浅谈无人机上的常见接口

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无人机上各种设备层出不穷，接口种类越来越多，比较主要的有：PWM、PPM、SBUS、串口（包括TTL，232，422，485几种）、SPI、I2C、CAN、USB、Relay（GPIO）、AD、SDIO、HDMI等等。

PWM: 所有航模和无人机都离不开的一种接口。单线信号，周期发送正脉冲，变化脉宽作为传递信息的方式，一个针脚传递一个通道，往往搭配地线和电源线可控制一个舵机或一个电调，是无人机或航模入门第一个需要了解的接口。优点是简单，稳定的传输一个可量变的信号，缺陷是速度低。目前常见的标准是50Hz，也有300Hz至400Hz的。

PPM: 是PWM的升级版，就是每个信号周期变为发送一组多个脉宽的组合，来同时传递多个通道的变化信息。早期也被用于遥控器无线电信号和航模模拟器信号，现在多用于接收机与飞控连接，带有PPM信号输出的接收机很多，是无人机入门必配。其优点是稳定传输多个通道，缺点是速度更慢。

S.BUS: 是日本遥控器厂商FUTABA设计的用单通道数字信号传输多通道信息的协议，只有一个信号针脚和一个基准地线，支持HUB扩展多个舵机和电调连接在一个信号源上，所以S.BUS其实是一种总线，其原理其实就是变化的串口协议。其优点是纯数字信号，很可靠，带有总线功能。缺陷是属于厂家技术兼容设备较少。目前是飞控连接接收机的最佳选择。据说国外用户使用PPM接收机的多，国内用户使用SBUS接收机的多，这可能和FUTABA遥控器在国内大量使用有关系吧。

串口:串口是目前控制领域最常见的设备接口，硬件形式有TTL，232，422，485几种。TTL是基本信号，常见三针用法，一个针用于信号输入叫RX，一针用于信号输出叫TX，另一针为信号基准地线（两个TTL接口设备对接，必须共地！）。一般0伏和3-5伏表示0和1，飞控芯片上自带的都是这种串口，而且会带很多个，用于连接多个设备（比如GPS模块、数传、WIFI模块等），PIXHAWK飞控有5个。TTL信号的电压较低，经验上不适合1米以上的长距离传输，于是发展出232接口，使用正负电平表示0和1，其他与TTL相同，极大延长了传输距离，但是速度依然不足。于是发展出422接口，RX和TX每个针脚都变为正负电压的一对信号线同时跳变，这样干扰信号被巧妙的抵消，传输距离和速度双飞跃，但是需要5根线，给调试造成很大麻烦。485串口是半双工，是结合232和422优点，使用一对正负电压的信号线既发又收，但是需要额外一个信号控制收发转换，485总线带有总线特征，可以在两根线与地线上连接多个设备，但是收发、片选、仲裁、校验等等工作都需要你写程序去协调，工作量大。

SPI: 这是一种用于板上通信的高速接口，使用了主从设计和专门的时钟线，每个SPI拥有4个脚主入从出MISO、主出从入MOSI、时钟CLK和地线。主设备负责管理信息，时钟同步和所有设备通信，一路SPI可以连接多个设备，但是必须每个带有片选。因为有时钟线，所以很容易做到所有设备的同步通信，由于其稳定性和高速特性，在飞控板上用来连接所有传感器与主单片机。

I2C: 是用于连接板上高速设备的总线。拥有三根信号线，信号，时钟和地线。也是采用主从设计，带有时钟的同步设计，但是信号线需要承担多个设备输入输出，有主设备来管理。I2C上所有设备都自带一个地址，或叫标签，主设备用这个地址来识别设备。在飞控中用来连接重要性不太高的众多设备，指示灯，磁罗盘，空速，超声波，激光测距等等。居然有厂家为了省事用这个总线连接多个电调，这是很危险的，因为3-5v电平在长距离传输中容易受干扰。

CAN: 最早为汽车设计的总线接口，传输的是差分信号，抗干扰性能超强，专门用于大干扰环境设备间多个远距离传输。只有H和L两个信号线，所有设备都连接在上面，总线芯片负责仲裁。这其实是无人机上设备，尤其是多旋翼电调的最优选择，但是CAN接口有一定的复杂性，CAN收发器芯片成本也不低。PIXHAWK飞控和 ESC32电调多年前就已经具备该接口，大疆飞控上也采用了CAN接口。相信今后采用CAN接口的飞控会越来越多。

USB: 民用总线接口，可以通过HUB连接多个设备,可以说是一种完美接口。但是其协议过于复杂，编程工作量极大，接口连接形式容易导致问题，必须使用专用线材，且不能超过2米。在飞控上主要用来地面进行调试，读写参数等等地面操作。

Relay: 就是GPIO信号，只有0和1两种状态，存在于飞控某些针脚用于自动控制相机快门和农药喷头。优点是可靠，缺点是信息量极小，浪费资源且没有校验等功能。

AD: 模数转换接口，使用方式就是测量电压。目前飞控用来测量电压，电流，这种方式成本较低，在小型无人机上还可以使用。另外一些距离探测设备还在用，比如空速和超声波。

SDIO: 用于连接SD卡或TF卡，进行飞行数据记录。由于TF卡应用普遍，成本较低，容量速度都令人满意，所以渐渐成为高级飞控必备设备，用于飞行记录，事故分析，故障诊断等等。

HDMI：高清晰度多媒体接口（英文：High Definition Multimedia Interface，HDMI）是一种数字化视频/音频接口技术，是适合影像传输的专用型数字化接口，其可同时传送音频和影音信号，最高数据传输速度为5Gbps，同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换。HDMI接口特点：

（1）可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号，数字信号，质量高。

（2）提高高达5Gbps的数据传输带宽。

（3）能支持1080P视频（最新版本2.0b，最高可支持8K）。

（4）理论20m，实际一般为3m左右。

（5）同时传输音频、视频、版权保护，在消费电子领域非常受欢迎。

（6）HDMI是外部接口，对于视频的分辨率和色深的提升能力有限。

（7）HDMI兼容性不好。目前HDMI接口在图传和相机上普遍使用，选用优质的HDMI转接线是很重要的。