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[综合] 从零打造大疆 DJI MINI2 远程空投器

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发表于 2023-1-5 15:29:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 qrut 于 2023-1-10 15:52 编辑

之前由于疫情不幸中招,老娘也未能幸免,由于她没有储备药品导致买不到药,我在放开时第一时间下订单外地网购的布洛芬退烧药和感冒药在等待n天后终于到手,整赶在我中招发烧前几天,发烧第二天接到老娘电话也中招了,问我有药能给送点儿吗?好在多买了几盒,于是想给送过去,离的到不远(1公里出头),但是由于自身也发烧浑身酸痛无力头昏脑涨的,开车去一趟也不安全,于是想起之前买的无人机,想着能不能用无人机送一趟,说干就干,于是药品消毒后绑上绳子拴在无人机上门儿都没出就顺利完成了送药任务,就是没有空投器比较麻烦,到地点还得让人拿把剪子剪断绳子,也不是很安全,于是想买个空投器,以后再送点儿啥东西也方便。


于是马宝看了一下mini2专用空投器,竟然卖140多块,而且体积相当的大,这玩意儿捆无人机上就像个怪物。
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这一大坨还得配个遥控器,飞机才多大啊,关键遥控距离才100m,我要你何用?
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空投器净重都54克了(包含12克的增高起落架),那还能驼多少东西
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所以这个成品几乎没用,想着那干脆自己造一个,为了尽量实用,无论体积 重量 空投距离 续航时间 电池容量 整机性能都要做到全面超越。
想到mini2有个前置机头灯,可以远程在app里面控制,这就为远程投放创造了条件,只要检测这个灯光作为触发信号就可以完成远程空投。
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想着容易做着难,这个项目从立项到各细节的策划,材料选择,程序调试,到测试 ,到加工制作完成耗时也整整一个星期。
话不多说,下面开始流程,采集光线需要光线传感器,有电阻式的,光敏二极管,和光敏三极管,最终考虑到整体重量和外围尽量精简,于是选择0603封装的光敏三极管,采用光敏三级管由于兼备普通三极管的放大作用,因此可以省去外围的放大电路。
下面实物图
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可以看到体积非常小巧,只有一颗普通0603贴片led大小。
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下面资料,说是三极管,实际上只有两个电极,基极被光敏窗代替。
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由于需要外部采集光线,需要延伸到机头,用最细的单股白色线连接,有塑性耐弯折。
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焊好后
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下面制作机头灯挡片,过程略去,下面两个挂钩用作定位和辅助固定,方便快速挂接到无人机上。
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制作采用热弯工艺,完全贴合机头曲线。
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这面需要特定位置开槽,用来安置光线传感器。
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开槽后
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将传感器装入,然后环氧胶封固,保持不突出表面。
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然后贴两条黑色强力双面胶,这样光线传感器就完成了。
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下面投放器机械部分,一开始打算采用微型电磁铁,但是小体积电磁铁力矩都很小,且要求电流很大,不适用这里,于是挑选体积重量最轻巧的sg90舵机。
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净重只有9g左右
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顶部力矩杆
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屁股,里面有块儿控制板,8脚是h桥驱动,板子背面还有颗控制芯片。控制芯片产生50hz方波和输入方波占空比相比较,产生误差电压去控制内部电机转动,电机转动经减速后输出,减速齿轮还同步连接内部位置感应电位器,检测位置信号,实现任意位置停止。
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h桥驱动资料
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首先用信号发生器测试一下舵机,如果按照标称50hz 0.5-2.5ms周期 这个舵机是不能完成整180度的旋转角度的(实际最多150多度),这样就不太好了,于是反复调整参数最终输入pwm为55hz,占空比3%-14%时,可以完美实现0-180度旋转。要求方波幅度最小3.3v(小于不工作),舵机最低工作电压实测3.5v以上(低于力矩转速明显变小且不稳定)。
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下面sg90舵机方波驱动示意图
21a.jpg

下面测试演示视频,输入单极方波(cmos波),输出角度随输入占空比变化。这样利用舵机输出角度带动连杆变化就可以实现空投功能,而且输出力矩很大,耗电也低的多。
VID_20221228_101931.mp4 (3.78 MB, 下载次数: 0)


为了缩短开发周期不专门设计和重新打板了,用一片stm8s103开发板改制,这个是很早前用红撸的几片(红包后1块多一片好像),手底下有stc stm8 stm32 还那个国产806等等现成的开发板,这个体积最小,用在此例也完全够用,所以采用这个。
22.jpg

背面用了一颗1117供电
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由于1117静态功耗太大(1.2ma以上),空片功耗4.5ma了。
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所以需要拆除更换静态功耗更小的ldo,由于电池供电,1117的巨大压差也不能满足要求。
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就近刮出接地焊盘
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焊盘镀锡
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更换为xc6206-3.3,低压差,低功耗(ua级别)。
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资料
29.png


正面的复位按钮和两颗led需要拆除,留出空间用来安置充电ic。
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原板儿5v直接到ldo,由于电池供电需要加入充电ic,因此中间需要插入一级充电管理。割断vbus到原来1117输入的焊盘
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一颗4054充电ic,就近刮出焊盘。
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4054资料
32a.jpg


32b.jpg

镀锡并焊接好,并且飞线,具体看图片标注。
33.jpg

由于计划用200mah锂电,所以充电电流设定到100ma。
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由于需要电量指示和欠压闭锁功能,所以需要电池电压采样电路,由于电池最高电压超过基准,所以用两颗51k电阻串联后接于电池正负两端,电阻节点飞线进入mcu io口,利用内部10bit adc采集电压。这样采集到电压是实际一半儿,到时程序里再做2倍处理就行了。
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焊好后
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由于需要充电检测,需要采集vbus电压,在vbus和io口之间接入一颗采样电阻,用来采集vbus转态。
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反面刮出焊盘
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io口对地接一颗下拉电阻,用来配合正面vbus检测,避免干扰。
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原板led接线
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用的耳机线,柔软耐弯折。
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焊板子上,一共两颗灯,红色用来指示充电,同时用来做上电电量检测,满电闪3下,中电闪2下,少电闪1下,欠压快闪5次。蓝色用来指示舵机动作,0度闪1次,180度闪2次。
42.jpg

一颗n沟道mos用来控制舵机供电,为了尽量低功耗,舵机完成旋转后需要关断供电节能,不然有2-3ma静态功耗。
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就近焊好后,板子主要部分改造就完成了。
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一颗10280圆柱形锂电,特意挑选的最合适的锂电。
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体积小巧,容量200,马宝卖的很少,价格这个小玩意儿10块出头,红包后都要9块多。
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由于空投器打算加装到无人机底部,因此需要固定装置和增高起落架,于是又撸了一个起落架,也是10多块,红包后也10块了。
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由于两边固定卡位太长太厚,装上直接把无人机底部卡扣盖板拽出来半截,这么紧也不知咋想的,于是只能修磨后才合适。
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舵机摆这里比划一下,两边明显碍事,需要去除。
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去除一侧后
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另一侧
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把电池也放上面一起比划一下,可以看到,电池就是按照舵机尺寸挑选的。
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下面开始加工外壳,一张1mm厚abs塑料板
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先把零件摆好确定一下壳子尺寸
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画好线
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切两块面板
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侧面的四个
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环氧胶粘好
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这个盒子看着简单,要做到高精度实际上加工起来很累,免不了一通修磨剪。
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开孔
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舵机放里面比划一下,合适。
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内部也同样合适

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线太粗需要换细线,拆开后盖后可以看到内部绿色的位置电位器。
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换好后
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下面加工电池,一块儿蓝牙耳机保护板。
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放到负极
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接好线
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再裹聚酰亚胺胶带就完成了
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由于加了保护板,发现电池放壳子里已经严丝合缝,原来0805的led已经太大,所以换0603的。
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由于不常用,为了保证电池寿命,加入了机械物理开关,需要把原ldo输入过孔旁边焊盘割断,并且过孔镀锡,二者之间接开关。
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接好外围引线
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由于红色led 原板子用ldo的3.3v供电,因此关机充电(开关关闭)时led无供电,因此不能点亮,所以需要改5v,3.3v双供电,需要把r1拆除换一颗超低压降二极管(0.2v左右),用作3.3v时led供电隔离,防止5v倒灌。
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正面也需要加一颗二极管用作3.3v供电时防倒灌到4054输入端,这颗二极管要用0.7v压降的普通二极管,以便尽量增大压降使两种供电时led供电电压接近,避免亮度较大变化。
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开关用最小号的贴片开关
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两侧需要修剪,管脚需要向上弯折,尽量节约空间。
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正面开全部的孔
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反面的micro usb 充电孔,由于板子空间限制无法用c口。
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接好开关和按键
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关键脆弱部位上蓝油绝缘加固定
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反面也是
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装led,内部孔位做沉孔,为了和表面齐平,不占用空间。
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ab胶粘好开关
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然后按键
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电池也放里面,舵机粘好。
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四个螺丝固定柱,大小都是特制,都不一样。
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粘好固定柱和板子,焊好外部光线传感器引线。
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基本上就完成了,还差个后盖,装后盖前需要烧程序注入灵魂。
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本机有完善的充放电检测 电压检测 电量检测 欠压检测,欠压闭锁,节能设置, 充电误触碰保护。
基本逻辑 上电先检测电池电压,大于3.6v(由于舵机3.5v以下不稳定,单片机3.3v供电,adc3.3v基准 ,ldo压差0.2v,所以控制板也需要3.5v以上电压)且没插入充电器则启动pwm输出,启动舵机供电,舵机复位,进入电量指示子程序,如果电压大于4.0v 闪灯3次, 大于等于3.8v闪灯2次,大于等于3.6v 闪灯1次。指示电压结束后启动定时器每10秒检测一次电池电压,如果电压低于3.5v进入欠压闭锁(红灯快闪5次),同时关闭pwm计数器,关闭pwm输出,关闭舵机供电,关闭定时器,关闭欠压保护子程序 进入低功耗模式,如果红灯闪烁没看到此时按键后只蓝色led闪烁提示已进入欠压闭锁模式。
下图源码部分程序 ,为了节约篇幅不完整。
88.JPG
如果上电电压小于3.6v且没插入充电器则禁止启动pwm 禁止启动舵机供电 禁止启动定时器和电量检测,只进入电量指示子程序红灯快闪5次进入低功耗模式。
(代码配图和说明不一定相关,只供参考)
89.JPG


如果上电时已插入充电器则禁止启动,只执行充电功能,此时按键和光线传感器无效。如果正常启动后插入充电器则立即关闭所有功能,防止误触发,拔下充电器则恢复,但不再次指示电量。
90.JPG


91.JPG


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烧好程序后做盖板
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开四个小孔并沉孔
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最小号的螺丝,电子表里面用的那种。
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装好后
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功能说明
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为了不阻挡无人机底部散热孔,需要加高空投器,留出空隙对流散热。
三根短塑料条
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底部粘好
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这个舵机推杆需要剪短加工
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由于投放需要,需要将推杆加工成头部斜坡结构,由于原来部件塑料很薄很少,因此需要加厚,尼龙材质,普通胶水粘不了,因此用烙铁烫上一块儿尼龙加厚。
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然后加工成这样
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舵机0度时吊环被卡入槽位,不能脱落。
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180度时由于斜坡缘故吊环滑落,完成投放。
102.jpg

视频演示,上电后舵机自动复位(可以在180度时省去一次按键的步骤,提高效率),同时红灯闪烁指示电量,每次按键切换舵机角度并且蓝色led指示(0度闪1次,180度闪两次),最后将反扣住的光线传感器翻过来遇到光线后舵机立刻180旋转,模拟光控投放动作。
VID_20230104_163622.mp4 (5.26 MB, 下载次数: 0)


裸机重量只22.6克,待机电流仅1ma出头。
103.jpg

和起落架粘在一起后
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反面
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前面
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增高后的对流散热孔
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和前面在飞机飞行过程中风力作用下强制对流,快速散去无人机图传散热器热量。
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后面
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充电
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红灯指示,满了灭掉。
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连同起落架只32.4克
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需要卡在两侧槽孔内固定
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和无人机组合后
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光线传感器引线顺着无人机边缘安置就可以了,引线有塑性不会变形下垂。
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前面光线传感器表面用黑色胶布覆盖隔绝外部光源干扰
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机头灯和传感器对应位置
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屁股
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舵机0度时和起落架底部紧贴,避免意外掉落。
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dji fly app 机头灯选项界面,调到默认关闭。
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需要投放时点一下进入修改选项
121.png

选择常亮模式完成投放
122.png


下面演示视频,外面太冷,只室内用一串钥匙做演示,可以看到工作良好。
VID_20230105_085033.mp4 (5.53 MB, 下载次数: 1)


此空投器和马宝成品对比,体积至少小1倍,裸机重量也轻1倍(22克),如果算上起落架马宝54克,此款32克仍旧轻将近1半儿,马宝款续航12小时,此款待机电流仅1ma出头,按3.5v欠压来算保守估计续航可以60-100小时,是马宝款5倍以上。 投放距离马宝款只100米,此款 无人机能飞多远就能投多远,按官方图传距离10公里算是马宝款的100倍。更小的体积更大的电池容量,完善的充放电管理,完善的电量指示,完善的欠压闭锁保护,性能也更加的优越,由于重量减轻能驼更重的物品(最大200克),颜值也是明摆着的事儿,总物料成本20多块。

此贴100多张图累的我手抽筋,可算发完了。


完。

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发表于 2023-1-5 15:42:08 | 显示全部楼层
这个属于应用了
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发表于 2023-1-5 15:45:37 | 显示全部楼层
牛,这都能自制
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发表于 2023-1-5 15:49:36 | 显示全部楼层
手艺不错  值得一试
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发表于 2023-1-5 15:56:30 | 显示全部楼层
大婶就是牛
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发表于 2023-1-5 16:00:13 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
乌克兰:我们对你的技术很感兴趣

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发表于 2023-1-5 16:00:42 | 显示全部楼层
牛A他弟牛C他哥
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发表于 2023-1-5 16:02:08 | 显示全部楼层
一个字,赞!球球的手艺是真的不错

现在我需要年货,请球球空投

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 楼主| 发表于 2023-1-5 16:06:41 | 显示全部楼层
mhtlov 发表于 2023-1-5 15:42
这个属于应用了

嗯 实用性diy~
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 楼主| 发表于 2023-1-5 16:07:12 | 显示全部楼层
alangxl 发表于 2023-1-5 15:45
牛,这都能自制

谢谢支持~
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 楼主| 发表于 2023-1-5 16:07:26 | 显示全部楼层

谢谢支持~
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 楼主| 发表于 2023-1-5 16:08:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 qrut 于 2023-1-9 21:48 编辑
nokia5320 发表于 2023-1-5 16:00
乌克兰:我们对你的技术很感兴趣

拿去投炸蛋吗
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 楼主| 发表于 2023-1-5 16:08:33 | 显示全部楼层

邓大师过奖~
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 楼主| 发表于 2023-1-5 16:09:15 | 显示全部楼层
8139 发表于 2023-1-5 16:02
一个字,赞!球球的手艺是真的不错

现在我需要年货,请球球空投 ...

啊。。。。。老兄难为我了,投不了这么远啊

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发表于 2023-1-5 16:11:13 | 显示全部楼层
qrut 发表于 2023-1-5 16:09
啊。。。。。老兄难为我了,投不了这么远啊

我不管,就要空投年货,哪怕就一个猪腿也行

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fu691 + 10 老船长把挽起袖子 张嘴就行了

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发表于 2023-1-5 16:13:08 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
大婶的文章内容丰富,会不会遥控器不小心碰到按钮,会不会送的东西还没到目的地就没了,

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发表于 2023-1-5 16:17:38 | 显示全部楼层
做的不错,可以量产了
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发表于 2023-1-5 16:23:46 | 显示全部楼层
这太能折腾了。
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 楼主| 发表于 2023-1-5 16:24:29 | 显示全部楼层
8139 发表于 2023-1-5 16:11
我不管,就要空投年货,哪怕就一个猪腿也行

这,好吧等我开车过去到家门口再空投
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发表于 2023-1-5 16:28:30 | 显示全部楼层
大神啊,精前留名…………
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