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Pixhawk飞控和MissionPlanner地面站安装调试

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发表于 2022-11-28 09:54:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
PixHawk是这个星球上著名飞控厂商3DR推出的独立、开源、高效的飞行控制器,前身为APM飞控。因Pixhawk具有丰富的外设模块和可靠的飞行体验且软硬件开源,所以很多厂商对其进行了或多或少的二次开发,进而抹掉logo,违背历史,不要脸的号称是其自主知识产权的全新一代飞行控制系统。

对于开源PixHawk飞控,第一次使用需要多方查阅资料,摸索前行,根据亲测飞行及二次开发的经验总结如下,其中大部分内容来自官网和相关网站的资料,将尽可能提供原文出处,希望对想尝试PixHawk的朋友有所帮助。在本文中如有版权纷争敬请忍耐。

本文包括如下主要内容:

PixHawk飞控配置

多旋翼飞行器的基本飞行概念

飞控驱动与地面站软件的安装

飞控驱动与地面站软件的连接

升级飞控固件

飞控罗盘、加速度计与遥控器的校准与设置
3DR数传电台的连接PixHawk飞控配置(http://www.pixhawk.com)()

硬件配置

    主处理器:32位STM32F427,主频168MHz ,256 KB RAM,2 MB Flash;

    备用处理器:独立供电32位STM32F103故障保护协处理器;

    传感器:双 3轴加速度计(据说可确保绝大部分情况下可剔除单加速度计可能产生的混淆噪声,极大改善飞行稳定性)、磁力计(确认外部影响和罗盘指向)、双陀螺仪(测量旋转速度)、气压计(测高)、内置罗盘、支持外置双GPS;

    集成的备份、超控、故障保险处理器;

    MicroSD 插槽用于日志等用途, 5个UARTs, CAN, I2C, SPI, ADC,等;
接口定义
PixHawk接口定义如下图所示:

正面

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两侧与底部

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顶部

                     
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引脚定义

接口与引脚定义
http://www.pixhawk.com/modules/pixhawk
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基本飞行概念
参考:http://px4.io/docs/px4-basic-concepts/

机头指向和方向
以固定翼与四旋翼飞行器为例,下图是无人机的载体坐标系:

    载体重心为坐标原点;

    载体前进方向为x轴正方向;

    载体水平姿态时垂直向下为z轴正向;
    载体飞行方向指向右为y轴正向(x,y和z轴满足右手螺旋准则)

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飞行方向示意图(俯视):
  
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遥控与基本飞行控制使用左右油门时,油门最低位置如下图
   
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多旋翼飞行器的飞行姿态角

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安装飞控驱动与地面站软件
安装pixhawk驱动程序(或使用网购时店家提供)

https://pixhawk.org/firmware/downloads
计算机->右键->设备管理器->端口,出现PX4端口
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安装地面站软件(MissionPlanner,MP)本机安装版本v1.3.37
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地图加载方法:飞行计划->右侧地图下拉菜单->必应混合地图

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连接飞控与地面站软件
拔掉飞控上所有设备,只留蜂鸣器。使用USB线连接飞控和电脑USB。
进入飞行数据页面,在右上角串口号选择下拉列表中的PX4 FMU串口号,本机是COM9,波特率为115200。注意不要点击右侧的“自动连接”。
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升级飞控固件选择:初始设置->安装固件
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直接安装
选择
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表示下载四旋翼最新固件,弹出是否继续对话框,选择“是”,等待安装完成,会出现短暂的音乐声。
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声音停止后点击“确定”。此时如果是第一次刷AC3.2固件,则会提示需要进行罗盘重新校准。
进入“飞行数据”页面,右上角选择PX4所在的COM端口(本机为COM9)和115200波特率,点击右上角“连接”图标即可连上飞控,获取飞控数据:
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安装下载的固件通过地面站安装固件页面中的“下载固件”按钮打开官方下载服务器。
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官方软件下载地址:
http://firmware.ardupilot.org/
选择固件Firmware中的APMCopter (多旋翼和传统直升机固件)
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打开固件下载页面:建议使用稳定版,点击stable,进入稳定版下载:http://firmware.ardupilot.org/Copter/stable/
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PX4对应飞控文件名简单意思是:

    heli表示直升机;

    hexa表示6旋翼;

    octa表示8旋翼;

    octa-quad表示4个旋翼,上下两层供8台马达的8旋翼;

    quad表示4旋翼;

    tri表示3旋翼

点击PX4-quad/进入下载页面:选择v2.px4版本,右键->将链接另存为下载:

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如果要加载自定义固件,在地面站进入“初始设置”页面->加载自定义固件->弹出对话框选择刚下载的固件文件确定即可;

地面站切换到“飞行数据”页面,设置好端口与波特率后,选择右上角连接连接图标即可看到飞控数据(高度、角度等)传回地面站并显示出来。此时主LED灯黄灯闪烁,LED红蓝闪烁表示自检;

校准

将GPS的两路输出(6pin和4pin)接上飞控的对应的GPS口(6pin)和I2C口(4pin罗盘),准备校准;

打开地面站,USB连接飞控,设置COM端口号和波特率,选择“连接”,连接成功后进入“初始设置”页面,展开左侧“必要硬件”,可以看到以下选项:

    机架设置;

    加速度计校准;

    罗盘;

    遥控器校准;

    飞行模式;

    失控保护
下面,我们将逐一校准上述项目。
机架类型默认不改
选择“x”型,默认设置不改
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加速度计校准

点击左侧列表“加速度计校准”进入校准界面,按提示放置飞控,每一步完成后点击绿色“Click When Done”按钮;

提示如下:

    Placevehicle level and press any key: 水平放置,然后点击按钮;

    Place vehicle on its LEFT side and press any key: 以箭头所指方向的为底,立起来放置,然后点击按钮;

    Place vehicle on its RIGHT side and press any key: 以箭头所指方向的右侧为底,立起来放置,然后点击按钮;

    Place vehicle nose DOWN and press any key: 以箭头所指方向指向地面,立起来放置,然后点击按钮;

    Place vehicle nose UP and press any key: 以箭头所指方向指向天空,立起来放置,然后点击按钮;
校准成功后提示;
如果安装最新地面站后界面为中文,按提示完成校准操作即可。

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罗盘(指南针)校准

用捆扎带或皮筋将GPS天线与飞控固定好,确保二者正表面上箭头方向的向指向一致,注意一定要固定好,在后续的旋转过程中二者不能发生偏移!

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罗盘校准一般装机前后各进行一次。安装时GPS和飞控无特殊位置关系,美观方便即可。点击列表中的“罗盘(Compass)”,选择“手动校准”,指南针1和2设置使用默认设置。
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点击“现场校准”按钮,弹出对话框告诉我们将飞控绕所有轴做圆周运动,点击“ok”。用手拿着飞控和GPS固联体做各个方向的圆周旋转让飞控采集修正数据。

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不断旋转飞控指向,数据采集自动结束后弹出偏移量提示,因为GPS中有指南站,飞控中也有指南针,因此弹出两个偏移量提示:

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遥控器校准GPS校准后,断电后按照规范(飞控正面放置时引脚从上至下依次为:-,+,信号)的连接方法接上R7008SB接收机连接飞控RC端口(本文使用Futaba T14SG标配接收机)进行遥控器校准。注意:接收机接错,飞控极有烧毁的可能。

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Futaba R7008SB接收机输出:黄色:信号;红色:正极;棕色:地线打开遥控器,打开地面站,连接飞控,进入初始设置->遥控器校准页面:
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注意,遥控器左右摇杆控制4个柱面(正确的方向在图下文字中做出了说明)只有升降舵为反向。

正向:表示上下左右和摇杆操作一致,例如,向左打杆,输出变小,向上打杆,输出变大。

反向:表示上下左右和摇杆操作相反,例如,向左打杆,输出变大,向上打杆,输出变小。

油门推到顶/油门降到底(正向为正确(如果油门推上去输出反而下降,则需要在遥控器设置中将油门反向)
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左摇杆打到最左/左摇杆打到最右(方向、航向、偏航:机头指向,正向为正确),右摇杆打到最左侧/右摇杆打到最右侧(副翼-横滚,正向为正确);

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右摇杆推到顶/右摇杆打到底(升降:右摇杆上下,反向为正确)

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所有摇杆均在1094-1934之间变化,满足要求。点击“校准”,将遥控器左右摇杆重复打到最值,即左右摇杆在最大值上不停转圈,得到校准数据如下:
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操作完成后点击“完成时点击”按钮,弹出完成提示对话框点击“ok”后将弹出校准数据:

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飞行模式与失控保护
飞行模式设置非常重要。因为使用的控不一样会有不同的设置步骤,本人使用FutabaT14SG设置,具体步骤另行写一篇介绍。

PixHawk有6个飞行模式可选,因此主要思路是,在控上选择一个2档开关和一个3档开关,进行关联设置,组合得到6个不同档位,使得设置好后:


    当2档开关处于第1档位时:3档开关的1/2/3档,分别对应模式1/3/5;

    当2档开关处于第2档位时:3档开关的1/2/3档,分别对应模式2/4/6;

根据自己需要设置飞行模式,以下是跟之前使用的NAZA M v2飞控的控制模式的一个不成熟的类比:


    Pixhawk定点模式Loiter = NAZA GPS姿态模式(GPS定高、定点)用于飞行;

    Pixhawk定高模式AltHold= NAZA姿态模式(高度稳定,位置不定,有风险);

    Pixhawk自稳模式Stabilize:用于起飞和降落;
下图是初步设置的6个不同的模式,其中模式6建议要设为RTL也就是“返航”模式。
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连接3DR数传(这个数传我很鄙视)
安装USB转串口驱动
安装串口转USB的驱动程序CP210x_VCP_windows.exe(自行下载或使用购买店家提供);
驱动装好后,将天线接上数传,使用任意一台数传,用micro USB 接上数传和电脑,在设备管理器中会出现:

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连接数传与地面站
连接1台数传

保持数传与计算机的连接,打开地面站

如果只想对数传参数进行操作、修改,此时不要点击右上角的“连接”图标
进入初始设置页面->可选硬件->3DRradio:
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设置端口号与波特率,端口为5.1中识别的USB转串口的端口(本机为COM3),波特率为57600

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点击“加载设置”地面站连接飞控,获取设置参数:

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注意:此时由于计算机只加载了一个数传,如果修改参数则另外一台(远端)参数将不会被修改,因此修改后两台数传会连不上。也就是说,当只连接1台数传时,不要修改参数,以免出现问题。

连接2台数传
注意:如果需要修改数传参数,必须同时连接两台数传,修改完一台的参数,通过“复制所选项至远端”按钮将修改的参数复制到另一台数传,否则会出错。

使用另一根micro USB线将另一台数传连接上计算机。
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连接好后,再次点击“加载设置”等待连接后远程数传的参数也出现了,且跟本地数传参数一致。如果要改本地参数,修改后“保存设置”,一定要选择通过“复制所选项至远端”,将两台数传参数同步一致。

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至此,完成了PixHawk与地面站的连接与基本设置。接下来,应该装好无人机机架、达、电调、飞控、外置GPS、电源模块等,不装桨,做室内连线测试,然后再到安全的场地进行外场试飞。
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