเนื่องจากส่วน WiFi ของ ESP8266 เท่านั้นคือ RF/Analog และโมดูล ESP12e เองที่มีตัวเก็บประจุแยกส่วนที่จำเป็น ออนบอร์ด BTW ที่ไม่มีวงจรตัวเก็บประจุดีคัปปลิ้งภายนอกทำงานได้ดี)

แผนผังตัวรับที่ใช้ ESP12e พร้อมการเชื่อมต่อการเขียนโปรแกรมในรูปแบบ pdf แนบมากับขั้นตอนนี้..

ขั้นตอนที่ 4: ขั้นตอนที่ 4: การประกอบคอนโทรลเลอร์

วิดีโอด้านบนพร้อมคำอธิบายภาพแสดงบันทึกการสร้างทีละขั้นตอนของตัวควบคุม ESP12e Based Receiver ที่ออกแบบมาสำหรับโครงการนี้ ฉันพยายามวางส่วนประกอบตามทักษะของฉันแล้ว คุณสามารถวางส่วนประกอบตามทักษะของคุณโดยพิจารณาจากแผนผังที่ให้ไว้ในขั้นตอนก่อนหน้า

เฉพาะมอสเฟต SMD (Si2302DS) เท่านั้นที่มีขนาดเล็กเกินไป และจำเป็นต้องได้รับการดูแลในขณะบัดกรี ฉันมีมอสเฟตเหล่านี้อยู่ในคลังของฉันดังนั้นฉันจึงใช้มัน คุณสามารถใช้มอสเฟตกำลังแพ็คเกจ TO92 ที่ใหญ่กว่ากับ Rdson < 0.2ohms และ Vgson 1.5Amps (แนะนำฉันถ้าคุณพบว่า mosfet ดังกล่าวหาได้ง่ายในตลาด..) เมื่อฮาร์ดแวร์นี้พร้อม เราก็พร้อมสำหรับการอัปโหลดเฟิร์มแวร์ของ WiFi Plane ไปยัง nodemcu กระบวนการนี้จะกล่าวถึงในขั้นตอนต่อไป

ขั้นตอนที่ 5: ขั้นตอนที่ 5: ติดตั้งและอัปโหลดเฟิร์มแวร์ ESP8266

เฟิร์มแวร์ ESP8266 สำหรับโครงการนี้ได้รับการพัฒนาโดยใช้ Arduino IDE

สามารถใช้ Nodemcu หรือ USBtoUART Converter เพื่ออัปโหลดเฟิร์มแวร์ไปยัง ESP12e ในโครงการนี้ ฉันใช้ Nodemcu เป็นโปรแกรมเมอร์เพื่ออัปโหลดเฟิร์มแวร์ไปยัง ESP12e

ด้านบนวิดีโอแสดงขั้นตอนโดยขั้นตอนเดียวกัน..

มีสองวิธีในการอัปโหลดเฟิร์มแวร์นี้ไปยัง ESP12e

1. การใช้ nodemcu flasher: หากคุณต้องการใช้ไฟล์ไบนารี wifiplane_esp8266_esp12e.bin ที่แนบมากับขั้นตอนนี้โดยไม่มีการปรับเปลี่ยนเฟิร์มแวร์ วิธีนี้เป็นวิธีที่ดีที่สุดในการปฏิบัติตาม

   • ดาวน์โหลด wifiplane_esp8266_esp12e.bin จากไฟล์แนบของขั้นตอนนี้
   • ดาวน์โหลด nodemcu flasher repo จากที่เก็บ github อย่างเป็นทางการแล้วเปิดเครื่องรูด
   • ในโฟลเดอร์ที่คลายซิป ไปที่ nodemcu-flasher-master\Win64\Release และเรียกใช้ ESP8266Flasher.exe
   • เปิดแท็บการกำหนดค่าของ ESP8266Flasher และเปลี่ยนเส้นทางไฟล์ไบนารีจาก INTERNAL://NODEMCU เป็นเส้นทางของ wifiplane_esp8266_esp12e.bin
   • กว่าทำตามขั้นตอนตามวิดีโอด้านบน….

2. การใช้ Arduino IDE: หากคุณต้องการแก้ไขเฟิร์มแวร์ (เช่น SSID และรหัสผ่านของเครือข่าย WiFi - Android Hotspot ในกรณีนี้) วิธีที่ดีที่สุดคือปฏิบัติตาม

   • ตั้งค่า Arduino IDE สำหรับ ESP8266 โดยทำตามคำแนะนำที่ยอดเยี่ยมนี้
   • ดาวน์โหลด wifiplane_esp8266.ino จากไฟล์แนบของขั้นตอนนี้
   • เปิด Arduino IDE และคัดลอกโค้ดจาก wifiplane_esp8266.ino แล้ววางลงใน Arduino IDE
   • แก้ไข SSID และรหัสผ่านของเครือข่ายของคุณในรหัสโดยแก้ไขสองบรรทัดต่อไปนี้ และทำตามขั้นตอนตามวิดีโอด้านบน
   • ถ่าน ssid = "wifiplane"; // เครือข่ายของคุณ SSID (ชื่อ) char pass = "wifiplane1234"; // รหัสผ่านเครือข่ายของคุณ (ใช้สำหรับ WPA หรือใช้เป็นคีย์สำหรับ WEP)

ขั้นตอนที่ 6: ขั้นตอนที่ 6: การประกอบเฟรม

บันทึกการสร้าง Airframe จะแสดงทีละขั้นตอนในวิดีโอด้านบน

ฉันใช้โฟมเดปรอนขนาด 18 ซม. x 40 ซม. สำหรับเฟรมเครื่องบิน แท่งบาร์บีคิวใช้เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับลำตัวและปีก ในภาพด้านบน มีแผนของ Airframe อย่างไรก็ตาม คุณสามารถปรับเปลี่ยนแผนตามความต้องการของคุณโดยคำนึงถึงแอโรไดนามิกพื้นฐานและน้ำหนักของเครื่องบิน เมื่อพิจารณาจากการติดตั้งระบบอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องบินลำนี้แล้ว ก็สามารถบินเครื่องบินที่มีน้ำหนักสูงสุดได้ประมาณ 50 กรัม BTW กับเฟรมเครื่องบินนี้และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดรวมถึงน้ำหนักที่บินด้วยแบตเตอรี่ของเครื่องบินลำนี้คือ 36 กรัม

ตำแหน่ง CG: ฉันใช้กฎทั่วไปของ CG เพื่อการร่อนที่ราบรื่น…โดยห่างจากขอบปีกชั้นนำ 20%-25% ของความยาวคอร์ด… ด้วยการตั้งค่า CG นี้ด้วยลิฟต์ที่ขึ้นเล็กน้อย มันเหินโดยไม่มีเค้น บินระดับ ด้วยคันเร่ง 20-25% และเมื่อเพิ่มคันเร่ง มันเริ่มไต่ขึ้นเนื่องจากลิฟต์ขึ้นเล็กน้อย…

นี่คือวิดีโอ youtube ของการออกแบบเครื่องบินปีกบินของฉันด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เดียวกันเพื่อสร้างแรงบันดาลใจให้คุณทดลองกับการออกแบบที่หลากหลายและเพื่อพิสูจน์ว่าการตั้งค่านี้สามารถใช้ได้กับการออกแบบเฟรมหลายแบบ

ขั้นตอนที่ 7: ขั้นตอนที่ 7: การตั้งค่าและทดสอบแอป Android

การติดตั้งแอพ Android:

คุณเพียงแค่ต้องดาวน์โหลดไฟล์ wifiplane.apk ที่แนบมากับขั้นตอนนี้ไปยังสมาร์ทโฟนของคุณและต้องปฏิบัติตามคำแนะนำตามวิดีโอด้านบน

เกี่ยวกับแอพ แอพ Android นี้ได้รับการพัฒนาโดยใช้การประมวลผลสำหรับ Android

แอพไม่ได้ลงนามในแพ็คเกจ ดังนั้นคุณต้องเปิดใช้งานตัวเลือกแหล่งที่มาที่ไม่รู้จักในการตั้งค่าโทรศัพท์ของคุณ แอพต้องการสิทธิ์ในการเข้าถึงเครื่องสั่นและเครือข่าย WiFi เท่านั้น

การทดสอบเครื่องบินล่วงหน้าโดยใช้แอพ Android: เมื่อแอพ Android เปิดใช้งานบนสมาร์ทโฟนของคุณแล้ว ให้ดูวิดีโอด้านบนเพื่อทราบว่าแอปทำงานอย่างไรและคุณสมบัติเจ๋ง ๆ ต่าง ๆ ของแอพ หากเครื่องบินของคุณตอบสนองต่อแอพในลักษณะเดียวกับวิดีโอด้านบน, มากกว่าที่มันยอดเยี่ยม … คุณทำสำเร็จแล้ว…

ขั้นตอนที่ 8: ขั้นตอนที่ 8: ถึงเวลาบิน

พร้อมที่จะบิน?…

• เข้าสู่สนาม
• ทำแบบทดสอบการลื่นไถล
• เปลี่ยนมุมลิฟต์หรือเพิ่ม/ลบน้ำหนักบนจมูกของเครื่องบินจนกว่าจะร่อนได้อย่างราบรื่น…
• เมื่อมันลื่นไหลได้อย่างราบรื่น เปิดเครื่องและเปิดแอป Android
• ปล่อยเครื่องบินอย่างมั่นคงด้วย 60% THROTTLE ต่อ Wind
• เมื่อมันอยู่ในอากาศ มันควรจะบินได้อย่างง่ายดายที่ระดับด้วยรอบ 20% ถึง 25% THROTTLE