无人机组装与调试 课件 项目1任务4 多旋翼无人机飞控系统组装调试

多旋翼无人机飞控系统组装调试任务四飞控系统是无人机完成起飞、空中飞行、任务执行和返场回收等过程的核心系统，飞控系统对于无人机相当于驾驶员对于有人机的作用。在此之前，我们已经组装与调试了多旋翼无人机飞行平台、动力系统、通讯链路系统，现在需要对较为重要的飞控系统进行组装调试，任务中我们将以小组为单位，团队分工协作，严格按照组装调试标准与工艺流程进行操作。任务导入1.通过任务驱动小组配合，提升团队合作精神；2.通过在飞控装配与调试中的安全操作规范学习，培养安全生产的职业操守；3.通过任务强化提升训练，养成自主学习的探究精神。1.能够完成多旋翼无人机飞控安装与接线操作；2.能够按照装配步骤与调试要求完成飞控参数校准；3.能够完成多旋翼无人机飞控装调质量检查。知识目标技能目标素养目标学习目标1.掌握无人机飞控基础知识（定义、组成、分类、原理）；2.了解多旋翼无人机飞控选用原则（飞行模式、接口、灯语、固件版本）；3.了解多旋翼无人机常用飞控的使用方法。多旋翼无人机飞控组装与调试，需要我们首先将各部件进行装配，然后再进行调试。在装调过程中，飞控各部件该如何区分？它们之间又是如何连接的？如何才能保证装配质量？为了能够解答这些问题，需要我们首先对无人机的飞控基础知识进行学习，掌握多旋翼无人机飞控的接线与调试流程，然后按照任务实施步骤与要求，完成多旋翼无人机飞控组装调试，最终实现高质量的装调成果。任务分析无人机飞控基础知识多旋翼无人机飞控选用原则多旋翼无人机飞控基础知识PART01PART02PART03知识教学概览01PartOne无人机飞控基础知识飞控又称飞行控制器，是在各任务阶段对无人机进行辅助或全自主控制，并对无人机机载系统及功能部件起到协同控制工作的部件。飞控的定义飞控的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机自主飞行、无人机任务设备管理和应急控制等。最主要的功能为保持无人机自主飞行状态且飞行姿态正常。功能飞控一般由陀螺仪、加速度计、地磁感应模块、气压传感器、超声波传感器、光流传感器、GPS模块及控制电路等部件组成。组成飞控的功能与组成飞控的分类飞控类型特点举例开源代码开源、适用性强、价格便宜APM，CC3D，PIX闭源代码闭源、稳定性高、安全性高、价格较贵大疆A3/NAZA多旋翼无人机飞控一般通过控制各个电机的转速来实现对无人机姿态的控制，最终在无人机飞行姿态上体现为升降、平移、滚转、偏航等飞行动作。知识拓展—飞控工作原理根据之前讲解的无人机飞控基础知识，每4人一组，每位同学都回忆一下，总结列出飞控的结构组成，分类及工作原理。小组讨论随堂互动02PartTwo多旋翼无人机飞控选用原则是否开源尺寸大小是否闭源综合因素闭源飞控的优点是参数调试过程简单，可以快速上手，可靠性较高且性能稳定，但价格较为昂贵。有特定应用方向需求，并且不具备较强开发能力时，可选择闭源飞控。在选用多旋翼无人机飞控时，一般会根据机架尺寸、预算、功能需求、可靠性等因素进行综合考虑。开源飞控的二次开发能力更强，具有较强的可扩展性，使用者可以基于飞控做不同应用方向的功能开发。一般预算较为有限或对飞控有二次开发需求时，会选择开源飞控。在选用飞控时，在确定用途后，一般会根据无人机整体尺寸大小与内部可安装空间，去选择合适的飞控。多旋翼无人机飞控选用原则根据之前讲解的多旋翼无人机飞控选用原则，每4人一组，每位同学都回忆一下，总结列出飞控选用原则有哪些。小组讨论随堂互动03PartThree多旋翼无人机飞控基础知识为飞控供电，调节与稳定电压，测量电压电流等。

电流计采集飞行姿态、加速度、高度等关键信息；控制无人机飞行；交互及控制无人机子系统（如通讯系统、导航系统、任务系统等）。主控通过卫星定位无人机所处地理位置，为飞控提供经纬位置、速度、磁航向等信息。

GPS模块用于声音提示飞控状态。

蜂鸣器控制遥控器与飞控的连接与断开。

安全开关飞控系统组成用于飞控状态的灯光提示LED显示灯用于无人机上下行链路数据通讯。

数传模块飞控飞行模式序号飞行模式飞行模式含义1定高模式根据气压计数据保持当前飞行器高度，但不会定点，无人机会在水平方向漂移，可以用遥控器来移动或保持位置。2悬停模式在定高模式的基础上，加载GPS定位，无人机在水平方向和垂直空间均不会偏移。3简单模式无人机在解锁时确定无人机机头方向，之后不管无人机如何旋转，无人机不管机头朝向，始终认为解锁时的方向为起点。4自动模式无人机会自动执行地面站设定好的任务，如：起飞、按顺序飞向多个航点和降落等。5返航模式当切换到返航模式时，返回解锁前的位置并降落。返航前，无人机会先飞到至少15m的高度，如果当前高度高于15m，则直接保持当前高度返航。6绕圈模式无人机围绕指定位置旋转，无人机机头方向始终对准目标。遥控器可实时改变圆心和高度，但不能降落，圆的半径可以通过高级参数设置进行修改。7引导模式引导模式也称为指点飞行模式，此模式需要地面站软件和无人机之间进行通信。在任务规划器软件地图界面，会提示输入一个高度，然后无人机将飞到指定位置和高度并保持悬停。8跟随模式地面站设备需要包含GPS模块和数传模块，收到指令后无人机将跟随地面站指令飞行。9自稳模式无人机将自动保持水平状态并且维持目前飞行朝向;和运动模式不同的是，无人机滚转和升降控制姿态角度更小，通常无法偏转超过45°。10特技模式也称为手动模式，基于速率控制，仅维持遥控器与无人机之间最直接的控制关系。就像没有安装飞控的无人机，需要持续不断地手动修正调整。飞控接口的名称与功能飞控的接口名称不同，作用也不相同。这里以Pixhawk飞控接口为例。通用接口有：电源接口、接收机接口、GPS接口、USB调参接口等。LED指示灯含义LED指示灯类型LED指示灯名称LED指示灯状态含义FMUPWR飞控板供电正常时，此灯常亮B/E飞控板处理器指示灯，正常时闪烁，错误时常亮I/OPWR电调供电正常时，此灯常亮B/E输入输出处理器指示灯，正常时闪烁，错误时常亮ACT输入输出一切正常时常亮飞控指示灯含义飞控指示灯状态飞控指示灯含义红灯和蓝灯闪初始化中，请稍等；陀螺仪初始化黄灯双闪错误，系统拒绝解锁；解锁前检查失败蓝灯闪已加锁，GPS搜星中，自动导航，悬停，还有返回出发点模式需要GPS锁定；加锁，未发现GPS锁定绿灯闪已加锁，GPS锁定已获得。准备解锁；从加锁状态解锁时，会有快速的两次响声提示。加锁，获得GPS锁定（加锁时还会伴随快速双响）绿灯长亮加单次长响GPS锁定并且解锁，准备起飞；解锁，获得GPS锁定（解锁时还会伴随一声长响）蓝灯常亮解锁没有GPS锁定黄灯闪遥控故障保护被激活；电台故障保护激活黄灯闪加快速重复响电池故障保护被激活黄灯蓝灯闪加高-高-高-低响GPS数据异常或者GPS故障保护被激活无人机地面控制站主要功能是远程控制无人机自主完成飞行任务，一般包括任务规划、任务实施、任务更改、任务回放、实时监测等功能。地面站功能地面站作为无人机系统的指挥中心，其控制范围包括飞行器飞行姿态、飞行航迹、任务载荷功能、通信链路上下行以及飞行器发射和回收。地面站简介地面站与调参软件飞控固件是指飞控内主控计算机运行的程序文件。本任务中常见的飞控固件有Ardupilot固件和PX4固件等。飞控固件简介不同的飞控固件，获取方式也不相同。获取方法一般有两种，一种是地面站获取，一种是网页获取。飞控固件获取飞控固件飞控固件加速度计校准方法：不同飞控的加速度计校准方法大体相同。一般均需要按照地面站提示，进行加速度计多个位置角度的校准。本任务中所使用的飞控加速度计校准步骤为：开始校准→将飞控水平放置→左侧朝上→右侧朝上→机头朝下→机头朝上→正面朝下→完成校准。加速度计校准磁罗盘校准方法：飞控磁罗盘校准方法大体相同。一般会根据地面站提示，将飞控与GPS方向保持一致，然后分别绕滚转轴、俯仰轴、航向轴转动，直至校准完成。磁罗盘校准失控保护为保证飞行安全，飞控一般均具备失控保护功能。当触发失控保护后，无人机将按照预设程序执行返航或者降落等指令。失控保护功能一般在控制信号丢失后触发。根据之前讲解的多旋翼无人机飞控基础知识，每4人一组，每位同学都回忆一下，总结列出飞控系统组成，飞行模式，灯语含义，加速度计和磁罗盘校准方法等。小组讨论随堂互动多旋翼无人机飞控系统组装调试任务实施任务实施1.检查飞控组装调试的物料是否齐备，详见《任务实施检查单》；2.检查多旋翼无人机飞控各部件外观是否损坏；3.观看微课视频，学习多旋翼无人机飞控组装调试操作。任务准备班级姓名学号组号组长指导教师小组成员姓名：学号：任务分配成员1成员2成员3成员4序号名称型号/材质数量是否齐全1飞控PIXHAWK2.4.81个是否2内存卡Type-A1张是否3GPS——1个是否4蜂鸣器——1个是否5遥控器——1个是否6接收机AT9Spro1个是否7电脑——1台是否8数据线Type-A1根是否任务操作步骤表操作阶段序号操作步骤名称飞控接线与电脑连接1飞控接线2地面站软件安装3飞控与电脑连接4固件下载与升级5飞控初始化飞控参数校准6加速度计校准7磁罗盘校准8遥控器校准飞控参数设置9飞行模式选择10失控保护设置飞控装调检查11飞控装调检查将GPS模块连接至飞控将蜂鸣器连接至飞控步骤1：飞控接线进入MP地面站官网（/planner/）下载程序，本次使用地面站版本为1.3.77。地面站软件下载打开下载好的安装包，按照步骤勾选“默认”选框，然后点击“下一步”即可，直到安装成功，如图1-4-6b所示，生成桌面快捷方式，双击即可打开地面站软件。地面站软件安装步骤2：地面站软件安装⑥点击“连接”按钮，显示连接成功（连接按钮显示绿色，综合仪表盘有数据和地平线的变化）。⑤选择波特率（电脑飞控用数据线直连选择115200，数传连接选择57600）。②将SD卡插入飞控。①打开地面站软件。步骤3：飞控与电脑连接③使用Type-A数据线将飞控连接至电脑（接收机、GPS模块、安全开关亮灯）。④选择端口号（确保端口正常识别）。010203040506波特率表示单位时间内传送的码元符号个数，它是对符号传输速率的一种度量，用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。波特率若无法识别端口，需要安装驱动程序。下载驱动精灵软件，电脑连接飞控后打开驱动精灵，软件会自动查找缺失的驱动程序，找到后进行安装即可。端口识别飞控连接知识拓展—飞控与电脑连接注意事项步骤4：固件下载与升级序号操作步骤1断开连接；2初始设置；3安装固件；4选择“四旋翼模型”，点击“升级”选框；5在弹窗上点击“Yes”（您确认要升级到ArduCopterV4.1.5Quad吗？）；6在弹窗上点击“NO”（IsthisaCubeBlack）。注意，当提示“IsthisaCubeBlack”时一定要点击“No”,不可以点击“yes”，因为pixhawk不属于CubeBlack；7在弹窗上点“NO”（ISthisalinuxboard?）；8在弹窗上点击“NO”（UploadChibios）；9固件升级完成；10检查确认，查看版本号。4.飞控插入电脑后会出现端口号，稍后消失后会再次出现。如果在端口消失时点击刷入固件，可能会提示找不到端口号。遇到这种情况，可以等待端口稳定后再进行刷写。3.刷写固件前，请拔掉SD卡，等刷写成功后将飞控断电，再插入SD卡。2.电脑不能使用XP系统，因XP系统只能安装低版本地面站，可能导致固件无法正常刷写。1.刷写固件时最好选择最新版本，否则可能导致固件刷写失败。知识拓展—固件下载与升级注意事项5.刷写已写入的固件是无法成功的。点击“初始设置”点击“必要硬件”点击“机架类型”选择“四旋翼”步骤5：飞控初始化选择“X型机架”3.点击“加速度计校准”1.点击“初始设置”2.点击“必要硬件”5.校准成功6.校准水平：飞控水平放置，点击“校准水平”步骤6：加速度计校准7.检查加速度计是否校准成功4.按照提示校准飞控的6个面序号加速度计校准操作1飞控水平放置2飞控左侧朝上3飞控右侧朝上4飞控机头朝下5飞控机头朝上6飞控正面朝下步骤7：磁罗盘校准序号操作步骤1点击“初始设置”2点击“必要硬件”；3点击“磁罗盘”；4磁罗盘#1是GPS外置罗盘，勾选“使用这个磁罗盘”、勾选“外部安装”，然后在下拉菜单内选择“NONE”；5磁罗盘#2是飞控内置罗盘，不勾选“使用这个磁罗盘”，就是只使用外置罗盘，不使用内置罗盘；只使用外置罗盘的好处是，外置罗盘不容易受干扰；6点击“开始”按钮，会出现进度条前进，mag1是GPS模块的外置罗盘；7校准磁罗盘（飞控与GPS模块重叠在一起且方向一致，分别绕飞控的滚转轴、俯仰轴、航向轴方向转动飞控，直到进度条走完）；8重新上电；9检查：飞行数据-综合仪表盘用杜邦线将接收机S-BUS接口与飞控RC接口连接，连接时注意线序遥控器和接收机开机状态下，确认接收机为S-BUS输出模式后，长按接收机对频按钮，灯光闪烁，等待几秒后灯光常亮，则表示对频成功步骤8：遥控器校准—接收机对频3.点击“遥控器校准”1.点击“初始设置”2.点击“必要硬件”5.点击“校准遥控”，将设置的摇杆和通道都打到行程极限6.油门通道保持低位步骤8：遥控器校准—具体过程7.完成校准4.检查遥控器舵向和飞控反馈一致点击“初始设置”点击“必要硬件”点击“飞行模式”切换遥控器飞行模式开关步骤9：飞行模式选择

保存模式步骤10：失控保护设置序号操作步骤1点击“初始设置”2点击“必要硬件”；3点击“故障保护”；4选择“EnabledalwaysRTL”（启用RTL）5遥控器设置：先将三通道微调打到最低且油门摇杆最低位；进入失控保护三通道,F/S长按“push键”，记录此时油门位置；然后退回主界面将三通道微归零6设置故障保护：遥控器打开，油门最低时记录界面显示的脉宽值（一般为脉宽1000+），然后将遥控器关闭记录界面显示的脉宽值（一般为脉宽910±），将故障保护PWM设置为9757测试失控保护：先使用遥控器解锁飞控，然后轻推油门，之后关闭遥控器，在软件界面上查看故障保护功能是否触发检查固件版本是否刷入正确：找到仪表盘下方“信息”按钮，点击“信息”按钮，查看固件版本。检查加速度计是否校准成功：飞控放置水平，综合仪表盘水平，晃动飞控综合仪表盘与反馈方向是否一致。检查飞控接线是否正确规范：飞控是否安装牢固，接线是否符合规范。检查飞控初始化设置是否正确：机型，机架类型是否设置成功。步骤11：飞控系统装调检查（上）检查遥控器是否校准成功：检查遥控器通道逻辑和飞控舵量显示是否一致：检查遥控器失控保护是否设置正确：先解锁，然后轻推油门，之后关闭遥控器，最后打开遥控，切换一下飞行模式。检查磁罗盘是否校准成功：检查地面站软件界面的综合仪表盘，显示的飞行数据是否正常。检查飞行模式是否选择正确：切换遥控器5通道开关到低、中位，地面站高亮栏是否为Althold；开关到高位，地面站高亮栏是否为Loiter步骤11：飞控系统装调检查（下）

在了解多旋翼无人机飞控系统各部件组成及功能，掌握多旋翼无人机常见飞控系统使用的基础上。检查多旋翼无人机飞控系统组装调试的物料是否齐备，检查各装调部件外观是否有损坏，并填写《任务实施检查单》。在确保物料齐备和部件完好的后，严格按照组装调试标准工艺流程，完成多旋翼无人机飞控系统的组装调试工作。实训练习任务实施评价序号实施流程操作内容要点是否完成1飞控接线是否安装牢固，接线是否规范。是否2地面站软件安装地面站是否安装成功，软件能否正常打开。是否3飞控与电脑连接飞控连接地面站，连接按钮是否显示绿色，综合仪表盘是否有数据，地平线是否有变化。是否4固件下载与升级找到仪表盘下方“信息”按钮，点击“信息”按钮，查看固件版本。固件下载与升级版本是否成功并对应。是否5飞控初始化机型，机架类型是否设置成功。是否6加速度计校准飞控放置水平，综合仪表盘水平，晃动飞控综合仪表盘与反馈方向是否一致。是否7磁罗盘校准检查地面站软件界面的综合仪表盘，显示的飞行数据是否正常。是否8遥控器校准检查遥控器舵向和飞控反馈是否一致：升降舵推杆，地面站升降舵读条向下为正常；油门舵推杆，地面站油门舵读条向上为正常；副翼和方向舵推杆，左右均与地面站对应显示是否对应。是否9飞行模式选择切换遥控器5通道开关到低位，地面站高亮栏是否选择Althold（定高模式）；切换遥控器5通道开关到中位，地面站高亮栏是否选择Althold（定高模式）；切换遥控器5通道开关到高位，地面站高亮栏是否选择Loiter（留待模式）。是否10失控保护设置先解锁，然后轻推油门，之后关闭遥控器。（故障保护显示返航，室内显示降落）。是否11飞控装调检查逐一检查飞控安装，地面站安装，飞控识别电脑，飞控初始化，加速度计校准，磁罗盘校准，遥控器校准，飞行模型选择，失控保