Crazyflie飞控板电气原理.pdf

### Crazyflie飞控板电气原理详析 #### 一、引言 Crazyflie飞控板是一款专为小型无人机设计的飞行控制板。本文将深入探讨Crazyflie飞控板的电气原理，包括电池及其保护机制、电源管理系统、微控制器（MCU）以及传感器等关键组件的技术细节。 #### 二、锂电池与保护机制 ##### 2.1 锂电池特性 - **类型**：Crazyflie飞控板采用锂电池（锂离子聚合物电池），这种电池因其高能量密度和大放电电流而成为遥控模型领域中的主流选择。 - **安全注意事项**：尽管锂电池具备诸多优点，但它们也存在一定的安全隐患，如不当使用可能导致火灾或爆炸。 - **电池规格**：Crazyflie使用的锂电池具体参数为：型号671723HS25C3.7，电压3.7V，容量170mAh，尺寸约为6.9mm×17mm×23mm，重量约3.9g，推荐充电率为1C至5C，连续放电率可达25C，瞬时放电率高达50C。 ##### 2.2 电路保护模块（PCM） - **功能**：为了确保锂电池的安全使用，Crazyflie配备了一块PCM，用于监测电池状态并预防过充、过放以及短路等问题。 - **参数**：PCM的关键参数包括过充电检测电压（4.20±0.025V）、过充电解除电压（4.10±0.050V）、过充电检测延时（0.92~1.38秒）、过放电检测电压（2.80±0.050V）、过放电解除电压（2.90±0.100V）、过放电检测延时（115~173毫秒）、过放电电流（4~9A）、短路检测延时（220~380微秒）等。 - **建议使用条件**：PCM支持的最大连续充/放电电流为3A，建议工作温度范围为-20°C至+60°C。 #### 三、电源管理系统 ##### 3.1 电源管理芯片 - **核心元件**：电源管理主要由TI BQ24075芯片负责。该芯片能够控制电池的开关和充电过程，并提供了三种输入限制模式（100mA、500mA和用户自定义模式，默认为740mA），便于遵守USB标准。 - **充电速率**：考虑到Crazyflie使用的170mAh电池，推荐的充电速率不超过3C（即510mA），以避免过快充电导致电池损坏。 ##### 3.2 电源配置 - **设计特点**：Crazyflie飞控板采用了4层PCB板结构，其中一层作为独立的电源层，有效地减少了电源波动。 - **电压种类**：包括+BATT（3.0~4.2V）、VCOM（3.0~5.5V）、VCC（2.8V或3.3V）、VCCA（2.8V）、GND、DGND、AGND等。 #### 四、微控制器（MCU） - **型号**：Crazyflie使用的是STMicroelectronics的STM32F103CB微控制器，这款MCU自2009年起就被广泛应用于各类电子产品及无人机平台上。 - **性能参数**：STM32F103CB工作频率可达72MHz，配备128KB Flash和20KB RAM。截至2012年12月，固件占用46KB Flash和16KB RAM。 - **应用情况**：当前固件利用了处理器约40%的处理能力，并预留了足够的空间用于未来的软件升级和功能扩展。 #### 五、传感器 - **型号**：Crazyflie采用了Invensense公司的MPU-6050六轴传感器，集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计，为无人机提供稳定的姿态控制。 - **版本迭代**：首个版本即采用了此款高性能传感器，确保了Crazyflie出色的稳定性和控制精度。 #### 六、总结 通过对Crazyflie飞控板电气原理的深入分析，我们可以看出其在电池安全防护、电源管理、微控制器选择以及传感器应用等方面均采用了先进的技术和设计方案。这些技术的应用不仅提高了无人机的整体性能，也为后续的产品开发提供了宝贵的参考经验。