无人机遥控器焊接电路图(制作Elrs遥控接收器并用到自己的无人机上)(1)

3D动图

题外话:我们的Homeschool群里的家长藏龙卧虎,他们对教育都有自己独到的观点,并且身体力行,培养的孩子都非常优秀。他们每天在群里谈论的话题使我受教颇深。每天看他们聊的内容我更有动力了。昨晚我到11点完成了这篇文章。

正文

本电路设计基于如下,设计软件:立创EDA

Elrs远距离遥控系统(全称:ExpressLRS)是工作在915Mhz或2.4Ghz的远距离开源遥控系统,使用Lora通信模块获得超长距离通信的功能,但同时损失了一定的通信速率

设计目的:本电路板为验证Elrs远距离遥控系统的稳定性与可行性,方便未来集成与飞控

设计本电路电路板所需知识:直流、交流电,UART协议

设计步骤:

1.深入了解Elrs的工作原理

1.1ELRS接收器通过接受发射端的射频信号并由MCU转化成CRSF(基于UART协议)数字遥控信号连接飞控

1.2一个完整的Elrs接收器分为三大部分,MCU芯片/模块;射频(&PA/LNA)芯片/模块;降压电路

1)MCU芯片/模块:Elrs支持Stm32 Or Esp8285(/esp8266),鉴于stm32f103芯片价格飞涨,采用主频更高,存储、内存更大的Esp8285方案,并使用内置1Mb Flash的ESP-01F模块

2)射频方面采用了成都亿佰特的模块:E19-900M20S2(EOL,不推荐新设计使用),这是在停产之前优惠拿样的,不用白不用。新设计推荐使用E32-900M20S。以上两种模块差别很小,均为SX1276 PA&LNA,只是后者的PA/LNA开关由MCU控制

3)降压芯片选用了LDO(线性稳压器)的方案,相比DCDC(同步整流降压器)有效降低电源纹波,使得射频模块输出频率更加稳定。具体芯片使用了ME6217C33M5G,最大输出电流800mA(不考虑散热情况下)

1.2 其它小知识

1)可以通过使用芯片而不是模块来提升集成度,减小体积,但稳定性可能会有所降低

2)LDO转换效率较低,大功率设备(如ELRS发射段)DCDC会是更好的选择

2.确定需求

2.1此为测试板,无体积需求

2.2输入电压5~4.5V(在LDO范围内)

2.3天线接口选用焊接的方式,增加稳定性

3.芯片选型

此项目使用到的芯片较少,在1.2节已做出介绍

4.开始设计原理图

模块均高度集成,外围电路较少,在此不赘述,只做简单介绍

4.1学习数据手册

1)按照数据手册中给出的电阻、电容设计模块外围电路

2)按照程序连接模块之间的电路

5. 设计PCB(Printed Circuit Board,电路板)

5.1原理图转PCB

换完成后,程序只是将元件自动摆放,没有按照设计规则摆放,所以下一步是PCB布局

5.2 PCB布局

原件布局有一定的要求

1)实用(尽可能压缩体积,但也要方便SMT,例如多引脚芯片周围1.5mm旁不应有任何贴片原件)

2)满足设计要求(高压低压元件分离、滤波电容靠近用电器)

3)美观(对称性)

5.3 PCB布线

手动布线,尽量缩短信号、电源走线

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顶层

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底层

5.5 PCB丝印设计(焊盘旁设计丝印,提供使用者参考)

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顶层丝印层

5.6 提交厂方

最近有厂商进行免费打样活动,单、双、四层PCB均免费。每次可以打5片,尺寸太大的不免费。

6. 采购电子元器件

网上假元件泛滥,建议买月销量10000 的店铺(推荐TB店铺,youxin电子),有一定的保障

7.焊接PCB

7.1 准备元器件

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PCB和芯片

7.2选择焊接方式(烙铁/回流焊/风枪/PTC恒温加热板(铁板烧))

这次我选择使用风枪,但通常来说,使用PTC加热板更适合焊接单面元件PCB

7.3涂锡浆

锡浆是焊锡粉、助焊剂以及其它的表面活性剂、触变剂等的混合物,形成的膏状混合物,熔点低,非常利于焊接。小批量生产或想更加省力可以使用钢网

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涂锡浆

无人机遥控器焊接电路图(制作Elrs遥控接收器并用到自己的无人机上)(7)

涂抹锡膏

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涂抹完锡膏

并不是非常完美,但应该没什么大问题。

7.3 手动贴片

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摆好主芯片

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摆好原件

有条件的极致爱好者可以购入贴片机一台,确实省力,但价格不友好。

7.4 风枪焊接

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热风枪

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热风枪准备焊接

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热风枪焊接中

可以看到不是很完美(风枪风速过大,元器件被吹跑)

7.5 电烙铁补焊,并焊接其他器件,包括接受天线和排针。

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元件焊接完毕

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焊接排针

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焊接天线

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焊接天线

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天线焊接完毕

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焊接完毕

8. 成品展示

9.测试功能

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装到无人机上

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开始测试

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推动遥控器推杆,舵机执行动作,完美,成功。去年9月也做了一个相同的电路并且成功用于无人机,测试接受距离达到了15KM.那时候没有热风枪,完全靠手工焊接。今天做的因为用了热风枪,焊接水平进一步提高,过一段时间再进行飞行测试。

无人机遥控器焊接电路图(制作Elrs遥控接收器并用到自己的无人机上)(26)

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