圖1 本人DIY的競賽類四旋翼無人機
一架學校競賽類四旋翼無人機的基本硬體構成，需包括：鋰電池、電機、電調、香蕉頭、槳葉、機架、保護罩、飛機控制板、小型計算機、攝像頭等其他感測器、配套資料線若干。
事先宣告，本次所有照片並沒有推廣其產品的意思，只是方便大家認識這些零件的樣子。
以上所說的基本硬體是為了能完成一個基本的競賽專案，因為競賽一般要求起飛後全自動完成任務，所以整個硬體架構需要採用上下位機來進行控制。那麼，接下來我分別詳細說明一下這些硬體的特性。
鋰電池：就像蓄水池一樣，是整架飛機的能源起點，由於無人機對於能源要求較高，因此選取鋰電池的容量一般要求較高，這樣不僅是為了比賽時的穩定性，而且也為了實驗過程中的效率，眾所周知，鋰電池的充電速度是比較慢的。所以我們一般對於一架電機對角線距離450mm的無人機而言（後面例子都是這種型號），選取5400mAh·35C的鋰電池合適，5400mAh指以5400mA空容量充電或滿容量放電，時間為一小時；35C時電流可以放大的倍數。這樣的鋰電池一般可以使無人機穩定情況下飛行15分鐘左右，容量一般越大越好，但隨著容量增大，價格和鋰電池重量也會增大。鋰電池還有個重要引數是S，一般我們使用3S或者4S，意思是三節3。7V或者四節3。7V串聯，顯然這導致電壓不同，進而影響後續電機的轉速。
圖2 常見無人機鋰電池
電機：就像水龍頭一樣，是飛機最後能輸出多少能量，一般都採用無刷電機。選取引數為2216·950KV，其中22為定子外徑，16為定子厚度，950KV為每增加1V，轉速增加950，2216的值越大，電機的動力越大，對於KV值越大的，轉速越快，扭力越小；KV值越小的，則相反。因此大槳葉需要小一點的KV值來保證扭力夠大，一般10英寸（254mm）的槳葉需要800-1200左右KV值。另外，還有最大承載電流20A等引數，是為了選取配套的電調。
圖3 電機的選取
電調：就像輸送水的導管一樣，但是不單單是導管，它擔任了半導體電子開關的作用，從而改變無刷電機三相交流電和直流電的轉化。市面上的電調有大致分為有無BEC，也就是電調的另一端是三根訊號線還是兩根訊號線，如果是三根線，那麼接到後面的飛機控制板後，飛機控制板則不需要另外採取供電措施，意味著電調將鋰電池電壓降壓後，直接給飛機控制板供電。一般採用30A-40A（持續輸出電流）的電調，電流不小於電機所需要的電流。
圖4 40A有BEC的電調
香蕉頭：四個槳葉，對角線一對是逆時針旋轉，一對是順時針旋轉（具體連線網上有教學），因此電調和電機的連線有時候需要任意交換兩根線，來改變電機的轉動方向，香蕉頭可以快速插拔。
槳葉：一般用254mm長度的槳葉，槳葉較大，升力比較大，有部分槳葉和電機配套，方便旋轉進電機。
圖5 配套前面電機的一對槳葉
機架、保護罩：作為剛開始競賽的同學，一般不需要考慮機架的問題，直接採購450mm及以下碳纖維材料的機架比較合適，其重量較輕，較為結實，需要考慮飛機上感測器的擺放，來決定機架的型別；保護罩是必須要有的，選擇自己SW構圖碳纖維列印，一般選擇半包，或者全包，這樣不容易觸碰障礙物，傷及人和飛機。
圖6 碳纖維450機架
飛機控制板：常見的PIXHAWK系列，一般用2。4。8或者4版本，兩者在硬體介面上有一定區別。飛機控制板主要是控制飛機的基本飛行動作，包括飛機飛得平穩，按照路徑飛行等，控制板內包含了軟體程式碼（韌體），利用USB或者Linux可以更改程式碼，我們一般只需要將PIXHAWK板連入電腦，開啟地面站，在引數表裡按照自己飛機的特性，更改PID引數和其他解鎖有關的引數即可。到這裡，滿足以上這幾個硬體，再加上遙控器和接收機，無人機就可以透過遙控飛行。
圖7 PIXHAWK4
小型計算機：作為無人機的上位機，對下位機飛機控制板進行無人機的規劃控制。飛機控制板一般有嚴格的軟體框架，我們很難在這些框架中新增屬於自己的任務程式碼（框架都有時鐘週期，破壞時鐘可能導致整個程式碼崩潰），而且其處理器不能完成AI程式碼和視覺程式碼，很難完成競賽中的任務。選取一個小型計算機，將外設感測器連線到此，在上面完成程式碼的編寫，感測器資料的處理，無人機路徑的規劃等等操作，再透過資料線向下位機發出指令。在小型計算機上的系統環境和程式碼架構，我將在之後的文章中重點解釋，有興趣的可以關注我！
圖8 小型計算機jetson nano
攝像頭等其他感測器：這塊需要根據競賽題目而設定，一般的攝像頭和雙目攝像頭都是需要的，這就像我們的眼睛一樣，如果對視覺處理要求不高的，採用Openmv就足夠，再根據USB轉換器就可以直接連線在上位機上；雙目攝像頭用於無人機的自主定位，能夠很好地反饋出無人機室內所在的位置。其他的重要感測器有鐳射雷達，GPS，鐳射感測器等等，我將在之後的文章中逐一深度分析以上感測器的原理及用法。
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