一天精通无人机：初级篇系列第 9 讲：遥控器

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一、遥控器

        遥控器是航模爱好者最赖以生存的部分，我们在第一讲中已经介绍了无人机与航模的区别，无人机的目的是飞机可以完全脱离地面遥控器的控制，但是对于很多无人机刚刚入门的朋友来说，在还没有学会如何为无人机做航线规划和全自动飞行时，遥控器仍然有着至关重要的地位。
        所谓无人机的遥控器就是像电视机遥控器、空调遥控器一样可以不用接触到被控设备，而通过一个手持器件，使用无线电与被控设备进行通信，从而达到对设备的控制。遥就是远距离，控就是可以控制设备，器指的就是一个电子器件。
        遥控器想到达到与无人机通信的功能需要有两部分配合完成。即：发射器与接收机。遥控器上的控制杆转为无线电波发送给接收机，而接收机通过接收无线电波，读取遥控器上控制杆的读数，并转为数字信号发送到无人机的控制器中。如下图：



二、无线通信
        目前用于无人机遥控器主流的无线电频率是2.4G，这样的无线电波的波长更长，可以通信的距离较远，普通2.4G遥控器与接收机的通信距离在空旷的地方大概在1km以内。2.4GHz无线技术如今已经成为了无线产品的主流传输技术。所谓的2.4GHz所指的是一个工作频段2400M-2483M范围,这个频段是全世界免申请使用。常见的Wifi,蓝牙,ZigBee都是使用的2.4G频率段。Wifi,蓝牙,Zigbee都是基于2.4GHz的,只不过他们采用的协议不同,导致其传输速率不同,所以运用的范围就不同。同样是采用2.4G频率作为载波,但不同的通讯协议衍生出的通讯方式会有着天壤之别;仅仅在传输数据量上,就有着从1M每秒到100M每秒的差别。
        因为无线电波在传输过程中可能受到干扰或是数据丢失等等问题，当接收机无法接收到发射器的数据时，通常会进入保护状态，也就是仍旧向无人机发送控制信号，此时的信号就是接收机收到遥控器发射器最后一次的有效数据。这样因为信号丢失而发送的保护数数据通常叫做failsafe数据。
        关于遥控器与无人机的通信协议也有很多种，常见的数据协议如下：
1.pwm：需要在接收机上接上全部pwm输出通道，每一个通道就要接一组线，解析程序需要根据每一个通道的pwm高电平时长计算通道数值。
2.ppm：按固定周期发送所有通道pwm脉宽的数据格式，一组接线，一个周期内发送所有通道的pwm值，解析程序需要自行区分每一个通道的pwm时长。
3.sbus：每11个bit位表示一个通道数值的协议，串口通信，但是sbus的接收机通常是反向电平，连接到无人机时需要接电平反向器，大部分支持sbus的飞行控制板已经集成了反向器，直接将以旧换新机连接到飞行控制器即可。
4.xbus：常规通信协议，支持18个通道，数据包较大，串口通信有两种模式，可以在遥控器的配置选项中配置。接收机无需做特殊配置。

三、操作方式
        无人机的遥控器根据其操作方式不同可以简单的分为两种：美国手和日本手。除了操作方式不同外，遥控器没有什么本质区别。它们不同的操作方式如下图：



日本手遥控器



美国手遥控器
        美国手遥控器的左侧是油门通道和航向通道，右侧是滚转与俯仰。而日本手则是右手油门与滚转，左侧是俯仰与航向。
        对于主控制面板上的这4个控制杆，通常情况下只有油门的不会自动回到中位，而其它3个控制杆在被拨动离开中间位置之后，当松开手指之后会自己回至中位。这就是油门通道与其它通道所不同之处。当然油门通道不自动回中也是对无人机的一种保护，以免手滑油门回中发生意外。
        而对于一些小众品牌的遥控器，却有一些极少数操控方式即不属于美国手也不属于日本手，它们的主控制面板上的4个控制杆都是可以自动回中，而哪一个杆来控制油门，哪一个控制滚转、俯仰、航向，并没有明确规定。通常在多数飞行控制器中可以过遥控器校准功能来让使用者自行定义。而对于所有控制杆都可以自动回中的遥控器并不适合无人机，而更适合无人车，因为小车的动力系统通常是有刷电调和有刷电机，油门回中则是停止，油门最大和最小分别可以控制小车的前进和后退。



四、辅助通道
        对于主控制面板中的4个控制杆分别对应油门、航向、滚转、俯仰。除了这4个主控制通道以外，遥控器还有其它一些控制杆或控制旋钮。用于给用户自己定义。这些辅助通道从原理上讲没有任何区别，它们通常做为无人机的一些特殊功能开关，例如对云台姿态的控制，或是对照相机快门的控制，或是对其它功能开关的控制等等。这些辅助通道的读数会由遥控器发送给接收机，并由接收机桨这些数值发送给无人机控制器，再由无人机决定这些辅助通道的控制量来控制哪一项功能。关于这部分功能我们会在飞控程序部分仔细讲解。



下期预告：《机架设计》
        《一天精通无人机：初级篇》主要内容为：基本动力原理、硬件组装、飞控程序下载、编译、校准、调参与试飞。
        《一天精通无人机：中级篇》主要内容为：开源飞控程序PX4架构、精典PID控制原理、路径规划、命令收发、与地面站通讯协议。
        《一天精通无人机：高级篇》主要内容为：动力学建模、半物理仿真、传感器数据融合、扩展卡尔曼滤波、全自动飞行设计、环境感知与视觉建模。

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牛逼

loveav

原创？？？牛皮啊

tangxin

飞控代码里和遥控相关的代码实在看不懂！怎么办？谢谢

古风剑客

菜鸡小白感动落泪。