无人机既有趣又有用，从纯粹的工程角度来看，它代表了功耗、处理性能、重量、尺寸和成本的完美平衡。与大多数电子系统相比，无人机在每平方毫米的空间中安装了更多的传感器、执行器和射频通信部件，这让我们想要将其拆开，看看它是如何完成的。因此，我们选择了DJISpark无人机来一探究竟。
这是完全破坏性的拆解，可能需要花费一些精力才能识别散落的部件。如果你想尝试设计自己的无人机，笔者这里推荐一款非常便宜的迷你无人机开发套件STEVAL-DRONE01，它非常适合设计无人机，可以满足你设计无人机并测试无人机的愿望。
原计划其实是拆解UVifyOORi无人机，不过是几位无人机玩家为了参加无人机比赛而设计的。它被设计得很快，可以说非常快。虽然UVifyOORi只要295美元，相当实惠，但对于我这样的新手来说，控制起来太困难了，而且它的电池续航时间只有两分钟，太短了，非常需要耐心。它可以快速从A点到达B点，但只有专家才能控制它。否则，它会在飞行过程中产生多次撞击，直至落地。
另一个原因是UVifyOORi没有任何有趣的功能，例如物体检测和回避、返回家、语音控制和跟踪功能。DJISpark售价约为450美元，拥有所有主要功能，由无人机之王DJI制造。这对于玩家和新手来说都更有趣。
这里拆解的是DJIFlyMoreCombo无人机一体套件，其中包括两块额外的电池、桨叶防护罩、额外的螺旋桨、一个便携式手提包，当然还有无人机和遥控器1)。与许多设计一样，遥控器具有主按钮和操纵杆，并可兼作智能手机的支架；智能手机兼作显示屏，并可以运行DJIDroneMasterControl应用程序。
图1：FlyMoreCombo套装中包含的DJISpark无人机的三张以及其他配件：充电座、螺旋桨护罩、额外螺旋桨和遥控器。多花一点钱购买额外的电池是值得的。
自首次亮相以来，Spark已成为有史以来最受期待的无人机之一，这是有充分理由的。打开包装，给人一种“高端”的感觉，小巧、紧凑、坚固、优雅。这是一个制作精良的产品。它的信号范围为2,000米，重0.66磅，尺寸为5.6x5.6x2.2英寸。其电池容量为1480mAh，电压为11.4V，保证无人机的悬停时间为15分钟，最高速度为31英里/小时。
这款无人机拥有多种智能飞行模式，让玩家极为满意，但对于新手来说当然不是必需的。它使用红外传感器在两个方向上避障，并使用12兆像素CMOS摄像头在总共五个方向上避障。摄像机可输出分辨率为19201080@30fps的视频；无人机使用2轴万向节来保持稳定性并避免俯仰和滚动。如果添加第三轴以避免偏航/旋转会更好。
该无人机在2.45和5GHz频段运行，并具有GPS/GLONASS功能。其他主要功能可参见DJI官网。毫不夸张地说，这是一种享受，而且制作精良，拆掉它会感到内疚，然而，这就是我的工作。
Spark无人机整体结构坚固，打开外壳看到里面需要费点力气。首先，需要拆下固定顶盖的螺丝，露出腹部。
图2：DJISpark无人机的俯视图和仰视图
图3：拆下顶盖后，主冷却系统暴露出来。
拆下顶盖后，可以看到主冷却系统，它使用水平风扇将空气向下推入散热器的管道中。热管理系统位于EMI屏蔽罩上方，主电路位于屏蔽罩下方。主GPS模块是可更换的，成本在30至50美元之间。
后视图显示了微型USB端口和存储卡插槽，以及四个无刷直流电机(BLDC)中的两个，其下方是LED灯透镜。这些LED灯“好看”，更重要的是，当无人机在高空飞行时，人们很容易看到它，尤其是黄昏后或黑暗中，这是合规性的重要因素。
图4：后视图，显示MicroUSB端口和存储卡插槽，以及四个电机中的两个，下方有LED灯透镜。
接下来，拆下热管理系统和EMI屏蔽盖，露出主板正面。
图5：拆下EMI屏蔽盖后，可以看到主板上几乎每个芯片都涂有导热膏。
去掉导热膏后，可以更清晰地看到驱动Spark的巨大主控中心。主板上的元件真的很紧凑！
图6：主板正面的特写视图，大部分导热膏已被移除。
很难知道从哪里开始了解Spark的处理能力，因此我们从电机控制部分开始，从STMicroelectronics的STM32F303MCU开始。
图7：Spark主板配备STMicroElectronics的STM32F303、IntelMovidiusMA2155VPU、联芯LC1860CSoC和Atheros/QualcommAR1021X双频Wi-FiSoC。
STM32F303是一款混合信号处理器，完成大部分电机控制功能。它基于主频为72MHz的ArmCortex-M4微控制器，并配备浮点单元(FPU)和DSP指令集。此外，STM32F303还包含7个快速和超快速比较器、4个具有可编程增益的运算放大器、2个DAC、4个超快速12位ADC以及电机控制定时器。
这里需要强调的是，低延迟保证了快速响应，从而实现精确控制和避障。它采用核心耦合内存SRAM，这是一种加速时间关键例程执行的内存架构，根据意法半导体的说法，它的执行速度比闪存快43%。
电机驱动部分的另一半包括2个MPSMP6536三通道半桥驱动芯片，用于驱动3个三相BLDC。
右下是Atmel/Microchip公司的ATSAME70Q21，这是一款基于ArmCortex-M7的MCU，工作频率高达300MHz；以及联芯科技LC1860C，这是一款基于Arm的四核片上系统。工作频率为1.45GHz。这些处理器由MicronTechnology的71A98JWB30低功耗DRAM(LPDRAM)提供支持。
ATSAME70Q21包括16KB指令缓存、带纠错(ECC)功能的6KB数据缓存、单精度和双精度硬件FPU以及16区域内存保护单元。LC1860C基于28纳米工艺，集成四核CortexA7处理器。它配备双核MaliT628图像处理器，处理能力为1Gpix/s。这是主要的图像处理器。
图7底部是Atheros/QualcommAR1021X双频2.45/5.8GHzWi-FiSoC。它用于22MIMO，有自己的内部功率放大器和低噪声放大器。左上方是联芯科技LC1160电源管理芯片，上方是IntelMovidiusMA2155视觉处理单元，具有1GbDDR内存和安全启动功能。
大疆创新对无人机设计的重视程度，从其采用联芯科技的1.45GHzSoC和IntelMovidius神经网络处理器就可见一斑。联芯科技位于中国，专注于开发智能手机SoC；英特尔收购Movidius是为了获得先进的基于神经网络的图像分类功能，这对于自动驾驶汽车来说是非常需要的。的。在Spark无人机中，它用于绘制环境地图。
主板背面有一些无源和分立元件，以及一个USBOTG端口和一个SD存储卡插槽。
图8：主板背面主要包含无源和分立元件，以及USBOTG端口和存储卡插槽。
其下方的辅助板上有一颗GPS/GLONASS芯片。Spark导航系统的核心是u-bloxM8030-KTGNSS芯片。该芯片可以同时接收3个GNSS信号，灵敏度为-167dBm。
图9：Spark的导航核心是u-bloxM8030-KTGNSS芯片。
摄像头模块以45俯角固定在外壳底部。它使用一个2轴万向节，通过连接到外壳的松紧带旋转，由摇臂中的驱动器控制。
图10：摄像头模块通过松紧带固定在外壳上，并由摆臂中的驱动器控制。
基于LED反射信号的3D距离传感器位于无人机的正面。主配电中心位于中间，Wi-Fi天线位于后部。
图11：拆下PCB板，可以看到下面的主配电布局线束和Wi-Fi天线。上半部分是无人机的前端，其中包含基于LED反射光的前向3D测距系统。
该传感器的范围为16英尺，能够检测反射率为20%、面积大于2020cm2的漫反射表面，因此可以轻松检测和避开墙壁、人和树木。
机身前端朝下，可以看到外壳内部的声纳和红外测距组合，用于高度检测。
图12：外壳内的红外线和声纳组合持续跟踪无人机与地面的距离。
总而言之，DJISpark无人机是一个制作精良的系统，但它确实存在一些小缺陷。例如，用于Wi-Fi连接的QDR代码不起作用，固件更新也会导致无人机锁定。不过，它的应用程序在Pixel2Android手机上运行良好。
如果您想设计自己的无人机，意法半导体的STEVAL-DRONE01开发套件是一个不错的选择。它包含高性能STEVAL-FCU001V1飞行控制器单元(FCU)，以及组装微型无人机所需的电机、螺旋桨、塑料框架和电池。
飞行控制器单元运行固件来控制每个互连电机的速度并稳定机身，这需要板载STM32F4微控制器分析来自加速度计和陀螺仪传感器的数据，以提供高精度的稳定性和控制能力。FCU板包含蓝牙低功耗SPBTLE-RF模块。当智能手机上运行专用应用程序时，手机可以充当遥控器。
