学习目标：DIY 树莓派无人机
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今天，我们将使用一些现成的组件组装一个四轴飞机，可以拍摄高质量的航空照片和稳定的高清视频。该飞机还配备了多种安全功能，因此新手也可以自信地操作四轴飞机。四轴飞机的实时视频流通Wifi从Raspberry Pi传输到移动设备上。无人机还配备了无人机Linux计算机会给你带来很多创意——额外的传感器、计算机视觉等。
在本系列的第一部分，我们首先介绍了四轴飞机的硬件-需要哪些部件，它们的功能是什么，以及如何组装在一起。在本系列的第二部分和第三部分，我们将介绍四轴飞机的软件-故障保护功能、遥控和飞行模式。
DJI F450 ARF (几乎到手就飞) 套件 3300mAh 3S 35C LiPo 电池(带T型接头) EV-Peak – AP606 – 50W DC LiPo 电池充电器/放电器 (大多数LiPo充电器均适用) RadioLink AT9 2.4GHz 9CH 发射器，R9D 9CH 接收器 Xiaomi Yi 运动相机（附带microSD卡） FeiYu Tech Mini 3D 三轴无刷万向节 Raspberry Pi (Model A ), microSD 卡 Raspberry Pi 相机模块 任意支持 802.11a/n/ac (5GHz 频段)的USB无线网卡-本项目使用 D-Link DWA-160 备用 micro USB cable 各种公母T型接头 RadioLink AT9 2.4GHz 9CH 发射器，R9D 9CH接收器 吸盘式车载手机支架 4 个M3螺栓，8个M3螺母 安卓手机
工具：
电烙铁 焊锡 内六角扳手 热熔胶枪 热熔胶棒
在启动该项目之前，我们必须了解四轴飞机各部件的作用。以下列出了构建四轴飞机所需的部件及其用途，以及本教程中使用的各部件的具体型号。
机架： 功能：机架为电机和电子设备的安装提供了简单的环境 本项目使用的部件：DJI Flame Wheel 450 (F450) 机架(包括在内ARF套件中） 无刷电机和螺旋桨： 功能：电机驱动螺旋桨旋转产生推力，提升四轴飞机 本项目使用的部件：DJI E305 960KV 电机和DJI 9450螺旋桨(两者都包括在内)ARF套件中） 电子调速器 (ESC): 作用：ESC为无刷电机供电，并提供PWM接口，允许飞行控制器控制每个电机的速度和推力 本项目使用的部件：DJI E305 960KV 电机(包括在内ARF套件中） 飞行控制器： 功能：顾名思义，飞行控制器负责控制四轴飞机的飞行。飞行控制器实际上是一台配备惯性测量装置的小型计算机（IMU，为了保持四轴飞机的稳定性，包括陀螺仪和加速度计)。飞行控制器实际上是一台配备惯性测量装置的小型计算机（IMU，为了保持四轴飞机的稳定性，包括陀螺仪和加速度计)。飞行控制器还配备了气压计，GPS还有磁力计，让飞行控制器分别知道它目前的高度、区域和方向。 本项目使用的部件：NAZA-M Lite，附带GPS套件(包括在内ARF套件中） 稳压器、飞行控制器状态LED/USB接口： 功能：稳压器旨在为飞行控制器提供5V恒压。状态LED负责将四轴飞机的状态信息传递给操作人员。状态LED灯具包括电池电量低的指示和GPS锁定指示。USB接口允许我们在电脑上配置飞行控制器(我们将在第二部分使用)。 本项目使用的部件：稳压器和状态LED灯包含在NAZA-M Lite中 电池： 作用：锂聚合物（LiPo）电池具有较高的能量重量比和最大的放电电流，是四轴飞机动能的首选。在将LiPo在安装四轴飞机之前，了解如何安全使用和充电是非常重要的。否则，可能会引起火灾和爆炸。有些电池规格需要了解，其定义如下： 本项目使用的部件：本项目使用的电池为ReadyMadeRC 3300mAh 3S 35C LiPo电池(带T型接头)。 容量:电池以特定电流放电，在耗尽之前可以持续放电。例如，如果一个电池的容量是1200mAh然后连续向外界提供10000mA电流在12000，mAh/1000mA = 1.2小时后，电池耗尽。通常，电池寿命=容量（mAh）/电流（mA）。但是我们建议LiPo当电池剩余电量为20%时，充电。 电池芯数：每个LiPo电池由一个或多个电池芯组成。电池中的电池芯串联连接，所以电池的总电压是每个电池芯电压的总和。LiPo电池的电池芯数量通常是电池上的字母S以前的数字-2S表示电池是两芯电池。 放电率：放电率反映了电池的最大安全放电电流。LiPo电池的放电率通常是电池上的字母C以前的数字-标记为35C最大电流为35x容量”。 LiPo 电池充电器： 作用：LiPo电池充电器负责正确LiPo电池安全充电。请注意，必须使用LiPo其他充电器(如镍镉电池或镍氢电池镉电池或镍氢电池充电器)充电。 本项目使用的部件：EV-Peak–AP606–50W DC充电器/放电器 发射器 接收器： 功能：发射器通过多个操纵杆和开关接收操作人员的指令，然后通过Wifi发送到四轴飞机的接收器上。接收器负责解码操作人员的命令，然后将其转发给飞行控制器。 本项目使用的部件：RadioLink AT9 2.4GHz 9CH发射器，R9D 9CH接收器 万向节 相机 功能:有了相机和万向节，四轴飞机可以成为拍摄专业镜头的航拍平台。相机安装在万向节上，万向节的动作实际上与四轴飞机相反——确保相机始终保持水平。 本项目所使用的部件：Xiaomi Yi 运动相机，FeiYu Tech Mini 3D 三轴无刷万向节 RPi，RPi相机，WiFi无线网卡： 功能：虽然安装在万向节上的相机可以使用惊人的2K但是，如果我们不能确定要拍摄的物体是否在镜头中，再好的摄像设备也没用。Raspberry Pi相机通过5GHz WiFi连接到无线网卡Raspberry Pi 3代A 。Raspberry Pi相机通过5GHz WiFi连接到无线网卡Raspberry Pi 3代A 。因此，Raspberry Pi可以将前向Raspberry Pi通过相机的实时视频流传输到WiFi任何连接的设备。 本项目使用的部件：Raspberry Pi Model A ，Raspberry Pi相机模块，D-Link DWA-160。 安卓手机，手机支架： 功能：手机的功能是Raspberry Pi提供Wi-Fi热点，并提供显示屏，方便我们查看无人机传输的实时视频流。手机支架负责将手机与发射器连接起来。 本项目使用的部件：LG Nexus 5(任何支持移动热点的安卓手机都可以)。一端是吸盘，另一端是磁性部件的手机支架。
组装步骤：
第1步：将ESC焊接到底板上
我们使用的DJI F450机架包括一个顶板和一个底板。安装完成后，四个臂应夹在中间。每个臂的末端安装一个电机，臂下安装一个ESC。这两块板将四个臂固定在一起，并为四轴飞机上的所有部件提供了安装表面。
底板有一个非常重要的功能：它将电池的能量分配给所有电池ESC。如上图所示，底板上有五对正负极焊盘-每个ESC一对，一对电池接头。ESC(电子调速器)有两条电缆:一条双线PWM信号线和较厚的黑色电源线。
目前我们只关注调速器的电源线，后面再将PWM信号线连接到飞行控制器。电源线太长，可以剪成12厘米左右。然后剥离电源线上的黑色绝缘层，露出红线(正极)和裸线(负极)。将红线焊接到焊盘上( )将裸线焊接到焊盘(-)上。为了防止短路，我在焊盘上涂了热熔胶。请为每台电机重复此过程。
第二步：将稳压器和电池线焊接到底板上
将ESC焊接到底板后，您会看到一对焊盘（图1底部的焊盘）。这对焊盘用于连接电池导线和稳压器导线（图3）。
NAZA-M Lite盒子里应该有两条大导线——一条红色和一条黑色。将盒子里的红线和稳压器的红线焊接到正极( )焊盘上。将箱内的黑线和稳压器的黑线焊接到负极(-)焊盘上。为了防止短路，我在焊盘上涂了热熔胶。
第三步：连接T型接头
我们不能直接将电池焊接到上述导线上，因为在这种情况下，我们将无法更换电池或为电池充电。为了将电池连接到底板中的配电板上，我们需要将公共T型接头焊接到刚刚焊接的两根导线上。为此，将接头的短边向上，将红线焊接到较短的水平部分，将黑线焊接到较短的垂直部分（请参见下图右侧的接头）。
焊接完成后，接头的外观如下(我用电工胶带包裹裸露的金属部分，当然也可以用热缩管):
第四步：安装飞行控制器
将NAZA-M Lite附带的黑色双面胶与飞行控制器一样长。撕下双面胶一侧的保护膜，然后牢牢地粘在底板中间。然后，标记飞行控制器M1、M2、M3等多个标签的一侧朝向底板，你认为是四轴飞机正面的一侧。撕下双面胶另一侧的保护膜，将飞行控制器粘在上面。
第5步：安装RC接收器
我选择将RC接收器安装在机架背面底板底部的延伸处，用热熔胶或双面胶简单固定。从接收器伸出的导线是天线，暂时不用担心，组装腿的时候再考虑。
第六步：将接收器的伺服线连接到飞行控制器
接收器上每三列引脚输出一个PWM信号。在RC领域，每个PWM信号称为通道，代表操作人员的命令一个组成部分。比如，接收器的通道3是操纵人员所需的加速信号。为了让飞行控制器能够接收操纵人员的每个命令，我们必须使用一根PWM信号线将接收器上的每个通道连接到飞行控制器。请注意，插入飞行控制器时，PWM信号线上的橙色（信号）导线应位于顶部，而棕色导线的另一端连接接收器时应朝下。
PWM信号线应按以下方式连接（左侧的通道编号在接收器上，右侧括号中的字母位于NAZA的背面）：
通道 1 = 副翼 (A) 通道 2 = 升降副翼 (E) 通道 3 = 加速 (T) 通道 4 = 舵 (R) 通道 5 = 飞行模式 (U) 通道 6 = 方向锁定 (X2)
第7步：将ESC伺服线连至飞行控制器
还记得我前面提到的ESC的那根双线伺服电线吗？现在，我们将其连至飞行控制器。飞行器坠毁的一个常见原因就是ESC与飞行控制器的连接顺序按错误，因此我们必须在首次就正确安装该器件。
在NAZA-M Lite的正面，您会看到多列标有M1-M6的引脚，我们只需连接M1-M4。您必须根据下图将电机连至飞行控制器，其中红色机臂是四轴飞行器的前方。比如，右前ESC的伺服线必须连接到M1；左前ESC伺服线必须连接到M2，依此类推，按逆时针方向转。
第8步：将顶板安装到机臂上
我们已经将所有电子设备都安装在底板上了，现在应先从顶板开始将顶板和底板与机臂固定在一起。您可能已经注意到，DJI F450机架包含两个红色机臂和两个白色机臂。我们可以将两个红色机臂放在四轴飞行器的前部，将两个白色机臂放置在四轴飞行器的后部，当四轴飞行器在空中时，我们就会知道其前方是哪个方向。
请用机架附带的螺栓将机臂固定到顶板上，每个机臂用四个螺栓。请确保两个红色机臂位于ESC伺服线与M1和M2相连的NAZA侧——这将是四轴飞行器的前部。下一步之后，您会看到每个机臂实际上都“夹在”顶板和底板之间。
第9步：安装支腿和底板
F450 ARF套件附带的白色支腿（如上图所示）负责在起飞和降落期间保护四轴飞行器下方的重要电子设备。请用机架附带的长螺栓连接支腿。支腿应位于机臂正下方，安装时螺栓要穿过支腿、底板，进入机臂底部。请确保ESC电源线从机臂底部弧形部分下方的机架中伸出。请为每个机臂重复此过程。
第10步：将ESC安装到机臂上
现在，机架的核心已经成型，我们可以开始将各个部件安装到机臂上了。您可以用扎带将每个ESC固定在机臂的下方，如下图所示。
第11步：用螺栓电机安装到机臂上
请将电机安装到每个机臂的末端，电机的旋转方向如下图所示。电机的旋转方向位于电机侧面。比如，请在左后方安装一个逆时针电机，在左前方安装一个顺时针电机。
第12步：将电机引线连至ESC
请将每个电机的三根引线连至相邻ESC正面的三个孔中。此时，导线的连接顺序无所谓。（如有必要，我们将在第2部分中更正线序）。
第13步：将LED模块连接到飞行控制器和手臂
NAZA-M Lite附带的这个小模块集成了LED指示灯（比如电池电量低警告、良好的GPS锁定指示）以及连接PC的USB接口。LED模块如下图所示。将长导线的一端连接到NAZA-M Lite背面标有“LED”的插槽中。我们会在本教程的第2部分用该USB接口配置飞行控制器。我用热熔胶将该模块粘在了左后机臂的侧面。
第14步：安装GPS
NAZA-M Lite附带的GPS有一个安装杆。将GPS安装在这个安装杆上可以增加电机和ESC与GPS之间的距离，从而减少电磁干扰的可能。GPS杆分为三部分：底座，有四根腿；一根细长杆（紧密连接底座和顶部，连接处有胶水）；用来安装GPS的平坦顶部。我把GPS安装杆安装在机架的右后端。GPS线末端的接头与LED模块的接头相同。请将GPS线连至相邻LED模块的“EXP”插槽中。
第15步：安装Raspberry Pi
我发现安装Raspberry Pi最方便的地方是在支腿与机架连接处之间的底板上（请参见上图）。请将GPIO引脚的方向朝下，并让USB端口对着电池接头。Raspberry Pi无法与底板平坦接触，因此不能用双面胶粘贴。我用热熔胶将四个角固定在支腿上。
第16步：安装稳压器
我们处理四轴飞行器的底部时，可以将稳压器粘在其导线焊接处正下方的底板上。
第17步：安装Raspberry Pi相机
由于Raspberry Pi相机的目的是提供四轴飞行器飞行前方的实时视图，因此应将其安装在四轴飞行器的前部。我用热熔胶将一小块纸板粘到两个机臂之间的机架前部，然后再将Raspberry Pi相机粘到纸板上（请参见下图；我的相机带有广角镜头，因此您的相机看起来可能略有不同）。
您的Raspberry Pi相机应该已经自带一根排线。排线的另一端必须连接到四轴飞行器底部的Raspberry Pi。首先将排线滑过纸板的后方，并穿过正下方的孔；然后稍微弯曲排线，让线上的裸露金属朝向USB端口的相反方向。
要将排线连至Raspberry Pi，请轻轻拉开标有CAMERA的黑色接头（HDMI端口和音频输出/复合视频输出端口之间）上的白色盖子。请用力插入排线，以确保线缆均匀插入。抓紧排线，同时用我们先前打开的白色盖子将排线锁定在适当位置。
第18步：用稳压器为飞行控制器和Raspberry Pi供电
我们之前安装的稳压器可提供5V输出，很方便地为飞行控制器供电。我们也可以利用该5V电源为Raspberry Pi供电。为此，我切开来自稳压器的PWM信号线的红色和棕色线，分别将它们焊接到Micro USB线的正极（红色）和负极（黑色/棕色）。请务必将PWM信号线的末端也焊接到该新线束上！否则，您将无法为飞行控制器供电。然后只需将Micro USB数据线插入Raspberry Pi即可为其供电。
要为飞行控制器供电，请将稳压器的PWM信号线连至飞行控制器背面的X3插槽。
第19步：安装防抖万向节
万向节通过六个防抖橡胶球连接到四轴飞行器的机架上，这些橡胶球是抵消相机抖动和旋转运动的第一道屏障。要安装橡胶球，您必须先将其装入万向节下部的小孔中，然后将球的顶部装入万向节的顶板中。为了防止万向节在飞行中脱落（比如防抖球碰巧损坏），我在万向节两侧中间的球孔内各绑了一根轧带。这一步完成后，机架的样子应与上图类似。
第20步：用螺栓将万向节固定到机架的前部延伸部分
为了减少在快速转弯时四轴飞行器的支腿进入拍摄画面的可能性，我决定用螺栓将万向节固定到机架的前部延伸部分（如果将万向节安装在机架中心下方的话，那么支腿更容易出现在拍摄画面中）。为此，我将M3螺栓的头部（您也可以使用M4的螺母和螺栓，但是需要将两个后孔的尺寸稍微扩大一点）插入万向节顶板的两个孔内，将另外两个M3螺栓插入宽阔开口的右下角（请参阅上文螺栓的放置位置；请注意，小箭头方向表示万向节的前方）。
然后，我在每个螺栓上安装螺母并拧紧，将其固定在万向节上。要将万向节固定到机架上，我将螺栓滑入机架前部延伸部分的两排开口中，并用螺母将其固定（有关将万向节用螺栓固定到机身前部的外观，请参见下文）。
第21步：制作一根单独的电池接头延长线，并将其焊到万向节电源线上
为了让FeiYu Tech Mini 3D万向节正常工作，必须将其连至电池。我特意制作了一根电池接头延长线，同时剪掉了万向节电源线上的JST接头，然后将电源线焊接到延长线上。该延长线由一个公T型头、一个母T型头和焊在中间的万向节电源线组成。使用延长线之后，我们不必将万向节电源直接焊接到配电板上。这样，运输时可以从机架上卸下万向节，或者可以实现没有万向节情况下的飞行可能。
第22步：将相机安装在万向节上
此项目中使用的Xiaomi Yi相机比该万向节设计配套的GoPro稍大。但是，如果您先拧入支架的底部螺栓，然后再拧紧顶部，Xiaomi Yi相机仍然可以正常安装，无需对万向节进行任何修改。
第23步：将手机支架安装到发射器上
具体手机支架的安装步骤可能会有所不同，对于我的手机支架，我只是用了一块比支架吸盘稍大的带有双面胶的圆盘。我首先用双面胶带将该圆盘牢固地粘在发射器的背面。然后，将吸盘也就是手机支架固定到发射器上。将支架的金属板（手机支架自带）粘到手机外壳上之后，请掰弯支架的柔性机械臂，以便在正常握住发射器的情况下可以看到手机屏幕。手机支架的侧视图请参见上图。
手机支架末端的磁铁通过上述金属板将手机固定在支架上。
第24步：安装发射器电池
只需取下发射器的电池盖，然后将AA电池安装在电池盒中即可。然后，请根据两个引脚附近印制的极性（如下图所示，发射器的电池槽内部视角）将电池盒的小接头插入发射器。
！恭喜！您刚刚完成了航拍四轴飞行器的组装。然而，该四轴飞行器目前无法正常飞行。在第2部分和第3部分中，我们将描述如何配置四轴飞行器的软件、学习如何飞行并进行一些飞行测试。
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