掌握核心技術，玩轉穿越機

◆山東省青島市西海岸新區第一高級中學高一（14）班 李金河

穿越機廣泛應用于影視劇拍攝、戰地偵察、娛樂競技中，也因此激起了許多模友的興趣。但穿越機零部件價格昂貴，讓部分模友望而卻步。2020年7月，網絡平臺禁售穿越機配件的時間長達兩個月，這件事也讓我意識到了掌握穿越機核心部件技術的重要性。于是，我開始了穿越機飛控板的研發與制作。

一、電路圖的設計與電路板的制作

“萬里電路憑圖起”，電路圖中的任何微小差錯都會導致整體失敗，甚至造成元器件燒毀。因此，我花費了較長時間設計第一版電路圖。

剛開始，我用最常用的檢查斷路的方法，逐一測試飛控板的布線順序。然而，這種方法難以測試全部布線，由于測試時產生了大量靜電，導致商品飛控板被擊穿。怎么辦？一次偶然的機會，我發現只要在無人機地面站CLI命令行中輸入“resource”后按下回車鍵，就能調出主控芯片的引腳定義。我欣喜若狂，立即設計出第一版電路圖，隨后，我按照設計的電路圖畫出了第一版飛控電路板，將其命名為JINHERC，并交由嘉立創公司代加工。

與成品飛控板不同的是，此飛控板采用外置供電方案，將一體成型的電源模塊整體粘貼在飛控板下方。這樣，供電電流和易受干擾的電信號分別設計在兩塊電路板上，大大減少了對控制信號的干擾，能獲得更好的控制效果。

圖1 第一版電路3D圖

二、測試第一版飛控板

收到電路板樣品和網購的元器件后，我立即焊接制作。為了避免浪費，第一次我只焊接了主控部分。

焊接完成后，我用ST-link方式燒錄程序，將飛控板與地面站軟件連接。此時出現了兩個問題：一是USB顯示未被識別，二是供電指示燈不亮。這時我才發現，雖然我考慮了外設系統的供電電路，但忘了設計USB低壓供電電路，導致芯片未通電。至于USB未被識別的情況，我推測是芯片主供電缺失導致的。

為了彌補供電缺失，我使用燒錄器單獨給芯片供電。隨著電源指示燈被點亮，芯片初始化指示燈也開始閃爍。我以為成功了，但打開地面站，依然沒能連上。隨后，這個飛控板項目被我暫時擱置了。

后來我和群友聊天談到這個問題，群友的一句話提醒了我：“是不是USB硬件連接有問題？”我才意識到，之前我總是檢查軟件，卻沒有檢查硬件。

隨后，我想起去年修復手寫板的經歷：剛開始也無法識別USB，后來換了USB的兩根通信線后就能正常識別了。我又分析了飛控板的現狀：電腦反饋未識別，說明它能檢測到有外部設備接入，只是無法識別。將兩根通信線調換，不就成功了嗎？

我進行了飛線處理，將信號線調換，果然，電腦沒有再反饋錯誤，地面站也出現了檢測到飛控板的串口，點擊連接，成功進入了地面站，如圖2。

圖2 地面站端

主控與地面站建立正常通信，標志著飛控系統的研發已成功大半。這大大增強了我研究飛控板的信心，開始第一次調整電路板。

三、測試第二版飛控板

基于第一版飛控板的USB設計錯誤及低壓供電電路的遺漏，以及在測試中發現的諸多問題，我在第一版電路板的基礎上設計制作了第二版電路板。

我采用了一款高性能、外圍電路較少的一款LDO為主控芯片供電，它能輸出500 MA、3.3 V的穩定電流、電壓，能滿足主控供電需求。芯片輸入最低值為4.5 V，適合作為USB電壓的降壓穩壓器。完善電源的同時，我把USB的信號線也進行了調換。

收到嘉立創公司代加工的第二版電路板后，我又開始了飛控板的驗證。這一次，我把OSD字符疊加芯片和陀螺儀都焊接上，測試這些附件能否正常工作。

此款飛控板我采用了兩顆鉭電容，此電容能更好地對圖像進行濾波，圖傳效果更好。首先連接地面站，識別成功。陀螺儀正常，加速度計正常，檢查無報錯后，我將飛控板裝入無人機進行測試。

圖3 第二版飛控板性能良好

四、測試過程

首先測試動力系統，先打開地面站的設置，將電調協議改為dshot600，再打開電機測試欄進行測試（提示：調試時一定要卸槳后再調試參數），其次是測試通信系統，最后是測試圖像回傳和OSD字符疊加效果。總體測試效果不錯。

圖4 三項測試效果良好

五、戶外飛行測試

我在戶外進行飛行測試的結果表明這套PID參數非常適合這款飛行器。測試完懸停后，我還測試了第一人稱飛行舒適度，回傳穩定程度明顯優于商品飛控板。

六、總結與改進方案

總體而言，這款飛控板的研制比較順利，效果超出了預期，但仍存在以下不足。

1.設計時沒有考慮成本，陀螺儀芯片選用了價格高昂的MPU6000。這款芯片價格是其他同等水平陀螺儀芯片的15~20倍。下一步可以嘗試用其他ISP通信的陀螺儀芯片替代，或占用I2C串口嘗試用MPU6050陀螺儀芯片替代。

2.這款飛控板在電源方面不夠完善，下一步我將加入9 V穩壓電源，讓飛控板能支持DJI等數字高清圖傳。

3.此款主控板難以實現廉價的初衷，所以接下來我會嘗試用STM32F411CEU6芯片嘗試替代。

在下一款飛控板設計中，我會將氣壓計、磁力計（羅盤）、加速度計、陀螺儀結合，刷寫INAV固件，實現定點、定高、穩定懸停、自動返航、自動降落等功能，提高控制的精度。

希望越來越多的人能了解航模，愛上航模，體驗航模的樂趣。

圖5 戶外飛行測試