無人機初級篇系列第 12 講：硬體清單與組裝

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今天我們來一起談談硬體清單並組裝一個多旋翼無人機。需要提前說明的是，關於硬體組裝是學習無人機的基本內容，而不是全部內容。在把硬體組裝起來只是完成了無人機的控制軟體載體，而控制軟體才是整個無人機的大腦。所以我們今天來完成硬體的組裝，在下一講中再來學習如何使用無人機控制程序。其實在前面的文章中我們已經大致了解了多旋翼無人機的飛行原理和基本硬體內容。我們再來複習一下硬體清單，這裡我們只是針對初學者做一些型號推薦，而對於那些對無人機已經很熟悉的讀者來說可以根據自己的需要自行選材，（自駕儀採用Pixhaw 2.4.8 以後不再贅述）：

一、無刷電機

推薦使用2312 960KV無刷電機。無刷電機有幾個常見指標：定子高度，定子寬度和電機KV值。我們通常在看電機參數時，可以看到電機型號會註明2212 2216 2312等等，前兩個數字表示的是電機寫字的直徑，後兩個數字表示的是電機定子的高度，單位均是毫米。例如：2206表示電機定子直徑為22mm，定子厚度為6mm。2312表示電機定子直徑為23mm，定子高度為12mm。2216表示電機定子直徑為22mm，定子高度為16mm。

指標KV值表示電機在空載（不安裝螺旋槳）的情況下，電壓每增加1v，電機每分鐘的轉數增加多少。電機KV值越小，說明電機的動力越大，但速度越低；而KV值越大，說明電機的動力越小，但速度越快。你可以想像一下汽車的檔位，檔位越低（比如1檔），發動機的動力越大，但速度越小；檔位越高（比如5檔），發動機的動力越小，但速度越快。

二、正反螺旋槳

螺旋槳採用9045正反槳，螺旋槳在螺旋線方向上兩個相鄰螺紋之間的距離。通常這個距離用英寸來表示，例如7045、8045、9045、1045這些指標的後兩個數字表示其螺距為4.5英寸；7050、8050、9050、1050表示其螺距為5.0英寸。而前兩個數字，表示其直徑的大小，例如：8045表示槳的直徑為8.0英寸，9045表示槳的直徑為9.0英寸，1045表示槳的直徑是10英寸，而不是1.0英寸。

三、無刷電調

可以使用LiPo 4S 20A無刷電調。電調的最高電壓有Li-Po3（3節鋰電池）、Li-Po4（4節鋰電池）或Li-Po6（6節鋰電池）等字樣，表示電調所支持的最高電壓是12.6v、16.8v或25.2v。電調的最高電壓並不是越高越好，從直觀感受上講最高電壓的越大，電調的體積就越大，重量也就越大，飛機的負載也就越大。所以在飛機設計中通常是選擇合適的電調，而不是一味的選擇高電壓電調。最大電流通常是10A、15A、20A、30A或40A。如果在無人機飛行過程中我們需要電機高速轉動，就需要更高的電壓和更大的電流，如果電流值超過電調所能承受的最大電流時，就會導致電調過載，電調燒毀，電機停轉，進而墜機的情況。所以電調最大電流的選擇上也要慎重考慮，通常在450mm軸距以下的多旋翼中採用20A以下的電調就可以滿足需要了。

四、動力電池

推薦選用4S 5300mAH 30C鋰電池。動力電池的電壓越高就可以驅動動力更強的電機轉動。在小型有刷多旋翼無人機上使用的通常都是1s或2s鋰電池。而中型多旋翼上使用的通常是3s、4s電池，6s電池通常用在更大的無人機上。

五、電源模塊

pixhawk的額定電壓為5v，我們不能用4S動力電池為其直接供電，那樣高壓電源會直接擊穿飛控電路，所以必須採用合適的降壓模塊。另外，電源模塊通過對動力電源的降壓，引出一路0～2.5v的電源信號，可能在飛控中通過ADC來採集當前電源的電量。

六、安全開關（可選）

通常在無人機起飛前要通過長按安全開關來人工確認就緒狀態，總共分為3個階段：

1.在飛控程序啟動過程中安全開關為快速閃動；

2.當飛控程序啟動完成後安全開關為慢閃；

3.當手動長按安全開關後開關變為雙閃（兩次快速閃動）。

只有在按下安全開關之後，飛控程序才允許給電機解鎖。安全開關的設計是防止在沒有人工確認安全的情況下給電機解鎖，但它並不是必要的。我們會在後續章節中給讀者講解如何禁用安全開關。

七、蜂鳴器（可選）

蜂鳴器是為了保證無人機在低電量時及時發出警報，通常在無人機飛控程序中會對警報的等級做設定，低電警報和超低電警報。一般來說是25%電量和10%電量。

八、遙控器+接收機

對於遙控器來說，操作方式可以選擇日本手或美國手，我們在遙控器一節中已經說明，這兩種模式只有操作習慣不同而沒有功能不同，所以讀者可以自由選擇。而對於接收機來說，我們還是推薦使用SBus協議，Pixhawk已經集成SBus協議的反向器和協議解析程序。關於SBus的協議解析我們會在後續章節中學習。

九、全球定位系統GPS+HMC5883磁羅盤（可選，但推薦使用）

我們會在中級篇中給大家仔細講解無人機的幾個常用飛機模式，最基本的就是姿態模式、定高模式和定點模式。如果你只是一個航模愛好者的話，可以只使用姿態模式和定高模式，但我們的系列文章是以無人機為基礎跟大家一起學習，所以後續我們要一起完成無人機的全自動飛行，因此我們希望無人機能有很好的定點飛行功能，所以還是推薦使用GPS模塊。

關於磁羅盤方面我們需要簡單做一些說明，對於外置磁羅盤比飛控板載磁羅盤有一定的好處，就是在安裝時，飛控板通常安裝在無人機的幾何中心，通常與電機在一個水平位置上，在電機高速轉動時會對磁羅盤產生磁干擾，所以在大多數情況下，GPS模塊（裡面集成了外置磁碟羅）需要通過一個支架遠離電機的水平面，這樣來避免電機磁場對外置磁羅盤的干擾：

十、數傳或4G模塊（可選，但推薦使用）

對於普通航模來說，飛機模型在操控者的視野內飛行，並由操控者實時控制，也可不使用數傳與地面通訊。但對於無人機來說，我們還是希望飛機能通過數傳或通過4G模塊實時將飛機狀態回傳到地面站。這也是我們在地面可以直接操控飛機的一個基礎。數傳我們需要一對兩個：一個接飛控，另一個接PC地面站。對於4G模塊我們不會做過多的介紹，從使用者的角度上講4G與數傳沒有本質上的不同，無非是通訊方式和鏈路不同而已（內部電路實現有很大不同），如果讀者選擇了4G模塊就需要自己搭建一個伺服器和與本地PC地面站通訊的鏈路，但從原理上講與數傳的功能一樣。

十一、機架

對於剛剛接觸無人機的讀者，我們還是推薦使用性價比較高的F450機架。當然有興趣的朋友也可以自己設計機架或是購買碳纖維機架。

十二、雲台+相機（可選，航拍愛好者推薦）

對於航拍雲台和相機，有興趣的朋友可以自已選擇，通常雲台會裝有一套水平儀，當飛機出現姿態變化時，雲台會自動調整轉軸的角度從而使相機仍然處於水平。雲台上通常也會裝有pitch、roll、yaw三個維度的控制介面，可以使用接收機或飛控介面來對其做控制。使雲台相機處於我們想要的狀態。航拍相機通常分為兩種，一種是有獨立的數據傳輸模塊（圖傳）和拍照控制功能，也就是說從控制上講相機可以與無人機完全分離；另一種是相機需要接入飛控板，並通過飛控程序來控制相機的拍攝與實時圖傳。

組裝：

關於組裝的過程，其實我們在這裡並不會講解的十分仔細。因為上述的所有部件幾乎都是可以與Pixhawk直接對接的。讀者們只要有耐心和簡單的手動能力就可以將無人機安裝好，下面附上一張Pixhaw連接圖作為參考：

另外，很多初學者對多旋翼的PWM通道還不太熟悉，不知道電調信號與Pixhawk的PWM輸出通道如何連接，下面我們給出常見的多旋翼安裝示意圖，下圖中1、2、3、4、5、6、7、8分別表示Pixhawk中PWM輸出主通道的M1、M3、M3、M4、M5、M6、M7、M8：