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無人機與 Arduino

· 4 min read
Ralph Chen
Ralph Chen
Human

我從上次的無人機科學玩具開箱學到怎麼組裝一台無人機，但這種玩具並沒有提供詳細的原理，我在 Github 上看到一個開源項目 CarbonAeronautics/Manual-Quadcopter-Drone 教你從底層開始做無人機，接下來我會參考這個教材來學習無人機

準備材料​

教材中用的開發板是 Teensy 4.0，不過這個價格比較高，我會用 Arduino 來實驗

  1. Arduino Uno, USB 線：很流行的開發板，先用這個做實驗
  2. Arduino Pro Mini (3.3V, 5V)：體積比 Uno 小很多，兩種版本都買，後續再想供電要怎麼安排
  3. USB 轉 Serial 模組(CH340G)：用來給 Arduino Pro Mini 上傳程式，因為 Pro Mini 沒有內建 USB 接口

arduino development boards

教材總共有24個項目，Project 1 是整個教材的總覽，介紹製作無人機所需的零件、工具和基本概念，今天先做 Project 2，用開發板控制 LED 的開關

控制 LED​

先在電腦安裝好 Arduino IDE，把 Arduino Uno 用 USB 線接到電腦，IDE 的 Examples/01.Basics/Blink 有控制 LED 閃爍的程式碼，上傳到 Arduino Uno 可以看到板子上的 LED 開始閃爍

arduino uno blink

範例的註解很詳細，setup 函式在一開始被執行一次，適合在這裡面寫一些初始化的程式，這裡是把板子內建的 LED 設定成 OUTPUT 模式，這顆 LED 已經跟某一個 GPIO 接起來，這裡設定的 OUTPUT 是在設定 GPIO，loop 函式則是會重複地被執行，每一次執行會先把這個 GPIO 給高電位，等待一秒，設定成低電位，等待一秒，繼續下一個迴圈，這樣 LED 就會不停的閃了

// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);                      // wait for a second
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);                      // wait for a second
}

Arduino Pro Mini​

我買的 Arduino Pro Mini 是需要自己焊上排針的，我有兩片(3.3V, 5V)，第一片(左)的 6 pin 排針應該焊在上方，我弄錯了所以沒辦法完全插入麵包板，右邊那一片才是對的，6 pin 的排針沒有焊的很垂直，以後再改進

arduino pro mini boards

以下步驟要小心，再三確認之後再接電腦，如果要以防萬一可以買 USB 隔離器，但我還沒有買

Arduino Pro Mini 板子上沒有 USB 接口，所以我們要用 USB to Serial 模組跟 Pro Mini 對接，模組有支援 3.3V 跟 5V 兩種模式，剛好我兩個板子都有，但電源供電就要注意，我打算直接用模組的電源來給 Pro Mini 供電

  • 3.3V 的 Pro Mini

    • 工作電壓(3.3V版本)：3.3V(VCC)、5V ~ 9V(RAW)
    • 把 USB to Serial 模組的 3V3 跟 VCC 接一起，像下圖就是用跳線帽接起來了，5V 沒有用到，可以給 3.3V 的 Pro Mini 供電，但要接在 RAW 腳位！不要直接接在 VCC

  • 5V 的 Pro Mini

    • 工作電壓(5V版本)：5V(VCC)、7V ~ 9V(RAW)
    • 把 USB to Serial 模組的 5V 跟 VCC 接一起，然後再接到 Pro mini 的 VCC，我是用麵包板接的

GND 接 GND，訊號的部分 RX 接 TX, TX 接 RX

usb to serial ch340g

把 USB to Serial 模組接到電腦 接著要開啟 Arduino IDE，Board 選「Arduino Pro or Pro Mini」，Processor 選擇相對應的 ATmega328p(3.3V 8 MHz) 或是 ATmega328p(5V 16 MHz)

我要上傳 Blink 範例卻失敗了，上網查發現要按板子上的 reset 按鈕，幾秒內放開，多試幾次會成功，可以上傳但效率差，先用 Arduino Uno 測試程式，好了再上傳到 Pro Mini

註：也有看到有人說要接 DTR 那個腳位，就可以不用按 reset，不過我的 USB to Serial 模組沒有把這個腳位拉出來，需要買有這種功能的 USB to Serial 模組