历时三周左右的时间，完成了一架四旋翼无人机F450的组装，今天成功试飞定高、定点、自动返航、自动降落等飞行模式，整体性能稳定。下面我将自己组装过程中遇到的一些问题及心得收获分享出来，希望对之后入魔的新手朋友有所帮助。
首先申明一下本人是菜鸟，此前未接触过无人机，几乎零基础组装四旋翼，在大神们前班门弄斧了。因为我在组装之初逛论坛时，觉得论坛里面的内容相对比较零散，不够系统。所以在自己组装完成之后，跟大家系统性分享一下。分享的内容在之前的论坛里面可能有所提及，我这里引用到之前魔友的帖子一般会注明出处，不排除遗漏的，希望被“侵权”的魔友不要介意。
一、目的
每个人入魔的目的不尽相同，有些人是娱乐的心态，将无人机当作玩具来玩，更关注的是操作技巧，体验操作无人机带来的愉悦感。有些人则是喜欢DIY，体验创造无人机带来的快乐，同时也享受操作无人机的愉悦。本人从小比较喜欢捣鼓这些玩意，这次偶然的机会接触到无人机，因此想着自己动手DIY，后续在逐渐去学习一下飞控算法。
目的不同，选择入魔的方式不同，想体验飞行操作的适合买一个到手飞，纯DIY的话可以购买一个套装来组装，想了解多旋翼无人机基本原理的就需要自己选配零部件。
二、基本原理
多旋翼无人机基本原理参见http://wenku.baidu.com/link?url=TT7fyptLVJ7bfU7uu6e5gJHIIs672fNaTWrDQkaehwfk3B-qnVEdORdZb_iuJDoj-skmReUZMivInJgd9QUP_-I4f7jELNcy0EnvQRo5gMy第一章节。简单来说，多旋翼无人机是通过控制电机转速来实现飞机的上升、下降、旋转、俯仰等控制。不同的飞控可能实现方式有所差异，我选用的APM飞控采用PID控制原理，具体参见http://wenku.baidu.com/link?url=3yKFTCVbWi3vb0Rqc-3_O5ge7ZyIdi8C4S4FBlgUcglAip4nCQzniToOISIgHZxKCRNVkbQttVXte0odYT0opsswl7t9o7hQ46Y4H3RIixW 。APM是一款国外开源的飞控系统，国内有一个衍生论坛http://copter.ardupilot.cn/及微博http://www.weibo.com/apmcn。
三、工具
工欲善其事必先利其器，组装前先准备好一些必要的工具，清单如下表：
烙铁套装（功率最好大一点）
焊接电机的香蕉头、XT60插头、机架板/分电板、电流电压传感器
尖嘴钳
安装脚架时固定螺帽
电子钳
剪电线、扎带等
万用表
测试机架板/分电板焊接是否成功
内六角螺丝刀(1.0mm、1.5mm、2.5mm、3.0mm)
安装GPS模块、组装机架板、力臂、脚架
尖头螺丝刀
打孔
胶枪
加固机架板焊接点
热风枪
加热香蕉头、XT60插头、电流电压传感器热缩管
尼龙扎带
固定走线、电调、接收机、无线数传
电池扎带
固定电池
3M胶
固定飞控板、GPS模块
强力胶水
制作接收机外壳
热缩管
绝缘香蕉头等
这里把我用到的工具及配件都列出来，有些最好在购买零部件的时候要卖家赠送，因为不同卖家的部件螺丝孔距不一，所以最好是卖家赠送配套直径的螺丝刀。另外关于香蕉头、接线插头、机架板/分电板如果自己不能熟练的焊接，可以加点费用让卖家帮忙焊接好。我就是当时没有让卖家焊接，所以自己买了一个烙铁套装自己焊。机架板焊接效果不是很好，还把手指烫掉一块。再强调一次，烙铁功率要点，要不然焊接很痛苦，尤其是对于新手而言。让卖家焊接可以省掉购买烙铁套装、胶枪的费用，甚至都不需要热风枪和热缩管了。一些工具可以用其他常用工具替代，比如尖嘴钳，电子钳，热风枪。在安装机架脚架的时候，需要用尖嘴钳固定螺帽，如果家里有小一点的老虎钳子能够放到脚架缝隙里，可以用老虎钳替代。电子钳就是用来剪电线、扎带等，完全可以用剪刀替代。热风枪可以用打火机替代。由于我的遥控器接收机没有塑料外壳，用扎带固定担心勒坏，所以用强力胶水粘了一个木制盒子，如果大家用的接收机有外壳，可以不用强力胶水。尽管有其他方法能够检测机架板/分电板焊接是否成功，但最好备一个万用表，它还可以用来确认接收机的信号脚以及测量电池电压等。为了防止炸机，跟电相关的部件要格外谨慎。
四、部件
先晒一下我组装的配置清单，当然还有其他一些部件，比如OSD、FPV设备等首次组装不大可能涉及，我也没有研究过，这里略过：
必要部件
APM飞控板(2.6，弯针):飞机核心部件
GPS模块(8M，附带电子罗盘):定位
富斯i6双向遥控器（发射机、接收机）
朗宇无刷电机（980KV，2212）
螺旋桨（1045，正反桨，子弹头）
好盈无刷电调（40A，2-3S)
仿F450机架（机架板、力臂、脚架）
花牌电池（2700mAH，3S，25C）
电池低压报警器:电池电压监控
SKYRC B6 Min充电器套装
可选部件
3DR无线数传（433MHZ，100mW)
飞控减震板
电流电压传感器:稳定输出APM飞控电压，指示电流电压。
OTG线:连接手机地面站。
对于刚入魔的新手来说，四轴是比较容易上手的机型。最重要的应该是飞控的选型，它决定了你在魔界的阵营。目前主流的开源飞控有APM、MWC，当然还有DJI 商用NAZA等飞控。每种类型的飞控基本都有相关的论坛，我选择的是APM飞控，主要考虑到它的开源，想着后续可以研究学习一下飞控算法。具体一些问题我百度搜索到的论坛http://bbs.5imx.com/。飞控板主要包括以下元件：处理器，陀螺仪、空压计、加速度计等传感器，I/O接口（为了接线方便，弯针接口好些）。处理器可以说是无人机的大脑，用于飞行姿态运算，PID控制，导航等。传感器是无人机的感官系统，用于获取飞行姿态、高度等数据。I/O口用于连接接收机、电调、GPS模块、无线数传/OSD等外围设备。GPS模块用于获取无人机当前的地理位置（经纬度），定点、自动等飞行模式需要GPS模块。
无线数传模块，顾名思义就是通过无线的方式来传输数据。在调试阶段无线数传模块用于通过Mission Planner地面站设置APM飞控参数，在飞行过程中无线数传模块用于实时发送无人机的一些飞行数据（自动飞行模式下航点信息、飞行速度等）到地面站，另外地面站也可以通过无线数传模块发送指令。无线数传模块类似遥控器，有发送端、接收端。具体哪个是发送端、哪个是接收端我没有太关注，通过接口就能区分哪个连接电脑，哪个连接APM飞控。对于刚入魔的新手来说，这个模块不是必须的。调试阶段可以通过USB线直连APM飞控进行固件升级、加速度计、罗盘、遥控器校准等。飞行过程中，由于时间较短，而且基本不大敢玩自动飞行，也就没有必要实时获取无人机的飞行数据了。
遥控器，是无人机控制信号的输入设备，由接收机和发射机组成。接收机连接飞控，将接收到的发射机指令转换成PPM/PWM等信号输入给飞控。PPM/PWM信号的接收机与APM飞控的连接方式有一点差异，参考http://copter.ardupilot.cn/wiki/快速入门指南/。遥控器另外一个重要参数就是通道数，基本决定遥控器性能及价格。关于通道的概念可以百度搜索一下就清楚了，简单打个比方来说，就好比道路，每条路通往不同的目的地。遥控器的每个通道一个控制目的，比如油门通道、副翼通道、方向通道等。通道的作用可以进行设置。对于四旋翼无人机六通道基本够用了，油门、副翼、方向、两个开关通道（设置混控用于飞行模式切换）等，这个应该是按照固定翼飞机的叫法。APM最多支持八个通道，因此遥控器最多选个八通道的就行。对于遥控器品牌我没有太高要求，国外有两款较好，名字记不得了。国内的天地飞性价比较好，我选择富斯主要是因为便宜。最后关于遥控器跟大家提醒一下注意的油门位置：左手遥控器（美国手、左手油门）、右手遥控器（日本手、右手油门）。
机架，是整个无人机的框架。机架的轴距决定飞机的尺寸，即基本决定飞机的重量。飞机尺寸越大、重量越重则需要配备大尺寸的螺旋桨才能产生足够的升力。电机为克服螺旋桨的阻力而做功，阻力越大则电机达到额定转速越困难，会导致电流过大而烧毁电机。因此要注意机架轴距、螺旋桨直径、电机转速直径的匹配关系。这里面的物理学关系我没有得出精确的公式，但从论坛帖子里面找到近似的答案。即大轴距机架配长螺旋桨、低转速的电机，产生的升力大；小轴距机架配短螺旋桨、高转速的电机，飞行速度快。我选用的是仿F450机架的轴距50CM，螺旋桨10CM（直径）*45CM（螺距），电机转速980KV。当然可以根据自己的目的（重量、速度）选择合适的机架配置。在购买机架的时候最好跟卖家沟通一下机架、螺旋桨、电机的匹配关系。
电流电压传感器是一个选配部件，用来给APM飞控板及电调供电，好处就是输出稳定电压给飞控板。泡泡老师在APM使用教程中有讲到四种供电方式（参见优酷），不过在说到用电流电压传感器给APM供电时要求APM短接JP1口，我的实践结果是不需要短接，不知道是APM版本的问题还是泡泡老师口误。安装电流电压传感器的另外一个好处就是它能够独立给APM及电调供电，如果不涉及电机调试的情况下，可以不给电调供电，避免电机误转造成伤害，否则每次调试时都要卸掉电机的螺旋桨。我的电流电压传感器购买APM飞控时赠送的，不过卖家没有给焊接XT60电源线。
低压报警器，用于检测电池电压，过低时发出报警声，避免电池过放。为保护电池，建议配一个报警器，价格不高，甚至可以买电池时让卖家赠送一个。
讲解电机、电调、电池部件之前我先介绍几个术语：S（节）：表示电池节数。无人机基本都使用锂电池，1节锂电池3.7V，因此节数一般用来表示电压，比如3S表示11.1V（3.7*3V）。注：1节锂电池不是固定3.7V，放电后电压可能会下降到3V以下，充电后电压可能会上升到4V以上。
A（安培）：这个大家可能比较熟悉，表示电流大小的单位。
C（放电倍率）： 1C表示1小时释放完电池容量时的电流大小，如2700mAH时电池的1C表示2.7A（2700mA），意思是以2.7A的电流进行放电，1小时释放完电池容量。因此用C数表示放电量大小，电池性能的重要参数。比如2700mAH、25C的电池，表示电池的最大放电电流为67.5A（25*2.7A）。如果电池以大电流进行放电，则放电时间短。前面所说的电池如果始终以67.5A进行放电，则放电时间为2.4Min（60Min/25）
mAH（毫安时）：电池容量单位。
电机、电调、电池为无人机提供动力。而且这几个部件彼此存在一定匹配关系，所以这里放在一起介绍了。现在基本都用的无刷电机，效率高、寿命长，但必须配合电调才能驱动其转动。电机主要有两个参数：最大电压（S）、最大电流（A）、KV值、尺寸（22（高度）*12（直径）。KV值表示1V电压下电机的转速，如980KV值表示1V下电机转速980r/min，11.1V（3S电池供电）下转速大约为980 *11.1 r/m。KV值大小不代表电机的性能，前面已经讲过根据机架轴距、螺旋桨直径选择合适KV值得电机。
电调的性能参数：允许的最大电流（A）、最大电压（S），电池的参数：容量（mAH）、放电倍率（C）。
理论上电调的最大电流、电压，电池的容量、放电倍率越大越好，但会导致电调、电池越重，最终导致无人机整体重量过大。电机正常工作的电流只有3~5A（没有实际测量过，百度搜索了解的），因此电调只要能够提供比5A大的电流即可。不过考虑到电机会出现瞬间较大的电流，可以预留一点余量（最大电流15A应该够用）。电调允许的最大电压不低于电机最大电压（电机的电压决定电机的转速（KV*电压值））。电池的放电电流要高于电机的最大电流，否则不能让电机达到最大转速。电池的放电电流由放电倍率（C）决定，如对于2700mAH的电池，10C放电电流就能达到27A（2.7A*10），可以满足电机电流的要求（4个电机电流之和最大20A）。电池的容量在无人机重量允许的条件下越大越好，不过容量越大价格越高。
简而言之，电机的参数决定电调、电池的参数。电机的最大电流、最大电压决定电调的最大电流、最大电压。电机的最大电流决定电池的放电倍率。我选配的电机最大电流20A，支持的电压（2-3S）。电调最大电流40A，支持的电压（2-3S）。电池放电倍率25C（最大电流67.5A），容量2700mAH。按照电机所需的最大电流80A（4个电机并联，电流为电机电流之和）来计算的话，电池的放电性能稍微差了些，不过基本不大可能达到最大电流，电池基本能够满足要求。如果不考虑价格因素，4000mAH以上容量的电池比较合适。
平衡充电器：前面已提到锂电池电压不固定，尤其是几节级联在一起的电池，放电过程中压降可能不同，因此需要采用平衡充电器将各节电池的电压平衡一致。平衡充电器一般都能支持锂电池、镍氢电池等充电，也可以支持设置充电电流，因此开始充电之前先学一下充电器如何设置，参见http://v.youku.com/v_show/id_XNTMzMzE4Mzgw.html。
OTG线：连接android智能机或者android平板与无线数传的电脑端模块。通过OTG线，智能机或者平板地面站（tower(droidplanner的最新名称)、andropilot）可以连接上APM飞控，提供类似PC版地面站Mission Planner功能。这个功能我试验了挺长时间，但是没有成功，后续再研究研究。要用智能机或者平板能够连接APM飞控的话，对硬件和软件都有要求。首先智能机或者平板硬件上要支持OTG功能（能够对外输出5V电压，可支持连接U盘、键盘并能给其他手机充电），其次android系统的版本需要在4.0以上。最后要求手机能够支持Google service framework、Google play service，因为tower地面站应用依赖这两个Google服务框架。我通过root手机，安装好了Google服务框架，但是Google play service经常停止服务，我一直没有解决这个问题。另外一个头疼的问题就是tower需要Google卫星地图，国内现在访问不了。后来购买港版华为MATE7成功安装地面站TOWER，亲测功能一切正常。只是因为上不了Google地图还是不能用。
五、组装
组装过程大致分为以下几个步骤：机架、飞控系统、动力系统的安装。
机架安装相对比较简单，参考http://v.youku.com/v_show/id_XNDkwNTEzMzU2.html。对于没有硬件背景的玩家可能焊接电调/分电板有一点难度。我此前一直都没有焊接过，这次自己焊接刚开始没有找到规律，很难焊接牢固，还出现了虚焊，重新焊接了之后再用胶枪加固。不过多试几次应该问题不大，我的经验是找网上视频看一下（泡泡老师的优酷视频也有讲过），然后从最简单的香蕉头焊接开始，关键是掌握好烙铁的温度（烙铁接触焊接的时间）。不过要熟练掌握焊接技术可能要花一些时间多加练习，所以尽可能让卖家直接焊接好，避免花费过多时间在焊接上。后来换了一个大功率的烙铁，焊接轻松搞定。
F450机架的螺丝有两种规格内六角H2.0mm、H2.5mm，为了防止不同厂家的机架螺丝孔不一致，最好让卖家赠送或者购买配套的螺丝刀。至于机架板是沉金PCB还是单独分电板关系不大，我的仿F450机架下板虽然是沉金板，不需要额外的分电板，但焊接电调后仍然放不下APM飞控板而没有用上这个空间。个人认为F450机架是大疆为NAZA飞控板（尺寸较APM小）设计的，而仿F450都是按照这个尺寸来的，因此对APM飞控板兼容性不是很好，建议卖家们能够稍微改进一下。由于电调是焊接在机架下板上的，因此安装机架的同时需要用尼龙扎带把电调固定在机架力臂上。各个电调固定在机架力臂的位置应该大致相同，如此保证重心不会偏。一般机架力臂是两种颜色，因此安装的时候可以根据之后要选择的飞行模式（十字型/X型）通过机架力臂的颜色区分出无人机的头部及尾部。我的机架力臂是红白两色，选择X型飞行模式，因此我将红色的两个机架力臂安装在头部位置。
飞控系统包括APM飞控板、GPS模块、遥控器接收机及无线数传模块辅助设备，泡泡老师有比较详细的教程http://v.youku.com/v_show/id_XNzAwMjgyNzAw.html（新编APM飞控教程系列教程）。由于我购买的仿F450机架不能完全兼容APM飞控板，因此我将APM飞控板安装在机架上板。而APM飞控板的气压计易受强光干扰，因此后续需要考虑加一个遮阳板避免阳光直射气压计。另外考虑到APM飞控板对震动比较敏感，我加装了一个减震板。不过同样存在兼容性问题，不得已我在减震板打了两个孔，通过尼龙扎带将其固定在机架上板。APM飞控板是具有方向性的，将飞控板的向前标志与机头方向保持一致。
GPS模块的指向需要与APM飞控板的指向保持平行（一些GPS有指向标记，一些没有的可以参考泡泡老师的优酷视频找到GPS的指向）。GPS模块（带电子罗盘模块）不能安装在机架下板附近的位置，因为飞行过程中机架下板附近会产生电流而干扰电子罗盘。如果是APM2.5（内置电子罗盘）的话，那飞控板则要远离电源线路。GPS模块尽可能的安装在机架较高的位置，避免受干扰。我购买的GPS模块带有一个碳纤维杆用于支持GPS模块，不过遇到的问题就是支杆底座在机架上板没有对应的螺丝孔，无法安装固定。为了不想再打孔破坏机架上板，我采用了一个小技巧把GPS模块安装好了，且效果不错。但由于支撑杆占据了部分机架下板的空间，导致电池不能放置在机架下板了。不过还好有机架脚架，在下板下方与脚架之间有一点空间刚好能安装电池。GPS模块通过Y线连接到APM飞控板I2C接口及GPS接口，两个接头不一样，不大可能接错。
遥控器接收机安装比较简单，我把它用尼龙扎带固定在机架下板机尾位置。另外由于富斯i6遥控器的接收器很简陋，都没有塑料外壳。我自己用女儿积木薄板粘了一个接收机盒子防止被扎带勒坏。我推荐的接收机与飞控板的连线方式是，用杜邦线将通道一一对应的连接。由于连接线做了防呆处理，因此基本不大可能弄错信号线与地线。购买飞控时一般都赠送杜邦线，最好让卖家赠送8根（APM飞控板最多支持8通道）。当然懂硬件的玩具可以自己改造一下，通过将连接线打横，一根线当三根用（只要其中一根连接线能够给接收机供电即可）。这样的做法一是新手不大懂，而且打横之后线不大好接，甚至可能会把连接针弄歪弄断。另外玩四旋翼无人机一般选择5-6通道的遥控器，但APM飞控支持8个通道，不能一一对应。前4个通道是必须的，控制油门、方向等操作，用杜邦线一一对应连接。5-6通道一般设置混控用于切换飞行模式。7-8通道用于调试设置，比如自动调参等。由于遥控器的通道不够了，因此可以临时将遥控器的5/6通道连接到7-8通道进行调试控制。调试完成后5-6通道还是一一对应连接用于混控设置飞行模式。
无线数传模块，为保证机头机尾重心平衡，我将它安装在机架下板头部位置。通过数据线连接到APM飞控板的Telem接口即可。如果后续需要一并连接OSD等外围模块（我这次未涉及其他模块），则需要通过Y线连接数传模块及其他外围模块。
电机、螺旋桨的安装本身比较没有什么可说的。必须要注意的是电机转动方向以及正反螺旋桨。另外就是安装螺旋桨的时候在子弹头里面加个垫子（购买螺旋桨时附带有各个型号的垫子）防止螺旋桨晃动。四旋翼无人机的4个电机转向与飞行模式（X型/十字型）有所不同，参考下图：
可以通过交换连接电机与电调任意连根线即可改变电机的转动方向。APM飞控的输出端1-4通道分别连接1-4电机对应的电调。注：出于安全考虑，螺旋桨在所有调试完成后再安装。
六、调试与设置
1、 下载固件
注：下载固件只能通过USB进行，不能通过数传模块（下载固件过程中需要复位APM，而数传模块无复位信号）。另外下载固件是不需要地面站连接上APM飞控的。
2、 加速度计校准
3、 罗盘校准
APM2.6的电子罗盘是外置的，我的电子罗盘是跟GPS模块一起的。
注：不进行罗盘校准，不能解锁。
4、 遥控器校准
注：需要遥控器对方向通道进行反向设置。
5、 电调油门行程校准
6、 失控保护设置
以上调试过程参见http://tieba.baidu.com/p/2974250475以及泡泡老师的新编APM飞控系列教程。遥控器及电调油门行程校准后，需要确认四个电机输出是否基本一致。电调校准另参见http://copter.ardupilot.cn/wiki/esc-calibration/。
7、 遥控器设置
富斯i6遥控器失控自动返航、混控设置飞行模式、自动调参帖：http://bbs.5imx.com/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=1007755。
8、 解锁怠速
新版本的APM固件解锁后默认以70r/min怠速，可以通过地面站修改该设置。
9、 PID自动调参
如果是6通道的遥控器，5，6通道混控设置飞行模式。PID自动调参只能在APM的7或者8通道打开。遥控器的通道不够用了，因此可以通过将接收机的5或者6通道作为APM的7或者8通道连接起来，作为自动调参的开关用。自动调参好了之后再将接收机的5，6通道分别连接APM的5，6通道，恢复5，6通道为混控设置飞行模式的功能。
七、常见问题
1、 飞控系统如何选型？
目前常见的一些飞控板有：NAZA、APM、MWC、QQ、KK等。我大概了解了前面3种飞控板，NAZA是大疆推出的DIY飞控，APM、MWC国外开源的飞控。QQ、KK没有了解过，从价格来看比较便宜，估计功能偏弱。如果仅仅想体验操作无人机的愉悦，选个大疆到手飞或者套装就行，如果想研究一下无人机原理，体验DIY的乐趣，可以选择开源的APM、MWC。
2、 机架如何选型？
入门级选择F450机型基本满足要求。
3、 螺旋桨与电机如何选型？
大直径螺旋桨搭配低KV值电机，相反小直径螺旋桨搭配高KV值电机。机架轴距长则选择大直径的螺旋桨，反之轴距短则选择小直径的螺旋桨。一起购买时最好让卖家搭配好。
4、 电调、电池如何选型？
电调允许的最大电压、电流不低于电机的最大电压、电流。电池放电电流不低于所有电机最大电流之和，电压不低于电机要求的最低电压。电池的容量权衡价格与重量越大越好。
5、 如何给电调供电？
电池通过分电板或者沉金机架板给电调供电。购买分电板或者沉金机架板最好要求卖家焊接好。
6、 APM飞控板安装注意事项？
APM飞控向前标志与机头方向一致。APM飞控板对震动比较敏感，最好加装减震垫（俗称席梦思）。另外APM飞控板上的气压计易受强光干扰，如果飞控板安装在机架上板的话，最好加装一个遮阳板。
7、 GPS模块、电子罗盘安装注意事项？
GPS模块、电子罗盘安装位置尽可能远离干扰，如不要安装在电线附近，避免电流对其他产生影响。另外GPS模块尽快安装在飞机最高的位置，通常会通过支架来增加高度。最重要的是GPS朝向要与APM飞控板保持一致。
8、 电调安装注意事项？
电调通常安装在机架力臂上，各个电调在力臂安装的位置大致相同，避免重心偏移。安装电调时最好确定机头朝向，即确定电调连接的各个电机的转向。
1，2号电机逆时针转向，3，4号电机顺时针转向。可通过交换电调与电机三根连接线中的任意两个来改变电机转向。
APM输出端1-4通道分别1-4号电调对应。
9、 螺旋桨安装注意事项？
螺旋桨有正反之分：1，2号电机安装正桨，3，4号电机安装反桨。
10、 遥控器接收机如何连接APM飞控板？
一般的遥控器接收机输出PPM或者PWM信号。两种信号的接收机与APM飞控板连接的方式不同：PPM信号的接收机，用1根3P杜邦线对应连接接收机与飞控板的输入端的第1个通道，短接APM飞控板输入端的2和3通道；PWM信号的接收机，用3P杜邦线对应连接接收机与飞控板的各个通道即可。
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