# Drone-Mercury 4軸無人機の作成（その1）- プロジェクト紹介 > このプロジェクトは現在進行中の状態です。最新の進捗状況はGithubで提供されています。お役に立てましたら、スターを押してサポートしてください！ > Githubアドレス： [https://github.com/Xiangyu-Fu/Drone-Mercury](https://github.com/Xiangyu-Fu/Drone-Mercury) ## 1. プロジェクト紹介 ### 1.1 イントロダクションこのプロジェクトは長い間取り組んできたもので、今では1年以上になります。このプロジェクトの主な目標は、組み込みの知識を学び、ハードウェアの技術スタックを補完し、強化することです。また、プロジェクトの経験を完全に獲得するなど、他の側面も含まれます。このプロジェクトはSTM32C8T6とESP32をベースにしていますが、海外にいるため、価格や入手経路の制約により、多くのモジュールや解決策を簡単に実現することができませんでした。このプロジェクトは純粋にDIYのプロジェクトであり、欠陥や改善点が多くあることは確かですが、皆さんの意見や指摘を歓迎します。プロジェクト全体の構造は以下のようになっており、ハードウェア部分のフレームワークはすでに構築されており、次はソフトウェアの最適化と統合を行います。したがって、この部分は将来的に更新される予定です。また、将来のセクションでは、カメラの追加やドローンを他のロボットと組み合わせてクラスターロボットを構築するなど、いくつかの高度な機能を追加する予定です。また、デジタルツインの実現なども考えています。 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/06486fc6a09f40aca27a0ddc158ba776.png) ## 1.2 参考資料このプロジェクトは以下の参考資料を使用しました。 - "四軸飛行器DIY" - STM32ライブラリ開発実践ガイド - STM32 HALライブラリ開発実践ガイド - ESP-IDFプログラミングガイド - ... その他、ブログやウェブサイトも多数参考にしていますが、ここではすべてを挙げることはできません。ブログでは参考文献も紹介しています。 ## 1.3 プロジェクト概要この4軸機の外観は以下の図のようになっており、非常にシンプルな4軸ドローンです。制御ボードはカスタムであり、モーターやプロペラなどの他の部分はオンラインで購入したキットを使用しています。これにより、ドローン全体の堅牢性と軽量性が確保されます。注意点として、3Dレンダリング画像ではプロペラが正転していることになっていますが、実際には不可能です。しかし、便宜上、逆転部分は描かれていません。なぜ3Dモデルを作成する必要があるのかというと、将来的にモデルをエクスポートし、シミュレータでシミュレーションするためです。また、デジタルツインなどの一連の後続課題を完了するためでもあります。 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/50dd08e1fd2c4f5da7244e2ba2edc4e1.png =600x) 実際に組み立てられたモデルは以下の図のようになります。3Dモデルと比較して、多くの線が追加されています。このバージョンでは、ドローン専用のバッテリー収納は設計されていません。バッテリー収納は、すべてのソフトウェアモジュールのテストが完了した後に設計する予定です。 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c93710b86740410c9ea68a11018d9ecb.png =600x) ## 1.4 PCB設計 PCBは4層構造で設計されており、メインコントロールユニット、NRF24L01通信ユニット、データ収集ユニット、インジケーターライト、電源モジュール、およびモータードライバーモジュールなどが含まれています。メインコントロールボードにはSTM32F103C8T6が使用されており、これは非常に優れた初心者向けのMCUです。インターネット上には多くの情報があり、バグに遭遇しても解決策を比較的簡単に見つけることができます。より具体的な内容は、後のブログで紹介します。回路図やPCBの注意点などが含まれます。初めての基板設計なので、多くのミスがあるかもしれませんが、多くのバグは避けられません。 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/010e6906770e4b37b41962571ba12021.png =600x) ### 1.4.1 STM32C8T6 STM32F103C8T6は、ARM Cortex-M3 32ビットマイクロコントローラを搭載した中密度パフォーマンスラインで、48ピンLQFPパッケージです。高性能なRISCコア、最大72MHzの動作周波数、高速内蔵メモリ、強化範囲の強化入出力および外部接続を組み合わせています。STM32F103C8T6には12ビットADC、タイマー、PWMタイマー、標準および高度な通信インターフェースが備わっています。包括的な省電力モードセットは、設計者が低消費電力アプリケーションを設計できるようにします。 - 動作電圧範囲：2V〜3.6V - 64Kバイトフラッシュメモリ - 20KバイトSRAM - CRC計算ユニット、96ビットの固有ID - 2つの12ビット、1µs ADC（最大10チャンネル） - 7チャンネルのDMAコントローラー、3つの汎用タイマー、1つの高度制御タイマー - 37の高速入出力ポート - シリアルワイヤデバッガ（SWD）およびJTAGインターフェース - 2つのSPI、2つのI2C、3つのUSART、1つのUSB、1つのCANインターフェース - 環境動作温度範囲：-40°C〜85°C ### 1.4.2 NRF24L01 ## RF24L01トランシーバモジュール遠隔操作とドローン間の通信にはNRF24L01トランシーバモジュールを使用しています。 NRF24L01トランシーバモジュールについて詳しく見てみましょう。このモジュールは2.4GHz帯域を使用し、250kbpsから2Mbpsのボーレートで動作します。低ボーレートでオープンスペースで使用する場合、通信範囲は最大100メートルになります。このモジュールは125の異なるチャネルを使用できるため、1つの場所で125個の独立したモデムが動作するネットワークを持つことができます。各チャネルには最大6つのアドレスを持つことができます。また、送信中の消費電力は約12mAで、単一のLEDよりも低いです。モジュールの動作電圧は1.9Vから3.6Vですが、他のピンは5Vロジックに耐えることができるため、任意のロジックレベル変換器を使用せずにSTM32に簡単に接続できます。以下は、モジュールの概略図です（画像の出典はウォーターマークを参照）。 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/e100b1e8300042b8a79e3eff0184320e.png) NRF24L01モジュールのスロットを直接残しておくことで、直接モジュールを使用することができます。メインコントロールボード全体は以下の図のようになります。 ![](https://img-blog.csdnimg.cn/39123b3b75bf4e178c8a1b7c62950648.png =600x) ### 1.4.3 MPU6050 MPU6050は非常に人気のある空間運動センサーチップであり、デバイスの現在の3つの加速度成分と3つの回転角速度を取得することができます。中央制御ボードにはMPU6050が統合されており、4軸の現在の姿勢を取得します。以下はオンラインからの説明です。 >MPU6050は、6軸モーションプロセッシングモジュールであり、3軸のMEMSジャイロスコープセンサと3軸のMEMS加速度センサを統合しています。複数のコンポーネントソリューションと比較して、統合モジュールは各コンポーネントのタイムラインの差の問題を解消し、パッケージのスペースを大幅に削減することができます。モジュールはスマートフォン、携帯ゲーム製品、ナビゲーションデバイス、電子スタビライザなどの領域で重要な役割を果たしています。 ## 1.5 総括以上がプロジェクトの重要な紹介です。最近は学業のプレッシャーも大きいため、更新が長くなるかもしれませんが、今年中にこのプロジェクトを完成させることを願っています。このプロジェクトは長い時間をかけて取り組んできましたが、さまざまな理由で遅れてしまいました。この学期は、このプロジェクトを完成させるために時間を作ることを願っています。ブログの内容については、次のセクションから各モジュールについて詳しく説明していきます。ベースとなるSTM32ライブラリを使用したプログラムから始めます。基本的なSTM32ライブラリを使用したコードはすでに完成しており、各モジュールのテストも完了しています。非常に喜ばしいことに、すべてのモジュールが正常に動作しています。しかし、将来のプロジェクトの展開をより迅速に行うため、および今学期に行う予定のFOCプロジェクトに向けて、すべてのプログラムをHALライブラリをベースに変更する予定です。これにより、統一されたコードスタンダードが確立され、将来のコード移植が容易になります。したがって、CubeMXおよびCubeMX IDEの使用方法についてのブログも追加で書く予定です。記録として残します。

Drone-Mercury 4 軸無人機の作成（その 1）- プロジェクト紹介#

このプロジェクトは現在進行中の状態です。最新の進捗状況は Github で提供されています。お役に立てましたら、スターを押してサポートしてください！
Github アドレス： https://github.com/Xiangyu-Fu/Drone-Mercury

1. プロジェクト紹介#

1.1 イントロダクション#

このプロジェクトは長い間取り組んできたもので、今では 1 年以上になります。このプロジェクトの主な目標は、組み込みの知識を学び、ハードウェアの技術スタックを補完し、強化することです。また、プロジェクトの経験を完全に獲得するなど、他の側面も含まれます。このプロジェクトは STM32C8T6 と ESP32 をベースにしていますが、海外にいるため、価格や入手経路の制約により、多くのモジュールや解決策を簡単に実現することができませんでした。このプロジェクトは純粋に DIY のプロジェクトであり、欠陥や改善点が多くあることは確かですが、皆さんの意見や指摘を歓迎します。

プロジェクト全体の構造は以下のようになっており、ハードウェア部分のフレームワークはすでに構築されており、次はソフトウェアの最適化と統合を行います。したがって、この部分は将来的に更新される予定です。また、将来のセクションでは、カメラの追加やドローンを他のロボットと組み合わせてクラスターロボットを構築するなど、いくつかの高度な機能を追加する予定です。また、デジタルツインの実現なども考えています。
在这里插入图片描述

1.2 参考資料#

このプロジェクトは以下の参考資料を使用しました。

"四軸飛行器 DIY"
STM32 ライブラリ開発実践ガイド
STM32 HAL ライブラリ開発実践ガイド
ESP-IDF プログラミングガイド
...

その他、ブログやウェブサイトも多数参考にしていますが、ここではすべてを挙げることはできません。ブログでは参考文献も紹介しています。

1.3 プロジェクト概要#

この 4 軸機の外観は以下の図のようになっており、非常にシンプルな 4 軸ドローンです。制御ボードはカスタムであり、モーターやプロペラなどの他の部分はオンラインで購入したキットを使用しています。これにより、ドローン全体の堅牢性と軽量性が確保されます。注意点として、3D レンダリング画像ではプロペラが正転していることになっていますが、実際には不可能です。しかし、便宜上、逆転部分は描かれていません。

なぜ 3D モデルを作成する必要があるのかというと、将来的にモデルをエクスポートし、シミュレータでシミュレーションするためです。また、デジタルツインなどの一連の後続課題を完了するためでもあります。

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/50dd08e1fd2c4f5da7244e2ba2edc4e1.png =600x)

実際に組み立てられたモデルは以下の図のようになります。3D モデルと比較して、多くの線が追加されています。このバージョンでは、ドローン専用のバッテリー収納は設計されていません。バッテリー収納は、すべてのソフトウェアモジュールのテストが完了した後に設計する予定です。

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c93710b86740410c9ea68a11018d9ecb.png =600x)

1.4 PCB 設計#

PCB は 4 層構造で設計されており、メインコントロールユニット、NRF24L01 通信ユニット、データ収集ユニット、インジケーターライト、電源モジュール、およびモータードライバーモジュールなどが含まれています。メインコントロールボードには STM32F103C8T6 が使用されており、これは非常に優れた初心者向けの MCU です。インターネット上には多くの情報があり、バグに遭遇しても解決策を比較的簡単に見つけることができます。

より具体的な内容は、後のブログで紹介します。回路図や PCB の注意点などが含まれます。初めての基板設計なので、多くのミスがあるかもしれませんが、多くのバグは避けられません。

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/010e6906770e4b37b41962571ba12021.png =600x)

1.4.1 STM32C8T6#

STM32F103C8T6 は、ARM Cortex-M3 32 ビットマイクロコントローラを搭載した中密度パフォーマンスラインで、48 ピン LQFP パッケージです。高性能な RISC コア、最大 72MHz の動作周波数、高速内蔵メモリ、強化範囲の強化入出力および外部接続を組み合わせています。STM32F103C8T6 には 12 ビット ADC、タイマー、PWM タイマー、標準および高度な通信インターフェースが備わっています。包括的な省電力モードセットは、設計者が低消費電力アプリケーションを設計できるようにします。

動作電圧範囲：2V〜3.6V
64K バイトフラッシュメモリ
20K バイト SRAM
CRC 計算ユニット、96 ビットの固有 ID
2 つの 12 ビット、1µs ADC（最大 10 チャンネル）
7 チャンネルの DMA コントローラー、3 つの汎用タイマー、1 つの高度制御タイマー
37 の高速入出力ポート
シリアルワイヤデバッガ（SWD）および JTAG インターフェース
2 つの SPI、2 つの I2C、3 つの USART、1 つの USB、1 つの CAN インターフェース
環境動作温度範囲：-40°C〜85°C

1.4.2 NRF24L01#

RF24L01 トランシーバモジュール#

遠隔操作とドローン間の通信には NRF24L01 トランシーバモジュールを使用しています。

NRF24L01 トランシーバモジュールについて詳しく見てみましょう。このモジュールは 2.4GHz 帯域を使用し、250kbps から 2Mbps のボーレートで動作します。低ボーレートでオープンスペースで使用する場合、通信範囲は最大 100 メートルになります。

このモジュールは 125 の異なるチャネルを使用できるため、1 つの場所で 125 個の独立したモデムが動作するネットワークを持つことができます。各チャネルには最大 6 つのアドレスを持つことができます。また、送信中の消費電力は約 12mA で、単一の LED よりも低いです。モジュールの動作電圧は 1.9V から 3.6V ですが、他のピンは 5V ロジックに耐えることができるため、任意のロジックレベル変換器を使用せずに STM32 に簡単に接続できます。

以下は、モジュールの概略図です（画像の出典はウォーターマークを参照）。

在这里插入图片描述

NRF24L01 モジュールのスロットを直接残しておくことで、直接モジュールを使用することができます。メインコントロールボード全体は以下の図のようになります。
![](https://img-blog.csdnimg.cn/39123b3b75bf4e178c8a1b7c62950648.png =600x)

1.4.3 MPU6050#

MPU6050 は非常に人気のある空間運動センサーチップであり、デバイスの現在の 3 つの加速度成分と 3 つの回転角速度を取得することができます。中央制御ボードには MPU6050 が統合されており、4 軸の現在の姿勢を取得します。以下はオンラインからの説明です。

MPU6050 は、6 軸モーションプロセッシングモジュールであり、3 軸の MEMS ジャイロスコープセンサと 3 軸の MEMS 加速度センサを統合しています。複数のコンポーネントソリューションと比較して、統合モジュールは各コンポーネントのタイムラインの差の問題を解消し、パッケージのスペースを大幅に削減することができます。モジュールはスマートフォン、携帯ゲーム製品、ナビゲーションデバイス、電子スタビライザなどの領域で重要な役割を果たしています。

1.5 総括#

以上がプロジェクトの重要な紹介です。最近は学業のプレッシャーも大きいため、更新が長くなるかもしれませんが、今年中にこのプロジェクトを完成させることを願っています。このプロジェクトは長い時間をかけて取り組んできましたが、さまざまな理由で遅れてしまいました。この学期は、このプロジェクトを完成させるために時間を作ることを願っています。

ブログの内容については、次のセクションから各モジュールについて詳しく説明していきます。ベースとなる STM32 ライブラリを使用したプログラムから始めます。基本的な STM32 ライブラリを使用したコードはすでに完成しており、各モジュールのテストも完了しています。非常に喜ばしいことに、すべてのモジュールが正常に動作しています。しかし、将来のプロジェクトの展開をより迅速に行うため、および今学期に行う予定の FOC プロジェクトに向けて、すべてのプログラムを HAL ライブラリをベースに変更する予定です。これにより、統一されたコードスタンダードが確立され、将来のコード移植が容易になります。したがって、CubeMX および CubeMX IDE の使用方法についてのブログも追加で書く予定です。記録として残します。