多旋翼无人机入门第一章硬件架构（下） |
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多旋翼无人机入门第一章硬件架构（下）
本篇主要讲解飞控，遥控装置，GPS模块，任务设备，数据链路，上位机（机载电脑）
1.飞控：
包括陀螺仪、加速度计、电路控制板、各外设接口。 大家可能都听说过px4，pixhawk，apm等词，但是无法进行一个严格的区分，在这里我就跟大家详细说明一下。 飞控硬件平台：PIXHAWK飞控是开源硬件架构，全世界很多公司出品了基Pixhawk的飞控产品。他们都有共同的硬件架构和相同的连接方式、输出接口及功能，仅仅是具体形式不同而已，例如接口的位置不同、外壳不同等等，常见有pixhawk系列（常见holybro pixhawk2.4.8 ,holybro Pixhawk4,holybro Pixhawk 4 mini）,雷迅系列（CUVAV5, CUVA V5+, CUVA V5 nano,），其他产品可在PX4官网查询：https://docs.px4.io/main/zh/flight_controller/。 此外还有其他独立硬件品牌，如dji的naza系列（因官方文档完善，此处不在赘述）；cc3d系列。 
飞控软件平台（固件）：PX4,APM（ArduPilot）
APM固件专为Arduupilot开发的固件，现也用于PIXHAWK。有ArduCopter社区支撑、开放，功能全、迭代升级快，适合直接用。由于有较多的历史兼容性需求，软件代码体系相对杂乱，还封装了PX4的内核，学习起来困难些，目前的新设备中已较少使用。 PX4固件专为PIXHAWK硬件架构开发的固件。相对封闭，代码体系相对简单清晰，社区相对小，迭代慢一些，但因为相对清晰，适合学习研究。 地面站： PX4地面控制站被称为QGroundControl，（简称QGC）是PX4自驾系统不可分割的一部分，可以运行在Windows，OS X或Linux等多个平台。可以将PX4固件烧写到硬件，设置机器，改变不同的参数，获得实时航班信息，创建和执行完全自主的任务。 这里给出QGC官网下载地址：https://docs.qgroundcontrol.com/master/en/getting_started/download_and_install.html APM地面控制站被称为Mission Planner，（简称MP）是APM自驾系统不可分割的一部分。可以将APM固件烧写到硬件，设置机器，改变不同的参数，获得实时航班信息，创建和执行完全自主的任务。 随着APM飞控软件的快速发展，AVR的板子性能已经不能满足需求，所以只能逐步移植到Pixhawk的硬件架构上来进行开发。所以，APM自驾仪软件也就兼容PIXHAWK飞控硬件了。 这里给出misson planner官网下载地址：https://firmware.ardupilot.org/Tools/MissionPlanner/ PS:Pixhawk2.4.8开发常用地面站为misson planer，之后版本的常用为QGC（QGroundControl）。 APM和PX4是两款不同开源飞控固件，均可以跑在Pixhawk这款硬件板上。 总结：PIXHAWK飞控是硬件平台，PX4和APM都是开源固件，均可以烧写到PIXHAWK飞控中。 
2.遥控装置：
包括遥控器和接收机，接收机装在无人机上。在第一次使用前接收机需要与遥控器对频。一般按照通道数将遥控器分成六通道、八通道、十四通道遥控器等。常见品牌有乐迪系列（AT9S,AT10），天地飞系列。 
3.GPS模块：
测量多旋翼无人机当前的经纬度、高度、航迹方向、地速等信息。一般在GPS模块中还会包含地磁罗盘（三轴磁力计）：测量飞机当前的航向。 
4. 任务设备：
目前最多的就是云台，常用的有两轴云台和三轴云台；云台作为相机或摄像机的增稳设备，提供两个方向或三个方向的稳定控制。云台可以和控制电机的集成在一个遥控器中，也可以单独的遥控器控制。此外还有抓钩机械臂等载荷设备。 
5. 数据链路：
数据链路包括数传和图传。数传就是数字传输，数传终端和地面控制站（笔记本或手机等数据终端），接受来自飞控系统的数据信息，即将飞控从USB线连接到电脑变为无线连接，使地面在飞机飞行过程中也能看到各种传感器及飞行数据。图传就是图像传输，接受机载相机或摄像机拍摄的图像，并传回地面接收机，接收机有带屏显和不带屏显两种，不带屏显的也可使用usb连接到手机通过专用软件将手机作为监看器。一般延迟在几十毫秒，目前也有高清数字图传，传输速率和清晰度都有很大提高。 
6. 机载电脑（非必须，自动驾驶用）
我们只有小脑是不够的，还要有大脑，这样才可以进行思考——如无人机的目标检测，自主避障等，但是单片机的计算能力明显不够，所以我们一般是在无人机上安装一个电脑来实现决策。目前主流机载电脑主要为Intel的NUC系列和Nvidia的Jetson系列。NUC系列目前为X86架构，Jetson系列多为Arm架构。 NUC官网：https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/products/details/nuc.html Jetson官网：https://www.nvidia.cn/autonomous-machines/ 
7.软件整体架构 
下一篇我们将讲解无人机的组装
参考文献 PX4官网：https://docs.px4.io/main/zh/ 知乎ArduPilot与Pixhawk什么关系？https://zhuanlan.zhihu.com/p/109639638 【无人机】PIXHAWK、PX4、APM区别http://t.csdn.cn/eggia 听风南巷博客：http://t.csdn.cn/YQJcB 翎航智能科技工作室培训教材 |
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