李金河

今年初，隨著煙花禁燃的放開，社區(qū)里、街道旁又充滿了“人間煙火”。無人機(jī)載煙花越來越流行，如何安全有效燃放煙花？目前，主流方式是在地面點(diǎn)燃煙花后再讓無人機(jī)緊急起飛，但這種方式容易導(dǎo)致人們被煙花或無人機(jī)誤傷。

能不能實(shí)現(xiàn)在空中點(diǎn)火？我看著掛在墻上自制的穿越機(jī)，有了主意——設(shè)計(jì)一款察打一體無人機(jī)。

一、設(shè)計(jì)方案

根據(jù)字面意思，察打一體無人機(jī)要具備“察”和“打”的功能，即具備圖像采集與傳輸功能，還要有可控點(diǎn)火裝置能機(jī)載的火藥。圖像采集和傳輸系統(tǒng)在飛機(jī)上已集成好，所以主要考慮火藥的類型與可控點(diǎn)火裝置。

二、選擇火藥

市面可做火藥的煙花有仙女棒、竄天猴、摔炮、擦炮、爆炸式煙花等。仙女棒的威力不大，而摔炮、擦炮等有損壞無人機(jī)的可能。綜合考慮，我選擇竄天猴作為機(jī)載火藥。

三、可控點(diǎn)火裝置電熱絲的選擇理論分析

點(diǎn)火裝置最重要的是熱源。根據(jù)導(dǎo)體的發(fā)熱公式，熱源導(dǎo)體需選用比導(dǎo)線電阻大得多的導(dǎo)體，以避免導(dǎo)線過熱。根據(jù)歐姆定律，線路的總電阻不能太大，以保證發(fā)熱的主導(dǎo)因素——電流足夠大。經(jīng)分析計(jì)算，我選擇鎳鉻合金絲作為發(fā)熱絲。

材料選定后，就要確定合金絲的規(guī)格。我準(zhǔn)備用衛(wèi)生紙作為電熱絲引燃煙花引線的媒介，以提高成功率。查找資料后得知，若要引燃衛(wèi)生紙，電熱功率應(yīng)不低于60 W。該穿越機(jī)巡航電流為7 A左右，待機(jī)平均電壓約為16 V，巡航安全限制電壓12V。電池放電倍率100 C，容量1550 mAh。經(jīng)過漫長(zhǎng)的理論分析，應(yīng)使用2 cm，0.1 mm線徑的合金絲。

四、設(shè)計(jì)可控點(diǎn)火裝置電路

之前自制的穿越機(jī)的飛控系統(tǒng)采用的是Betaflight系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是開源系統(tǒng)，根據(jù)它的開源介紹，是支持舵機(jī)的。更重要的是，該系統(tǒng)支持輸出20 ms周期的pwm方波信號(hào)。也就是說，可以通過方波信號(hào)來驅(qū)動(dòng)mos集成電路，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)繼電器——它可以作為可控制引火裝置的驅(qū)動(dòng)部分。

五、制作可控點(diǎn)火裝置硬件

我將掃了齒的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板取下，讓它發(fā)揮“余熱”，省去了定制電路板的麻煩。

六、安裝

將點(diǎn)火裝置安裝在穿越機(jī)上，并設(shè)置相關(guān)通道，修改無人機(jī)程序。由于發(fā)熱元件不能用傳統(tǒng)焊接方式連接，只能用螺絲將電線與合金絲固定在一起。電線采用耐高溫的硅膠線，防止電線被尾焰破壞。

七、測(cè)試效果

察打一體無人機(jī)測(cè)試效果符合預(yù)期，可控性和安全性較好，裝載不同的煙花可以玩出很多花樣。比如，裝載“青春互動(dòng)”煙花的穿越機(jī)進(jìn)行花式飛行，可以制造出獨(dú)特的視覺效果，為節(jié)日增添歡樂的氣氛。

此外，空中點(diǎn)火的設(shè)置提高了煙花燃放的安全性，避免了地面點(diǎn)火誤傷人或引起火災(zāi)的情況發(fā)生。