Проектирование системы управления полетом: Проектирование аппаратного обеспечения и печатных плат с помощью KiCad - Лаборатория Фила №1

YOUTUBE · 25.11.2025 04:58

Ключевые темы и таймкоды

Введение в разработку системы управления полетом

0:07

Разработка системы управления полетом с нуля, включая аппаратное и программное обеспечение.
Система предназначена для использования на автономных беспилотниках с размахом крыльев около 2,5 метров.
Основное внимание уделяется проектированию аппаратного обеспечения и тестированию.

Цели и компоненты системы

1:00

Цель - создать полноценную систему управления полетом с нуля.
Включает аппаратное обеспечение, программное обеспечение, навигационные алгоритмы и наземную станцию управления.
Система должна быть стандартизированной и надежной, с возможностью использования в различных системах.

Прототип и требования к оборудованию

2:21

Прототип платы, разработанный и протестированный.
Необходимые датчики: инерциальный измерительный блок IMU, магнитометр, барометр, GPS-приемник.
Разъемы для подключения радиоприемника, компьютера и других интерфейсов.

Логика и структура системы

3:52

Разделение системы на навигационный компьютер и компьютер управления полетом.
Навигационный компьютер обрабатывает данные с датчиков и выполняет каскадные фильтры Калмана.
Компьютер управления полетом получает окончательные оценки состояния и управляет сервоприводами и двигателями.

Энергонезависимая память и распределение мощности

5:26

Использование энергонезависимой памяти EPROM и флэш-памяти для хранения параметров и ведения журнала.
Распределение мощности: 5-вольтовая шина для сервоприводов и 3,3-вольтовая шина для навигационного компьютера и периферийных устройств.
Дополнительные разъемы для подключения радио и других устройств.

Выбор микроконтроллеров и датчиков

6:30

Выбор микроконтроллеров STM32 для навигационного компьютера STM32F4 и компьютера управления полетом STM32H7.
Выбор датчиков с учетом диапазонов измерений и шумовых характеристик.
Выбор периферийных устройств и разъемов для удобного подключения и отладки.

Распределение электроэнергии и выбор компонентов

7:46

Выбор импульсного регулятора для питания системы.
Следование спецификациям производителя для выбора компонентов и их размещения на плате.
Использование прикладных узлов для проектирования и настройки компонентов.

Физические компоненты и сборка

9:03

Выбор физических компонентов, таких как микроконтроллеры и резисторы.
Различные пакеты и типы микросхем для разных нужд.
Сборка и тестирование системы после завершения проектирования.

Выбор компонентов и разъемов

9:30

Размер платы должен соответствовать размеру устройства.
Важно учитывать удобство пайки компонентов.
Правильный выбор разъемов важен для совместимости и безопасности.

Проектирование печатной платы

10:47

Выбор количества слоев печатной платы.
Порядок расположения слоев и размеры платы.
Размещение компонентов и разъемов.

Маршрутизация и тестирование

12:29

Проверка возможностей производителя печатной платы.
Маршрутизация важных сигналов и заземления.
Проверка правильности подключения и соблюдения спецификаций.

Сборка и тестирование устройства

14:50

Проверка компонентов и отсутствие коротких замыканий.
Подключение источника питания и проверка напряжения.
Тестирование драйверов и периферийных устройств.

Проектирование и прошивка

16:39

Запись ошибок и создание нового дизайна.
Переход к проектированию оборудования в KCAD.
Видеоролики о низкоуровневой прошивке и протоколах телеметрии.

Оценка состояния и управление

17:34

Оценка состояния фильтров Калмана.
Реализация системы управления авиамоделированием.
Создание наземной станции управления для визуализации объектов.

Организация данных и компонентов

18:46

Созданы листы для различных разделов, включая питание, измерительные устройства и регуляторы.
Документы сгруппированы по категориям: компьютер управления полетом, периферийные устройства и подключения.
Приложены таблицы данных и ярлыки для удобства использования в будущем.

Аннотирование и проверка компонентов

19:35

Аннотирование компонентов в KCAD и проверка электрических правил.
Назначение контуров печатной платы символам схемы и создание чистого списка подключений.
Настройка маршрутизации и создание корневой платы.

Компоновка печатной платы

20:12

Разделение платы на секции: питание, навигационный компьютер, разъемы и контроллеры.
Описание компонентов: разъемы, стабилизаторы напряжения, измерительные резисторы и контрольные точки.
Использование разъемов micro и SMA для подключения.

Программирование и отладка

22:06

Разъемы для программирования и USB-соединения.
Использование десятиконтактных разъемов для отладки и переключения режимов загрузки.
Разделение платы на слои для питания, контроллеров и разъемов.

Кварцевые генераторы и резисторы

23:18

Расположение кварцевых генераторов и нагрузочных конденсаторов.
Расчет питающих резисторов на основе технических характеристик кристаллов.
Простота дизайна при соблюдении рекомендаций производителя.

Маршрутизация и заземление

24:44

Выделение важных частей: радиочастотные линии, кварцевые генераторы, USB-трассы.
Группировка проводов для заземления и минимизация сопротивления.
Проверка и соединение медных пор для улучшения заземления.