无人机Pix4飞控硬件平台框架


本文只是为了让大家简单入门为主,所以我选择的硬件学习平台是Pixhawk系列的mRoPixhawk,兼容原始版本Pixhawk1,基于Pixhawk-project FMUv3开源硬件设计,修正了将原始版本flash限制在1MB这个bug,需要深入学习的同学可以自行到Pix官方去学习,下面为网址:https://pixhawk.org/
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硬件详情

主处理器:
32-bit STM32F427 Cortex M4 core(带FPU)
168MHz/256K RAM
2 MB Flash
故障安全协处理器:32-bit STM32F103
传感器:
ST Micro L3GD20 3轴16-bit陀螺仪
ST Micro LSM303D 3轴14-bit加速度计 / 磁力计
Inversense MPU 6000 3轴加速度计 / 陀螺仪
MEAS MS5611气压计
接口:
5 x UART
2 x CAN
Spektrum DSM / DSM2 / DSM-X Satellite与DX8兼容输入
Futaba SBUS兼容输入和输出
PPM信号
RSSI 输入
I2C
SPI
3.3和6.6V ADC输入
外部 microUSB 端口
内部硬件框架
有关内部硬件框架,我们在这里先不说太多,有时间我会用另一篇文章来介绍内部框架的有关内容,这更有利于我们后面学习pix飞控的一些简单代码的问题。
外部硬件连接
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使用双GPS就是一个飞控可以同时使用2个GPS(注意,这只能使用其中一个罗盘,而且在实际使用中飞控也只是挑选其中信号好的一个GPS来参与控制)
硬件部分:第二个GPS插在serial 4/5接口上,线序与GPS口一致(参考GPS接口和serial 4/5接口)。
软件部分:固件为apm3.2以上,然后到地面站”所有参数“中修改GPS_AUTO_STITCH参数值为1 以及修改GPS_TYPE2参数值为1。
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最近好多人问小编有关Pix4开源飞控的一些问题,今天特地整理了一些有关Pix4飞控有关的硬件知识,多谢大家一直以来的关注。
原文链接:
https://blog.csdn.net/henjuese5913/article/details/109964612


无人机Pix4飞控常见问题解决方法
一、无法解锁(黄灯闪烁)
无法解锁的原因会有多种,请按照如下步骤进行检查:
1、初始设置是否全部完成
a、机架类型选择是否正确,或者你根本就没有选择?
注意,新版本的飞控固件在默认参数情况下,需要先在mission planner中设置好机架类型后才会有各个控制通道的输出。
b、加速度计校准(如果没有校准或者上次校准不成功,解锁时姿态窗口会提示);
c、指南针校准(如果没有校准或者上次校准不成功,解锁时姿态窗口会提示);
d、遥控器校准(并且各个通道的正反向正确);
e、飞行模式设置(注意,在PosHold、Loiter模式下,如果GPS没有定位或者定位不佳,是无法解锁的)
f、电调校准(你确定你校准成功了吗?)
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2、是否连接了“安全开关”,并解锁。
pixhawk飞控硬件引入了“安全开关”这个外设,飞控默认是使能安全开关的,这就需要你在使用遥控器解锁前先长按安全开关,进行初步解锁,然后再通过遥控器解锁。如果你不想用安全开关,在全部参数列表中将“BRD_SAFETYENABLE”设为“0”即可。(注意,有些参数是立即生效,有的参数是重启生效,建议为稳妥起见,进行一次重新上电操作)
3、会不会是飞控已经解锁了,但是电调并没有工作。
a、会不会是你只给飞控供电了,而没有给电调供电?
b、会不会电调信号线断了?或者信号线插反了?
c、会不会是电调没有校准?
4、会不会打开了地理围栏功能,并且飞机处于地理围栏之外?

二、电台连接缓慢,或者有很大概率连接失败
APM最新版固件很少出现这个问题了,之前的固件与某些电台联合使用的时候会出现这个问题。
原因:全部参数列表中“BRD_SER1_RTSCTS”和“BRD_SER2_RTSCTS”默认是“2”,即“auto 自动”。这个两个参数控制着飞控连接电台的串口是否开启流控制(串口协议里的概念)。0表示不用,1表示用,2表示自动检测。自动检测的原理是飞控初始化的时候先默认是使用,然后收发一些数试试,如果不行,就认为不用,以前的固件这里好像有点bug,导致有时就连不上地面站了。将这两个参数设为0即可。

三、悬停掉高(或者叫定高不好,上下浮动)
定高不好,可能是由以下两个原因造成的:
1、机架震动大,飞控减震没有做到位,导致飞控Z轴加速度出现较大奇异值,从而导致飞控在某些时刻对自身速度、加速度的估计出现错误,明明飞机没有向上走,但是飞控认为飞机在快速向上走,于是控制飞机猛收油门,从而飞机猛地向下掉一下。这类问题导致的定高问题更像是飞机在向上或者向下抽动。
2、气压计受自身螺旋桨气流影响导致高度估计问题。大家一般会在气压计上加一块海绵,但其实对于大飞机这个是不够的,最好再增加2层遮挡物:一、飞控加外壳,外壳透气孔尽量小一点,如果飞控外壳四面透风就意义不大了;二、将飞控装在机身内部,并且尽量使得机身封闭(一般很难做到完全封闭,从而不影响气压计检测外界气压值),这个可能比第一条还关键。
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3、如果是缓慢的高度变化,并且变化范围在0.5m以内,那么,可以认为是正常的,因为飞控对自身高度的估计主要来源于气压高度计,而气压随着气温会缓慢变化,再加上飞控旋翼气流影响以及各种测量噪声,飞控对自己的高度的估计会缓慢变化,从而导致高度控制出现漂移。如果想提高定高效果,只能考虑添加“相对高度计”,如超声波、毫米波雷达、激光测距仪等。

四、定点定不住
定点定不住,可能是由如下原因造成的:
1、确认自己已经成功切到PosHold或者Loiter模式!(你以为你切了,实际上没切,或者由于GPS、磁罗盘等问题飞控拒绝切到定点模式)一定要通过地面站看模式,反复确认;
2、GPS信号差,如果有严重遮挡,GPS定位会出现较大幅度的漂移,进而导致定点定不住;
3、遥控器有偏移值。要么你没有校准遥控器,要么不小心拨动了遥控器微调,要么温度变化导致遥控器自己行程飘了,导致摇杆处于中位时飞控收到的是向一边打杆的控制指令……
4、磁航向不正。磁罗盘没有校准,或者磁罗盘歪了,或者磁罗盘受到干扰,导致飞控对机头方向的估计与实际航向不一致,进而导致位置控制时出现刷锅飞行的情况(飞机机头指向不变,飞行轨迹呈现刷锅的感觉)。

五、刷哪种固件?PX4固件?APM固件?
首先应该明白PixHawk、PX4固件、APM固件三者的关系:
PixHawk指的是飞控硬件,相比之前大多数开源飞控使用的AVR单片机,Pixhawk飞控在硬件性能上有了很大的提升,它采用的STM32F427VIT6作为主控,32位,主频168MHz,可以说是相当的牛逼。
PX4固件和APM固件指的是软件,它们都是运行在PixHawk硬件之上的,是两种不同飞控程序。对于刷哪个固件,请看下面的对比:
1、PX4固件的源代码结构明了,对于学习飞控程序的人来说,可能入手更快一点;相比之下,APM代码略微有点复杂;但是,请注意,这里的复杂是相对而言的,根据我个人的经验来看,APM的代码比我见过的所有自己写的代码(自己写的、项目用的、实验室遗留的)相比,编写规范、命名规则、实现方法都要好非常多。 对于只是使用飞控,而不研究代码的人来讲,PX4固件在这一点上没有优势。
2、APM固件历史悠久,功能更加完善,漏洞更少,飞行更稳定(这里的稳定指的是不会因为程序漏洞导致莫名其妙地摔机);相比之下,PX4固件有点薄弱,有很多坑需要填。 对于一个无人机来讲,能稳定可靠地飞行是第一位的,如果不能稳定可靠地飞行,其余优势都是扯淡。
因此,对于只用飞控不改程序的人,我推荐刷APM固件;而对于需要改程序的人,我也推荐APM固件,但是如果是公司用户,请考虑一下APM固件和PX4固件开源协议的区别,酌情考虑(关于这一点,请注意:不要敝帚自珍,一个无人机公司的竞争优势是全方位的,既然用了开源飞控,即使你加上了自己特有的功能,在飞控代码上也不会比别人强太多。那些不会改飞控代码的竞争对手给他程序他也用不了,那些会改代码的公司也不屑于抄你)。

2019年08月09日更新:
有不少同学还在用APM2.x这款硬件(以AVR单片机作为主控),这种硬件已经被淘汰,最新版固件已经不再支持这款硬件。APM2.0硬件最高支持的固件版本如下:多旋翼:3.2.1,固定翼:3.3.0,无人车:2.5.1。

六、起飞瞬间飞机转头
新装的飞机第一次试飞时起飞瞬间机头向一个方向旋转,赶紧收油门。这时候,应该按照如下步骤进行检查:
1、检查桨是不是装错了,各个机臂上“正反桨”严格按照官网指示图进行检查;如果没有问题,看下一步。
2、把桨卸掉,解锁,检查各个电机转向,注意,是严格按照官方电机转向进行检查,并且注意电机的1、2、3、4可不是按照顺时针排布的;如果没有问题,看下一步。
3、连上地面站,看看飞机的俯仰、横滚、偏航有没有反的。
4、如果至此都没有问题,那么,我可以告诉你,有一部分飞机在调参不好、机架刚性不好、动力不好的情况下,会出现起飞瞬间机头偏转的问题,离地后机头就不再偏转了,并且这还跟起飞瞬间推油门是否果断相关。 这时,如果你是个老手,胆子还很大,试飞场地很宽广并没有围观人群,那么大胆起飞吧,飞高1米看看,但是时刻准备收油门。 但是如果你是个新手,或者胆子跟我一样小,或者飞行场地不理想,那么就老老实实绑飞吧,把四条腿绑在地上,留出5cm左右的自由空间,解锁飞行,看看飞机俯仰、横滚、偏航的反应,没问题后再正常飞。
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七、地面站失控保护(GCS Failsafe)
地面站失控保护,顾名思义,当地面站跟飞机失去连接后触发失控保护。但是如果你以为在MissionPlanner中的设置里直接点上地面站失控保护就行了的话,那你就想简单了,你会发现自动模式下,即使把地面电台拔掉了,飞机也不会返航。这是为什么呢?这是因为这个失控保护的是为“使用游戏手柄控制飞机飞行时”设置的(参考官方文档:链接)。
是的,当你使用一个微软的游戏手柄连接地面站电脑后,通过简单设置,地面站软件可以把游戏手柄的控制量通过地面电台转发给飞机,这个控制量会覆盖遥控器的控制信号,从而导致飞机只接受游戏手柄和地面站软件的控制。这时,如果地面站与飞机失联了,飞机就处于完全无控状态了(即使遥控器有信号也白搭),因此这时飞控程序中加了地面站失控保护功能。其触发条件如下:
1、开启了游戏手柄控制飞机功能,并且在使用中;
2、处于自动模式中;
3、地面站已经有5秒钟没有跟飞机通信了;
4、飞控参数中FS_GCS_ENABLE设置为1。
由此可知,如果你想实现超视距飞行中电台断了飞机自动返航,只能改飞控代码。不过,好在这个地方没有那么复杂,比较好改,自己改改就行。

八、绿灯快闪
绿灯慢闪表示GPS已定位,并且没有别的故障,飞控允许解锁;那么绿灯快闪是什么意思呢?官网的解释是:GPS is using SBAS(so should have better position estimate)。这个的意思是绿灯快闪情况下,GPS使用了"星基增强系统"的信号,这时GPS定位会更好,因此,在绿灯快闪的情况下,定点会定的更好一点。
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九、推油门飞机起不来
有时你会遇到即使把油门推倒顶,飞机都没法离地的情况,根据我多年踩坑经验,有如下几种可能:
1、电池没电了,并且是彻底没电了,并且是你以为还有电,甚是是满电,但是就是没电了! 不要相信自己的记性,不要以为昨晚刚充满的几块电池,怎么可能没电,问题是偏偏几块充满的电池放在那里,你随手拿了一块没有充电的或者干脆已经坏掉的电池!你唯一可以相信的只有BB响(又称电显)!
2、四个桨的转向反了,推油门风是向上吹的,飞机稳稳地趴在地上。
3、电调没有进行行程校准!导致遥控器给的是满油门,飞控给的也是满油门,可偏偏电调认为你给的是20%油门。注意,新装的飞机,一定要进行电调行程校准,并且注意,是先校准遥控器,后校准电调。(现在不少FOC电调是固定油门的,那么就需要修改遥控器和飞控的行程去适应电调了)
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十、起飞瞬间侧翻
新飞机装好后,各种校准完成后,第一次飞行,飞机侧翻(向前翻、向后翻、向左翻、向后翻)。请按照如下步骤检测飞机:
1、检查各个电调与飞控连接的线序是否正确,以四轴为例,右前为1号电机,左后为2号电机,左前为3号电机,右后为4号电机,注意可不是顺时针的1、2、3、4;
2、有条件的话,先将飞机绑在地上(简称“绑飞”),然后进行下面所述测试;
2、解锁飞机,不要推油门,在怠速下检查所有电机的转向是否有反的;
3、如果电机转向无误,检查螺旋桨是否有装反的(顺时针转的电机上装了逆时针转动的桨,甚至是一个螺旋桨的上下都反了);
4、重新校准一下电调的行程试试,如果电调的行程不同,可能导致某些电机先启动;
5、如果还不行,看看飞控是不是装反了,上下颠倒、或者航向转了特定角度,或者参数中设置了飞控的旋转。

十一、舵面输出反向
对于固定翼飞机或者无人船,可能会遇到如下问题:遥控器各个通道设置正确,从地面站上看飞控接收的各个通道的方向也正确,但是某些舵面输出是反向的。这种问题往往是由于舵机实际运动方向与受控方向相反导致的。解决方法如下:
比如反向的舵机连接的是飞控的CH1,那么在全部参数列表中,搜索RC1_REVERSED,将这个值设置为1,即可。
注意,这种问题不能通过在遥控器上设置反向来解决。以方向舵为例,我们需要的运作模式是:遥控器方向摇杆向左打,飞机航向就向左转,其中的控制指令流程是:遥控器摇杆向左打—>飞控收到航向需要向左转的指令—>飞控通过一系列PID运算得出舵机控制PWM值—>舵机收到该PWM值—>舵机转到对应的角度—>舵面在舵机连杆的拉动下转动,由于不同飞机舵机和舵面的安装方式不同,会导致实际舵面运动方向与我们需要的方向相反,因此需要在飞控输出PMW信号时进行反向。如果在遥控器里设置了反向,在手动控制模式下可能输出是对的,但是在定点模式或者自动模式下,飞控收到的控制指令将是反的,从而在进行PID控制时是反的,最终就乱掉了。

十二、飞控不启动
有时候,同一个飞控,之前用的好好的,突然有一天上电后飞控没法完全启动,上电后几个小的LED也是亮的,但是RGB LED不闪烁,用USB连接电脑,设备管理器中也能看到飞控的串口,但是用地面站连不上飞控。遇到这种问题,在确定飞控硬件彻底坏了的之前,尝试一下如下步骤,可能就解决了:
1、移除所有外设连接线(GPS、遥控器接收机、数传电台、电调信号线、外置电源模块线等),使用USB连接飞控,看看飞控是否启动正常,是否能连上地面站,如果能,说明可能是哪个外设有问题,如果不能,下一步;
2、刷最新的固件试试,如果不行,下一步;
3、将SD卡重新格式化一下(windows默认格式),重新插入飞控,上电试一下,这一步大多数情况下就能解决问题,如果还不行,下一步;
4、更换一个SD,重新上电试试,如果还不行,我也没办法了,远程只能帮你到这个地方,不行的话把飞控寄给我看看吧,或者返厂吧。

十三、飞控自动锁定时间太长或者太短
飞机落地后,过一段时间会自动锁定,如果你感觉等待时间太长,或者太短,请调节DISARM_DELAY参数,单位是秒,这个参数决定了等待多长时间后自动锁定。
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十四、遥控器无法校准
在遥控器校准页面,发现各个通道的值都为0,动遥控器的各个摇杆都没反应。遇到这种情况,请按照如下步骤检查:
1、检查遥控器接收机上的灯是不是亮的,如果没有亮,应该是接收机没有供上电;
2、检查遥控器接收机是不是亮的绿灯,对于大部分接收机,上电后如果没有接收到遥控器信号,会亮红灯,否则才会亮绿灯。如果是红灯,尝试跟遥控器重新对频;
3、确保你的接收机是跟你手里的遥控器对的频,我遇到过我的接收机跟屋子里另外一个遥控器对上频的情况,而那个遥控器也开着机。
4、如果使用的是接收机的SBUS接口,确保插对口了。如果用的是Futaba的7008SB,注意要插的是底下横着的sbus2接口;
5、确保飞控端插的是RC IN接口。对于原版Pixhawk,上面的sbus字样的接口是飞控sbus信号输出的,不是插那个;
6、检查接收机线的两端有没有插反,会不会“地”和“信号”反了;
7、还不行,换根接收机连接线试试;
8、还不行,重刷最新固件试试;
9、还不行,可能就是飞控坏了。

十五、机头方向和飞控前向不一致
有时候,受限于机体结构,我们安装飞控时无法做到飞控方向与飞机方向一致,比如飞控前向朝后安装,甚至是飞控底部朝上安装,这个都是没有问题的,只需要修改AHRS_ORIENTATION这个参数就行了,该参数默认为0,表示不旋转,我们可以根据全部参数列表中的注释按需要进行修改。
这个参数起作用的原理是在原始传感器数据到来后进行一次旋转,然后再参与姿态解算,这个旋转的工作量很小,因此不用担心这种操作会增加飞控负担导致飞机出问题。

十六、日志不正常
有时候,飞控会不记录日志,在MissionPlanner的姿态窗口显示“Bad logging”,这种情况下,请按照如下步骤进行尝试:
1、重新插拔SD卡(SD接触不良,重新插拔试试);
2、将SD卡使用读卡器用电脑重新格式化一下,格式为FAT32,其余参数默认;
3、如果还不行,换一张SD卡试试;
4、如果还不行,重刷最新版固件试试;
5、如果还不行,恐怕只能怀疑飞控硬件问题了,SD卡座虚焊? 主控CPU虚焊? 不过,概率很小。

十七、无法刷固件
使用MissionPlanner给飞控刷固件的流程是这样的:
1、在飞控与地面站没有连接的情况下(注意,刷固件时,通过USB将飞控与电脑相连,但是不要点击地面站的连接按钮),切换到MissionPlanner的“初始设置”页面,然后点击“安装固件”按钮,这时,会弹出一个小窗口,提示正在获取固件版本,注意,这时地面站是在连接官方服务器,获取最新的稳定版固件的版本号,如果电脑没有联网,就会提示错误;
2、选择你的飞机类型(固定翼、四轴、六轴、X8等),这时MissionPlanner就会从官网网站上下载对应的固件,这时如果网络不好,就有可能下载一半断掉;
3、MissionPlanner从网上将固件下载到电脑上后,开始查找与电脑连接的飞控,找到后,会开始擦除飞控,然后开始烧写,最后提示“请在音乐播放完后拔掉飞控”,这指的是原版飞控连接有蜂鸣器的情况下,会有提示音,提示音结束后表示固件升级才是真正完成,如果你的飞控没有蜂鸣器,弹出这个窗口后等待30秒就可以拔掉USB了;如果弹出个小窗口,提示“请拔掉飞控,然后点击OK”,那么说明MissionPlanner没有找到飞控,这时需要先拔掉USB,然后点击小窗口上的OK,之后立即插入USB,这样大概率情况下地面站就能识别到飞控并开始刷固件。
综上所述,如果遇到无法刷固件的情况,请按照如下步骤检查:
1、电脑是否可以联网;由于APM服务器在国外,因此有时即使电脑能联网,也可能会下载失败;
2、MissionPlanner是否为最新版本;我多次遇到过旧版MissionPlanner无法下载固件的问题,更换为官网最新版本的MissionPlanner后问题解决,注意下载MissionPlanner请到官网下载,很多时候从论坛中找到的MissionPlanner可能已经是很旧的版本了,我的另一个博客中有官网下载链接;
3、USB线是否损坏,可以换一条USB线试试;
4、飞控BootLoader是否损坏,如果已经损坏,需要重刷BootLoader。不过这个概率很小,我还没有遇到过,这种情况只是有存在的可能而已。

十八、无法安装驱动、地面站打不开
有时候,如果你遇到安装MissionPlanner时无法成功安装驱动,并且打开MissionPlanner时闪退或报错,那么大概率你的系统是Ghost版的Win7,这个系统为了精简空间,删除了一些普通用户用不到的系统文件,而这些文件恰好是地面站软件需要用到的(好坑),因此,推荐使用原版的Win7或者Win10,32位版本和64位版本都行。网上可以找到补上这些缺失文件的方法,但是还是建议安装原版纯净系统,天知道Ghost系统还删了别的什么东西,又加了什么不可告人的东西。

十九、提示“Bad AHRS”
如果地面站提示Bad AHRS,说明姿态解算有问题,大部分情况下,重新校准加速度后就可以解决这个问题。

原文链接:
https://blog.csdn.net/henjuese5913/article/details/109964691