如何动手制作自己的无人机

无人机不仅有趣，而且功能强大，从工程学的角度来看，它在功耗、处理性能、重量、尺寸和成本方面实现了完美的平衡。与大多数电子系统相比，无人机在每一平方毫米的空间内集成了更多的传感器、执行器和无线通信组件。因此，我们选择了解剖大疆Spark无人机，以便深入了解其内部构造。

为何选择大疆Spark？

最初计划是拆解UVify OORi无人机，它是一款专为无人机竞赛设计的产品。尽管它的售价仅为295美元，但对新手而言，控制起来非常困难，且电池续航时间只有两分钟，这让人难以接受。此外，UVify OORi缺乏一些有趣的功能，例如物体检测与避障、自动返航、语音控制和跟踪功能。相比之下，大疆Spark拥有所有关键功能，且价格约为450美元，无论是新手还是高手都会觉得它更加有趣。

这里拆解的是大疆Fly More Combo套装，它包含了两个额外的电池、桨叶保护罩、额外的螺旋桨以及一个便携式手提包。这套设备的遥控器上装有主控按钮和操纵杆，可以作为智能手机的支架使用，智能手机既可以用作显示屏，也可以运行大疆无人机的主控制应用。

Spark无人机自推出以来就备受期待，因为它小巧、紧凑、坚固且优雅。其有效信号范围为2000米，重量为0.66磅，尺寸为5.6×5.6×2.2英寸。电池容量为1480mAh，电压为11.4V，可提供15分钟的悬停时间和最高时速31mph。

Spark无人机配备了多种智能飞行模式，使玩家能够尽情享受飞行的乐趣。它采用红外传感器在两个方向上避障，并使用12兆像素CMOS摄像头在总共五个方向上避障。摄像头可以录制分辨率为1920×1080@30fps的视频，无人机采用一个2轴万向节保持稳定，防止俯仰和翻滚。

Spark无人机工作在2.45和5GHz频段，具有GPS/GLONASS功能。其电池和续航能力也得到了充分保障，确保用户能够长时间享受飞行的乐趣。

Spark无人机内部探秘

Spark无人机整体结构紧凑，需要花费一定的时间才能打开外壳，查看其内部构造。首先需要卸下固定顶盖的螺丝，暴露出机腹。顶盖下方是主要散热系统，采用水平风扇将空气向下推进散热片的导流槽中。散热系统位于EMI屏蔽罩之下，而主电路则位于屏蔽罩下方。

从尾部视图可以看到micro USB接口和存储卡插槽，以及四个直流无刷电机中的两个，其下方是LED灯透镜。这些LED灯不仅美观，而且在无人机飞到高空时，人们更容易看到它，尤其是在黄昏后或黑暗中，这对合规性非常重要。

接下来需要拆下散热系统和EMI屏蔽罩，暴露出主板的正面。主板上的元器件非常紧凑，去除导热膏后可以更清楚地看到驱动Spark的主控中心。主板上的一些主要芯片包括：

• STM32F303 MCU：意法半导体的这款芯片主要用于电机控制，基于72MHz主频的Arm Cortex-M4微控制器，并配有浮点运算单元（FPU）和DSP指令集。它采用磁芯耦合存储器SRAM（例程加速器），这种存储器架构可以加速时间关键型例程的执行，据意法半导体称，它比闪存的执行速度快43%。
• MP6536三通道半桥驱动器：用于驱动三相BLDC电机。
• ATSAME70Q21 MCU：基于Arm Cortex-M7的MCU，工作频率高达300 MHz。
• LC1860C SoC：基于Arm的四核片上系统（SoC），工作频率为1.45GHz。
• Atheros/高通的AR1021X双频Wi-Fi SoC：用于2×2 MIMO，有独立的外部功率放大器（PA）和低噪声放大器（LNA）。
• 英特尔Movidius MA2155 VPU：用于图像处理和神经网络计算。

大疆对无人机的设计态度非常严谨，从他们选用联芯科技的1.45GHz SoC和英特尔的Movidius神经网络处理器可以看出这一点。联芯科技专注于开发智能手机SoC，而英特尔则通过收购Movidius获得了先进的基于神经网络的图像分类功能，这在自动驾驶汽车领域一直非常关键。

相机云台和距离传感器

相机模块以45°俯角固定在外壳的下面，通过一条松紧带转动，由旋臂中的驱动装置控制。基于LED反射信号的3D距离传感器位于无人机的前部，可以检测反射率大于20%且面积大于20×20cm²的漫反射表面，从而轻松检测并避开墙面、人和树木。

此外，机身前端朝下可以看到外壳外面的声纳和红外测距组合，用于高度检测。

尝试自己设计无人机

如果想自己设计无人机，意法半导体的STEVAL-DRONE01开发套件是一个不错的选择。它包含了高功能的STEVAL-FCU001V1飞行控制器单元（FCU），以及组装微型无人机所需的电机、螺旋桨、塑料框架和电池。

飞行控制器单元运行固件（STSW-FCU001）来控制每个互连电机的速度并保持机身稳定。这需要板子上的STM32F4微控制器分析来自加速度计和陀螺仪传感器的数据，以提供高度准确的稳定性和控制能力。FCU板包含一个蓝牙低功耗SPBTLE-RF模块，在智能手机上运行一个专用App，这个手机就可以充当遥控器了。