# Drone-Mercury 從零開始的四軸無人機製作（一）- 專案介紹 > 這個專案目前還在進行中，Github上提供了最新的進度。如果對您有幫助，請點個星星支持一下！ > Github地址：[https://github.com/Xiangyu-Fu/Drone-Mercury](https://github.com/Xiangyu-Fu/Drone-Mercury) ## 1. 專案介紹 ### 1.1 引言這是一個做了很久的專案了，前前後後到現在已經一年多了。這個專案的主要目標是學習一下嵌入式方向的知識，補全和加深硬體方面的技術堆疊。其他方面例如獲得完整地做完一個專案經驗等等。專案主要是基於STM32C8T6和ESP32，因為身在國外，由於價格和獲取渠道的限制，很多的模組和解決方法無法輕易實現，所以有很多地方進行了修改。這個專案也是單純的一個DIY的專案，肯定有很多疏漏的地方，也歡迎大家的交流與指正。整個專案的結構如下所示，目前以下框架的硬體部分已經搭建完成，接下來就是對軟體進行一個優化和整合了。所以在未來，這個部分會有所更新。在以後的部分中，我將在其上添加一些高級功能，例如攝像頭，或者將無人機與其他機器人結合起來構建集群機器人，以及實現數字孿生等等。 ![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/06486fc6a09f40aca27a0ddc158ba776.png) ## 1.2 參考資料這個專案參考了很多資料，如下所示 - 《四軸飛行器DIY》 - STM32庫開發實戰指南 - STM32 HAL庫開發實戰指南 - ESP-IDF Programming Guide - ... 以及各種博客和網站在這裡無法一一列出。之後博客中用的參考也會在博客中列出。 ## 1.3 專案概覽該四軸的外觀如下圖所示，是一個非常簡單的四軸無人機。其中控制板為自己定制，剩下部分例如電機，和螺旋槳都是在網上購買的套件。這樣能保證飛機整體的堅固性和輕便性。需要注意的是，在3D渲染圖中，飛機的螺旋槳都是正浆，這在現實中是不可行的。但是為了方便起見，我就沒有多畫反浆的部分。至於為什麼要創建3D模型，主要是為了以後方便導出模型，在模擬器中進行仿真。或者完成數字孿生等一系列後續可能的課題。 ![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/50dd08e1fd2c4f5da7244e2ba2edc4e1.png =600x) 實際組裝好的模型如下圖所示，相比於3D模型，多了很多線的部分。這個版本也沒有給無人機單獨設計電池倉。電池倉會計劃在完成所有軟體模塊測試後設計。 ![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c93710b86740410c9ea68a11018d9ecb.png =600x) ## 1.4 PCB設計 PCB採用4層板的設計，主要包括了主控單元，NRF24L01通信單元，數據采集單元，指示燈，供電模塊，還有電機驅動模塊。主控板採用STM32F103C8T6，是一個非常好的入門級的MCU。因為網上的資料很多，所以遇到什麼bug也可以更為輕鬆地找到解決辦法。更為具體的內容會在以後的博客中介紹，例如電路原理圖，以及PCB需要注意的地方。由於也是第一次畫板子，所有一定會有很多疏漏的地方，所以可能很多bug在所難免。 ![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/010e6906770e4b37b41962571ba12021.png =600x) ### 1.4.1 STM32C8T6 STM32F103C8T6是一個中密度性能線, 配有ARM Cortex-M3 32位微控制器, 48路LQFP封裝. 它結合了高性能的RISC內核, 運行頻率可達72MHz, 以及高速內嵌存儲器, 增強範圍的強化輸入/輸出和外部連接至兩個APB總線. STM32F103C8T6具有12位模數轉換器, 計時器, PWM計時器,標準和高級通訊接口. 一套全面的省電模式允許設計者設計低功耗應用. - 運行電壓範圍: 2V至3.6V. - 64K字節閃存. - 20K字節SRAM. - CRC計算單元, 96位特有ID. - 兩個12位, 1µs模數轉換器(高達10通道). - 7通道DMA控制器, 3個通用計時器和1個高級控制計時器. - 37個快速輸入輸出端口. - 串行線調試器(SWD)和JTAG接口. - 兩個SPI, 兩個I2C, 三個USART, 一個USB和一個CAN接口. - 環境運行溫度範圍: -40°C至85°C ### 1.4.2 NRF24L01 ## RF24L01收發器模塊我們採用NRF24L01收發器模塊作為遙控器和四種之間的通信方式。讓我們仔細看看NRF24L01收發器模塊。它使用2.4 GHz頻帶，可以在250 kbps到2 Mbps的波特率下工作。如果在開放空間中使用且波特率較低，則其範圍可達100米。該模塊可以使用125個不同的通道，這使在一個地方擁有125個獨立工作的調製解調器的網絡成為可能。每個通道最多可以有6個地址，或者每個單元可以同時與最多6個其他單元通信。在傳輸過程中，該模塊的功耗僅為12mA左右，甚至低於單個LED。模塊的工作電壓為1.9V至3.6V，但好處是其他引腳可以承受5V邏輯，因此我們可以輕鬆地將其連接到STM32，而無需使用任何邏輯電平轉換器。其示意圖如下所示，圖片來源見水印。 ![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/e100b1e8300042b8a79e3eff0184320e.png) 我們直接為NRF24L01模塊留了一個插槽，這樣我們就可以直接使用該模塊了。整個中控板如下圖所示。 ![](https://img-blog.csdnimg.cn/39123b3b75bf4e178c8a1b7c62950648.png =600x) ### 1.4.3 MPU6050 MPU6050是一種非常流行的空間運動傳感器晶片，可以獲取器件當前的三個加速度分量和三個旋轉角速度。我們在中控板中集成了MPU6050來獲取四軸當前的姿態。以下是來自網上的介紹。 >MPU6050是集成六軸運動處理模塊，即三軸MEMS陀螺儀傳感器和三軸MEMS加速度傳感器，相較於多組件方案，集成模塊可以免除各個組件時間軸之差的問題，還能大大減小封裝的空間。模塊一般在智能手機、手持遊戲產品、導航設備、電子穩像等領域發揮重要作用。是集成六軸運動處理模塊，即三軸MEMS陀螺儀傳感器和三軸MEMS加速度傳感器，相較於多組件方案，集成模塊可以免除各個組件時間軸之差的問題，還能大大減小封裝的空間。模塊一般在智能手機、手持遊戲產品、導航設備、電子穩像等領域發揮重要作用。 ## 1.5 總結以上就是比較重要的一些關於專案的介紹，由於也是最近課業壓力比較大，可能也會更新很久，但是還是希望能在今年把這個專案完成吧。這個專案前前後後也做了一年有餘，但是總是因為各種各樣的事情耽擱了。希望這個學期能多擠出一些時間來完成這個專案。博客內容部分，接下來就會專門的對各個模塊開始介紹了，從硬體到軟體。軟體部分準備分成兩個小的部分，首先就是基於最基本的stm32庫的程式。基於基本stm32庫的程式已經完成了，也完成了對各個模塊的測試，非常可喜的是所有的模塊都工作正常。但是為了未來能更快的部署專案，和為了面向這個學期將要做的FOC專案，所以我計劃將所有程式都更改成基於HAL庫，這樣就更會有統一的程式標準，也更方便以後的程式移植。所以未來要準備多寫一些關於CubeMX與CubeMX IDE使用的博客，留作記錄。

Drone-Mercury 從零開始的四軸無人機製作（一）- 專案介紹#

這個專案目前還在進行中，Github 上提供了最新的進度。如果對您有幫助，請點個星星支持一下！
Github 地址：https://github.com/Xiangyu-Fu/Drone-Mercury

1. 專案介紹#

1.1 引言#

這是一個做了很久的專案了，前前後後到現在已經一年多了。這個專案的主要目標是學習一下嵌入式方向的知識，補全和加深硬體方面的技術堆疊。其他方面例如獲得完整地做完一個專案經驗等等。專案主要是基於 STM32C8T6 和 ESP32，因為身在國外，由於價格和獲取渠道的限制，很多的模組和解決方法無法輕易實現，所以有很多地方進行了修改。這個專案也是單純的一個 DIY 的專案，肯定有很多疏漏的地方，也歡迎大家的交流與指正。

整個專案的結構如下所示，目前以下框架的硬體部分已經搭建完成，接下來就是對軟體進行一個優化和整合了。所以在未來，這個部分會有所更新。在以後的部分中，我將在其上添加一些高級功能，例如攝像頭，或者將無人機與其他機器人結合起來構建集群機器人，以及實現數字孿生等等。
在這裡插入圖片描述

1.2 參考資料#

這個專案參考了很多資料，如下所示

《四軸飛行器 DIY》
STM32 庫開發實戰指南
STM32 HAL 庫開發實戰指南
ESP-IDF Programming Guide
...

以及各種博客和網站在這裡無法一一列出。之後博客中用的參考也會在博客中列出。

1.3 專案概覽#

該四軸的外觀如下圖所示，是一個非常簡單的四軸無人機。其中控制板為自己定制，剩下部分例如電機，和螺旋槳都是在網上購買的套件。這樣能保證飛機整體的堅固性和輕便性。需要注意的是，在 3D 渲染圖中，飛機的螺旋槳都是正浆，這在現實中是不可行的。但是為了方便起見，我就沒有多畫反浆的部分。

至於為什麼要創建 3D 模型，主要是為了以後方便導出模型，在模擬器中進行仿真。或者完成數字孿生等一系列後續可能的課題。

![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/50dd08e1fd2c4f5da7244e2ba2edc4e1.png =600x)

實際組裝好的模型如下圖所示，相比於 3D 模型，多了很多線的部分。這個版本也沒有給無人機單獨設計電池倉。電池倉會計劃在完成所有軟體模塊測試後設計。

![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c93710b86740410c9ea68a11018d9ecb.png =600x)

1.4 PCB 設計#

PCB 採用 4 層板的設計，主要包括了主控單元，NRF24L01 通信單元，數據采集單元，指示燈，供電模塊，還有電機驅動模塊。主控板採用 STM32F103C8T6，是一個非常好的入門級的 MCU。因為網上的資料很多，所以遇到什麼 bug 也可以更為輕鬆地找到解決辦法。

更為具體的內容會在以後的博客中介紹，例如電路原理圖，以及 PCB 需要注意的地方。由於也是第一次畫板子，所有一定會有很多疏漏的地方，所以可能很多 bug 在所難免。
![在這裡插入圖片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/010e6906770e4b37b41962571ba12021.png =600x)

1.4.1 STM32C8T6#

STM32F103C8T6 是一個中密度性能線，配有 ARM Cortex-M3 32 位微控制器，48 路 LQFP 封裝。它結合了高性能的 RISC 內核，運行頻率可達 72MHz, 以及高速內嵌存儲器，增強範圍的強化輸入 / 輸出和外部連接至兩個 APB 總線. STM32F103C8T6 具有 12 位模數轉換器，計時器，PWM 計時器，標準和高級通訊接口。一套全面的省電模式允許設計者設計低功耗應用.

運行電壓範圍: 2V 至 3.6V.
64K 字節閃存.
20K 字節 SRAM.
CRC 計算單元，96 位特有 ID.
兩個 12 位，1µs 模數轉換器 (高達 10 通道).
7 通道 DMA 控制器，3 個通用計時器和 1 個高級控制計時器.
37 個快速輸入輸出端口.
串行線調試器 (SWD) 和 JTAG 接口.
兩個 SPI, 兩個 I2C, 三個 USART, 一個 USB 和一個 CAN 接口.
環境運行溫度範圍: -40°C 至 85°C

1.4.2 NRF24L01#

RF24L01 收發器模塊#

我們採用 NRF24L01 收發器模塊作為遙控器和四種之間的通信方式。

讓我們仔細看看 NRF24L01 收發器模塊。它使用 2.4 GHz 頻帶，可以在 250 kbps 到 2 Mbps 的波特率下工作。如果在開放空間中使用且波特率較低，則其範圍可達 100 米。

該模塊可以使用 125 個不同的通道，這使在一個地方擁有 125 個獨立工作的調製解調器的網絡成為可能。每個通道最多可以有 6 個地址，或者每個單元可以同時與最多 6 個其他單元通信。

在傳輸過程中，該模塊的功耗僅為 12mA 左右，甚至低於單個 LED。模塊的工作電壓為 1.9V 至 3.6V，但好處是其他引腳可以承受 5V 邏輯，因此我們可以輕鬆地將其連接到 STM32，而無需使用任何邏輯電平轉換器。

其示意圖如下所示，圖片來源見水印。

在這裡插入圖片描述

我們直接為 NRF24L01 模塊留了一個插槽，這樣我們就可以直接使用該模塊了。整個中控板如下圖所示。
![](https://img-blog.csdnimg.cn/39123b3b75bf4e178c8a1b7c62950648.png =600x)

1.4.3 MPU6050#

MPU6050 是一種非常流行的空間運動傳感器晶片，可以獲取器件當前的三個加速度分量和三個旋轉角速度。我們在中控板中集成了 MPU6050 來獲取四軸當前的姿態。以下是來自網上的介紹。

MPU6050 是集成六軸運動處理模塊，即三軸 MEMS 陀螺儀傳感器和三軸 MEMS 加速度傳感器，相較於多組件方案，集成模塊可以免除各個組件時間軸之差的問題，還能大大減小封裝的空間。模塊一般在智能手機、手持遊戲產品、導航設備、電子穩像等領域發揮重要作用。是集成六軸運動處理模塊，即三軸 MEMS 陀螺儀傳感器和三軸 MEMS 加速度傳感器，相較於多組件方案，集成模塊可以免除各個組件時間軸之差的問題，還能大大減小封裝的空間。模塊一般在智能手機、手持遊戲產品、導航設備、電子穩像等領域發揮重要作用。

1.5 總結#

以上就是比較重要的一些關於專案的介紹，由於也是最近課業壓力比較大，可能也會更新很久，但是還是希望能在今年把這個專案完成吧。這個專案前前後後也做了一年有餘，但是總是因為各種各樣的事情耽擱了。希望這個學期能多擠出一些時間來完成這個專案。

博客內容部分，接下來就會專門的對各個模塊開始介紹了，從硬體到軟體。軟體部分準備分成兩個小的部分，首先就是基於最基本的 stm32 庫的程式。基於基本 stm32 庫的程式已經完成了，也完成了對各個模塊的測試，非常可喜的是所有的模塊都工作正常。但是為了未來能更快的部署專案，和為了面向這個學期將要做的 FOC 專案，所以我計劃將所有程式都更改成基於 HAL 庫，這樣就更會有統一的程式標準，也更方便以後的程式移植。所以未來要準備多寫一些關於 CubeMX 與 CubeMX IDE 使用的博客，留作記錄。