拆解陀螺儀玩具直昇機

在拆解遙控玩具直昇機之前，我們先稍微簡單說明一下直昇機的飛行原理。

不好意思，可能畢業N 年了，學校念的可能都還給老師了，如果有說明不對的地方，

還請各位多包涵或指教一下了囉！

一般飛行器的飛行動作可分成三個方式：Pitching （俯仰）、Rolling （翻滾）及Yawing 。

就是X Y Z 三軸啦～...傳統固定翼飛行器，譬如一般飛機，機翼只是提供升力。

以上三種飛行動作就必須透過一些控制面來產生：Pitching 是由水平尾翼產生力矩，

Rolling 是由主機翼上的副翼來產生力矩、Yawing 是由垂直尾翼來產生力矩。

一般來說：Rolling 與Pitching 動作都可以直接單獨產生而做出所需的飛行動作，

但Yawing 的動作，一般是要搭配其他兩者動作才可以順利完成機鼻指向性的改變！

直昇機的飛行原理與一般固定翼飛行器是有所不同的，它是由主旋翼旋轉產生升力的。

但因為主旋翼的旋轉會因為旋轉關係，機身本身會產生反作用力，而讓機身產生反方向

旋轉，所以直昇機必須靠垂直尾旋翼來產生另一個反方向力矩來消除這個反作用力旋轉。

否則，就是要做成兩個（組）不同旋轉方向的主旋翼來彼此消除反作用力。

當然一般大型直升飛行器，會考慮到兩組重疊主旋翼的氣流干擾問題，沒人會這麼做的啦。

所以，直昇機可以透過控制這兩者作用力與反作用力的力矩差來產生Yawing 動作。

但是因為直昇機的主旋翼只負責產生垂直升力，他並無法產生飛行器前進力矩，

所以，直昇機要直線前進飛行時，就是要讓主旋翼產生傾角，讓他產生向後推力，

才可以向前飛行，所以我們就可以發現：直昇機要前進時，一定會產生Pitching 動作。

至於直昇機要做Rolling 動作是比較難的啦...因為主旋翼氣漩所產生升力的關係，往往直昇機

要做出Rolling 動作，一定會有很明顯的飛行高度損失，而直昇機一般都定位成低空飛行

用途之飛行器...所以，我們就比較少看到直昇機作 Rolling 飛行動作。

因為直昇機的主旋翼因旋轉旋翼所能產生的升力有限，一則必須增加主旋翼數量，

譬如我們看到像黑鷹或海鷗直昇機他的主旋翼數量與大小都比較多也比較大（長），

相對來說：他的飛行（滯空）穩定性也比較好，所以非常適合救難任務所需。

而一般戰鬥直昇機講求機動性靈活，所以他的主旋翼的數量就比較少...

但不管怎麼方式，直昇機在一定的機（主旋）翼面積下載重都無法跟一般固定翼飛機

相較量。（因為旋翼所產生的氣流會干擾旋轉時旋翼前後的氣流問題...）

好了...一般基本飛行原理觀念講完了。

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所以，我們打開這一種遙控直昇機時，我們就發現它是採用不同旋轉方向的主旋翼，

用來抵銷主旋翼所產生的作用力與返作用力的問題。這樣子的控制結構比較簡單。

而尾部那個小旋翼是提供一個直昇機要直線飛行時，所必須產生的Pitching 動作，

好讓直昇機主旋翼可以產生傾角...（玩具直昇機不坐人，所以，不用考慮保持機艙水平舒適性！）

而這個旋翼就是要產生兩種飛行力矩：一個旋轉方向是產生前進時的向前傾角；

另一個就是反方向旋轉而產生後退時的向後傾角。有點像固定翼飛行器的水平尾翼功能。

當直昇機不作前進後退動作時，就根本用不到這的尾部旋翼任何動作。

所以，以馬達控制來說：兩個主旋翼都只需要單方向的馬達旋轉控制方式，

但因為要考慮到控制升力與Yawing 力矩的產生，所以這兩顆馬達需要兩組PWM 。

而尾部那個馬達不需要PWM...但硬體線路上須要做成 H- bridge 方式，

來控制兩種不同的旋轉方向。,,,,,這樣子解說了基本的MCU 控制馬達所需的基本規格。

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至於它要號稱有陀螺儀穩定功能，從以上的飛行原理知道，那我們當然就知道他應該就是

在控制飛行穩定時的Yawing 動作的穩定（這是以我本身的航空知識所推論的啦！）

所以他所含陀螺儀MEMS 晶片，應該就只是Yawing 方向的偵測了。

那我們就可以開始動手拆直昇機了：

他用的電池就是一般大陸PHS 小手機的3.7V 充電鋰電池啊。

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另外我就可以發現他MEMS 陀螺儀的擺設方式：果然就是以Yawing 方向為主了。

（唉～又多一道加工方式，這肯定是人工焊上去的啦！）
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因為它是用紅外線控制的，所以就會有紅外線接收器，因為一般MCU 沒辦法推馬達，

所以，他們就有一般晶體功率元件...另外，最主要的就是MCU 了。

其實，我在拆機器之前就知道：他們用的MCU 就是SONIX的 SN2711A 了，

MEMS 陀螺儀是用村田(Murata) 的....這個陀螺儀用的是一般科氏力原理，

這一部份我們念航空的動力學也有教...反正就是您沿著旋轉體直線移動時，

會產生偏移力量...最明顯的例子就是地球表面的南北半球的颱風氣漩方向。

所以，這個陀螺儀的原理就是以A/D 輸出方式來表現他的角速度值。

這也是MCU 所需的另一個規格...當然啊，以系統設計的角度，為了飛行穩定的考量，

應該也會偵測電池電壓（A/D），用以保護操作電壓的穩定性啊。

至於，韌體程式需要做到 PID 控制嗎？！我認為應該不用啦。

反正我也知道這一棵MCU 的韌體程式空間也不大，所以，我想應該也不用了。

好了，這樣子的一個MCU 規格，那當然鐵定有許多MCU 廠商想搶著做了囉，

這是標準台灣IC 廠的產業模式，當然，許多工程規格大家都可以看著別人家的規格

跟著調教...否則就是價格跟著砍啊。

這一個東西從去年出來，市場售價就一直掉，現在都有號稱五百多塊台幣就可以買得到，

當然我就以台北地下街或是萬年大樓的一般行情來看：大概就是 750 ～ 800 之間啊。

而以一般市場行銷的利潤分配來看：這個東西的出廠價應該都壓在 250 元以下了。

那這還包括遙控器、電池、充電器、模具、包裝成本與組裝人工等，

所以這一塊電路版應該都不到 3、40 元了。

其實，我也知道這一棵MCU 的一般市場報價行情：1.3 RMB 啦...

所以啦...如果有興趣的業者或廠商，就可以趕快加緊步調，趕快搶入吧，

SN2711A 主要重要規格就是 A/D 號稱準確，有硬體的PWM...內部RC Clock 準...

這裡提到的準...我們所要求的就是電壓飄，溫度飄...都要在一定的範圍內啊。

只要您認為您的IC 實力夠，也不一定要馬上到位，反正終端市場價格一直降，

只要您敢跟價格，一路殺啊...在業務市場上大概也就有人願意再試試了囉。

反正陀螺儀這顆MEMS 能殺價的空間也不大，唯一能在BOM表上作文章的就是MCU 了囉。

所以，經由我這樣子產品與技術分析，要去MCU IC 廠要幹PM 或業務也沒啥疑慮的，

您自己就可以從 1.3 RMB 抓毛利，之後就是看Wafer 的IC 數量，然後再往下抓封測費用...

所以您就知道您的MCU IC 的成本必須要壓在哪裡了。...

當然啊，您還要留一點給通路商幫您扛財務風險，這些費用抓一抓...

您大概就可以開規格給IC 設計工程師爆肝擠出您要的產品了。不用想額外的規格...

只要您老闆（金主）願意花錢開IC，有賣肝、願意跑汕頭澄海出差的工程師就可以了。

否則，還是您要考慮做山寨手機啊？！...反正電子這個行業有量可以開IC 的～

也就是這幾類產品啊。...要嘛就是手機，否則就是玩具類的IC 啊。玩具IC 也沒用到

Andriod 高深的程式技巧，如果，不想寫程式，就大陸找幾個在地工程師做啊，

您說：是不是？！......