四軸飛行器，又稱四旋翼飛行器，簡稱四軸、四旋翼。四軸飛行器的四個螺旋槳與電機直接相連，通過改變電機轉速獲得旋轉機身的力，從而調整自身姿態。

四軸的葉片轉速極高，有一定的危險性，一般不能在室內飛，特別是在調試過程中更加不穩定，輕則炸雞撞壞物品，重則傷到人。

我做四軸的主要目的是為了學習飛控算法，這個過程肯定少不了調試，為了安全，我選擇做一個小一點的，手掌那么大的四軸，葉片的威力比較小，價格也便宜，即使摔壞也不心疼。

這種小四軸一般采用PCB做機架，用720空心杯電機代替無刷電機，用MOS管代替電調，電池采用3.7v鋰聚合物電池（尺寸跟手機電池差不多，但是放電電流要大很多），遙控用2.4G無線模塊，或者用藍牙連接手機，成本100左右，續航時間大概6-7分鐘，遙控距離在10米以內。

選擇零件

四軸上最重要的就是飛控，所以第一步：選擇飛控。

市面上有許多現成飛控，也可以自己用電子元件做一個分控。有很多有名的開源飛控，例如KK，QQ，匿名，MultiWii/MWC，APM/PIX等。

KK、QQ飛控功能較少，只有基本的四軸飛行功能，甚至不支持GPS。

匿名飛控是國內新出現的飛控，功能比以上兩個要多，價格也要貴很多。

MultiWii/MWC飛控是基于arduino的，支持GPS，能路線規劃，在線調試。

APM也是基于arduino的，功能更為齊全，硬件也更為復雜，飛控中有兩塊單片機，分別執行不同功能。APM已將arduino的性能開發到極限，于是有了升級版PIX，從arduino轉到了STM32，處理速度提升了10倍，同樣用了兩塊不同型號的STM32協同運作，是目前已知的最好的開源飛控。

·

我打算自制飛控，選用我比較熟悉的arduino作為主控芯片。APM硬件結構太復雜，因此選擇了MWC飛控。

這里說一句后話，如果打算學習飛控算法，還是選擇簡單的開源飛控比較好，MWC和APM/PIX都太復雜了，初學者并不能看懂這些代碼，另外推薦用STM32芯片，arduino的標準庫中并沒有時間中斷，要實現飛控的功能需要了解arduino更底層的知識，不會比想象中更簡單。

搜索各種MWC的資料，查找需要的零件：

包括備用件總共120元，比買現成的小四軸要稍貴一些，畢竟量產能降低成本。

我選用了arduino nano作為主控，體型還是有點偏大，用arduino mini更好。選擇nano是因為其帶自身帶有USB接口，可以直接用USB接口下程序，而mini要用下載器。

事后發現更好的選擇是mini Leonardo，nano和mini的芯片型號都是ATMEGA328P，只有一個串口，nano的USB是用另一塊芯片轉串口，不能跟串口同時使用，下載程序時要把跟串口相接的元件斷開，而Leonardo的芯片型號是ATMEGA32U4，自身帶有USB和串口，互不干擾。官方的Leonardo板型是跟UNO一樣的，國內的廠家則把Leonardo做成了mini的板型，而且帶有USB接口。值得注意的是，不確定飛控是否支持Leonardo，因為Leonardo的串口名是Serial1，而nano的串口名是Serial，可能需要修改代碼。

不要用低功耗的藍牙4.0模塊，低功耗的藍牙的傳輸速率不夠，數據會阻塞，有很大的延遲。

HC-05 與 HC-06的區別是 HC-05 可以做主機，也就是可以用 HC-05 連接其他的藍牙模塊，而 HC-06 只能作從機。四軸上的藍牙只做從機，HC-05 和 HC-06都可以用。

機架用的是淘寶已經做好的PCB，上面不能貼元件。

電機是7mm*20mm的空心杯電機：

代碼編譯

選完零件后，MWC如何用呢？MWC不僅支持四軸，還支持六軸，還支持三軸，該如何把MWC配置成四軸模式，并且是空心杯四軸？這是MWC的官網：http://www.multiwii.com/這是MWC的中文網：http://www.multiwii.cn/

然而把這個網站看完之后，并不非常明白如何使用，胡亂摸索之后總結如下：首先去googlecode下載源代碼：https://code.google.com/p/multiwii/（需要翻墻）或者去github下載源代碼：https://github.com/multiwii/multiwii-firmware在googlecode下載的文件里除了源代碼還有電腦端的上位機，github只有源代碼。

下完源代碼之后，會看到一堆文件，初學者肯定會被嚇一跳，其實，只需看config.h這個文件，通過注釋或取消注釋其中的代碼配置飛控的模式。

config.h里全是英文說明，沒過四級的同學要頭大了，還好有萬能的網友已經翻譯了。

這里面的代碼也非常多，如果只做空心杯小四軸的話就看我提取的關鍵點吧。（行數是原配置文件的行數）。

行數	代碼	解釋
39	define QUADX	設置成x四軸模式
72	define MINCOMMAND 1000	電機最小命令，如果解鎖后電機轉速太快，減小這個值
76	define I2C_SPEED 400000L	設置I2C速率為400K，用于mpu6050
80	//#define INTERNAL_I2C_PULLUPS	I2C內部上拉，gy系列自帶上拉，保持默認注釋
136	define GY_521	啟用GY_521傳感器
204~206	define FORCE_ACC_ORIENTATION(X, Y, Z)	設置傳感器方向，如果傳感器的安裝方向跟四軸方向不同則需要設置
226	define PID_CONTROLLER 2	選擇PID算法，1是老算法，2是新算法
232	define ONLYARMWHENFLAT	阻止飛行器傾斜時解鎖
237	define ALLOW_ARM_DISARM_VIA_TX_YAW	設定解鎖方式，默認YAW解鎖，另一種是ROLL解鎖
500~503	define SERIAL0_COM_SPEED 115200	調整串口速率，一般默認
520~526	define GYRO_LPF_256HZ	低通濾波器的頻率，保持默認
559	define THROTTLE_ANGLE_CORRECTION 40	油門隨著角度補償，防止傾斜時高度下降
562	define HEADFREE	無頭模式，要給四軸配上指南針，四軸的前方保持為四軸到手機的連線方向
578	define GYROCALIBRATIONFAILSAFE	連續的陀螺儀校準，如果在校準時被移動會自動重校準
592~603	define FAILSAFE	失控保護設置，啟用
640	define INFLIGHT_ACC_CALIBRATION	飛行時加速度計校準，能讓四軸穩定在一定區域內
652	define DEADBAND 6	在搖桿中點周圍引入一個死區
878~885	define BUZZER	蜂鳴器設置，沒有添加蜂鳴器，保持注釋
877~911	battery voltage monitoring	電池電壓監控，我沒有用這個功能，跳過
999	define EXT_MOTOR_RANGE	用于空心杯電機，要啟用
1020	define MOTOR_STOP	當油門命令在低位時電機停轉，按個人需要配置

配置完后，用arduino IDE打開 MultiWii.ino ，將程序上傳到arduino nano。

電路測試

各元件與arduino nano的連接：

名稱	針腳
左前電機	PWM3
右前電機	PWM10
左后電機	PWM11
右后電機	PWM9
THROTTLE/PPM	D2
ROLL	D4
PITCH	D5
YAW	D6
MODE	D7
功率針腳	A2
電壓檢測	A3
蜂鳴針腳	D8
SDA	A4
SCL	A5

D2、D4、D5、D6、D7是PWM遙控器針腳，我是用藍牙接手機遙控，所以不需要接。arduino nano的硬件資料：http://kb.open.eefocus.com/index.php?title=Arduino_Nano

在面包板上連接電路測試：

我只接了nano、mpu6050和藍牙，電機用四個LED代替。

如何用手機遙控四軸？

下載手機端軟件，MWC只有安卓端的軟件，從這個網站下載：http://www.multiwii.com/wiki/index.php?title=Mods用安卓遙控需要用到的軟件是MultiWii EZ-GUI，要android4.4以上的系統，這個軟件要到google play storm下載，一般國產手機沒有google play storm，如何下載google play storm自行百度。

EZ-GUI如何用？

打開軟件后第一頁是四軸的儀表盤，能檢測四軸的各項數據

第二頁是對四軸的各種設置

第三頁是對EZ-GUI的設置

用手機的藍牙連接HC-06或HC-05后，到EZ-GUI第三頁進入【設置】，【SELECT BT DEVICE】選擇藍牙模塊，然后點紅箭頭，后面的默認紅箭頭。

然后到首頁點右上角的【連接】，注意MPU6050要連上arduino nano，不然連接后會報錯。顯示連接成功后，把飛行器放在水平地面，到第二頁進入【校準】，點擊【加速度計標定】，等待校準完成。如果有磁力計還要磁力計標定。

之后就可以遙控起飛了。到第三頁，進入高級設置，進入【MODEL CONTROL】

然后就會看到這樣的界面：

右上角設置，可設置各滑塊的功能，THROTTLE是油門的意思

四軸一開始在鎖定狀態，把油門調到最低，YAW到最右，保持一會兒就會解鎖，然后就能飛了；把油門調到最低，YAW最左，將會上鎖。（在網上某些地方把飛機可以飛的時候稱為”鎖定”，不能飛的時候稱為”解鎖”,不知是翻譯錯誤還是國外的思維方式不一樣）

我把各種元件插在面包板上，用LED代替電機測試，解鎖后，LED由滅變成亮，通過控制油門或方向，可以看到LED的亮度會發生變化。

硬件制作

這些是要用到的元件，以洞洞板作為基板固定所有的元件，然后用螺釘把洞洞板與機架連接。（當然洞洞板需要裁剪，只用一小塊）

空心杯電機驅動電路：

SI2302的內部電路圖：

這幅圖是crazyflie飛控板的電機驅動電路原理圖，同樣適用MWC飛控，肖吉特二極管BAT54用ss34替換（只要滿足電壓和電流以及通斷時間就行，ss34遠遠大于需求，只是因為跟MOS管在同一家店所以買了-_-)，場效應管pmv31xn用SI2302替換。因為忘記買貼片電阻，只好用普通電阻代替，這占了很大一部分面積。

場效應管是用電壓控制電流，作用跟三級管類似（三極管是用電流控制電流），相比于三極管，場效應管體積更小功率更大。

肖吉特二極管的作用是續流。電機是電感元件，有阻礙電流變化的特性，控制電機轉速的方法是用PWM信號控制場效應管的通斷，當場效應管斷開時，電機兩端會產生極高的感應電壓擊穿場效應管，加上二極管后，電機的電流會通過二極管保持流通，防止電機產生過高的感應電壓。

為了防止電機引起的電流波動干擾到arduino，我在arduino的電源處接了一個220uF的鉭電容。（其實沒什么卵用！）

下圖是焊接完后的背面，白色的是控制線，黑色和紅色的是接電機的線。電機驅動電源部分要接一個撥動開關，防止arduino nano上電時不受控制的轉，也用于失控時給電機斷電。

這是焊接完后的效果。不用在意MPU6050的方向，飛控里有一段代碼，可以配置任意方向的陀螺儀、加速度計和指南針。（槳買錯了，應該一黑色正槳一黑色反槳，一紅色反槳一紅色正槳，通過顏色區分四軸的前后）

飛控板與機架的連接，在洞洞板上打了兩孔用螺絲固定在機架上，用兩個螺母把洞洞板墊高。

這是背面，電池將貼在這里。藍牙模塊并沒有焊在洞洞板上，而是由那根灰色的線單獨接出，并用可拆卸連接頭（例如杜邦頭或其他）連接藍牙模塊，這是因為藍牙會占用COM口，影響上傳程序。電源供電是將3.7V的電壓直接接在arduino的5V端口上，實驗證明可以正常運行。

電機用焊錫跟機架焊上，為了加固，我又在電機背面打了一層熱熔膠。

這時還不能飛，因為MPU6050的方向不是正確方向，需要修正方向。

取消config.h中204~206行的注釋，將程序上傳到arduino，打開MultiWiiConf.exe看陀螺儀和加速度的值，然后根據情況替換ROLL、PITCH、YAW或改變正負。左下角的ACC是加速度，GYRO是陀螺儀，MAG是指南針。

按下圖所示的方向旋轉四軸，加速度計相應的值會增大，陀螺儀的值為正數。（后來再看這圖總感覺不對，Yaw，Roll,Pitch總得符合左手或右手定律吧，但是當時測出來就是這樣。）

為了防止看不懂圖，再用語言說一遍：

使四軸的前方與你的前方一致；

當四軸水平放置，ACC的Z值最大；

當四軸向右翻滾90度，右側朝下，ACC的ROLL最大；

當四軸向前翻滾90度，頭朝下，ACC的PITCH最大；

當四軸水平順時針旋轉，GYRO的YAW為正數；

當四軸向右翻滾，GYRO的ROLL為正數；

當四軸向前翻滾，GYRO的PITCH為正數；

指南針我沒用，所以不調。

每調整一次，重新上傳一次程序，再觀察是否正確。全部調完后，看MultiWiiConf中右下的四軸仿真圖，如果仿真圖的轉動方向跟實際方向一致并反應迅速，則全部正確；如果轉動方向跟實際方向不同，則GYRO的調整存在錯誤；如果轉動方向跟實際方向一致，但是四軸靜止時，仿真圖仍在緩慢轉動，則ACC調整錯誤。

試飛

終于，將要迎來起飛的時刻！

但是，把四軸解鎖，電機開始轉，提高油門后四軸就失控了，電機一直狂轉，跟手機的連接也斷開了，還好加了開關和失控保護，電機轉了一會就自動停了。

也許是電機干擾了藍牙通信，不得而知。

而且感覺四軸有點太重了，用稱不太精確的測了測重量，總重量70克。不知道這個重量是否能飛，比淘寶買的四軸要重很多。

總結：

槳的顏色是用來區分四軸的前后的，所以要紅色各一正槳反槳，黑色各一正槳反槳。

一定要注意電源濾波，只加一個鉭電容并沒什么卵用，要學學電源濾波的知識。

要注意電池的重量，加大電池容量不一定會提升續航，畢竟電池重量也增加了，而且有可能飛不起來。

arduino最好選用leonardo的mini版型，leonardo自帶USB接口，所以有兩個串口，藍牙和上傳程序互不干擾。

arduino要選用3.3v的版型。

用洞洞板做四軸不太靠譜，太難焊接，而且焊錫走線增加了太多重量。洞洞板與機架固定用的螺絲也占了很大重量，不如直接做成機架與飛控一體的。