1、飛控

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①　飛控的功能：實(shí)時(shí)獲取無(wú)人機(jī)必要的導(dǎo)航信息，包括水平位置、速度、加速度、姿態(tài)角、角速度、運(yùn)動(dòng)航向等反饋數(shù)據(jù)，接收遙控器或者數(shù)傳控制指令，實(shí)時(shí)控制無(wú)人機(jī)的飛行的位置、速度、姿態(tài)等狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的遙控/自主飛行任務(wù)。

②　飛控系統(tǒng)的組成：

傳感器數(shù)據(jù)采集：加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、氣壓計(jì)、超聲波、激光雷達(dá)測(cè)距、光流模塊、GPS定位模塊、機(jī)器視覺(jué)處理OPEMMV、VIO、視覺(jué)/激光雷達(dá)SLAM等；

狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)：利用采集的傳感器數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)異常處理、濾波、姿態(tài)解算、組合導(dǎo)航算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的狀態(tài)進(jìn)行有效的估計(jì)；

飛行運(yùn)動(dòng)控制：根據(jù)狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)獲取的飛行器狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)，利用控制算法如PID/ADRC/開(kāi)平方控制/H-INF等控制算法，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的姿態(tài)、三維位置/速度/加速度穩(wěn)定控制；

飛控控制管理單元：處理遙控器、數(shù)據(jù)、外部視覺(jué)輸入信息，得到飛行指令，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)、定高、定點(diǎn)、起飛、返航著陸、航線(xiàn)、自主循跡/追蹤移動(dòng)物體飛行等；

恒溫控制系統(tǒng)：對(duì)飛控IMU傳感器進(jìn)行溫度控制，解決溫度變化對(duì)加速度計(jì)、陀螺儀零偏和量程帶來(lái)的影響，提高狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)的解算精度，增加飛控再不同溫度環(huán)境下的適用性，避免重復(fù)校準(zhǔn)IMU數(shù)據(jù)。

1、傳感器

①　加速度計(jì)：加速度傳感器利用重力加速度，可以用于檢測(cè)設(shè)備的傾斜角度，但是它會(huì)受到運(yùn)動(dòng)加速度的影響，使傾角測(cè)量不夠準(zhǔn)確，所以通常需利用陀螺儀和磁傳感器補(bǔ)償；

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②　陀螺儀：陀螺儀測(cè)量飛行器繞軸旋轉(zhuǎn)的角速度，將角速度信號(hào)進(jìn)行積分便可以得到無(wú)人機(jī)的傾角。由于從陀螺儀的角速度獲得角度信息，需要經(jīng)過(guò)積分運(yùn)算。如果角速度信號(hào)存在微小的偏差，經(jīng)過(guò)積分運(yùn)算之后，變化形成積累誤差。這個(gè)誤差會(huì)隨著時(shí)間延長(zhǎng)逐步增加；

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加速度計(jì)具有長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性，短時(shí)間內(nèi)容易受到機(jī)體震動(dòng)的影響，陀螺儀在短時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)更可靠，因此實(shí)際使用中需要將二者數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)狀態(tài)的有效估計(jì)。

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③　磁力計(jì)：磁羅盤(pán)對(duì)磁場(chǎng)變化敏感，能檢測(cè)地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度，根據(jù)校準(zhǔn)后的磁力計(jì)三軸磁力計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合飛行器俯仰、橫滾姿態(tài)角就可以計(jì)算得到偏航角觀(guān)測(cè)量。由于加速度計(jì)只能對(duì)飛行器水平角速度進(jìn)行修正，無(wú)法修正偏航方向的陀螺儀漂移，因此還需要采用磁力計(jì)修正的方式來(lái)對(duì)偏航角度的陀螺儀的漂移。同時(shí)磁力計(jì)容易受到飛行器電機(jī)、飛機(jī)變化的電流等磁場(chǎng)干擾，實(shí)際使用中需要對(duì)磁力計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)和異常檢測(cè)。在戶(hù)外GPS定位條件下，也可以利用GPS輸出的運(yùn)動(dòng)航向?qū)ζ浇菙?shù)據(jù)進(jìn)行修正。

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④　氣壓計(jì)：氣壓計(jì)測(cè)量的物理量是大氣壓值，根據(jù)該數(shù)值可計(jì)算出絕對(duì)海拔高度。常用的氣壓計(jì)傳感器型號(hào)包括SPL06、DPS310、MS5611。氣壓計(jì)在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題是，在近地面飛行時(shí)，“地面效應(yīng)”的存在會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)周?chē)鷼怏w的氣壓分布與靜止?fàn)顟B(tài)下的大氣不同，使得無(wú)法用氣壓計(jì)來(lái)測(cè)算出高度。通常的解決辦法是在起飛或降落時(shí)使用其他傳感器，比如超聲波傳感器或激光測(cè)距儀。

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⑤　超聲波、激光（雷達(dá)）測(cè)距：超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2，此方法叫時(shí)間差測(cè)距法。激光測(cè)距除發(fā)射和接收的是信號(hào)載體激光，其它與超聲波同理。

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⑥　光流模塊：光流模塊可以用來(lái)感知機(jī)體的水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，測(cè)量水平方向的位移速度，光流模塊通常在室內(nèi)使用，主要是為了解決室內(nèi)衛(wèi)星信號(hào)不佳的問(wèn)題，低成本光流數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定需要拍攝的地面需要有一定紋理圖案、光照條件足夠。單獨(dú)的光流傳感器數(shù)據(jù)無(wú)法直接使用，需要結(jié)合對(duì)地傳感器提供的高度信息，以及飛控的角速/角速度信息，計(jì)算得到水平觀(guān)測(cè)角速度，然后和機(jī)體加速度計(jì)進(jìn)行慣性導(dǎo)航融合，最終得到水平的速度、位置狀態(tài)估計(jì)用于無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。

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⑦　GPS模塊：GPS模塊測(cè)量的物理量相對(duì)比較豐富，主要包括地理坐標(biāo)（經(jīng)緯度）、海拔高度、線(xiàn)速度以及航向角（RTK系統(tǒng)）。常用的GPS模塊生產(chǎn)商包括瑞士的U-BLOX和加拿大的NOVATEL。在使用GNSS模塊時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)接收天線(xiàn)的放置需要要注意電磁干擾的屏蔽，部分有實(shí)力的整機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)商會(huì)根據(jù)飛機(jī)型號(hào)專(zhuān)門(mén)定制衛(wèi)星信號(hào)接收天線(xiàn)。

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⑧　OPEMMV視覺(jué)模塊：OpenMV是一個(gè)開(kāi)源，低成本，功能強(qiáng)大的機(jī)器視覺(jué)模塊。以STM32F427CPU為核心，集成了OV7725攝像頭芯片，在小巧的硬件模塊上，用C語(yǔ)言高效地實(shí)現(xiàn)了核心機(jī)器視覺(jué)算法，提供Python編程接口。使用者們（包括發(fā)明家、愛(ài)好者以及智能設(shè)備開(kāi)發(fā)商）可以用Python語(yǔ)言使用OpenMV提供的機(jī)器視覺(jué)功能，為自己的產(chǎn)品和發(fā)明增加有特色的競(jìng)爭(zhēng)力。OpenMV上的機(jī)器視覺(jué)算法包括尋找色塊、人臉檢測(cè)、眼球跟蹤、邊緣檢測(cè)、標(biāo)志跟蹤等?？梢杂脕?lái)實(shí)現(xiàn)非法入侵檢測(cè)、產(chǎn)品的殘次品篩選、跟蹤固定的標(biāo)記物等。使用者僅需要寫(xiě)一些簡(jiǎn)單的Python代碼，即可輕松的完成各種機(jī)器視覺(jué)相關(guān)的任務(wù)。小巧的設(shè)計(jì)，使得OpenMV可以用到很多創(chuàng)意的產(chǎn)品上。比如，可以給自己的機(jī)器人提供周邊環(huán)境感知能力；給智能車(chē)增加視覺(jué)巡線(xiàn)功能；給智能玩具增加識(shí)別人臉功能，提高產(chǎn)品趣味性等。

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⑨　VIO、視覺(jué)/激光雷達(dá)SLAM：VIO（visual-inertial odometry）即視覺(jué)慣性里程計(jì)，有時(shí)也叫視覺(jué)慣性系統(tǒng)（VINS，visual-inertial system），是融合相機(jī)和IMU數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)SLAM的算法。激光雷達(dá)基于三角測(cè)距原理設(shè)計(jì)的測(cè)距傳感器，利用機(jī)械部件旋轉(zhuǎn)來(lái)改變發(fā)射角度，得到物體到激光發(fā)射器的距離，激光雷達(dá)將這樣的發(fā)射器和接收器組裝在一起，經(jīng)過(guò)機(jī)械旋轉(zhuǎn)360°即可得到一周障礙物的距離。運(yùn)用SLAM算法獲取無(wú)人機(jī)的定位與環(huán)境中障礙物的信息。

組成分類(lèi)

硬件名稱(chēng)

型號(hào)

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?

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動(dòng)力系統(tǒng)

機(jī)架

NC330機(jī)架

螺旋槳

8045雙葉槳

電機(jī)

2212/KV1400

電調(diào)

好盈樂(lè)天20A

保護(hù)圈

快拆保護(hù)圈

航模鋰電池

4S 30C 2800mah

平衡充電器

4S10D平衡充電器

低壓報(bào)警器

BB響

遙控接收

遙控器/接收機(jī)

FS I6刷10通道+MINI接收機(jī)

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飛控開(kāi)發(fā)

筑夢(mèng)者PLUS飛控

MSP432 LaunchPad擴(kuò)展板飛控：送OLED、減震架、水平儀、穩(wěn)壓模塊、擴(kuò)展線(xiàn)

光流模塊

優(yōu)象新款LC307

超聲波

US100

激光測(cè)距

VL53L1X_PLUS

磁力計(jì)

QMC5883L

OPENMV

OPNEMV4 MINI

STLINK下載器

STLINK V2

USB轉(zhuǎn)TTL模塊

CP2102模塊

數(shù)傳

NCG開(kāi)源數(shù)傳/遙控/地面站

其它

T插頭、魔術(shù)貼、螺絲刀、軋帶、杜邦線(xiàn)等

常規(guī)配件可以多備一些

可選

無(wú)人機(jī)調(diào)試架

全向云臺(tái)+單軸二合一調(diào)試架

組成分類(lèi)

硬件名稱(chēng)

型號(hào)

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動(dòng)力系統(tǒng)

機(jī)架

NC330機(jī)架

螺旋槳

8045雙葉槳

電機(jī)

2212/KV1400

電調(diào)

好盈樂(lè)天20A

保護(hù)圈

快拆保護(hù)圈

航模鋰電池

4S 30C 2800mah

平衡充電器

4S10D平衡充電器

低壓報(bào)警器

BB響

遙控接收

遙控器/接收機(jī)

FS I6刷10通道+MINI接收機(jī)

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飛控開(kāi)發(fā)

筑夢(mèng)者PLUS飛控

MSP432 LaunchPad擴(kuò)展板飛控：送OLED、減震架、水平儀、穩(wěn)壓模塊、擴(kuò)展線(xiàn)

光流模塊

優(yōu)象新款LC307

超聲波

US100

激光測(cè)距

VL53L1X_PLUS

磁力計(jì)

QMC5883L

OPENMV

OPNEMV4 MINI

STLINK下載器

STLINK V2

USB轉(zhuǎn)TTL模塊

CP2102模塊

數(shù)傳

NCG開(kāi)源數(shù)傳/遙控/地面站

其它

T插頭、魔術(shù)貼、螺絲刀、軋帶、杜邦線(xiàn)等

常規(guī)配件可以多備一些

可選

無(wú)人機(jī)調(diào)試架

全向云臺(tái)+單軸二合一調(diào)試架