1、四轴飞行器的基本组成 - XDU-Educational-UAV/Drone_Master_PID GitHub Wiki

四轴飞行器主要是由电机、电调、电池、浆叶、机架、遥控器、飞控组成。下面我们分别以我们微型四轴及市场上常见的 DIY 大四轴来介绍这些部件。

电机分为有刷电机和无刷电机两类，分别如图 1.1.1 和图 1.1.2 所示。

有刷电机体积小价格便宜而且控制简单，比较适用于做微型四轴。我们设计的微型四轴就是采用了图 1.1.1 空心杯有刷电机，型号为 716。

无刷电机体积稍大，载重能力强，比较适用于 DIY 大四轴。无刷电机控制需要搭配专门的无刷电机电调模块。如图 1.1.2 无刷电机，2212 1200KV，22 表示电机的外转子直径为

22mm；12 表示转子的高度为 12mm；1200KV 表示电压每增加 1V 电机的转速增加 1200r/min。

微型四轴和大四轴一般分别使用 MOS管和电调驱动电机，MOS管和电调分别如图 1.2.1 和 1.2.2 所示：

电调即为电子调速器，控制电机转动、停止及转速。

有刷电机电调通常只需要一个 MOS 管，飞控输出 PWM 即可控制电机。我们设计的微型四轴采用如图 1.2.1 所示 SOT-23 封装的 MOS 管，型号为：SI2302。

无刷电机电调模块如图 1.2.2 所示。无刷电机电调模块内部通常由一个 MCU 和三相桥电路组成，MCU 通过控制三相桥来实现无刷电机换相。同样，无刷电机电调模块也只需飞控输出 PWM 即可控制电机。

微型四轴选用的锂电池如图 1.3.1 所示，参数为 250mAh 20C 1S。DIY 大四轴常用的锂电池如 1.3.2 所示。

下面我们对这些参数做一下解释。

电池容量 mAh：锂电池的容量，如 2000mAh 的电池，以 2000mA 放电，可持续放电 1 小时；以 1000mA 放电，可持续放电 2 小时。

电池节数：电池 2S、3S、4S 代表锂电池节数。锂电池 1 节的标准电压为 3.7V，3S 代表有 3 节 3.7V 的电池在里面，电压为 11.1V。

电池放电倍率 C：四轴一般使用的动力锂电池，也是放电倍率 C 较大。普通锂电池放电倍率通常为 1C 或者 0.5C，动力电池则为十几二十 C。如标称 250mAh 20C 的电池，它的放电电流为 250ma×20，即为 5A 放电电流。

微型四轴选用如图1.4.1所示，直径为46mm的浆叶，带A字的浆为正浆。图1.4.2 1038 正反浆叶为 DIY 大四轴所用的浆叶，1038 表示直径 10 英寸，螺距 3.8 英寸。

四轴飞行器为什么需要正反浆叶？

答：浆叶旋转时会产生自旋力导致四轴自旋，为了抵消自旋力相隔电机的浆叶旋转方向要不一样，但是浆的风都是要往下吹，这就出现了正反浆的说法。通常顺时针转的叫正浆，逆时针转的是反浆。

机架一般采用质轻、硬度好的材料，大四轴常采用碳纤维材质或尼龙材质作为机架。小四轴使用硬塑料材质或 PCB 都可以。微型四轴直接采用轻木板作为支架，支架集成控制电路一体不仅小巧美观而且功能齐全，如图 1.5.1 所示。DIY 大四轴常用的碳纤维支架，如图 1.5.2 所示。

微型四轴遥控器采用蓝牙控制，简便快捷。如图 1.6.2 所示的商业遥控器采用的是日本手方式。商业遥控也有美国手的，购买时根据自己的操作习惯区分购买。

遥控器用于发送各种控制指令，常用通信频段为 2.4G。四轴飞行器的控制至少需要 4 个通道，功能越多需要的通道数越多。遥控器按操作习惯可分为美国手和日本手两种。

什么是遥控器通道？

答：通道就是可以遥控器控制的动作路数。四轴在控制过程中需要控制的动作路数有：上下、左右、前后、旋转。所以最低得 4 通道遥控器。

什么是美国手、日本手？

答：油门摇杆在左边、方向摇杆在右边是美国手；相反，油门摇杆在右边、方向摇杆在左边是日本手。

微型四轴飞控如图 1.7.1 所示。国外 APM 飞控如图 1.7.2 所示，

飞控是四轴飞行器的核心部件，主要由 MCU、陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、无线接收模块等组成。飞控采集各路传感器数据，经过姿态解算求出姿态，然后对比遥控器发过来的控制命令数据，再经过 PID 计算出控制量，最后将控制量转换成 PWM 信号，分别控制各个电机。

遥控器接收机是接收遥控信号的，它与遥控器是配套的。