飛行控制器Pixhawk介紹

Pixhawk是一款由PX4開源項(xiàng)目設(shè)計(jì)并由3DR公司制造生產(chǎn)的高級(jí)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)。其前身是APM，由于APM的處理器已經(jīng)接近滿負(fù)荷，沒有辦法滿足更復(fù)雜的運(yùn)算處理，所以硬件廠商采用了目前最新標(biāo)準(zhǔn)的32位ARM處理器，它采用了ST Microelectronic先進(jìn)的處理器及傳感器技術(shù)且搭載了NuttX的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在模型自動(dòng)控制方面有著出色的性能、靈活性和可靠性。

Pixhawk系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于它繼承了多線程，一個(gè)類似于UNIX/Linux類型的編程環(huán)境，全新自動(dòng)駕駛儀的功能如Lua腳本任務(wù)以及飛行模式，并且有一個(gè)自定義PX4底層驅(qū)動(dòng)來確保全周期的定時(shí)處理。這些高級(jí)功能保證了自動(dòng)飛行姿態(tài)的自由性。Pixhawk將同現(xiàn)有的APM和PX4無縫連接，所以在一定程度上不會(huì)給用戶造成太多的新鮮感。

旗艦版Pixhawk模式將伴有新的外部設(shè)備選項(xiàng)，包括一個(gè)由外部多彩LED指示燈現(xiàn)實(shí)的數(shù)字氣流傳感器以及一個(gè)外部的磁強(qiáng)計(jì)。所有的外設(shè)都是自動(dòng)檢測(cè)和配置的。

簡(jiǎn)介

PIXHAWK 的所有硬件都是透明的，它用的是什么芯片和傳感器一目了然，所有的總線和外設(shè)都進(jìn)行引出，不但以后可以兼容一些其他外設(shè)，而且對(duì)于有開發(fā)能力的用戶提供了方便。 PIXHAWK 是一個(gè)雙處理器的飛行控制器，一個(gè)擅長(zhǎng)于強(qiáng)大運(yùn)算的 32 bit STM32F427 Cortex M4 核心 168 MHz/256 KB RAM/2 MB Flash 處理器，還有一個(gè)主要定位于工業(yè)用途的協(xié)處理器 32 bit STM32F103，它的特點(diǎn)就是安全穩(wěn)定。所以就算主處理器死機(jī)了，還有一個(gè)協(xié)處理器來保障安全。

1. 特性

? 核心MCU 性能：168 MHz / 252 MIPS Cortex-M4F;

? 輸出能力：14 PWM / 舵機(jī)輸出(其中8 個(gè)帶有失效保護(hù)功能，可人工設(shè)定。

? 6 個(gè)可用于輸入，全部支持高壓舵機(jī));

? 大量外設(shè)接口(UART，I2C，CAN);

? 在飛翼模式中，可以使用飛行中備份系統(tǒng)，可設(shè)置。可存儲(chǔ)飛行狀態(tài)等數(shù)據(jù);

? 多余度供電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不間斷供電;

? 外置安全開關(guān);

? 全色LED 智能指示燈;

? 大音量智能聲音指示器;

? 集成microSD 卡控制器，可以進(jìn)行高速數(shù)據(jù)記錄。

2.MCU

? 32bit，STM32F427，Cortex M4 核心，帶有浮點(diǎn)運(yùn)算器;

? 168 MHz;

? 256 KB RAM;

? 2 MB Flash;

? 32 bit，STM32F103 失效保護(hù)控制器。

3.傳感器

? ST 公司小型L3GD20H 16 bit 陀螺芯片;

? ST 公司小型LSM303D 14 bit 加速度/磁場(chǎng)芯片;

? Invensense 公司MPU 6000 三軸加速度/陀螺儀

? MEAS 公司MS5611 氣壓芯片。

4. 通信

? 5x UART(串口)，1 個(gè)帶有高驅(qū)動(dòng)能力，2 個(gè)帶有流控制功能;

? 2x CAN ，1 個(gè)帶有內(nèi)置3.3V 轉(zhuǎn)換器，另一個(gè)需要外置轉(zhuǎn)換器;

? 支持Spektrum DSM / DSM2 / DSM-X 輸入;

? 支持Futaba S.BUS? 輸入;

? 支持PPM 信號(hào)輸入;

? 支持RSSI (PWM 信號(hào))輸入;

? I2C;

? SPI;

? 3.3 and 6.6V ADC 電壓信號(hào)輸入;

? 內(nèi)置microUSB 接口，并可擴(kuò)展外部microUSB 接口。

5. 電源和保護(hù)

? 電源失效后自動(dòng)二極管控制(不間斷供電);

? 支持最大10V 舵機(jī)電源和最大10A 功耗;

? 所有的外圍輸出帶有功率保護(hù);

? 所有輸入帶有靜電保護(hù)。

6. 擴(kuò)展

? 數(shù)字空速傳感器，PIXHawk 支持MS4525DO 數(shù)字差壓傳感器作為空速傳感器。這是一種貼片內(nèi)置14 位精度壓差采集和11 位精度溫度采集的氣壓傳感;芯片。使用1PSI 量程，內(nèi)部采樣精度為24bit，分辨率0.84Pa;

? 外部USB 擴(kuò)展接口(可安裝在設(shè)備外殼);

? 外置全色彩LED ;

? I2C 分線器。

正面

1. SpektrumDSM2 或DSMX 衛(wèi)星接收機(jī)接口

2.(絲印字符TELEM1)TTL 串口數(shù)據(jù)，數(shù)傳電臺(tái)

3.(絲印字符TELEM2)TTL 串口數(shù)據(jù)，常用于連接OSD

4. 外接USB 連接口，用于延長(zhǎng)USB 接口到外面

5. SPI 總線

6. 電源模塊接口

7. 安全開關(guān)接口

8. 蜂鳴器接口

9. TTL 串口4 和5

10. GPS 模塊接口

11. CAN 總線接口

12. I2C 總線接口

13. ADC 輸入最高6.6V

14. ADC 輸入最高3.3V

15. LED 信號(hào)燈

側(cè)面1

1. 輸入輸出模塊復(fù)位按鈕

2. TF 卡插槽

3. 飛行控制模塊復(fù)位按鈕

4. Micro - USB 接口

側(cè)面2

1. 遙控器輸入PPM 格式，最多支持8 個(gè)通道，大多數(shù)用戶需要PWM 轉(zhuǎn)PPM 模塊。

2. S.Bus 輸出。

3. 主輸出，8 個(gè)PWM 通道，用于連接電調(diào)或者舵機(jī)。

4. 輔助輸出，6 個(gè)PWM 通道，用于其它擴(kuò)展，例如舵機(jī)云臺(tái)。

接口引線介紹

? TELEM1, TELEM2 接口

Pin Signal Volt 1(red) VCC +5V 2(blk) TX(OUT) ±3.3V 3(blk) RX(IN) ±3.3V 4(blk) CTS(IN) ±3.3V 5(blk) (OUT) ±3.3V 6(blk) GND ±3.3V

? GPS 接口

? 串行端口4/5 - 由于空間的限制兩個(gè)端口都在一個(gè)連接器

? ADC 6.6V

? 6.6 ADC 輸入，6.6V 電壓模擬信號(hào)輸入，接的外部設(shè)備是空速傳感器。還可用于聲吶的接口或者其他模擬傳感器。

? ADC 3.3V

3.3ADC 輸入，3.3V 電壓模擬信號(hào)輸入，接的外部設(shè)備是光流傳感器。還可用于聲吶的接口或者其他模擬傳感器。

? I2C (羅盤)

這里的I2C 接口可以接GPS 里面外置的羅盤，還可以接外擴(kuò)的I2C，如果我們用不到pixhawk 的RGB 模塊的話就可以直接把外置GPS 上的羅盤接到I2C 這個(gè)接口上面，但是如果我們要用到pixhawk 的RGB 模塊的話，就必須用到這個(gè)I2C接口來擴(kuò)展, 因?yàn)閜ixhawk 配的RGB 模塊必須由I2C 接口和USB 外擴(kuò)口來供電。

? CAN

CAN總線現(xiàn)在還沒有使用，官方正在嘗試研發(fā)CAN電調(diào)。DJI的禪思也是用的CAN總線，是外部磁力計(jì)的接口。

? SPI

可以外接實(shí)時(shí)時(shí)鐘、AD轉(zhuǎn)換器。

? POWER (電源)

? SWITCH(安全開關(guān))

? SPKT/DSM接口

兼容 Spektrum DSM / DSM2 / DSM-X?? 衛(wèi)星接收機(jī)輸入： 允許使用 Specktrum 遙控接收機(jī)，對(duì)于 Spektrum DSM， DSM2或者 DSMX 衛(wèi)星接收機(jī)，直接接在 SPKT/DSM 接口。 DSM 是Digital Spread Spectrum Modulation 的縮寫，一共有三代： DSM、 DSM2、 DSMX。國(guó)內(nèi)最常見的是 DSM2， JR 的遙控器和 Spectrum 的遙控器都支持。該協(xié)議也是一種串行協(xié)議，但是比 S.BUS 更加通用，使用的標(biāo)準(zhǔn)串口定義，所以市面上兼容接收機(jī)更加便宜，兼容的設(shè)備也更多，比如電直的三軸陀螺 VBar 就可以直接接受 DSM2信號(hào)。

但是該協(xié)議并不是一種總線化的協(xié)議，要靠接收機(jī)取把協(xié)議變?yōu)?PWM 來驅(qū)動(dòng)舵機(jī)， DSM2接口也只能連接接收機(jī)和衛(wèi)星接收機(jī)，不過對(duì)于飛控來說這個(gè)無所謂，反正也是一個(gè)接口連接到飛控就可以了。DSMX 是 DSM2的升級(jí)版，協(xié)議基本一樣就是速率加快了。 DSMX協(xié)議可以用于雙向傳輸，即能夠?qū)w機(jī)上的信息傳回遙控器上在液晶屏顯示，不過對(duì)于玩兒飛控這個(gè)功能不重要，有了電臺(tái)和 PC，這個(gè)意義不大。

DSM2硬件協(xié)議

DSM2設(shè)備使用三線連接，黑色線是地線，紅色是電源線，另一條是信號(hào)線，這個(gè)跟舵機(jī)一樣，但是注意：電源線是3.3V。信號(hào)線上跑的是標(biāo)準(zhǔn) TTL 串口， 3.3V 電平，串口的電平邏輯跟普通 TTL 串口一致，可以直接跟現(xiàn)在的大部分單片機(jī)兼容，比如 STM32。串口波特率115200，數(shù)據(jù)位8bit， 1個(gè)停止位，無校驗(yàn)位，無流控制。

DSM2軟件協(xié)議

軟件協(xié)議簡(jiǎn)單得多。每一幀數(shù)據(jù)使用兩個(gè) Byte， 16字節(jié)。第1個(gè)字節(jié)表示此幀狀態(tài)，為0的時(shí)候表示此幀為遙控?cái)?shù)據(jù)， 1的時(shí)候表示為其他數(shù)據(jù) 。 后 面 4 個(gè) 字 節(jié) 為 通 道 ID ， 對(duì) 應(yīng) 接 收 機(jī) 上 面 的 輸 出0: Throttle, 1: Aileron, 2: Elevator, 3: Rudder, 4: Gear, 5: Aux1, 6: Aux2, 7: Aux3 。后11個(gè)字節(jié)是0~2047的通道數(shù)據(jù)。 1023為中間值對(duì)應(yīng)輸出1.5ms 的 PWM 信號(hào)， 0對(duì)應(yīng)0.75ms， 2047對(duì)應(yīng)2.25ms。一般用于直升機(jī)和固定翼飛機(jī)上面，所以多旋翼飛機(jī)一般用不到這個(gè)接口。