四旋翼飞行器7——主要开源飞控介绍

四旋翼飞行器7——主要开源飞控介绍

一、APM

官网地址：http://ardupilot.org/

APM（ArduPilotMega） 是在2007年由DIY无人机社区（DIY Drones）推出的飞控产品，是当今最为成熟的开源硬件项目。APM基于Arduino的开源平台，对多处硬件做出了改进，包括加速度计、陀螺仪和磁力计组合惯性测量单元（IMU）。由于APM良好的可定制性，通过开源软件Mission Planner，开发者可以配置APM的设置，接受并显示传感器的数据。目前APM飞控已经成为开源飞控成熟的标杆，可支持多旋翼、固定翼、直升机和无人驾驶车等无人设备。针对多旋翼，APM飞控支持各种四、六、八轴产品，并且连接外置GPS传感器以后能够增稳，并完成自主起降、自主航线飞行、回家、定高、定点等丰富的飞行模式。APM能够连接外置的超声波传感器和光流传感器，在室内实现定高和定点飞行。

特性包括：

1. 免费开源固件，支持飞机（“ArduPlane”），多旋翼 (四旋翼, 六旋翼, 八旋翼等), 直升机（“ArduCopter”）和地面车辆（“ArduRover”）!
2. 通过点击式的工具简单设置和上传固件。无须编程！(但是你想搞搞代码的话，可以使用简单的嵌入式编程工具: Arduino)
3. 通过点击式的桌面程序完全的规划任务脚本
4. 可以支持上百个三维航点
5. 使用强大的 MAVLink 协议，支持双向遥测和飞行中控制命令T
6. 多种免费地面站，包括 HK GCS, 支持任务规划，空中参数调整，视频显示，语音合成和完整的带回放的数据记录
7. 跨平台。支持Windows, Mac 和 Linux。在 Windows 下使用图形任务规划设置工具 (Mac 下可用模拟器) 或在任何操作系统下使用命令行界面。三种操作系统上都有可用的地面站程序。基于 Arduino 编程环境，也是完全跨系统的。
8. 自动起飞，降落和特殊的动作命令，例如视频和照相控制
9. 完整支持 Xplane 和 Flight Gear 半硬件仿真
10. 包括继电器，可以触发任何设备，可以根据任务脚本控制

硬件包括:

• 三轴陀螺仪
• 三轴加速度计
• 测量高度的空气压力传感器
• 10Hz GPS 模块
• 监视电池状态的电压传感器
• 4Mb板上数据记录存储器。任务数据自动记录，并可以导出为 KML 格式
• 内建硬件失效处理器，在失控时可以返回出发点
• (可选) 三轴磁力计
• (可选) 空速传感器
• (可选) 电流传感器

二 Pixhawk

官网地址：http://www.pixhawk.com/

PX4是一个软硬件开源项目（遵守BSD协议），目的在于为学术、爱好和工业团体提供一款低成本、高性能的高端自驾仪。这个项目源于苏黎世联邦理工大学的计算机视觉与几何实验室、自主系统实验室和自动控制实验室的PIXHawk项目。PX4FMU自驾仪模块运行高效的实时操作系统（RTOS），Nuttx提供可移植操作系统接口（POSIX）类型的环境。例如：printf（）、pthreads、/dev/ttyS1、 open（）、write、poll（）、ioctl（）等。软件可以使用USB bootloader更新。PX4通过MAVLink同地面站通讯，兼容的地面站有QGroundControl和Mission Planner，软件全部开源且遵守BSD协议。

PIXHawk 拥有168MHz的运算频率，并突破性地采用了整合硬件浮点运算核心的Cortex-M4的单片机作为主控芯片，内置两套陀螺和加速度计MEMS传感器，互为补充矫正，内置三轴磁场传感器并可以外接一个三轴磁场传感器，同时可外接一主一备两个GPS传感器，在故障时自动切换。

特性包括：

• 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。

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。

各种可扩展I/O接口和专用接口。

• 14个PWM舵机或电调输出。

• 5个UART（串口），一个支持大功率，2个有硬件流量控制。

• 两个CAN I/O接口（一个有内部3.3V收发，一个在扩充接口上）。

• 兼容Spektrum DSM / DSM2 / DSM-X 卫星接收机输入： 允许使用Specktrum遥控接收机。

• 兼容Futaba S.BUS输入和输出。

• PPM sum 信号输入。

• RSSI（PWM或电压）输入。

• I2C和SPI串口。

• 两个3.3V和一个6.6V电压模拟信号输入。

• 内置microUSB接口以及外置microUSB接口扩展。

• 包含它自己的板载微控制器和FMU栈。

具有冗余设计和扩展保护的综合供电系统。

• Pixhawk是由一个集成有电压电流传感器输出的协同系统供电。
• 良好的二极管控制器，提供自动故障切换和冗余供电输入。
• 可支持高压（最高10V）大电流（10A+）舵机。
• 所有的外接输出都有过流保护，所有的输入都有防静电保护。

其他特性。

• 提供额外的安全按钮可以实现安全的马达激活/关闭。

• LED状态指示器与驱动可以支持高亮度外接彩色LED指示灯表明飞行状态。

• 通过高能多种提示音的压电声音指示器可以得知实时飞行状态。

• 可支持带外壳与内置磁力计的高性能UBLOX GPS。

重量： 38g，宽度： 50mm，厚度： 15.5mm，长度： 81.5mm

三、相关资源

APM地面站MissionPlanner http://firmware.ap.ardupilot.org/Tools/MissionPlanner/

APM源码Ardupilot https://github.com/ArduPilot/ardupilot

Pixhawk地面站QGC http://qgroundcontrol.com/

Pixhawk原生代码PX4 https://github.com/PX4/Firmware