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嵌入式物联网机器人自动驾驶智能硬件【免费下载链接】PX4-AutopilotPX4 Autopilot Software项目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/px/PX4-Autopilot点击查看免费下载本文是一份面向 PX4 多旋翼Multicopter/UAV整机组装的技术指南围绕飞行控制器Flight ControllerFC展开系统讲解 GPS/罗盘、RC 遥控、数传电台、SD 卡、电源模块、电机电调与舵机等核心组件的选型、连接与配置方法。读完本文你将掌握 Pixhawk 连接器标准下各端口的用途与接线方式、飞控的安装定向与振动隔离要点以及如何依据 PX4 源码中的串口配置参数如GPS_1_CONFIG、MAV_0_CONFIG完成外设接入与调试。装配概述多旋翼的核心组件一台运行 PX4 的典型多旋翼由以下核心部件组成飞行控制器Flight Controller、GNSS含罗盘、外置磁罗盘、手动遥控器和/或数传电台、电机及其他控制执行机构舵机等、载荷Payload以及一套完整的电源系统。本文的装配说明主要面向使用 Pixhawk 系列飞控 的系统特别是那些采用了 Pixhawk 连接器标准 的飞控——对于这类飞控大部分接线工作就是使用附带的线缆将组件插入标注清晰的端口即可。如果飞控不遵循连接器标准Pixhawk 系列飞控即使未完全遵循该标准通常也会提供与 Pixhawk 标准组件互联的线缆其他飞控则可能需要自行制作线缆和连接器。飞控专属装配指南 中包含了具体的接线与配置信息厂商官网文档同样可以参考。飞行控制器概览Pixhawk 标准端口下图展示了 CUAV 和 Holybro 的 Pixhawk v6x 飞控。两者的端口非常相似因为它们都是采用 Pixhawk 连接器标准的 Pixhawk 标准自动驾驶仪。下表列出了 Pixhawk 连接器标准端口、它们在两款飞控上的标签以及用途。两款飞控的端口名称相近、核心外设接线方式一致。Pixhawk 连接器标准HolybroCUAV连接对象Full GPS plus Safety SwitchGPS1GPSSAFETY主 GNSS 模块GPS、罗盘、安全开关、蜂鸣器、LEDBasic GPSGPS2GPS2第二 GNSS 模块GNSS/罗盘CANCAN1/CAN2CAN1/CAN2DroneCAN 设备如 GNSS 模块、电机等TelemetryTELEM (1,2,3)TELEM (1,2,3)数传电台、机载电脑、MAVLink 相机等Analog PowerPOWER (1,2)POWER (1,2)SMbus (I2C) 电源模块I2CI2C无其他 I2C 外设SPISPISPI6SPI 设备注意11 针非标准的 6 针PX4 Debug FullFMU DEBUGFMU DEBUG, IO DEBUGPixhawk x 系列飞控调试Pixhawk Debug Mini无无其他 Pixhawk 变体的调试两款飞控还有一些不属于连接器标准的共性都具备相同的以太网端口ETH、SBUS OUT、ADIO、USB、USB-C。二者也存在重要差异最突出的是各种 RC 控制协议和 PWM 输出的连接方式不同下文相关章节会展开说明。最佳实践在连接外设之前断开飞控电源即使并非所有情况下都严格必要这也是推荐做法。安装与定向飞控飞控应尽可能安装在 机身重心附近正面朝上且箭头指向机头方向。为降低振动对飞控内置 IMU 和陀螺仪的影响应使用附带的减震泡沫mounting foam安装若未附带则遵循厂商指导。如果飞控无法按推荐/默认方向安装例如受空间限制则必须在自动驾驶软件中配置实际使用的方向飞行控制器朝向配置。从源码结构看PX4 的姿态估计依赖飞控与机体的固定旋转关系默认方向正面朝上、箭头朝前对应ROTATION_NONE。飞控方向在 传感器设置界面 中选择对应参数为SENS_BOARD_ROT外部罗盘若使用标准 MAVLink 方向正立朝前或任意轴 45° 的倍数偏移罗盘校准时会自动检测默认由 SENS_MAG_AUTOROT 控制。位置偏移IMU 相对重心的偏移参数若飞控无法安装在重心处则需配置 EKF2_IMU_POS_X、EKF2_IMU_POS_Y、EKF2_IMU_POS_Z 三个参数来设置 IMU 相对重心的偏移。如果不设置这些偏移EKF2 的位置/速度估计将位于 IMU 位置而非重心处这可能导致不必要的振荡具体幅度取决于 IMU 距重心的距离。例如IMU 位于重心前方、位置模式下机体绕重心前倾时高度估计会因 IMU 实际下移而降低高度控制器会因此加大推力补偿——这是一直施加的无谓控制量设置偏移后纯俯仰运动不会引起高度估计变化寄生修正随之消失。振动隔离内置加速度计或陀螺仪的飞控对振动敏感。部分飞控内置了振动隔离机构另一些则附带可用于隔离振动的安装泡沫。应优先采用飞控文档推荐的安装策略。若怀疑振动超标可参照 飞行日志分析Flight Review中的振动章节 判断振动水平是否可接受若存在问题可参考 振动隔离 中的解决方案。基本的减振措施包括确保起落架、GPS 桅杆等所有部件紧固使用动平衡良好的螺旋桨选用高质量的桨、电机、电调与机架使用减振方式安装飞控作为最后手段再调整 软件滤波器优先消除振动源而非软件滤波。GNSS/罗盘含蜂鸣器、安全开关与 LEDPixhawk 自动驾驶系统通常包含一个集成了 蜂鸣器、安全开关 和 UI LED 的主 GNSS/罗盘模块也可能配备第二 GPS/罗盘模块。厘米级精度的 RTK GNSS 模块同样受支持。GNSS/罗盘模块应安装在机架上尽量远离其他电子设备的位置——将罗盘与其他电子设备隔离可降低电磁干扰。只要方向标记正立且朝机头方向或任意轴 45° 的倍数偏移校准时会自动检测方向如需其他偏移角则需要手动设置方向。详见 安装罗盘或 GNSS/罗盘。模块可连接至串口或 CAN 总线。串口 GNSS 模块主 GNSS/罗盘模块连接到标有GPS1或GPSSAFETY的端口应为 10 针 JST GH 连接器第二 GNSS/罗盘模块若有连接到 6 针GPS2端口。Pixhawk 连接器标准的 10 针Full GPS plus Safety Switch端口专用于连接主 GNSS包含 GNSS 用的 UART 端口、罗盘用的 I2C 端口以及 蜂鸣器、安全开关 和 UI LED 的引脚。PX4 默认将该 UART 配置为主 GPS。6 针Basic GPS端口若有仅包含 UART 和 I2C 端口PX4 可能不会将其默认配置为第二 GPS 端口可参照 串口配置 自行检查/配置。也可以使用其他 UART 端口连接此类 GPS 模块但可能需要自制线缆且必须按上述文档配置端口或使用另一个 I2C 端口连接独立罗盘或 GNSS/罗盘模块中的磁力计。从源码实现看串口功能由形如*_CONFIG/*_CFG的参数控制GNSS 使用 GPS_1_CONFIG 与 GPS_2_CONFIGGPS1端口的默认波特率由 SER_GPS1_BAUD 决定默认为Auto可自动检测波特率Trimble MB-Two 需显式设为 115200。配置流程为设置服务/外设的配置参数 → 重启飞行器使附加参数可见 → 设置所选端口的波特率 → 配置模块专属参数。DroneCAN GNSS 模块DroneCAN GNSS/罗盘模块连接到 CAN 总线端口通常标记为CAN1和CAN2。DroneCAN 主题下有连接与配置说明。RTK GNSS 模块RTK GNSS 模块以与普通GNSS 模块相同的方式连接到专用飞控串口或 CAN 端口。注意地面站还需要一个独立基准站模块。使用 RTK 时GNSS 接收机相对重心的位置偏移参数尤其重要。GNSS 模块离重心越远机体旋转产生的伪速度/高度测量误差越大EKF 可能因此拒绝测量值。应在 参数配置 中设置 SENS_GPS0_OFFX、SENS_GPS0_OFFY 与 SENS_GPS0_OFFZ。例如 GNSS 模块位于重心上方 10cm 时1 rad/s 的俯仰运动会产生 10cm/s 的 GNSS 速度测量值即使重心未移动若 GNSS 速度精度为 1cm/sEKF 可能因测量值偏差达精度 10 倍而停止信任该测量。设置偏移后 EKF 会利用陀螺数据修正测量。距离传感器测距仪距离传感器 可显著提升飞行器的鲁棒性和性能部分使用场景下是必需的显著改善降落着陆检测更稳健传感器可帮助确定减速点使降落更平滑降低因高度估计不准或触地高度设置错误导致的硬着陆风险。支持地形跟随。在 GNSS 拒止环境下飞行时配合 光流传感器 实现稳健的状态估计。与某些组件不同距离传感器没有统一的常用总线或端口不同测距仪可能通过 I2C、CAN、串口甚至 PWM 输入连接。请参照 距离传感器 及厂商文档了解具体传感器的接入方法。光流传感器光流 是一种计算机视觉技术利用朝下的相机和朝下的距离传感器估计对地速度可在 GNSS 拒止环境建筑物内、地下等中精确估计速度。光流传感器可能集成相机与距离传感器也可能仅有相机此时需要独立距离传感器。其连接方式没有统一标准可能通过 I2C、CAN、串口 MAVLink 等连接。接入方法参见 光流传感器 与厂商文档。无线电遥控 RC可选遥控系统 用于手动控制无人机由机载无线电接收机连接飞控和手持遥控器中的地面无线电发射机两部分组成。PX4 的自主飞行模式并不要求手动遥控器但调试新机架时遥控器必不可少其他低延迟手动飞行场景也强烈推荐。常见的 RC 标准包括 Spektrum/DSM、S.BUS、PPM 等。遥控发射机与接收机 一文解释了如何选择并绑定兼容的发射/接收机。RC 端口不属于 Pixhawk 连接器标准。连接接收机 章节说明了如何识别连接特定接收机的端口。通常可以从飞控标签直接推断Spektrum/DSM 接收机通常连接到标签含DSM的输入如DSM、DSM/SBUS RC、DSM RC、DSM/SBUS/RSSI。PPM 或 SBUS 接收机连接到 RC 输入最常见标签为RC IN也可能带有SBUS或PPM字样。Pixhawk 飞控通常附带连接常见 RC 接收机类型的线缆。从源码角度RC 输入端口由 RC_PORT_CONFIG 参数配置。接收机的信号丢失行为需特别留意理想情况是 RC 丢失时输出无信号PX4 自动检测或低油门值可配置 RC 丢失检测若接收机重复输出最后一次信号PX4 无法处理应避免选用。数传电台可选数传电台 供 地面站GCS 与飞行中的飞行器通信。地面站可通过图形界面监控和控制无人机、编辑/上传/运行任务、查看相机视频、采集视频与图像等。将机载电台连接到TELEM1端口如下图所示另一个电台连接地面站电脑或移动设备通常通过 USB。低功耗数传电台1.5A由端口供电通常无需额外配置。使用更高功率/更远距离的电台或其他端口时需要通过 BEC 单独供电并修改数传端口的数据速率还可能需要配置电台本身IP 电台可能需通过以太网连接。补充说明TELEM1按典型低功耗电台如 SIK Radio的数据速率配置。若使用支持更高数据速率的电台可参照 串口配置 修改配置。约 300m 范围的 SIK Radio 与 WiFi 数传 由飞控供电高功率电台如 Microhard 串口电台需单独供电并可能需要配置。也可将数传电台接到TELEM2/TELEM3端口若存在但TELEM2默认配置用于连接机载电脑可能需要 重新配置 才能连接地面站。从源码配置看MAVLink 串口通过 MAV_0_CONFIG对应TELEM1波特率 MAV_0_RATE 默认 57600消息流 MAV_0_MODE 为 Normal与 MAV_1_CONFIG对应TELEM2模式为 Onboard配置。SD 卡强烈建议使用 SD 卡。它用于记录和分析飞行数据以及使用 DroneCAN/UAVCAN 总线硬件。许多飞控出厂即预装 SD 卡但应查阅所用飞控的文档确认。更多信息见 基本概念 SD 卡可移动存储。电源与执行机构下图展示了飞控、电机、舵面执行机构、其他执行机构与其他系统的一种典型接线方式包含电源与 PWM 控制信号。具体飞行器的电机/执行机构数量可能更多或更少但使用 PWM 输出时的接线思路基本一致。若使用 DroneCAN ESC控制信号将连接到 CAN 总线而非图中的 PWM 输出。飞控供电Pixhawk 飞控需要约 5V/3A 连续供电能力的稳压电源以具体飞控为准。这足以驱动飞控本身及少量低功耗外设如 GNSS 模块、RC 接收机、低功耗数传电台但不足以驱动电机、执行机构和其他外设。电源模块 常用于为飞控分出稳压电源同时测量整机电池电压与总电流——PX4 可据此估计电量。电源模块连接到飞控电源端口通常标为POWER双冗余供电的飞控为POWER 1/POWER 2。下图展示了典型接法。电源模块的另一路输出为其他组件提供电池电源包括电机、执行机构、高功率电台以及相机、夹爪等载荷。飞控厂商通常会推荐适合其飞控的电源模块有时是集成电源模块的 PDB 分电极。不一定要用厂商推荐的模块但这是确保电源同时匹配飞控供电需求与电源端口通信协议的最简单方式。部分飞控的电源端口通过 CAN 总线提供电源信息。例如 CUAV Pixhawk 6x 有 I2C 电源端口POWER 1/POWER 2和 CAN 电源端口POWER C1/POWER C2。电源端口虽属 Pixhawk 连接器标准仍应查阅飞控专属文档进行电源设置。分电极PDB本例中电池输出首先连接到分电极PDB将输入电源分成多路并联输出。PDB 非必需但可简化接线尤其是多电机飞行器。功能更强的 PDB 可集成电源模块此时替代独立电源模块、控制多个电机的 ESC以及为舵机和其他外设供电的 BEC电池消除电路。电机无刷电机通过 ESC电子调速器供电和控制。PWM ESC 有两根电池电源输入线、两根来自飞控的控制信号输入线三针连接器以及三根连接电机的输出线。电源线应绞合以减少电磁干扰并在机架上尽量短而整洁。任一 PWM 输出总线上的输出都可连接任意执行机构、电机或其他 PWM 受控硬件之后在配置 执行机构输出 时映射到 PX4 控制的具体执行机构。注意优先将 ESC 连接到 FMU PWM 总线输出因为它们比 IO PWM 输出延迟更低。PWM 输出常标为AUX或MAIN两者都存在时用AUX否则用MAIN。DShot ESC推荐只能用于 FMU PWM 输出。电机输出应尽量集中分组而非随机散布在 FMU 与 IO 总线之间。因为一旦将某个输出分配给某功能如 DShot ESC相邻未用引脚就不能再分配给除 DShot ESC 之外的功能。从源码看执行机构映射在 Actuator Outputs 配置界面完成对应混控器/输出分配模块src/modules/control_allocator与src/lib/mixer等目录。Pixhawk 6X 等飞控上PX4 固件中的MAIN输出映射到I/O PWM OUT端口AUX输出映射到FMU PWM OUT端口例如 MAIN1 对应 IO_CH1AUX1 对应 FMU_CH1。舵机舵机用于驱动舵面与载荷执行机构典型电源与控制接线如下。PWM 舵机使用三线连接器同时提供电源与 PWM 控制信号中间引脚为电源正极。舵机输出可连接到任意引脚或总线之后在 PX4 中配置输出功能。电源轨不能由飞控供电应使用 BEC电池消除电路从电池提供稳压电压到 PWM 输出总线的中间电源轨从而为所有连接的舵机供电。警告电源轨只能提供 BEC 设定的单一电压。如果所用舵机不能接受同一电压不同电压的舵机需要单独供电。其他外设高功率电台、相机等其他外设有各自的电源需求通常通过独立的 BEC 供电。可选/不常见组件的接线与配置在 硬件选型与设置 主题下的各个外设章节中说明。整机装配教程自动驾驶系统在具体机架上的装配取决于实际硬件尺寸、几何、材料、安装点与所用组件无法用一套通用说明覆盖。PX4 提供了若干端到端整机搭建与配置的示例教程多旋翼套件Kits多旋翼 DIY 组装DIY Builds飞控专属装配指南以下指南说明了如何为多款主流 飞控脱离机架连接自动驾驶核心组件并推荐同厂商的传感器、电源系统与其他组件。若所用飞控未列出或厂商文档更新请优先查阅厂商文档。CUAV Pixhawk V6X 接线快速指南CUAV V5 接线快速指南CUAV V5 nano 接线快速指南CUAV X25 EVO 接线快速指南Holybro Pixhawk 6C 接线快速指南Holybro Pixhawk 6X 接线快速指南Holybro Pixhawk 5X 接线快速指南Holybro Pixhawk 4 接线快速指南Holybro Durandal 接线快速指南Holybro Pix32 v5 接线快速指南Cube 接线快速指南所有 Cube 变体Pixracer 接线快速指南mRo (3DR) Pixhawk 接线快速指南以 Holybro Pixhawk 6X 快速指南 为例其标准套装附带的 PM02D 电源模块支持 2~6S 电池输出经 6 线线缆接入飞控POWER端口端口信号含 VCC 5V、SCL/SDA 3.3V 与双 GNDVCC 需提供至少 3A 连续电流默认 5.2V。配套 M8N/M9N GPS10 针接GPS1可选购的副 GPS6 针接GPS2GPS 模块集成的安全开关默认启用启用时 PX4 禁止解锁按住安全开关 1 秒可禁用安全功能再次按下可重新启用并锁定飞行器。装配后配置与调试要点完成接线后通常还需在QGroundControl中完成以下配置详见 自动驾驶配置传感器校准飞行控制器朝向、罗盘校准标准方向自动检测、水平校准。遥控器校准绑定收发机后在 Radio Setup 中校准摇杆行程并配置 RC 丢失检测。执行机构输出映射在 执行机构配置 中按机架参考 Airframe Reference 将各输出映射到电机/舵机。注意映射在不同机架间并不一致务必使用正确映射。电源/电量设置确认电源模块的电压/电流测量被正确识别用于 PX4 电量估计。参考与延伸阅读无人机组件与部件基本概念载荷Payloads基本概念硬件选型与设置 — 具体飞控、传感器和其他外设如固定翼空速传感器的连接与配置安装飞控振动隔离安装罗盘多旋翼竞速机设置 — 竞速机专属装配与配置信息竞速机通常没有 GNSS 模块赞分享嵌入式物联网机器人自动驾驶智能硬件【免费下载链接】PX4-AutopilotPX4 Autopilot Software项目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/px/PX4-Autopilot点击查看免费下载相关推荐PX4 固定翼Plane整机装配指南从飞控到动力系统的完整接线与配置PX4 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模块GNSS/罗盘CANCAN1/CAN2CAN1/CAN2DroneCAN 设备如 GNSS 模块、电机等TelemetryTELEM (1,2,3)TELEM (1,2,3)数传电台、机载电脑、MAVLink 相机等Analog PowerPOWER (1,2)POWER (1,2)SMbus (I2C) 电源模块I2CI2C无其他 I2C 外设SPISPISPI6SPI 设备注意11 针非标准的 6 针PX4 Debug FullFMU DEBUGFMU DEBUG, IO DEBUGPixhawk x 系列飞控调试Pixhawk Debug Mini无无其他 Pixhawk 变体的调试两款飞控还有一些不属于连接器标准的共性都具备相同的以太网端口ETH、SBUS OUT、ADIO、USB、USB-C。二者也存在重要差异最突出的是各种 RC 控制协议和 PWM 输出的连接方式不同下文相关章节会展开说明。最佳实践在连接外设之前断开飞控电源即使并非所有情况下都严格必要这也是推荐做法。安装与定向飞控飞控应尽可能安装在 机身重心附近正面朝上且箭头指向机头方向。为降低振动对飞控内置 IMU 和陀螺仪的影响应使用附带的减震泡沫mounting foam安装若未附带则遵循厂商指导。如果飞控无法按推荐/默认方向安装例如受空间限制则必须在自动驾驶软件中配置实际使用的方向飞行控制器朝向配置。从源码结构看PX4 的姿态估计依赖飞控与机体的固定旋转关系默认方向正面朝上、箭头朝前对应ROTATION_NONE。飞控方向在 传感器设置界面 中选择对应参数为SENS_BOARD_ROT外部罗盘若使用标准 MAVLink 方向正立朝前或任意轴 45° 的倍数偏移罗盘校准时会自动检测默认由 SENS_MAG_AUTOROT 控制。位置偏移IMU 相对重心的偏移参数若飞控无法安装在重心处则需配置 EKF2_IMU_POS_X、EKF2_IMU_POS_Y、EKF2_IMU_POS_Z 三个参数来设置 IMU 相对重心的偏移。如果不设置这些偏移EKF2 的位置/速度估计将位于 IMU 位置而非重心处这可能导致不必要的振荡具体幅度取决于 IMU 距重心的距离。例如IMU 位于重心前方、位置模式下机体绕重心前倾时高度估计会因 IMU 实际下移而降低高度控制器会因此加大推力补偿——这是一直施加的无谓控制量设置偏移后纯俯仰运动不会引起高度估计变化寄生修正随之消失。振动隔离内置加速度计或陀螺仪的飞控对振动敏感。部分飞控内置了振动隔离机构另一些则附带可用于隔离振动的安装泡沫。应优先采用飞控文档推荐的安装策略。若怀疑振动超标可参照 飞行日志分析Flight Review中的振动章节 判断振动水平是否可接受若存在问题可参考 振动隔离 中的解决方案。基本的减振措施包括确保起落架、GPS 桅杆等所有部件紧固使用动平衡良好的螺旋桨选用高质量的桨、电机、电调与机架使用减振方式安装飞控作为最后手段再调整 软件滤波器优先消除振动源而非软件滤波。GNSS/罗盘含蜂鸣器、安全开关与 LEDPixhawk 自动驾驶系统通常包含一个集成了 蜂鸣器、安全开关 和 UI LED 的主 GNSS/罗盘模块也可能配备第二 GPS/罗盘模块。厘米级精度的 RTK GNSS 模块同样受支持。GNSS/罗盘模块应安装在机架上尽量远离其他电子设备的位置——将罗盘与其他电子设备隔离可降低电磁干扰。只要方向标记正立且朝机头方向或任意轴 45° 的倍数偏移校准时会自动检测方向如需其他偏移角则需要手动设置方向。详见 安装罗盘或 GNSS/罗盘。模块可连接至串口或 CAN 总线。串口 GNSS 模块主 GNSS/罗盘模块连接到标有GPS1或GPSSAFETY的端口应为 10 针 JST GH 连接器第二 GNSS/罗盘模块若有连接到 6 针GPS2端口。Pixhawk 连接器标准的 10 针Full GPS plus Safety Switch端口专用于连接主 GNSS包含 GNSS 用的 UART 端口、罗盘用的 I2C 端口以及 蜂鸣器、安全开关 和 UI LED 的引脚。PX4 默认将该 UART 配置为主 GPS。6 针Basic GPS端口若有仅包含 UART 和 I2C 端口PX4 可能不会将其默认配置为第二 GPS 端口可参照 串口配置 自行检查/配置。也可以使用其他 UART 端口连接此类 GPS 模块但可能需要自制线缆且必须按上述文档配置端口或使用另一个 I2C 端口连接独立罗盘或 GNSS/罗盘模块中的磁力计。从源码实现看串口功能由形如*_CONFIG/*_CFG的参数控制GNSS 使用 GPS_1_CONFIG 与 GPS_2_CONFIGGPS1端口的默认波特率由 SER_GPS1_BAUD 决定默认为Auto可自动检测波特率Trimble MB-Two 需显式设为 115200。配置流程为设置服务/外设的配置参数 → 重启飞行器使附加参数可见 → 设置所选端口的波特率 → 配置模块专属参数。DroneCAN GNSS 模块DroneCAN GNSS/罗盘模块连接到 CAN 总线端口通常标记为CAN1和CAN2。DroneCAN 主题下有连接与配置说明。RTK GNSS 模块RTK GNSS 模块以与普通GNSS 模块相同的方式连接到专用飞控串口或 CAN 端口。注意地面站还需要一个独立基准站模块。使用 RTK 时GNSS 接收机相对重心的位置偏移参数尤其重要。GNSS 模块离重心越远机体旋转产生的伪速度/高度测量误差越大EKF 可能因此拒绝测量值。应在 参数配置 中设置 SENS_GPS0_OFFX、SENS_GPS0_OFFY 与 SENS_GPS0_OFFZ。例如 GNSS 模块位于重心上方 10cm 时1 rad/s 的俯仰运动会产生 10cm/s 的 GNSS 速度测量值即使重心未移动若 GNSS 速度精度为 1cm/sEKF 可能因测量值偏差达精度 10 倍而停止信任该测量。设置偏移后 EKF 会利用陀螺数据修正测量。距离传感器测距仪距离传感器 可显著提升飞行器的鲁棒性和性能部分使用场景下是必需的显著改善降落着陆检测更稳健传感器可帮助确定减速点使降落更平滑降低因高度估计不准或触地高度设置错误导致的硬着陆风险。支持地形跟随。在 GNSS 拒止环境下飞行时配合 光流传感器 实现稳健的状态估计。与某些组件不同距离传感器没有统一的常用总线或端口不同测距仪可能通过 I2C、CAN、串口甚至 PWM 输入连接。请参照 距离传感器 及厂商文档了解具体传感器的接入方法。光流传感器光流 是一种计算机视觉技术利用朝下的相机和朝下的距离传感器估计对地速度可在 GNSS 拒止环境建筑物内、地下等中精确估计速度。光流传感器可能集成相机与距离传感器也可能仅有相机此时需要独立距离传感器。其连接方式没有统一标准可能通过 I2C、CAN、串口 MAVLink 等连接。接入方法参见 光流传感器 与厂商文档。无线电遥控 RC可选遥控系统 用于手动控制无人机由机载无线电接收机连接飞控和手持遥控器中的地面无线电发射机两部分组成。PX4 的自主飞行模式并不要求手动遥控器但调试新机架时遥控器必不可少其他低延迟手动飞行场景也强烈推荐。常见的 RC 标准包括 Spektrum/DSM、S.BUS、PPM 等。遥控发射机与接收机 一文解释了如何选择并绑定兼容的发射/接收机。RC 端口不属于 Pixhawk 连接器标准。连接接收机 章节说明了如何识别连接特定接收机的端口。通常可以从飞控标签直接推断Spektrum/DSM 接收机通常连接到标签含DSM的输入如DSM、DSM/SBUS RC、DSM RC、DSM/SBUS/RSSI。PPM 或 SBUS 接收机连接到 RC 输入最常见标签为RC IN也可能带有SBUS或PPM字样。Pixhawk 飞控通常附带连接常见 RC 接收机类型的线缆。从源码角度RC 输入端口由 RC_PORT_CONFIG 参数配置。接收机的信号丢失行为需特别留意理想情况是 RC 丢失时输出无信号PX4 自动检测或低油门值可配置 RC 丢失检测若接收机重复输出最后一次信号PX4 无法处理应避免选用。数传电台可选数传电台 供 地面站GCS 与飞行中的飞行器通信。地面站可通过图形界面监控和控制无人机、编辑/上传/运行任务、查看相机视频、采集视频与图像等。将机载电台连接到TELEM1端口如下图所示另一个电台连接地面站电脑或移动设备通常通过 USB。低功耗数传电台1.5A由端口供电通常无需额外配置。使用更高功率/更远距离的电台或其他端口时需要通过 BEC 单独供电并修改数传端口的数据速率还可能需要配置电台本身IP 电台可能需通过以太网连接。补充说明TELEM1按典型低功耗电台如 SIK Radio的数据速率配置。若使用支持更高数据速率的电台可参照 串口配置 修改配置。约 300m 范围的 SIK Radio 与 WiFi 数传 由飞控供电高功率电台如 Microhard 串口电台需单独供电并可能需要配置。也可将数传电台接到TELEM2/TELEM3端口若存在但TELEM2默认配置用于连接机载电脑可能需要 重新配置 才能连接地面站。从源码配置看MAVLink 串口通过 MAV_0_CONFIG对应TELEM1波特率 MAV_0_RATE 默认 57600消息流 MAV_0_MODE 为 Normal与 MAV_1_CONFIG对应TELEM2模式为 Onboard配置。SD 卡强烈建议使用 SD 卡。它用于记录和分析飞行数据以及使用 DroneCAN/UAVCAN 总线硬件。许多飞控出厂即预装 SD 卡但应查阅所用飞控的文档确认。更多信息见 基本概念 SD 卡可移动存储。电源与执行机构下图展示了飞控、电机、舵面执行机构、其他执行机构与其他系统的一种典型接线方式包含电源与 PWM 控制信号。具体飞行器的电机/执行机构数量可能更多或更少但使用 PWM 输出时的接线思路基本一致。若使用 DroneCAN ESC控制信号将连接到 CAN 总线而非图中的 PWM 输出。飞控供电Pixhawk 飞控需要约 5V/3A 连续供电能力的稳压电源以具体飞控为准。这足以驱动飞控本身及少量低功耗外设如 GNSS 模块、RC 接收机、低功耗数传电台但不足以驱动电机、执行机构和其他外设。电源模块 常用于为飞控分出稳压电源同时测量整机电池电压与总电流——PX4 可据此估计电量。电源模块连接到飞控电源端口通常标为POWER双冗余供电的飞控为POWER 1/POWER 2。下图展示了典型接法。电源模块的另一路输出为其他组件提供电池电源包括电机、执行机构、高功率电台以及相机、夹爪等载荷。飞控厂商通常会推荐适合其飞控的电源模块有时是集成电源模块的 PDB 分电极。不一定要用厂商推荐的模块但这是确保电源同时匹配飞控供电需求与电源端口通信协议的最简单方式。部分飞控的电源端口通过 CAN 总线提供电源信息。例如 CUAV Pixhawk 6x 有 I2C 电源端口POWER 1/POWER 2和 CAN 电源端口POWER C1/POWER C2。电源端口虽属 Pixhawk 连接器标准仍应查阅飞控专属文档进行电源设置。分电极PDB本例中电池输出首先连接到分电极PDB将输入电源分成多路并联输出。PDB 非必需但可简化接线尤其是多电机飞行器。功能更强的 PDB 可集成电源模块此时替代独立电源模块、控制多个电机的 ESC以及为舵机和其他外设供电的 BEC电池消除电路。电机无刷电机通过 ESC电子调速器供电和控制。PWM ESC 有两根电池电源输入线、两根来自飞控的控制信号输入线三针连接器以及三根连接电机的输出线。电源线应绞合以减少电磁干扰并在机架上尽量短而整洁。任一 PWM 输出总线上的输出都可连接任意执行机构、电机或其他 PWM 受控硬件之后在配置 执行机构输出 时映射到 PX4 控制的具体执行机构。注意优先将 ESC 连接到 FMU PWM 总线输出因为它们比 IO PWM 输出延迟更低。PWM 输出常标为AUX或MAIN两者都存在时用AUX否则用MAIN。DShot ESC推荐只能用于 FMU PWM 输出。电机输出应尽量集中分组而非随机散布在 FMU 与 IO 总线之间。因为一旦将某个输出分配给某功能如 DShot ESC相邻未用引脚就不能再分配给除 DShot ESC 之外的功能。从源码看执行机构映射在 Actuator Outputs 配置界面完成对应混控器/输出分配模块src/modules/control_allocator与src/lib/mixer等目录。Pixhawk 6X 等飞控上PX4 固件中的MAIN输出映射到I/O PWM OUT端口AUX输出映射到FMU PWM OUT端口例如 MAIN1 对应 IO_CH1AUX1 对应 FMU_CH1。舵机舵机用于驱动舵面与载荷执行机构典型电源与控制接线如下。PWM 舵机使用三线连接器同时提供电源与 PWM 控制信号中间引脚为电源正极。舵机输出可连接到任意引脚或总线之后在 PX4 中配置输出功能。电源轨不能由飞控供电应使用 BEC电池消除电路从电池提供稳压电压到 PWM 输出总线的中间电源轨从而为所有连接的舵机供电。警告电源轨只能提供 BEC 设定的单一电压。如果所用舵机不能接受同一电压不同电压的舵机需要单独供电。其他外设高功率电台、相机等其他外设有各自的电源需求通常通过独立的 BEC 供电。可选/不常见组件的接线与配置在 硬件选型与设置 主题下的各个外设章节中说明。整机装配教程自动驾驶系统在具体机架上的装配取决于实际硬件尺寸、几何、材料、安装点与所用组件无法用一套通用说明覆盖。PX4 提供了若干端到端整机搭建与配置的示例教程多旋翼套件Kits多旋翼 DIY 组装DIY Builds飞控专属装配指南以下指南说明了如何为多款主流 飞控脱离机架连接自动驾驶核心组件并推荐同厂商的传感器、电源系统与其他组件。若所用飞控未列出或厂商文档更新请优先查阅厂商文档。CUAV Pixhawk V6X 接线快速指南CUAV V5 接线快速指南CUAV V5 nano 接线快速指南CUAV X25 EVO 接线快速指南Holybro Pixhawk 6C 接线快速指南Holybro Pixhawk 6X 接线快速指南Holybro Pixhawk 5X 接线快速指南Holybro Pixhawk 4 接线快速指南Holybro Durandal 接线快速指南Holybro Pix32 v5 接线快速指南Cube 接线快速指南所有 Cube 变体Pixracer 接线快速指南mRo (3DR) Pixhawk 接线快速指南以 Holybro Pixhawk 6X 快速指南 为例其标准套装附带的 PM02D 电源模块支持 2~6S 电池输出经 6 线线缆接入飞控POWER端口端口信号含 VCC 5V、SCL/SDA 3.3V 与双 GNDVCC 需提供至少 3A 连续电流默认 5.2V。配套 M8N/M9N GPS10 针接GPS1可选购的副 GPS6 针接GPS2GPS 模块集成的安全开关默认启用启用时 PX4 禁止解锁按住安全开关 1 秒可禁用安全功能再次按下可重新启用并锁定飞行器。装配后配置与调试要点完成接线后通常还需在QGroundControl中完成以下配置详见 自动驾驶配置传感器校准飞行控制器朝向、罗盘校准标准方向自动检测、水平校准。遥控器校准绑定收发机后在 Radio Setup 中校准摇杆行程并配置 RC 丢失检测。执行机构输出映射在 执行机构配置 中按机架参考 Airframe Reference 将各输出映射到电机/舵机。注意映射在不同机架间并不一致务必使用正确映射。电源/电量设置确认电源模块的电压/电流测量被正确识别用于 PX4 电量估计。参考与延伸阅读无人机组件与部件基本概念载荷Payloads基本概念硬件选型与设置 — 具体飞控、传感器和其他外设如固定翼空速传感器的连接与配置安装飞控振动隔离安装罗盘多旋翼竞速机设置 — 竞速机专属装配与配置信息竞速机通常没有 GNSS 模块赞分享嵌入式物联网机器人自动驾驶智能硬件【免费下载链接】PX4-AutopilotPX4 Autopilot Software项目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/px/PX4-Autopilot点击查看免费下载相关推荐PX4 固定翼Plane整机装配指南从飞控到动力系统的完整接线与配置PX4 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