從零開始設計智能避障四軸飛行器小玩具原理圖

2020-12-13 李電說

現在市面上湧現了一批智能避障手勢感應四軸飛行器小玩具,在沒有實物參考,也沒有任何資料參考的情況下,我們可以嘗試通過自己的理解來把它的原理圖設計出,鍛鍊自己的設計能力。有時候嚴格要求一下自己,對自己狠一點,可以激發自己無限的潛力。下面我們來開始這一種四軸飛行器小玩具原理圖的設計之旅吧。首先我們先來分析這一種四軸飛行器有哪些功能,然後總結出它的硬體要求。這種四軸飛行器玩具可以在空中懸停,所以它應該是用到了陀羅儀;它除了可以在室外飛行,也可以在室內飛行,能感應手勢,其它這些就是它的避障功能。至於它用什麼傳感器來實現的,我們可以這樣來分析。因為它是一個低端的小產品,所以它的成本不會很高,從我以往的經驗來看,能夠實現避障功能且價格又低的傳感器只有紅外對管了,如果是用紅外對管做避障的話,那麼就要用到6組紅外對管才能實現全方位的避障,不然就很難在室內自由地飛翔,因為室內四周有牆壁,上面有天花,地上有桌子,所以要在前後左右上下各裝一組對外對管來實現避障。

一,懸停功能方案選擇,主要是選擇陀羅儀。在這裡我選用以前用過三軸加速度計和三軸陀螺儀姿態傳感器。參考電路如下:

二,避障功能電路設計,選用6組紅外對管,電路設計如下:

三,電機驅動,要實現4個電機的正反轉,在這裡從成本的角度考慮,不宜選用電機驅動晶片,所以選用分立器件搭H橋來控制。參考電路如下:

四,電池的選擇,因為是小飛行器,對自身的重量有嚴格要求,不能過重,所以電池要選尺寸小,重量輕的,這裡打算選用100mAh的鋰電池。

五,充電電路的設計,這裡選用100mA充電電路對100mAh的鋰電池,大約一個小時充滿電,充電口選用MICRO USB,用安卓線插電腦就可以實現充電,另外我把電池的保護電路也設計進去了,充電參考電路如下所示:

六,開機方式,選用輕觸按鍵,長按開關機,參考電路如下:

七,單片機選型,主要是考慮IO口的數量。通過上面的分析可以知道,此電路需要用到的IO口比較多,電機驅動方面需要用到8個IO口,其中每個電機用到2個IO,一個控制正轉,一個控制反轉;避障電路用到7個IO,一個IO控制6個紅外發射管,另外6個IO是6個紅外接收管的接收輸入。陀羅儀還在用到兩個IO口做模擬I2C接口,還有開機電路要用到兩個IO口,充電滿電檢測一個IO口,所以我選了以下IO口比較多的單片機:

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