PixHawk飞控和Mission Planner地面站安装调试
PixHawk飞控和Mission Planner地面站安装调试
PixHawk是著名飞控厂商3DR推出的新一代独立、开源、高效的飞行控制器，前身为APM飞控，不仅提供了丰富的外设模块和可靠的飞行体验，有能力的爱好者还可在其基础上进行二次开发。第一次使用需要多方查阅资料，摸索前行，根据本人学习和使用过程整理成文，其中大部分内容来自官网和相关网站的资料，将尽可能提供原文出处，希望对想尝试PixHawk的朋友有所帮助。
- PixHawk飞控配置
- 多轴飞行器的基本飞行概念
- 飞控驱动与地面站软件的安装
- 飞控驱动与地面站软件的连接
- 升级飞控固件
- 飞控罗盘、加速度计与遥控器的校准与设置
- 3DR数传电台的连接
一、PixHawk飞控配置
www.pixhawk.com
PixHawk官网
http://www.pixhawk.com/
1.1 硬件配置
- 主处理器：32位STM32F427，主频168 MHz ，256 KB RAM,2 MB Flash
- 备用处理器：独立供电32位STM32F103故障保护协处理器
- 传感器：双 3轴加速度计（据说可确保绝大部分情况下可剔除单加速度计可能产生的混淆噪声，极大改善飞行稳定性）、磁力计（确认外部影响和罗盘指向）、双陀螺仪（测量旋转速度）、气压计（测高）、内置罗盘、支持外置双GPS
- 集成的备份、超控、故障保险处理器
- microSD 插槽用于日志等用途, 5个 UARTs, CAN, I2C, SPI, ADC,等
1.2 接口定义
PixHawk接口定义如下图所示：
正面
两侧与底部
顶部
1.3 引脚定义
接口与引脚定义
http://www.pixhawk.com/modules/pixhawk
二、基本飞行概念
参考：http://px4.io/docs/px4-basic-concepts/
2.1机头指向和方向
以固定翼与四轴飞行器为例，下图是无人机的载体坐标系
- 载体重心为坐标原点
- 载体前进方向为x轴正方向
- 载体水平姿态时垂直向下为z轴正向
- 载体飞行方向指向右为y轴正向（x,y和z轴满足右手螺旋准则）
飞行方向示意图（俯视）：
2.2 遥控与基本飞行控制
使用左右油门时，油门最低位置如下图（遥控器设置计划另外写一篇博文）：
2.3 多轴飞行器的飞行姿态角
- Roll: 横滚角，以飞行前进方向为轴的左右角度变化
- Pitch: 倾斜角，以飞行前进方向为轴的高低角度变化（抬头、低头）
- Yaw: 航向角，飞行器机头指向角度的改变
三、安装飞控驱动与地面站软件
安装pixhawk驱动程序（或使用网购时店家提供）
https://pixhawk.org/firmware/downloads
计算机->右键->设备管理器->端口，出现PX4端口
安装地面站软件（MissionPlanner,MP）本机安装版本v1.3.37
四、连接飞控与地面站软件
拔掉飞控上所有设备，只留蜂鸣器。使用USB线连接飞控和电脑USB。
进入飞行数据页面，在右上角串口号选择下拉列表中的PX4 FMU串口号，本机是COM9，波特率为115200。注意不要点击右侧的“自动连接”。
五、升级飞控固件
选择：初始设置->安装固件
5.1 直接安装
选择
表示下载四轴最新固件，弹出是否继续对话框，选择“是”，等待安装完成，会出现短暂的音乐声。
进入“飞行数据”页面，右上角选择PX4所在的COM端口（本机为COM9）和115200波特率，点击右上角“连接”图标即可连上飞控，获取飞控数据：
5.2 安装下载的固件
通过地面站安装固件页面中的“下载固件”按钮打开官方下载服务器。
官方软件下载地址：
http://firmware.ardupilot.org/
选择固件Firmware中的APM Copter （多旋翼和传统直升机固件）
打开固件下载页面：建议使用稳定版，点击stable，进入稳定版下载（网址）：
http://firmware.ardupilot.org/Copter/stable/
PX4对应我们的飞控。文件名简单意思是：
- heli表示直升机
- hexa表示6轴
- octa表示8轴
- octa-quad表示4个机壁，上下两层供8台马达的8轴
- quad表示4轴（我们要用的）
- tri表示3轴
点击PX4-quad/进入下载页面：选择v2.px4版本，右键->将链接另存为，下载到本机。
如果要加载自定义固件，在地面站进入“初始设置”页面->加载自定义固件->弹出对话框选择刚下载的固件文件确定即可
地面站切换到“飞行数据”页面，设置好端口与波特率后，选择右上角连接连接图标即可看到飞控数据（高度、角度等）传回地面站并显示出来。此时主LED灯黄灯闪烁，LED红蓝闪烁表示自检。六、校准
将GPS的两路输出（6pin和4pin）接上飞控的对应的GPS口（6pin）和I2C口（4pin罗盘），准备校准。
打开地面站，USB连接飞控，设置COM端口号和波特率，选择“连接”，连接成功后进入“初始设置”页面，展开左侧“必要硬件”，可以看到以下选项：
- 机架设置
- 加速度计校准
- 罗盘
- 遥控器校准
- 飞行模式
- 失控保护
下面，我们将逐一校准上述项目。
6.1 机架类型默认不改
选择“x”型，默认设置不改。
6.2 加速度计校准
点击左侧列表“加速度计校准”进入校准界面，按提示放置飞控，每一步完成后点击绿色“Click When Done”按钮
提示如下：
- Place vehicle level and press any key: 水平放置，然后点击按钮
- Place vehicle on its LEFT side and press any key: 以箭头所指方向的左侧（无USB接口的一侧）为底，立起来放置，然后点击按钮
- Place vehicle on its RIGHT side and press any key: 以箭头所指方向的右侧（有USB接口的一侧）为底，立起来放置，然后点击按钮
- Place vehicle nose DOWN and press any key: 以箭头所指方向指向地面，立起来放置，然后点击按钮
- Place vehicle nose UP and press any key: 以箭头所指方向指向天空，立起来放置，然后点击按钮
校准成功后提示
如果安装最新地面站后界面为中文，按提示完成校准操作即可。
6.3 罗盘（指南针）校准
用捆扎带或皮筋将GPS天线与飞控固定好，确保二者正表面上箭头方向的向指向一致，注意一定要固定好，在后续的旋转过程中二者不能发生偏移。
罗盘校准一般装机前后各进行一次。安装时GPS和飞控无特殊位置关系，美观方便即可。
点击列表中的“罗盘(Compass)”，选择“手动校准”，指南针1和2设置使用默认设置。
点击“现场校准”按钮，弹出对话框告诉我们将飞控绕所有轴做圆周运动，点击“ok”。用手拿着飞控和GPS固联体做各个方向的圆周旋转让飞控采集修正数据。
不断旋转飞控指向，数据采集自动结束后弹出偏移量提示，因为GPS中有指南站，飞控中也有指南针，因此弹出两个偏移量提示：
6.4 遥控器校准
GPS校准后，断电后按照规范（飞控正面放置时引脚从上至下依次为：-，+，信号）的连接方法接上R7008SB接收机连接飞控RC端口（本文使用Futaba T14SG标配接收机）进行遥控器校准。注意：接收机接错，飞控极有烧毁的可能。
Futaba R7008SB接收机输出
- 黄色：信号
- 红色：正极
- 棕色：地线
打开遥控器，打开地面站，连接飞控，进入初始设置->遥控器校准页面：
注意，遥控器左右摇杆控制4个柱面（正确的方向在图下文字中做出了说明）只有升降舵为反向。
正向：表示上下左右和摇杆操作一致，例如，向左打杆，输出变小，向上打杆，输出变大
反向：表示上下左右和摇杆操作相反，例如，向左打杆，输出变大，向上打杆，输出变小。
油门推到顶/油门降到底（正向为正确（如果油门推上去输出反而下降，则需要在遥控器设置中将油门反向））
左摇杆打到最左/左摇杆打到最右（方向、航向、偏航：机头指向，正向为正确）,右摇杆打到最左侧/右摇杆打到最右侧（副翼-横滚，正向为正确）
所有摇杆均在1094-1934之间变化，满足要求。
点击“校准”，将遥控器左右摇杆重复打到最值，即左右摇杆在最大值上不停转圈，得到校准数据如下：
操作完成后点击“完成时点击”按钮，弹出完成提示对话框点击“ok”后将弹出校准数据：
6.5 飞行模式与失控保护
飞行模式设置非常重要。因为使用的控不一样会有不同的设置步骤，本人使用Futaba T14SG设置，具体步骤另行写一篇介绍。PixHawk有6个飞行模式可选，因此主要思路是，在控上选择一个2档开关和一个3档开关，进行关联设置，组合得到6个不同档位，使得设置好后：
- 当2档开关处于第1档位时：3档开关的1/2/3档，分别对应模式1/3/5
- 当2档开关处于第2档位时：3档开关的1/2/3档，分别对应模式2/4/6
根据自己需要设置飞行模式，以下是跟之前使用的NAZA M v2飞控的控制模式的一个不成熟的类比：
- pixhawk定点模式Loiter = NAZA GPS姿态模式（GPS定高、定点）用于飞行
- pixhawk定高模式AltHold= NAZA姿态模式（高度稳定，位置不定，有风险）
- pixhawk自稳模式Stabilize：用于起飞和降落
下图是初步设置的6个不同的模式，其中模式6建议要设为RTL也就是“返航”模式。
七、连接3DR数传
7.1 安装USB转串口驱动
安装串口转USB的驱动程序CP210x_VCP_windows.exe（自行下载或使用购买店家提供）
驱动装好后，将天线接上数传，使用任意一台数传，用micro USB 接上数传和电脑，在设备管理器中会出现
7.2 连接数传与地面站
（1）连接1台数传
保持数传与计算机的连接，打开地面站。
如果只想对数传参数进行操作、修改，此时不要点击右上角的“连接”图标。
进入初始设置页面->可选硬件->3DRradio：
设置端口号与波特率，端口为5.1中识别的USB转串口的端口（本机为COM3），波特率为57600。
点击“加载设置”地面站连接飞控，获取设置参数：
注意：此时由于计算机只加载了一个数传，如果修改参数则另外一台（远端）参数将不会被修改，因此修改后两台数传会连不上。也就是说，当只连接1台数传时，不要修改参数，以免出现问题。
（2）连接2台数传
注意：如果需要修改数传参数，必须同时连接两台数传，修改完一台的参数，通过“复制所选项至远端”按钮将修改的参数复制到另一台数传，否则会出错。
使用另一根micro USB线将另一台数传连接上计算机。
连接好后，再次点击“加载设置”等待连接后远程数传的参数也出现了，且跟本地数传参数一致。如果要改本地参数，修改后“保存设置”，一定要选择通过“复制所选项至远端”，将两台数传参数同步一致。
至此，完成了PixHawk与地面站的连接与基本设置。接下来，应该装好无人机机架、马达、电调、飞控、外置GPS、电源模块等，不装桨，做室内连线测试，然后再到安全的场地进行外场试飞。
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