禁止“無線通訊及遙控”解決方案與2020 年TI 杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽——繞障飛行器
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雖然是非官方渠道,但是題目可信度非常之高,基本是2019年電賽巡線飛行器題目的延續(xù),從巡線機器人到繞塔360度巡檢基本是模擬實際電機巡檢過程中的兩大主要任何,一個是對電力線路的巡檢、一個是對電線塔臺的巡檢,對去年的賽題進行了很好的傳承與發(fā)揮。

? ?? ?從賽題說明看2019年國賽和2020差別


? ? ? ? 飛控類型沒有明確限制,和2019年國賽標準一致,依據(jù)往屆經(jīng)驗,肯定更推薦用TI芯片方案,對攜帶遙控器、無線數(shù)傳等設(shè)備有可能造成的違規(guī)作弊行為予以嚴令禁止,,有且進允許通過按鍵啟動,這一點規(guī)定更加明確、清晰,避免去年國賽不同賽區(qū)對此要求認定模糊不清。

關(guān)鍵問題討論:
下面給出無名創(chuàng)新提出的一種最簡單又行之有效的與以往遙控器操作完全兼容的通過按鍵一件啟動方案,這里拿出來和大家探討在實際比賽中的實際操作可能性。
1、首先比賽限制使用"無線通訊及遙控”的初衷非常清楚,目的是避免飛行器在運行過程中參賽選手手動“微操”飛行器、或者其它第二現(xiàn)場比如隔壁教室、走廊等異地操控(第一現(xiàn)場選手有無線視頻傳輸功能將現(xiàn)長實時傳輸?shù)降诙F(xiàn)場),明顯違背比賽的自主飛行要求,現(xiàn)場評判的老師很難判斷是否作弊。為了杜絕此類現(xiàn)象,賽題干脆利落的禁止"無線通訊及遙控”設(shè)備,保證競賽的絕對公平性。
2、與之同時帶來的問題更多,參賽選手在無人機調(diào)試時,需要頻繁的修改代碼,修改的代碼往往不能行之有效的一次性成功執(zhí)行,因此無人機在“脫控”(脫離遙控)下的全自主飛行行為具有非常大的不確定性。不是每個實驗室都有足夠的經(jīng)費承擔因為“失誤”帶來的頻繁炸雞損失。對于無人機保護性不好的學(xué)校,在調(diào)試時發(fā)生流血傷人情況很難避免。如果此時有遙控器那么直接切到手動控制模式下,安全降落后在排查問題。這點是實際調(diào)試時最大的痛點。
3、既然比賽要求的是無人機不能帶有"無線通訊及遙控”,主要指的是無線數(shù)傳、具有無線通訊功能的遙控器。數(shù)傳和遙控一樣存在無線作弊操作的可能。為了說清楚遙控這個問題,我們不妨看下遙控器的定義,直接貼上百度的圖如下:

? ? ? ? ?作為遙控最最明確的一點遙控器是遠距離對被控對象進行操控,對于常見的航模遙控而言,是遙控器上面的電位器、開關(guān)量等信息編碼之后,通過無線射頻芯片如A7105、NRF24L01、915、433等設(shè)備無線傳輸?shù)浇邮諜C端,接收機端解碼后再編碼成PPM、SBUS、PWM、DSM2信號等給飛控,重而實現(xiàn)遙控器對無人機的遠程操控。
? ? ? ? 那么假設(shè)存在這樣一種裝置,不帶任何無線射頻芯片,無法將自身的模擬量、開關(guān)按鍵量等狀態(tài)信息以無線射頻編碼的方式發(fā)送到其它接收端,有且僅僅只能通過“有線”連接,直接傳輸數(shù)據(jù)給飛控,無人機起飛前的功能模式設(shè)置后,拔掉該有線連接,后續(xù)由飛行器在無任何遙控設(shè)備的連接下完成其自主飛行操作。
? ? ? ? 講到這里,玩過飛行模擬器中的朋友很容易想到這樣的設(shè)備:

? ? ? ? 注意雖然外形看著像是遙控器,但是思考下我們前文所述遙控器的定義,上述設(shè)備即不帶任何無線設(shè)備,因此我們把它叫做"模擬(遙控)器",模擬器能用過有線的方式,將模擬器上的按鍵開關(guān)量、電位器量以PPM信號的形式輸出來。我們可以將該信號直接接上飛控PPM信號,實現(xiàn)無人機的有線控制。
? ? ? ?試想一下用此款模擬器有線連接的方式,采用模擬器上的按鍵開關(guān)直接一件啟動無人機的操作和采用矩陣鍵盤的按鍵開關(guān)一件啟動的方式,本質(zhì)上是不是不存在任何差別。


? ? ? ? 感興趣的同學(xué)會發(fā)現(xiàn),基本上市面上所有的遙控器都具有不依賴于接收機,直接輸出PPM信號的功能,


? ? ? ? 上面兩款遙控器帶模擬器的功能,但是滿足不了比賽要求的"無線通訊及遙控”,除非你自己把遙控器里面的無線射頻模塊拆掉,這點沒有實操性。

? ? ? ? ?無名創(chuàng)新開源遙控器介紹https://www.bilibili.com/read/cv7671341
? ? ? ? 對于使用無名創(chuàng)新開源遙控器同學(xué),可以直接將無線射頻芯片NRF24L01模塊拔掉,用AUDIO口輸出的PPM信號接飛控PPM接口,即可實現(xiàn)無名創(chuàng)新多功能模擬器對無人機有線操控,完全滿足競賽的禁止使用"無線通訊及遙控”,只能通過按鍵一鍵啟動的要求。

? ? ? ? 有了無名創(chuàng)新上面對"無線通訊及遙控”限定的分析,為了保證無人機在實際調(diào)試中失控危害,用戶在實驗室前期實際調(diào)試時,仍然可采用普通遙控器+接收機的控制方式,減少不必要的損失,在飛行器調(diào)試穩(wěn)定已經(jīng)實際比賽中,可以采用模擬器有線連接的方式操作無人機,操作完畢后拔掉模擬器與飛控的連接線,實現(xiàn)比賽要求的一鍵啟動后的全自主飛行。
? ? ? ? 上述方法還有一個最大的好處,參賽選手不需要寫兩套代碼,單獨按鍵起飛+遙控器控制起飛,只需要寫普通遙控器控制起飛的方式就行,這個也是最直接的方式,比賽時換上模擬器,也是同樣的操作,因為不管是接收機、還是模擬器的方式,最終給到飛控的是同一信號即PPM信號,只要將調(diào)試時的模式開關(guān)與模擬器的通道開關(guān)對應(yīng)就行,從而實現(xiàn)遙控器+接收機到模擬器的無縫對接。

2020TI電賽繞障飛行器(D 題)
? ? ? ?? 基于多懸翼飛行器設(shè)計一個繞障飛 行器(簡稱飛行器)。飛行器活動區(qū)域示 意圖如圖 1 所示。在圖 1 中,地面上標有 起飛點與降落點,并且還放置了 2 個桿 塔;起飛點用空心黑色矩形框標識,降落 點實心黑色圓標識,桿塔有紅、綠兩種顏 色。

2.要求
(1) 飛行器從起飛地點垂直起飛升高到 150cm±10cm 的巡航高度。 (15 分)?
(2) 巡航飛行中發(fā)現(xiàn)桿塔,以聲音提示,并用與所發(fā)現(xiàn)桿塔相同顏色的 LED 閃爍 數(shù)次指示。 (20 分)?
(3) 在巡航高度以桿塔為中心,繞所發(fā)現(xiàn)的桿塔抵近飛行一周(360°及以上);繞 飛時飛行器與桿塔最近點距離在 50±10cm;紅色桿塔時飛行器沿順時針方向(頂視)繞 飛,綠色桿塔時飛行器沿逆時針方向(頂視)繞飛。 (30 分)?
(4) 飛行區(qū)域中所有桿塔均被發(fā)現(xiàn)并識別、繞飛后,尋找降落點標識緩慢平穩(wěn)準確 地降落在降落區(qū)域內(nèi)。 (10 分)
(5) 整個飛行過程用時不得超過 5 分鐘,按用時計分,越快越好。 (15 分)?
(6) 其他。 (10 分)
(7) 設(shè)計報告


三、說明

1. 桿塔說明?
(1) 桿塔高度不低于 180cm,直徑 3.5 cm±+0.5cm;?
(2) 桿塔用紅色或綠色噴涂或包裹,飛行區(qū)域中兩個桿塔為一紅一綠,;?
(3) 桿塔可在飛行區(qū)域隨意指定放置,桿塔間距離不小于 150cm。

2.飛行器要求:
(1) 參賽隊所用飛行器應(yīng)遵守中國民用航空局的管理規(guī)定(《民用無人駕駛航 空器 實名制登記管理規(guī)定》,編號:AP-45-AA-2017-03)。?
(2) 多旋翼飛行器最大軸間距不大于 420mm。?
(3) 為確保安全,飛行器槳葉必須全防護(防護圈將飛行器或槳葉全包),否則不 得測試;測試區(qū)應(yīng)設(shè)置防護網(wǎng)。?
(4) 飛行器不得有“無線通信及遙控”功能。?
(5) 飛行器采用唯一的啟動按鍵一鍵啟動。
(6) 除飛行器機械構(gòu)件、飛行控制(電調(diào))、攝像功能模塊外,繞障飛行器其他功 能的實現(xiàn)不得采用飛行器集成商提供的組件,必須自主設(shè)計完成。

3. 測試場地說明?
(1) 測試場地地面采用白色紙質(zhì)材料(亞光)鋪設(shè);?
(2) 起飛、降落標志固定,起飛標識可采用寬度為 1.8cm 黑色電工膠帶粘貼而成;?
(3) 測試現(xiàn)場應(yīng)避免窗外強光直接照射,避免高照度點光源照明;盡量采用多點分 布式照明,以減小飛行器自身投影的影響。

4. 測試流程說明?
(1) 起飛前,飛行器可手動放置到起飛點;可手動控制起飛。?
(2) 繞障飛行全程工作須一次連續(xù)完成,期間不得人為干預(yù),也不得更換電池;允 許測試 2 次,按最好成績記錄;兩次測試間可更換電池。?
(3) 飛行期間,飛行器觸及地面后自行恢復(fù)飛行的,酌情扣分;觸地后 5 秒內(nèi)不能 自行恢復(fù)飛行視為失敗,失敗前完成動作仍計分。?
(4) 平穩(wěn)降落是指在降落過程中無明顯的跌落、彈跳及著地后滑行等情況出現(xiàn)。 調(diào)試及測試時必須佩帶防護眼鏡,穿戴防護手套。
最后給出去年2019年參賽隊員的經(jīng)驗總結(jié)好文鏈接(可能會對今年繞桿定位有幫助),
https://blog.csdn.net/xlazydog/article/details/99452860
包括
1、塔桿定點控制
2、巡線控制
3、繞桿控制
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