Drone Vespa - Em construção...

Versão: ESP-IDF 5.2

Componentes Utilizados

• Microcontrolador:
  • 1 × ESP32-S3-Zero
• Sensores:
  • 1 × MPU6050
  • 1 × TOF400C VL53L1X (3.0–5.0V, 40mA, 940nm IR)
    • Dead Zone: 0–4 cm
    • Distância máxima: 4 metros. Mas visto que depende da luminosidade, inclusive em funcão da frequência de leitura por segundo. Ainda fazendo alguns testes.
• Potência e Controle:
  • 4 × Transistores MOSFET canal N IRLZ44N
  • 4 × Resistores SMD 10K
  • 4 × Resistores SMD 1K
  • 4 × Diodos 1N4148
• Propulsão:
  • 4 × Motores 8520 coreless
  • 4 × Hélices 55 mm
• Alimentação:
  • 1 × Bateria 1S (3.7V, 480mAh)
• Estrutura:
  • 1 × Frame QX95 3"
• Peso:
  • 50 Gramas sem bateria, do jeito que esta na foto abaixo.

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Disposição dos Motores

            Frente
             /\
        M1       M2
      (CW)       (CCW)

        M4       M3
      (CCW)       (CW)
             \/
          Traseira

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Eixos e Movimentos

• Z (Throttle / Propulsão): Sobe e desce – aumenta ou diminui todos os motores.
• Z (Yaw / Guinada): Rotação no eixo vertical – altera CW e CCW de forma oposta.
• X (Pitch / Arfagem): Inclinação frente/trás – ajusta frente vs. traseira.
• Y (Roll / Rolagem): Inclinação lateral – ajusta esquerda vs. direita.

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Ilustração dos Movimentos

+-------------- Y
|   A)      B)       C)       D)
|  >  <<   >>  <    >  <<    >>  <
|  << >    <  >>    <  >>    <<  >
|
|   E)      F)       G)       H)
|  >> <<   >  <     >> <<    >  <
|  << >>   <  >     <  >     << >>
X

Ações:

• A) Guinada sentido anti-horário
• B) Guinada sentido horário
• C) Rolagem positiva
• D) Rolagem negativa
• E) Decolagem
• F) Aterrissagem
• G) Arfagem positiva
• H) Arfagem negativa

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Relações de Força (Simplificado)

// Força total
Ftotal = F1 + F2 + F3 + F4

// Torque Roll (eixo X)
Troll = (F2 + F3) - (F1 + F4)

// Torque Pitch (eixo Y)
Tpitch = (F1 + F2) - (F3 + F4)

// Torque Yaw (eixo Z)
Tyaw = K * ((F1 + F3) - (F2 + F4))

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Circuito com Mosfet

Conexão: Gate (GPIO) → Drain (Motor) → Source (GND)

Cor do fio do motor ao Dreno de cada MOSFET:

• M1: Branco
• M2: Vermelho
• M3: Branco
• M4: Vermelho

Diagrama Simplificado para um único motor:

              +--------------+
              |     (  )     |
              |              |
              ---------------|
             /              /|
            ---------------- |
            |              | |
            |   IRLZ44N    | |
            |              | |
            |              | |
            |  G   D   S   |/
            +--+---+---+--+
               |   |   |
               |   |   +-------------+
               |   |                 |         
               | ( o ) Motor         |
               |   |                 |
               |   O                 |
               |   Vcc Bat+ 3.7V     |
               |                     |
               |                     |
               +--/\/\/\--+--/\/\/\--+
                   1K     |    10K   |
                          |          |
                          |        -----
                          |         ---
                          |          -
                          |          
                          O          
                         PWM recebido do ESP32-S3-Zero em 10KHz, testado em outras frequências, mas teve um bom desempenho em 10KHz

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Diagrama:

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Fotos:

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Próximos passos

  - Acertar parâmetros do PID, fazer implementação para enviar as alterações remotamente em voo
  - Verificar nível da bateria
  - Avaliar o uso de Wi-Fi para controle ou um módulo LoRa
  - Implementar segurança: em caso de desnível acentuado em Pitch ou Roll, desligar os motores

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Mapeamento dos Pinos (GPIO)

    Motores:
        M1 (Frente esquerda)......: GPIO 1
        M2 (Frente direita).......: GPIO 2
        M3 (Traseira direita).....: GPIO 3
        M4 (Traseira esquerda)....: GPIO 4

    MPU6050:
        SDA.......................: GPIO 12
        SCL.......................: GPIO 13

    VL53L1X:
        SDA.......................: GPIO 8
        SCL.......................: GPIO 9

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Preparando o Ambiente ESP-IDF

idf.py create-project esp32s3
cd vespa
idf.py set-target esp32s3
idf.py create-component -C components baselib
idf.py menuconfig

Configurações feitas no menuconfig:

• Serial flasher config / Flash size: 4MB

• ESP System Settings / CPU frequency: 240 MHz

  ⚠️ Observação: Atualmente ainda com 160 MHz

Adição no CMakeLists.txt (na raiz):

set(EXTRA_COMPONENT_DIRS /home/mauro/esp/esp-idf-lib/components)

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Links utilizados:

• ESP Drone Drivers (Espressif)
• esp-idf-lib (UncleRus)
• ESP32 VL53L1X Interface Obs.: Alterado linha 1597 do vl53l1x.c para: i2c_set_timeout(port, 30); Estava dando "i2c timing value error" ao iniciar a execução do código, apesar de funcionar fiz a alteração para o ESP32-S3 utilizado sem erro.