pixhawk飞行控制

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1、工作汇报展望 汇报人：wikiuav 飞控群：160094967 2015-2-1 目录目录 1 Pixhawk飞控简介 为什么选择Pixhawk作为飞行控制器？它有哪些特性？ 给我们带来什么？可以实现哪些功能？ 2 Pixhawk模块介绍 MCU模块、传感器模块、通信模块、电源模块、扩 展模块。 3 Pixhawk接口定义与其外部设备 Pixhawk都有哪些接口？接口都是怎么定义的？各个 接口可以接哪些外部设备？ 3 4 Pixhawk的使用情况 Pixhawk连接到地面站软件Mission Planner、Pixhawk 飞控的校准。 1 1、Pixhawk飞控简介 PICTURE 它是世

2、界上最出名的开源飞控的硬件 厂商3DR推出的最新一代飞控系统， 前身是APM，后面升级为px4,在px4 的基础上推出了Pixhawk。它具有来 自ST公司先进的处理器和传感器技术， 以及NuttX实时操作系统，能够实现 惊人的性能，灵活性和可靠性控制任 何自主飞行器。 为什么选择Pixhawk作为飞行控制器？ 从我们自身出发 我们的所有东西都是开源的，包括硬件规格 ，固件以及地面站软件都是开源的。 我们的价格 合理，性价 比高！因为 是开源，所 节省的研发 费用使得我 们的产品在 同等性能上 的飞控上具 有更好的价 格优势。 Pixhawk优势在于我们的飞控在功能上非常齐 全，支持的机型也很

3、广，包括Follow me（跟 随）这样新颖的功能以及光流传感器这样的 硬件在其他飞控上都是很少见到的。 我们的飞控 背后有一个 强大的开发 社区，飞控 的软件一直 都在保持更 新，网上就 可以下载到 最新版本。 即使遇到一 些问题，也 可以在社区 里很容易得 到解答。 为什么选择Pixhawk作为飞行控制器？ 由于APM的处理器已经接近满负荷， 没有办法满足更复杂的运算处理，所 以硬件厂商采用了目前最新标准的32 位ARM处理器，第一代产品是PX4系 列，他分为飞控处理器PX4FMU和输 入输出接口板PX4IO。PX4系列可以 单独使用PX4FMU，但是接线很复杂， 也可以配合输入输出接口板

4、PX4IO来 使用，但是因为没有统一的外壳，不 好固定，再加上使用复杂，所以基本 上属于一代实验版本。通过PX4系列 的经验，厂商终于简化了结构，把 PX4FMU和PX4IO整合到一块板子上， 并加上了骨头形状的外壳，优化了硬 件和走线，也就是这款第二代产品 PIXHAWK。 从性能方面讲 为什么选择Pixhawk作为飞行控制器？ PIXHAWK的所有硬件都是透明的， 它用的是什么芯片和传感器一目了然， 所有的总线和外设都进行引出，不但 以后可以兼容一些其他外设，而且对 于有开发能力的用户提供了方便。 PIXHAWK是一个双处理器的飞行控 制器，一个擅长于强大运算的32 bit STM32F4

5、27 Cortex M4 核心 168 MHz/256 KB RAM/2 MB Flash处理 器，还有一个主要定位于工业用途的 协处理器32 bit STM32F103，它的 特点就是安全稳定。所以就算主处理 器死机了，还有一个协处理器来保障 安全。 从性能方面讲 它有什么特性？ 核心MCU性能：168 MHz / 252 MIPS Cortex-M4F，可运行 NuttX RTOS实时操作系统 输出能力：14 PWM / 舵机输出（其中8个带有失效保护功能， 可人工设定。6个可用于输入，全部支持高压舵机）； 大量外设接口（UART，I2C，SPI，CAN）； 在飞翼模式中，可以使用飞行中备

6、份系统，可设置。可存储飞行 状态等数据； 备份系统集成混控功能，提供自动和手动混控模式； 多余度供电系统，可实现不间断供电和自动故障转移； 外置安全开关； 全色LED智能指示灯； 大音量智能声音指示器； 集成microSD卡控制器，可以进行高速数据记录。 它有什么特性？ 特性 统系 特性 统系 Pixhawk飞控是PX4飞控 系统的进一步发展，是 一款货真价实的第三代 飞行控制系统(APM - PX4 - Pixhawk)。 它针对我们的飞行导航 软件做了高度优化以实 现对飞行器的控制与自 动飞行。 它的性能目前有充足的 富余，因此在未来的几 年内Pixhawk系统都可以 继续有效使用。 有一

7、个定制的PX4驱动 层确保所有进程密集运 行。 目前的APM和PX4用户可 以无缝切换至Pixhawk系 统，这大大降低了新用 户的入门门槛。 新的外围设备，将会有 ：数码空速计，外接彩 色LED指示灯与外接磁 力计。 所有的外围设备都可以 自动检测和配置。 给我们带来什么？ 开源，带来 更多的开发 团队，进一 步优化其功 能 更多的商 业契机 广阔的 市场 建立社群 可以实现哪些功能？ 航拍 信息采集 农药喷洒 阳台收快递 2、Pixhawk模块介绍 MCU模块 32位 STM32F427 ARM Cortex M4 核心外加 FPU（浮点运算单元） 168 Mhz/256 KB RAM/2

8、 MB 闪存 32位 STM32F103 故障保护协处理器 一颗性能强劲的32位处理器，还有一颗附加故障保护备用控 制器，外加超大的储存空间。 主控制器STM32F427 32位微处理器： 168 MHz，252 MIPS， Cortex M4核心与浮点单元。 2M闪存储存程序和256K运行内存。 独立供电的32位STM32F103备用故障保护协处理器，在主处 理器失效时可实现手动恢复。 micro SD储存卡槽，用于数据日志和其他用途。 传感器模块 各种恰到好处的传感器。 三轴16位ST Micro L3GD20H陀螺仪，用于测量旋转速度。 三轴14位加速度计和磁力计，用于确认外部影响和罗盘

9、 指向。 可选择外部磁力计，在需要的时候可以自动切换。 MEAS MS5611气压计，用来测量高度。 内置电压电流传感器，用于确认电池状况。 可外接UBLOX LEA GPS，用于确认飞机的绝对位置。 传感器模块 Pixhawk采用双传感器 双罗盘、双GPS、双加速度计和双陀螺仪。 摘自APM论坛上的一段话： 你可能想知道双传感器有啥 用，所以让我来给你举个例 子。我飞过很多硝基和汽油 的飞机，我其中一个飞机（ BigStik60）有过一个严重的 问题，本应该完美的飞在 AUTO模式的，然后当油门达 到一个特定的水平时，pitch 解决方案发疯了（有时下到 90度）。我每次都设法恢复 手动模式

10、，但这实在太刺激 了！ 传感器模块 导致上述错误的原因分析：仔细分析日志显示罪魁祸 首是加速度计混淆噪声。在一个特定的油门级别Z轴 加速度计得到11m/s/s的DC偏移。所以当飞机向前良 好平稳飞行时Z轴加速度计会从-10/m/s/s变为+1m/s/s 。这导致了在姿态解决方案中的大量错误。这种错误 会出现是因为加速度计的取样方式。APM代码中 MPU6000（用在APM2和Pixhawk上）以1kHz采样加速 度。因此，如果有一个强烈的震动模式正好在1Khz， 那么就会采样“正弦波的顶部”并得到DC偏移。 传感器模块 解决方案：解决这个问题的常规方式是改善飞机上的物理抗震动安装，但是我 不想

11、通过改变我的飞机方式修复这个问题，因为如果我修复了我的飞机也解决 不了其他成千上万运行同样代码的人的问题。作为APM开发者领导，我反而喜 欢通过软件解决问题，这样大家都能获益。 解决方案是利用这一事实，Pixhawk上有两个加速度计，一个是MPU6000，第二 个是LSM303D。LSM303D在800Hz取样，而MPU6000的采样率为1kHz。只有极不 寻常的情况震动模式的混淆噪声才会同时有两种震动频率，这意味着我们只需 要解决的是在任何时间点找到准确的那个加速度计。对于DCM代码，涉及到匹 配每个加速度计每个时间步长结合GPS速度向量和当前姿态，而对EKF，是基于 协方差矩阵产生用于两个

12、加速度计的加权。 结果是，飞机有了新的双加速度计代码可完美飞行，当混淆噪波发生时自动切 换加速度计。 自从加了这个代码，我就一直在其他人发的日志中寻找混淆噪波迹 象，它看起来比我们预期的更普遍。像我的BigStik这么严重的倒很 少见，但是往往在转弯时会出现一些pitch错误。我希望有了Pixhawk 和APM:Plane3.0 发行版，这种类型的问题现在会大大降低。 双陀螺仪 对于双陀螺仪支持，我们配合一种简单得多的解决方 案，只是平均两个状态健康的陀螺仪数据。这可以降 低噪声，效果良好，但是没有产生像双加速度计代码 那样的显著改善。 双GPS 双GPS也是很大开发工作。我们现在支持连接第二

13、个 GPS到Pixhawk的串口4/5。这可以让你防止GPS故障， 也可以让我们获得很多日志显示，即使两个相同的 GPS模块，在飞行中其中一个GPS模块出现严重错误 也是很常见的。新的代码当前在两个GPS模块之间切 换，基于锁定状态和星数，但是我们正致力于更复杂 的交换机制。 支持双GPS也让测试新的GPS模块更为简单。举个例 子，这使我们能够更直接的比较Lea6和Neo7，并且发 现Neo7性能很好。也有助于开发全新的GPS驱动，例 如Piksi驱动 双罗盘 采用双罗盘主要是为了备用，相当于备胎，一个外置 ，一个内置，我这边现在用的是外置罗盘，带180的 ，但是外置罗盘有缺点就是经常会出现b

14、ad compass health。内外的罗盘频率不一样 避免干扰。 APM2.0就已经使用了内外双罗盘，现在升级的 pixhawk又采用了双GPS和双陀螺仪，性能更好。 电压电流传感器 采用非3DR官方原版的电源模块，南航店自己改良的 一款电压电流传感器，与飞控的连接方法如下图 电压电流传感器 产品特性 供电部分已经过改良，可以支持更高电压，更大输出电流，电源模 块支持最高达30V，5.3V输出，最高3A电流，采用开关稳压器，稳定 可靠，优于3DR官方的最高4S输入/最大2.25A输出规格。 电源模块是专为飞控、接收机以及GPS/数传/OSD/空速计等配件供电 ，请勿用来给舵机供电，否则由于

15、某些舵机电流较大，会严重影响 飞控等设备的工作可靠性。如果产品搭载舵机，请另外使用BEC或者 电调内置BEC来给舵机供电。 电源模块是专为APM 2.0/2.5/2.5.2/2.6以及Pixhawk设计的一款DC-DC 供电模块，同时带有电压电流检测功能。 电压电流传感器 设置Mission Planner 配置传感器，在Mission Planner的初始设置Optional Hardware Battery Monitor页面，设置“Monitor”，“Sensor”和“APM”区域，如下 图所示。如果连接电池了，你应该会看到“Battery voltage （Calced） ”区域会填充

16、电池的电压大小。 电压电流传感器 设置Mission Planner 如果你的电池容量在较低情况你想在MP中得到提醒，那么你就要勾 选“MP警报在电池电量不足”复选框，然后输入你想听到警告（将通 过电脑语音读出来），电压等级，最终剩余电流的百分比。 电压电流传感器 设置Mission Planner 你想看到什么 设置地面站报警最低电压和百分比 通信模块 5x UART（串口），1个带有高驱动能力，2个带有 流控制功能； 2x CAN ，1个带有内置3.3V转换器，另一个需要外 置转换器； 支持Spektrum DSM / DSM2 / DSM-X 输入； 支持Futaba S.BUS输入； 支持PPM信号输入； 支持RSSI （PWM信号）输入； I2C； SPI； 3.3 and 6.6V ADC电压信号输入； 内置microUSB接口，并可扩展外部microUSB接口。 电源模块 电源失效后自动二极管控制（不间断供电）； 支持最大10V舵机电源和最大10A功耗； 所有外设输出带有功率保护； 所有输入带有静电保护。 扩展模块 数字