拆解:DJI Spark无人机

2020-11-04 14:55:00
技术管理员
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无人机既有趣又有用,但是从纯粹的工程学角度来看,当涉及到功耗,加工性能,重量,尺寸和成本的经典折衷时,它们就是橡胶之路。 与大多数电子系统相比,每平方毫米包装的传感器,执行器和RF通信数量更多,实际上它们被撕裂以查看其工作方式。 因此,我们采用了DJI Spark无人机并做到了。


这是一次“彻底销毁”的拆除,可能仍需要您的帮助才能在此处和此处找到某些零件。 如果您想尝试自己的设计,我们还将介绍一种非常便宜的 迷你无人机开发套件 STEVAL-DRONE01,它将满足您提高无人机食欲所需的大部分工作并让您尝试。


为什么选择DJI Spark无人机?

最初的计划是将UVify OORi放进去,后者是由一对无人驾驶赛车爱好者设计的。 通过设计,它很快—非常快。 售价295美元,这是相当便宜的,但对于新手(像我这样)来说,它也很难控制,而且它只有两分钟的短电池续航时间,使他们学习耐心。 它可以从A点快速到达B点,但只有在良好的手中。 否则,期望多次击打介于两者之间的所有物体,包括地面。


还存在一个事实,那就是它没有足够的花哨功能,例如物体检测和回避,回家,语音控制和跟踪功能,使它变得有趣。 输入DJI Spark。 售价约450美元,它具有所有关键功能,由无人机之王DJI制造。 无论是专家还是新手,它的创建都是为了娱乐。


本文拆卸的套件是Fly More Combo,其中包括额外的两个电池,螺旋桨护罩,额外的螺旋桨,随身携带的手提袋,以及无人机和控制器。 与许多设计一样,该控制器具有主控制按钮和操纵杆,同时充当智能手机的底座,该智能手机既可作为显示屏,又可运行DJI主无人机控制应用程序。

  图1 这是Fly More Combo套件中DJI Spark无人机的三个视图,包括充电座,螺旋桨护罩,附加螺旋桨和控制器,显示在最右边的两个附加电池下方。挥霍多余的电池:他们值得。


   在首次亮相时,Spark是有史以来最令人期待的无人机之一,这是有充分理由的。 开箱即用的感觉是“质量”。 小巧,密集,坚实而优雅。 您知道您拿着的是做得好的东西。 它的射程为2000米,重0.66磅(不含电池),尺寸为5.6×5.6×2.2英寸。 其1480 mAh,11.4V电池的飞行时间为15分钟(悬停),最大速度为31 mph。


对于专家来说是方便的,对于新手来说是不必要的,该无人机具有多种智能飞行模式。 它还使用红外传感器在两个方向上进行避障,而使用12兆像素CMOS相机则在五个方向上(全部)避障。 摄像机输出分辨率为1920×1080 @ 30 fps的视频,并使用两轴云台稳定俯仰和横滚。 用于偏航/旋转稳定性的第三轴将是不错的。


该无人机可在2.45和5 GHz频段中运行,还具有GPS / GLONASS功能。 它的许多功能可以在 DJI Spark信息 主页上查看。 可以说,这是一种使用上的乐趣,而且做得如此之好,以至于把它拆开都是可耻的,但这就是演出。


在DJI Spark无人机内部

Spark结构良好,因此进入内部需要花费一些工作。 该过程开始于暴露其下腹部,以卸下固定顶盖的螺钉( 图2和3 )。



                                                                                             图2 这些视图显示了DJI Spark的顶部和底部


                                                           图3 卸下顶部后,露出了主冷却系统。

 取下顶部即可看到主要的冷却系统,该系统使用水平风扇将空气向下推动到散热器的通道导轨中。 热管理系统位于EMI屏蔽罩的顶部,电磁屏蔽罩位于其下方。 GPS主模块的更换价格为30至50美元


 从背面观看的视图显示了微型USB接口和存储卡插槽,以及四个无刷DC(BLDC)电机中的两个,其LED透镜位于下面( 图4 )。 LED灯虽然“漂亮”,但在白天,特别是在黄昏或黑暗中,也可以使无人机在高空高度可见,这是合规性的重要因素。


                             图4 从后视图显示了微型USB接口和存储卡插槽,以及四个电机中的两个,其LED透镜位于下面。


下一步涉及卸下热管理系统和EMI屏蔽,以露出主板顶部( 图5 )。


                                                图5 去除EMI屏蔽的主板显示导热膏几乎覆盖了每个IC。


去除导热膏可以更清楚地了解驱动Spark的巨大脑力( 图6 )。 真的很挤!

                                                                                图6 此主板顶部的近视图去除了导热膏(大部分)。


很难知道从何处开始使用Spark的处理能力,因此我们将从以STMicroelectronics的 STM32F303  MCU( 图7 开始的电动机控制部分(图6的左侧)开始

                                           图7 主Spark板装有STMicroelectronics STM32F303,Intel Movidius MA2155 VPU,

                                                   Leadcore LC1860C SoC和Atheros / Qualcomm AR1021X双频Wi-Fi SoC。


STM32F303是一种混合信号处理器,可执行许多电机控制功能。 它基于以72 MHz运行的Arm Cortex-M4微控制器,并由浮点单元(FPU)和DSP指令支持。 '32F303'上还包含多达七个快速和超快速比较器(25 ns),多达四个具有可编程增益的运算放大器,多达两个DAC,多达四个超快速12位ADC和电机控制计时器( 图8 )。


                    图8  STMicroelectronics的STM32F303基于具有FPU和DSP功能的Arm Cortex-M4,但还集成了高速DAC,ADC,比较器

                                                      和优化的存储器,以及所有其他功能,所有这些功能都致力于最小化延迟。(来源: 意法半导体

  这里的重点是针对快速响应时间的低延迟,以实现精确控制和避免对象。 通过使用内核耦合内存SRAM(又称常规增强器)可以支持此功能。 这种存储架构可提高对时间要求严格的例程,据意法半导体(STMicroelectronics)称,它比闪存执行速度快43%。


电机驱动部分的另一半包括两个Monolithic Power  MP6536 三通道半桥驱动器IC,用于驱动四个三相BLDC。


右下方是 运行频率高达300 MHz的基于 Atmel / Microchip Technology  ATSAME70Q21  Arm Cortex-M7的MCU和 运行于1.45 GHz 的Leadcore Technology  LC1860C 四核基于Arm的片上系统(SoC)。 处理器由 Micron Technology  71A98 JWB30低功耗DRAM(LPDRAM)支持。


ATSAME70Q21具有16 KB的ICache,6 KB的具有错误代码校正(ECC)的DCache,单精度和双精度硬件FPU以及16个区域的存储器保护单元。 LC1860C基于28 nm工艺,与四核Cortex A7一起使用,具有双核MaliT628,可处理1 Gpixels / s。 这是主要的图像处理器。


图7的底部是 Atheros(Qualcomm)  AR1021X双频2.45 GHz和5.8 GHz Wi-Fi SoC。 它设计用于2×2 MIMO,并具有自己的内部功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)。 左上方和左上方是Leadcore  LC1160 电源管理IC(PMIC),上方是 带有1 Gbit DDR内存和安全启动功能 的Intel  Movidius  MA2155 视觉处理单元(VPU)。


Leadcore 1.45 GHz SoC和Intel Movidius神经网络处理器的使用说明了DJI对无人机设计的重视程度。 Leadcore总部位于中国,专门研究智能手机的SoC(功能/ mW / mm3权衡的终极平台),英特尔收购了Movidius,以提供其基于神经网络的先进图像分类功能,该功能一直是,而且仍然是自动驾驶汽车所希望的。 。 在Spark无人机中,它用于映射环境。

  主板的背面装有无源和分立组件,并显示USB OG端口和SD存储卡插槽( 图9 )。



                             图9 主板的背面主要由无源和分立组件以及USB OTG端口和存储卡插槽组成。


 辅助板固定有GPS / GLONASS组件( 图10 )。 Spark导航系统的核心是u-blox  M8030-KT  GNSS IC(专业级版本)。 该芯片可以同时接收3个GNSS信号(GPS和Galileo以及GLONASS或Beidou),灵敏度为−167 dBm。


                      图10  Spark的导航核心是u-blox M8030-KT GNSS IC。


相机云台和距离传感器

摄像头模块以〜45°朝下的角度悬挂在机箱下方。它使用一个两轴万向架,该万向架使用连接到机架的弹性带旋转( 图11 )。它由手臂中的驱动机构控制。

                                                                                    图11 摄像机模块(顶部)使用松紧带固定在机箱上,并由臂中的驱动机构控制。


无人机的前部是基于反射LED信号的3D距离传感器( 图12 )。 中间是主要的配电中心(连接电动机),底部是Wi-Fi天线。



                            图12 卸下顶部PCB露出了主要的配电布局线束和Wi-Fi天线。 图像的顶部是无人机的正面,

                                                         它包含一个基于反射式LED光的前向3D测距系统,在左侧分别显示。 


传感器的范围为16英尺,可以检测反射率大于20%的大于20×20 cm的漫反射表面,因此可以轻松检测并避开墙壁,人和树木。


底盘下方朝下的是声纳和红外测距组合,用于高度检测( 图13 )。



                                                                图13 底盘下方的红外和声纳组合跟踪了无人机与地面的距离。

总而言之,DJI Spark无人机是一个精良的系统,但它有其独特之处。 例如,Wi-Fi连接的QDR代码不起作用,并且固件更新导致无人机锁定。 尽管如此,使用Pixel 2 Android手机仍能很好地运行该应用。


用于实验的无人机开发套件


对于任何考虑采用无人机设计的设计师,都值得 一试 STMicroelectronics  STEVAL-DRONE01 开发套件。 它具有高性能STEVAL-FCU001V1飞行控制器单元(FCU),以及组装微型无人机所需的电机,螺旋桨,塑料框架和电池。


飞行控制器单元运行固件(STSW-FCU001),以控制每个连接的电动机的速度并稳定无人机。 为了实现这一目标,板上的STM32F4微控制器分析了来自加速度计和陀螺仪传感器的数据,以提供高度准确的稳定性和控制能力。 FCU板包含一个低功耗蓝牙SPBTLE-RF模块,因此您可以将运行专用应用程序的智能手机变成遥控器。





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