引言

今天是机派X系列文章的第十二天。
今天会接续昨天的部件介绍，将剩下几个重要的部件介绍给大家。

本篇大纲：

• 引言
• 电子变速器
• 螺旋桨
• 遥控器（与接收模组）
• 数据传输模组
• 机架
• 关於本文章系列

电子变速器

昨天结尾的部份提到了无刷马达，然而无刷马达的故事还没有结束。
从昨天提到的内容，我们可以将各部件的关系图画出如下。

飞行控制器本身功耗不大，只是提供讯号的接收（例如：从其他感测器拿资料）与发送（例如：传送控制信号给无刷马达），因此飞行控制器本身能够承受的电压与电流都不大，从昨天提供的官方使用手册可以观察到工作电压大约是在 5V 左右。反观，无刷马达是高耗电的产品，输入电压可达 12V 、工作时的电流也可达到几十安培，所以如果按照图中这样连接，飞行控制器会无法供给无刷马达足够的能源，甚至还可能导致飞行控制器内部电路烧毁。

因此我们必须改变接线方式，由飞行控制器负责供应无刷马达讯号，用於控制无刷马达的转动，但是无刷马达的供电不可由飞行控制器负责，而须改由电源分配板那边接过去。

不过，飞行控制器与无刷马达之间的纠葛还没结束！
飞行控制器输出的讯号是单一 PWM 讯号，然而无刷马达却是要接受三相 PWM 讯号，因此两者之间需要转换。

首先需要解释什麽是 PWM 讯号（Pulse Width Modulation , PWM），PWM 其实是数位讯号为了实现跟类比一样的特性而打造的。以我们的无刷马达举例来说，马达会依照供给电压的不同改变转速，假设供给 0V 时马达不旋转，供给 12V 时马达可以达到最快转速。由於我们的电池是 3S 的电池，所以电池在充饱的状况下是 4.2V * 3 = 12.6V，如果直接从电源分配板拉一条电源线给马达，就可以取得 12V 没问题，另外，要供给 0V 给马达也没问题，因为直接接地就好。此时会出现一个问题：我希望马达转速居中，想供给 6V 时该怎麽办？我们的电源分配板上可没有 6V 可以用，也许聪明的读者会说：那就用降压器把 12V 降压成 6V 就好啦！那如果今天我要再略微调降马达转速，因此需要供给 3V 的电压呢？理论上当然可以再加一颗降压器专责 12V 降压成 3V！但是我想你大概也开始想：这样不是办法，因为飞行控制器可能会要求供给无刷马达 0V 至 12V 中任一个数值的电压，总不可能针对每个电压值都装对应的降压器吧？这个问题的解法就是 PWM。

可以先从下图来看，这是一个电压对时间的关系图，在 0~5 秒的时段中，输出电压 12V，在 6~10 秒的时段中，输出电压 0V。

如果我将上图的频率增加呢？

如果我将上图的频率再次增加呢？
因为电本身的特性，所以当频率增加到很大时（其实下图中的频率还不够），实际产生的电压可以视为 12V 与 0V 的平均，也就是下图中的蓝线 6V ，这部份因为与电学的细节有关，所以就不细讲了！简单来说，PWM 就是透过调整电压频率的变化（或直接说快速开关，开就是 12V，关就是 0V）来产生持续的某电压值，这个某电压值可以是介於 0V 到 12V 间的任意数值。

飞行控制器会传送 PWM 控制讯号，藉由电压的改变来变更马达的转速。然而，从上一篇文章中可以观察到马达的输入为三条线，这三条线并非红的对应 12V、黑的对应 0V、黄的对应控制讯号，这三条线是三相控制线，需要轮流为这三条线提供 PWM 讯号才能让马达转动。如果觉得文字说明很混乱，可以参考下图的图解。

如上图所示，我们须要一个转换器来实现图中展示的功能，因此电子变速器就正式登场了！
电子变速器（Electric Speed Control , ESC）又称电变，能够输入一个直流电源（DC）与一个 PWM 控制讯号，再将其转换成交流电源轮流输出至三条连接至马达的线中。

我使用的电变如下图所示，因为无从得知电变的型号，所以只能依照常理来判读各接脚的用途。

这是电变的另一面。

图中的电流流向是由右至左。右边较粗的红线、黑线是用来连接电源分配板、取得 12V 的电源输入，白线则是连接飞行控制器，用於取得 PWM 控制讯号。左边的部份则是电子变速器的输出，会产生交替的大电压 PWM 讯号，直接连接到马达的三相线、用於驱动马达转动。

以上就是电子变速器的介绍，电子变速器是个必要的部件，他的必要性牵涉到电学以及马达相关的知识，如果有做过 Arduino 与马达搭配相关专案的读者，可能会比较熟悉以上内容。

螺旋桨

看完无刷马达与电子变速器後，紧接着登场的当然就是螺旋桨啦！

我使用的是 ATG 8038 螺旋桨，桨叶片上较光滑、有刻型号的是正面，反之则是背面。
可以观察到螺旋桨有正桨与反桨之分，桨背逆时针转时会产生推力的是正桨、桨背顺时针转会产生推力的是反桨。

遥控器（与接收模组）

接下来要介绍的是遥控器（Remote Controller , RC），遥控器用於发送讯号给无人机，告诉无人机要怎麽飞（例如：上升、下降、前进、後退、旋转、切换飞行模式等）。遥控器细分的话可以拆为遥控器与讯号接收模组，遥控器通常由人拿在手上，由使用者操作遥控器，再由遥控器发送控制讯号，而讯号接收模组则会安装於无人机上，用於接收遥控器的控制讯号，讯号接收模组会将收到的讯号传送至飞行控制器，由飞行控制器再下相关的控制讯号给其他部件（例如：马达）。

之後使用树莓派连接飞行控制器并直接操作无人机的飞行时，建议保留遥控器的角色，以防树莓派突然中断控制讯号（例如：树莓派因某些原因重新开机）而导致无人机失控。无人机失控时还能拿起遥控器手动操作，让无人机安全的降落或返航！

以下是我使用的遥控器，RadioLink AT9S 日本手。

这是遥控器电源打开後的画面，这是已经设定後的结果。

遥控器前方长长的部份是天线（Antenna），用於传送无线控制讯号，遥控器上有许多摇杆、开关与旋钮，之後实际操作时会再详细介绍。值得注意的是，遥控器分为日本手与美国手，差异只在於油门与方向控制的位置互换而已。图中是日本手的遥控器，因此油门（又称 Throttle，控制无人机上升或下降）摇杆在遥控器的右半边，而控制方向的摇杆则在遥控器的左半边。如果是美国手的遥控器，则油门摇杆与控制方向的摇杆位置会互换。

以下是搭配遥控器使用的控制讯号接收模组 RadioLink R12DSM，右边两根长长的是无线讯号接收天线，左边则是用於连接飞行控制器的杜邦针脚。

数据传输模组

数据传输模组通（Telemetry Radio Module , Telemetry / Telem）常简称数传，用於让使用者即时与无人机上的飞行控制器沟通，取得无人机当前的相关资讯，甚至也可以发送控制讯号给飞行控制器用以控制无人机的飞行。数传模组并不是一定要有，只是如果有了会很方便，毕竟无人机一飞起来，能与之连线的东西不多，就剩遥控器与数传，遥控器上的开关按钮很制式，数传相对较有弹性。

以下是我所用的数传模组 Holybro Telemetry Radio V3 。

数传模组通常是两个一对（上图仅是一个数传模组），一个安装於无人机上，并与飞行控制器直接连接，另一个则是留在使用者手上，直接与电脑连接，使用者可以透过电脑上的专用软件与飞行控制器连线，用以取得相关资讯以及发送新指令。

两个数传模组原则上只要讯号发射频率相同（甚至型号相同，如上图是 915MHz 的发射频率），基本上就可以互相通讯，数传模组没有主从之分，因此任选一个数传模组连接到飞行控制器上，另一个连接到使用者手中的电脑就可以通讯。

机架

最後提到的是机架（Frame），以上提到了这麽多部件，需要找个东西把他们凑在一起，毕竟总不可能把无人机上所有的部件都黏到飞行控制器上吧！这就好像一台电脑要有机壳一样，总不会期待硬碟、光碟机、读卡机等设备都黏在主机板上，就可以省下了一个机壳了！

机架的材质我使用的碳纤维（Carbon Fiber），碳纤维相对来说较为坚硬、有一定轫性，能够抵抗外力冲击，重量也没有很重。相较於金属而言，金属有些过於重，还会有吸收太阳热能，进而导致机架上的各部件被加热的危机。塑胶虽然相对轻，但是用久了容易变形，长时间被太阳晒也容易变质脆化。

关於碳纤维的详尽介绍，可以参阅 这个影片 。用来制作无人机骨架的碳纤维，通常会被编织成网状，并且将多层网状的碳纤维压合以增加坚固程度。不过碳纤维也有一个缺点，就是当你摔机之後，碳纤维断掉会产生很多小碎屑，这些碎屑很尖，而且有时候清理不易，有些粉状的碳纤维碎屑还会沾到手上，将你的手「染黑」。

我听起来很了解碳纤维断裂後有多悲剧？当然，我可是摔机常客！

机架的形状也是各式各样，通常可分为两种：X 型与 H 型。

X 型骨架的机架上下、左右均对称，因此呈现漂亮的 X 形，有利於无人机做灵活的飞行表演或是在障碍物多的地方穿梭飞行，不过 X 型骨架中间的部份通常是方形的而且也比较小，所以放置部件的空间有限。H 型骨架通常是较扁的 X 形状，中间的部份通常是长方形的而且也比较宽，所以放置部件的空间较多。

我使用的是 H380 机架，材质是碳纤维，下图仅展示部份组件，重复的组件只放一个。

关於本文章系列

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