当前位置：首页 > news >正文

fly飞控原理图讲解

news 2025/10/20 15:50:05

MCU部分：

系统总体框架：
主控：STM32F103C8，作为传感器融合、姿态解算、PWM 输出与通信的核心。
IMU：MPU-6050（陀螺 + 加速度 + 可用的 DMP）。通过 I²C 与 MCU 通信。
无线：nRF24L01 2.4GHz 模块用于遥控链路（SPI 接口：CE/CSN/SCK/MOSI/MISO + IRQ）。
电机：四路 MOSFET（SI2302）由 MCU PWM 驱动（驱动拓扑在原理图里用 MOSFET 控制电机的通断）。
电源：来自电池（VBAT）通过 TC3608H 升压到 +5V，再经 AMS1117-3.3V 产生 +3.3V；同时有电池电压检测（BAT_ADC）。

MCU 部分（STM32F103C8T6）：
STM32F103C8T6，带外部 8MHz 晶振、复位电路、多个 LED、以及 SWD 与串口引出。原理图里列出了大量引脚信号名（USART2_TX/RX、SPI、I2C、PWM1..4、SWCLK/SWDIO、VBAT_ADC 等）。
要点：
晶振：8MHz 晶体 + 两个 20pF 电容（C107、C108），给 MCU 提供主时钟。确保晶体贴近芯片引脚，地线短而完整。
复位电路：有上拉/下拉与去耦电容（R1、R2、C1/C2 等），保证上电复位稳定。
电压检测（VBAT -> BAT_ADC）：有电阻分压（图上有 BAT_ADC BAT_ADC 与 VBAT_3.3V 关系），用于 MCU 测量电池电压。上拉/下拉比要能把电压缩放到 MCU ADC 范围（0~3.3V）。
编程/烧录：通过 SWD（SWCLK、SWDIO）和一个对外的串口（USART2_TX/RX）引出，方便下载程序与串口调试。
开发/联调建议：
上电先测 +3.3V 与地的电压是否正常（没有短路）。
检查 SWD 是否能连接（用 ST-Link）。若连不上，先确认 NRST/BOOT0/电源是否正常。
用串口打印 boot 信息或 I2C 扫描表，验证外设连通性（见后面的 IMU 与 nRF 调试）。
IMU（MPU-6050）：
原理图关键点：U8 是 MPU-6050，SCL/SDA 两路有 4.7k 上拉到 +3.3V（R22、R23），还有 100nF 旁路电容（C99、C100），以及 C101 = 2.2nF（可能用于额外滤波/旁路）。
要点：
I²C 总线必须有上拉（已给出 4.7k），上拉阻值常见在 2.2k~10k 之间，4.7k 是稳妥选择。
VLOGIC / VDD 与地要干净，IMU 的旁路电容放在引脚附近可以抑制高频噪声。
INT 引脚（中断）可以连到 MCU 的外部中断引脚，用于陀螺/加速度数据就绪或 FIFO 中断，这样可减少常驻轮询。
调测建议：
通电后用 I²C 扫描程序确认 0x68（或 AD0=1 时 0x69）是否存在。
读取 WHO_AM_I 寄存器应返回固定值（验证连通）。
若噪声高：检查 IMU 电源(VDDA/ VLOGIC)滤波与地的回路；陀螺偏置需做温度校准/静态校准。
无线与外设（nRF24L01、光流、LED）
nRF24L01（U10 / E01-2G4M01S1B）：通过 SPI（CE/CSN/SCK/MOSI/MISO）连接，IRQ 引脚也拉出，模块供电为 +3.3V（nRF 对 3.3V 要求严格，5V 会烧）。图上有连接器 H2 作为外接接口。
光流 / 光流指示（LIGHT_FLOW）：图中有 LIGHT_FLOW 信号与 LED 行，可能用于连接光流模块（或摄像头类模块的供电/信号），需要查具体外设引脚定义。
LED 指示：多颗 LED（LED1..LED10）每路有 100Ω 限流电阻（R25..R27, R56..R61 等）。这些 LED 常用于状态指示（ARM, ERROR, MODE, RX/LOCK 等）。
注意：
nRF 电源与天线布局很敏感：天线旁不得有大铜面积或金属屏蔽，会影响链路。
nRF 地与 MCU 地应共地，但高电流回路（电机）应有单点接地或良好分割，避免噪声回流到无线/IMU。
电机控制（PWM -> MOSFET）
Q1..Q4 为 SI2302，后面有二极管 D8..D11（1N4148），还有上拉/下拉电阻 R48..R55（100k/10k），PWM1..PWM4 为 MCU 输出驱动。电机 M1..M4 由这些开关控制。
分析与注意：
SI2302 是常见的小信号 MOSFET（N-channel，查看封装与 Rds_on）。在原理图里看起来做为开关元件。要注意的是：如果直接把 MOSFET 当高侧开关驱动电机（电机连到 VBAT），需要 P-channel 或专用高侧驱动；若原理图用 N-channel ，常见是把 MOSFET 放在低侧做低侧开关（电机另一端接电源），或用 N-channel+驱动以驱动高侧。原理图没有明确标注高/低侧拓扑时，我们应该在 PCB 上确认 MOSFET 的实际连法。
1N4148 作为续流二极管看起来不太合适（1N4148 是信号二极管，反向恢复慢、电流承受小）。对直流电机/无刷驱动，应该使用快速恢复二极管或专用驱动/滤波器；如果这是直流有刷小电机（或直流风扇类），那续流电流可能很大，1N4148 可能会损坏。（若你打算驱动大电流电机，建议换成合适的肖特基或快速恢复二极管。）
电机回流与电气噪声会伤害 MCU 与 IMU，建议在 MOSFET 与电源侧做好滤波与共模抑制（见 PCB 布局建议）。
调试建议：
空载测试 PWM 波形（示波器）确认占空比与开关特性。
检查 MOSFET 的门极（gate）电压是否达到合适的门限（N-channel 需要足够 Vgs）。如果 Vgs 不够会导致发热／大 Rds_on。
测量电机供电电流，确认电路与器件额定值。
电源电路（升压 + 3.3V 稳压）
原理图要点：U14 TC3608H（升压 IC）把 VBAT（一般锂电）升压到 +5V（有感器 L2=22µH、C111/C112 电容等），然后 AMS1117-3.3（U9）把 +5V 线稳压到 +3.3V。图中有大量 decoupling（100nF）与电解电容（22µF/4.7µF）。
要点与建议：
TC3608H 是开关升压，效率不错，但输出滤波（电感、肖特基、电容）布局要紧密以减少 EMI。
AMS1117-3.3 属线性稳压（LDO）或常见模块：它会把 5V->3.3V 的压差以热的形式消耗，若负载电流大（比如 nRF + IMU + MCU + 电机驱动逻辑），AMS1117 可能发热，需考虑散热与是否直接用高效率降压芯片（建议使用低压差 LDO 或降压 DC-DC）。
电池检测（分压）要保证 ADC 分压网络输入阻抗不高到影响采样精度，且能承受电压范围（例如 4.2V 锂电池）。检查分压比是否把最大电池电压（例如 4.2V）缩到 <3.3V ADC 上限。
调试要点：
测量 VBAT、+5V、+3.3V 无载/满载电压。
加载测试（例如连接全部外设）观察 AMS1117 温度；若过热需改进散热或换高效降压芯片。
用示波器看 +3.3V 及 +5V 的纹波（特别是开关转换时），若纹波大，可能影响 IMU/nRF。
接口 / LED / 连接器 / 备忘
H1：电池接口（VBAT_3.3V），H2：nRF 接口（SPI + CE/CSN/IRQ），H3：光流（LIGHT_FLOW）。这些连接器是给外设或调试使用。
LED：每个 LED 都有 100Ω 限流，适用于 3.3V 下作为指示灯。
DSU（或串口）用于调试，通常把 USART2 接到外部 FTDI 或 USB-to-TTL 进行日志输出。
PCB 布局与抗噪声实务提醒（非常重要）
分割地（GND）与大电流回路：把电机电流回路的地与敏感电源地（IMU、nRF、MCU）尽量分开并在单点连接，避免噪声耦合。
去耦电容：每颗 MCU/IMU/nRF 旁放 100nF 与 10µF 级去耦。原理图已给 100nF，但在 PCB 上务必靠近引脚放置。
天线与金属：nRF 的天线区域保持清洁，不要在上面做大铜皮或地平面。
电源走线：电机电源与逻辑电源分线，电源回路尽量短且宽（低阻抗）。
MOSFET 与驱动：门极驱动线要短；门极电阻可防止振铃。若发现 MOSFET 发热，确认是否需要更大规格或更低 Rds_on 的器件。
联调与排错清单（实操步骤）
优先级从“上电、确认供电”→“外设连通”→“电机测试”。
1.上电检查
测量 VBAT、+5V、+3.3V（无元件短路）。
查看 AMS1117 温升是否合理。
2.检查 MCU
连接 ST-Link，能否识别并读取芯片 ID。
烧录最小引导程序（把 USART2 设为串口并输出 “hello”）。
3.IMU 验证
运行 I2C 扫描，确认 MPU6050 地址存在（0x68/0x69）。
读取 WHO_AM_I，读取加速度/角速度数据，查看静态零偏。
4.无线模块
确认 nRF 在 3.3V 下能上电（用简单的发射/接收测试程序）。
若链路不稳，检查天线走线与模块屏蔽/附近铜皮。
5.电机驱动
空载用示波器看 PWM 输出与 MOSFET 门极电压。
慢速、短时间通电试转，观察 MOSFET 与电源的温升与纹波。
6.功能验证
做姿态解算（滤波器 + 卡尔曼或互补滤波）并把角度输出到串口或 LED。
逐步加入电流限制 / 软件安全（防止电机短路或失控）。
原理图的几点观察与建议
续流二极管选型待确认：图中 1N4148 用在电机回路不太妥，建议用肖特基或专用快恢复二极管。
MOSFET 驱动方式要确认是高侧还是低侧：若用 N-channel 做高侧开关，需要门极高于 VBAT；若无法保证，应改为低侧或使用 P-channel/高侧驱动器。
电源散热：AMS1117 在高电流场景会发热，考虑用降压型 DC-DC（同步降压）以提高效率。