打造並試飛你的 ESP32 微型無人機：完整指南

簡介

從零開始打造一台微型無人機聽起來可能令人望而生畏，但 ESP-FLY 證明了這完全是可以實現的。這款口袋大小的四軸無人機寬度僅 50mm，不含電池重量僅 18 g，且只需透過智慧型手機即可飛行。整個專案零件成本約為 37 美元，結合了 3D 列印、電路板設計、微控制器編程以及實際飛行測試，是一個非常有成就感的製作過程。

設計與 3D 列印機架

ESP-FLY 的機架始於 CAD 軟體。使用 Autodesk Fusion，設計中納入了所有最終將安裝在內部的組件尺寸：飛行控制器、電池、馬達與感測器。封閉式機身設計採用雙叉式機臂來支撐馬達，同時保持基本的空氣動力學性能。頂蓋上印有該無人機的名稱，並可選配第二個頂蓋以容納 3 g 的 FPV 攝影機，適合想要體驗第一人稱視角的玩家。

成品 STL 檔案可供下載，並附帶建議的 3D 列印設定。一旦載入切片軟體並傳送到 3D 列印機，零件的列印速度非常快。一台優質的列印機可在約 30 分鐘內完成所有機架組件，且零件不會出現拉絲、翹曲或層位移。3D 列印機架重量約為 4 g。

對於無法使用 3D 列印機或有預算限制的人來說，還有 PVC 替代方案。你可以將五金行購買的 2 英吋 PVC 管切割、加熱並壓平為板材。使用提供的藍圖，你可以手動標記、鑽孔並切割機架零件，然後將其彎曲並黏合在一起。這種 DIY PVC 方法製作出的機架功能完備，重量約為 6 g，雖然比 3D 列印版本稍重，但仍具備飛行能力。

構建電子元件：PCB 組裝

ESP-FLY 的核心是一塊客製化的四層 PCB，它將運動感測器、馬達驅動器與電源分配整合在一個緊湊的模組中。設計電路板涉及使用具備 AI 輔助的 PCB 設計軟體來放置表面貼裝元件，以簡化佈局。頂層負責運動追蹤，底層則管理馬達控制與電源。

Gerber 檔案匯出後，即可上傳至 PCB 製造商進行生產。收到的電路板已準備好進行組裝。使用 SMD 鋼板與錫膏，將元件小心放置並在加熱板上進行回流焊。完成後的感測器與馬達驅動模組重量僅 1 g，確保了無人機整體的輕量化與高效率。

對於沒有焊接設備的人，市面上亦提供 PCB 組裝服務。你只需上傳物料清單與貼片檔案，製造商就會交付完全組裝好、可直接使用的電路板。

安裝飛行控制器與馬達

Seeed Studio XIAO ESP32S3 是這台無人機的大腦。這款拇指大小的微控制器尺寸僅 21mm x 17mm，非常適合微型無人機。儘管體積小巧，它仍具備雙核心與充足的處理能力，內建低延遲 Wi-Fi 以實現即時控制，並具備可透過 USB-C 直接充電的電池管理系統。其 100-milliamp 的功耗有助於延長飛行時間，這對於輕量化飛行器至關重要。

飛行控制器堆疊透過排針安裝在 PCB 上。四個 6mm x 15mm 的無芯馬達（軸徑 0.8mm）連接到馬達驅動焊盤。兩個馬達順時針旋轉，兩個逆時針旋轉，可透過電線顏色區分。馬達線穿過機臂上的設計孔洞，保持內部整潔。一條小型束帶電池綁帶可固定 150 至 300 milliamp 的 LiPo 電池，且放電率至少需達到 25C。

起落架由四段 25mm 的實心跳線組成，彎成 V 型並黏合在馬達座區域。Gem Fan 三葉螺旋槳安裝在馬達軸上，後方馬達使用不同顏色以利飛行時辨識方向。XIAO 的天線經過解焊、剝皮並引導至無人機右側，頂蓋會滑過該處將其覆蓋。

編程與試飛你的無人機

韌體安裝使用 ESP IDF 開發框架與 Powershell 命令列。ESP Drone 韌體最初由 Espressif 開發，靈感來自 Crazyflie 專案，並被燒錄至微控制器中。配置選項允許你指定晶片類型、選擇啟用的感測器與馬達，並分配其引腳。燒錄成功後，無人機將顯示「準備飛行」訊息。

Crazyflie 客戶端軟體開啟了一個進階配置介面，你可以在其中調整飛行控制設定，例如微調速率、推力閾值與飛行模式。在水平表面校準後，無人機透過其 Wi-Fi 熱點連接到你的手機。ESP Drone 手機應用程式提供了搖桿控制器介面。左搖桿控制油門與偏航，右搖桿處理俯仰與翻滾。在 250-milliamp 電池下，飛行時間可達約 5.5 分鐘，飛行距離超過 50 公尺。

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對於 FPV 愛好者，可選配的 WT07 3 g 微型攝影機可安裝在第二個機架蓋中。攝影機連接到電池接頭，並以 5.8 GHz 頻率將影像傳輸至相容的 FPV 眼鏡，提供超過 100 公尺傳輸距離的即時第一人稱視角。增加攝影機會減少約一分鐘的飛行時間，但開啟了沉浸式飛行的可能性。

結論

ESP-FLY 證明了對於具備基本焊接技能並能使用 3D 列印機或手工具的創客來說，打造一台功能完備的微型無人機是觸手可及的。輕量化機架、高效飛行控制器與手機控制的結合，使其成為一個能帶來實際飛行體驗的迷人專案。無論你選擇 3D 列印還是 PVC 機架，無論是自行組裝 PCB 還是使用服務，最終成品都是一台飛行平穩且可靠的口袋型飛行器。