掌握核心技术，玩转穿越机

◆山东省青岛市西海岸新区第一高级中学高一（14）班 李金河

穿越机广泛应用于影视剧拍摄、战地侦察、娱乐竞技中，也因此激起了许多模友的兴趣。但穿越机零部件价格昂贵，让部分模友望而却步。2020年7月，网络平台禁售穿越机配件的时间长达两个月，这件事也让我意识到了掌握穿越机核心部件技术的重要性。于是，我开始了穿越机飞控板的研发与制作。

一、电路图的设计与电路板的制作

“万里电路凭图起”，电路图中的任何微小差错都会导致整体失败，甚至造成元器件烧毁。因此，我花费了较长时间设计第一版电路图。

刚开始，我用最常用的检查断路的方法，逐一测试飞控板的布线顺序。然而，这种方法难以测试全部布线，由于测试时产生了大量静电，导致商品飞控板被击穿。怎么办？一次偶然的机会，我发现只要在无人机地面站CLI命令行中输入“resource”后按下回车键，就能调出主控芯片的引脚定义。我欣喜若狂，立即设计出第一版电路图，随后，我按照设计的电路图画出了第一版飞控电路板，将其命名为JINHERC，并交由嘉立创公司代加工。

与成品飞控板不同的是，此飞控板采用外置供电方案，将一体成型的电源模块整体粘贴在飞控板下方。这样，供电电流和易受干扰的电信号分别设计在两块电路板上，大大减少了对控制信号的干扰，能获得更好的控制效果。

图1 第一版电路3D图

二、测试第一版飞控板

收到电路板样品和网购的元器件后，我立即焊接制作。为了避免浪费，第一次我只焊接了主控部分。

焊接完成后，我用ST-link方式烧录程序，将飞控板与地面站软件连接。此时出现了两个问题：一是USB显示未被识别，二是供电指示灯不亮。这时我才发现，虽然我考虑了外设系统的供电电路，但忘了设计USB低压供电电路，导致芯片未通电。至于USB未被识别的情况，我推测是芯片主供电缺失导致的。

为了弥补供电缺失，我使用烧录器单独给芯片供电。随着电源指示灯被点亮，芯片初始化指示灯也开始闪烁。我以为成功了，但打开地面站，依然没能连上。随后，这个飞控板项目被我暂时搁置了。

后来我和群友聊天谈到这个问题，群友的一句话提醒了我：“是不是USB硬件连接有问题？”我才意识到，之前我总是检查软件，却没有检查硬件。

随后，我想起去年修复手写板的经历：刚开始也无法识别USB，后来换了USB的两根通信线后就能正常识别了。我又分析了飞控板的现状：电脑反馈未识别，说明它能检测到有外部设备接入，只是无法识别。将两根通信线调换，不就成功了吗？

我进行了飞线处理，将信号线调换，果然，电脑没有再反馈错误，地面站也出现了检测到飞控板的串口，点击连接，成功进入了地面站，如图2。

图2 地面站端

主控与地面站建立正常通信，标志着飞控系统的研发已成功大半。这大大增强了我研究飞控板的信心，开始第一次调整电路板。

三、测试第二版飞控板

基于第一版飞控板的USB设计错误及低压供电电路的遗漏，以及在测试中发现的诸多问题，我在第一版电路板的基础上设计制作了第二版电路板。

我采用了一款高性能、外围电路较少的一款LDO为主控芯片供电，它能输出500 MA、3.3 V的稳定电流、电压，能满足主控供电需求。芯片输入最低值为4.5 V，适合作为USB电压的降压稳压器。完善电源的同时，我把USB的信号线也进行了调换。

收到嘉立创公司代加工的第二版电路板后，我又开始了飞控板的验证。这一次，我把OSD字符叠加芯片和陀螺仪都焊接上，测试这些附件能否正常工作。

此款飞控板我采用了两颗钽电容，此电容能更好地对图像进行滤波，图传效果更好。首先连接地面站，识别成功。陀螺仪正常，加速度计正常，检查无报错后，我将飞控板装入无人机进行测试。

图3 第二版飞控板性能良好

四、测试过程

首先测试动力系统，先打开地面站的设置，将电调协议改为dshot600，再打开电机测试栏进行测试（提示：调试时一定要卸桨后再调试参数），其次是测试通信系统，最后是测试图像回传和OSD字符叠加效果。总体测试效果不错。

图4 三项测试效果良好

五、户外飞行测试

我在户外进行飞行测试的结果表明这套PID参数非常适合这款飞行器。测试完悬停后，我还测试了第一人称飞行舒适度，回传稳定程度明显优于商品飞控板。

六、总结与改进方案

总体而言，这款飞控板的研制比较顺利，效果超出了预期，但仍存在以下不足。

1.设计时没有考虑成本，陀螺仪芯片选用了价格高昂的MPU6000。这款芯片价格是其他同等水平陀螺仪芯片的15~20倍。下一步可以尝试用其他ISP通信的陀螺仪芯片替代，或占用I2C串口尝试用MPU6050陀螺仪芯片替代。

2.这款飞控板在电源方面不够完善，下一步我将加入9 V稳压电源，让飞控板能支持DJI等数字高清图传。

3.此款主控板难以实现廉价的初衷，所以接下来我会尝试用STM32F411CEU6芯片尝试替代。

在下一款飞控板设计中，我会将气压计、磁力计（罗盘）、加速度计、陀螺仪结合，刷写INAV固件，实现定点、定高、稳定悬停、自动返航、自动降落等功能，提高控制的精度。

希望越来越多的人能了解航模，爱上航模，体验航模的乐趣。

图5 户外飞行测试