无人机组装与调试 课件 项目1任务8 多旋翼无人机闭源飞控组装调试

多旋翼无人机闭源飞控组装调试任务八之前我们已经完成了搭载开源飞控的多旋翼无人机组装调试任务，但在一次野外作业时，由于飞行事故，导致飞控无法正常使用，如返回公司进行更换维修因路途遥远将极大影响预定工期，经过协调，甲方从项目部仓库中找来了一款满足任务要求的闭源飞控。任务小组需要争分夺秒，完成两款飞控间的拆装更换。和之前的Pixhawk开源飞控不同，闭源飞控较之前的开源飞控在组装调试等诸多环节存在差异，接下来就让我们通过本次任务，完成闭源飞控的组装和调试吧。任务导入知识目标技能目标素养目标学习目标1.掌握多旋翼无人机闭源飞控特点与组成；2.了解多旋翼无人机闭源飞控常用功能（飞行模式、失控保护、电压保护等）；3.了解多旋翼无人机闭源飞控的使用方法。1.能够完成多旋翼无人机闭源飞控安装；2.能够完成多旋翼无人机闭源飞控参数设置；3.能够完成多旋翼无人机闭源飞控装调质量检查。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，培养对待问题的探究精神。多旋翼无人机闭源飞控的组装与调试，需要我们首先了解闭源飞控的基础知识、常用功能以及和开源飞控之间的差异。在掌握参数设置与调试使用方法的基础上，按照任务要求，通过实践操作完成闭源飞控的组装与调试工作。任务分析目录无人机闭源飞控基础知识无人机闭源飞控常用功能多旋翼无人机闭源飞控基础知识PART01PART02PART0301PartOne无人机闭源飞控基础知识闭源飞控一般针对特定应用领域开发而来。一般具有参数设置简单、可靠性较高、性能稳定等特点。

闭源飞控的特点闭源飞控各部件功能序号部件部件功能1IMU惯性测量单元2陀螺仪飞行姿态感知3加速度计测量加速度4气压传感器悬停高度控制5超声波传感器低空高度精确控制与避障6光流传感器悬停水平位置精确控制7GPS模块平面坐标精准定位8控制电路控制各部件电路连接9PMU电源管理单元电源管理单元是一种控制数字平台电源功能的微控制器。该模块具有与普通计算机相似的组件，一般包括控制软件、存储器、CPU、定时器以及用于测量主电池或电源的电压的模数转换器。PMU作为一种高度集成、针对便携式应用场景的电源管理方案，将传统分立式电源管理器件整合在单个的封装之内，实现了高转换率和低功耗。PMU电源管理单元根据之前讲解的无人机闭源飞控基础知识，每4人一组，每位同学都回忆一下，总结列出闭源飞控的特点，各部件功能，以及PMU电源管理单元的作用及功能。小组讨论随堂互动02PartTwo无人机闭源飞控常用功能GPS模式是目前多旋翼无人机最常用的飞行模式，无人机具备自动保持姿态稳定与精准定位的功能，无人机还可以实现自动返航着陆功能。GPS模式适用于无GPS信号或GPS信号较差的飞行环境，该模式下，无人机可以自动保持飞行姿态和飞行高度，但不能实现自主悬停定位。姿态模式多旋翼无人机的飞行控制系统不参与飞行运算，无人机不会自动保持飞行姿态和高度稳定，完全由操控手控制。手动模式飞行模式闭源飞控常用飞行模式GPS模式姿态模式手动模式尾舵角速度最大尾舵角速度为150°/秒摇杆命令含义机身姿态控制；摇杆中位对应机身姿态0˚，摇杆端点对应机身姿态35˚相应操作的角速度控制，最大角速度为150°/秒，无姿态角度限制，无垂直方向速度锁定高度锁定在距离地面1米以上的高度，可以很好地锁定飞行高度无松开摇杆在有GPS信号的情况下，锁定位置不变无位置锁定，仅稳定姿态不建议（非专业人员勿试）无GPS信号GPS信号丢失约3秒钟后，无人机进入姿态模式无位置锁定，仅稳定姿态---安全性姿态与速度混合控制；低电压保护依靠多年操作经验失控时能定点悬停失控时能回中稳定接入GPS/磁罗盘模块，并且满足失控返航条件，所有控制模式下（GPS姿态模式/姿态模式/手动模式/IOC控制模式），飞行器都将进入失控返航。使用领域航拍作业竞技飞行---起飞前直接推油门不会启动电机。必须执行左右摇杆同时向左下动作、同时向右下动作，左右摇杆“内八”动作、“外八”动作以实现解锁，进而启动电机。电机启动方式在手动模式下只有执行掰杆动作才能停止电机；在姿态模式/GPS姿态模式下，以下四种情况中的任何一种都会停止电机：1.在电机启动后3秒内没有将油门摇杆推至10%以上；2.执行掰杆动作；3.油门摇杆10%以下，并且成功着陆3秒后；4.飞行器倾斜角度超过70°，并且油门摇杆10%以下。智能模式在所有控制模式中，只要电机启动后，当油门杆再次低于10%，电机将立即停转。如果电机启动后3秒内没有将油门摇杆推至10%以上，电机将自动停转。立即模式电机停止方式智能方向控制锁定类型类型含义使用条件使用图示航向锁定飞行器前进方向始终和开启功能时的机头朝向一致控制模式处于姿态模式或GPS姿态模式返航点锁定遥控器执行升降通道拉杆操作时，飞行器将向返航点方向飞行卫星数量≥6；控制模式处于GPS姿态模式；飞行器距离返航点>10m低电压保护分为“第一级保护”和“第二级保护”。进入“第一级保护”后，LED会快闪红灯报警；进入“第二级保护”后，LED在快闪红灯报警同时，飞行器将缓慢下降高度，此时若需保持悬停，需将油门杆推至杆量90%以上。电压保护闭源飞控系统默认开启飞行限制功能，用于设置和限定飞行器飞行高度和距离。最大高度用于限制飞行器距离返航点垂直方向上高度，最大半径用于限制飞行器距离返航点水平方向上距离，飞行范围在返航点上方将被限定在一个圆柱空间内。飞行限制根据之前讲解的无人机闭源飞控常用功能，每4人一组，每位同学都回忆一下，总结列出闭源飞控的常用飞行模式，电机启动停止方式，电压保护和飞行限制等功能。小组讨论随堂互动03PartThree多旋翼无人机闭源飞控基础知识本任务推荐配置机架电机电调螺旋桨电池起飞重量S900DJI-4216DJI-40AZ-BLADE-17×6.0Inch6S-120006800gF450DJI-2312DJI-20AZ-BLADE-9.4×5.0Inch4S-5000890gF550DJI-2312DJI-20AZ-BLADE-9.4×5.0Inch4S-50001530g

本任务中所用飞控端口与各部件连接示意图飞控端口连接主控器端口连接说明序号端口端口连接说明1A用于控制横滚（左右）方向2E用于控制俯仰（前后）方向3T用于控制油门4R用于控制偏航方向5U用于控制模式（手动模式/姿态模式/GPS姿态模式）切换6X1用于手动控制云台俯仰或调参旋钮7X2用于D-Bus（兼容S-Bus/S-Bus2）/调参旋钮或/能方向控制8X3用于电压监视（连接PMU模块的V-SEN端口）9EXP连接PMU模块10LED用于连接LED模块11M1接1号电子调速器12M2接2号电子调速器13M3接3号电子调速器14M4接4号电子调速器15M5接5号电子调速器16M6接6号电子调速器17F1接云台横滚舵机/接（八旋翼）7号电子调速器18F2接云台俯仰舵机/接（八旋翼）8号电子调速器19箭头标识主控器前向标记PMU模块端口连接说明序号端口端口连接说明12S～6S接2S～6SLiPo（7.4V～26.0V）电源2GPS连接GPS/磁罗盘模块3V-SEN连接主控器X3接口4EXP连接主控器EXP接口5插口一端扩展CAN接口LED模块端口连接说明序号端口端口连接说明1连线端连接主控器LED接口2Micro-USB用于连接电脑，进行调参、固件升级等操作GPS/磁罗盘模块端口连接说明序号端口端口连接说明1连线一端连接PMU模块GPS接口2绿圈标识GPS/磁罗盘模块前向标记飞控LED灯语含义飞控系统状态闪灯系列系统初始化和自检查IMU数据异常，或需要进行IMU高级校准*上电后预热飞行器有晃动或传感器Bias过大磁罗盘误差过大，需要重新校准遥控器信号丢失，进入失控保护遥控器摇杆中位异常低电压报警或异常警告IOC记录飞行前向或返航点控制模式指示GPS信号状态指示（需接入GPS模块）通常选择默认参数。但不同多旋翼飞行器因为机架类型、电子调速器、电机和螺旋桨的不同会导致最优感度不同。一般情况下，如果感度过大将导致飞行器在该参数所对应的通道方向上出现振荡（约5～10次/秒）；如果过小将导致飞行器难以控制。需要对飞行器俯仰、翻滚、飞行航向和垂直方向的感度进行调节，以获得更好的飞行状态，建议每次参数改动值在10%至15%区间。飞控感度参数根据之前讲解的多旋翼无人机闭源飞控基础知识，每4人一组，每位同学都回忆一下，总结列出闭源飞控各部件的接口连接要点，以及飞控灯语含义等。小组讨论随堂互动多旋翼无人机闭源飞控组装调试任务实施任务实施1.检查闭源飞控组装调试物料是否齐备，详见《任务实施检查单》；2.检查飞控各装调部件外观是否有损坏；3.观看微课视频，学习多旋翼无人机闭源飞控组装调试操作。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多旋翼无人机——1架是否2闭源飞控NAZA-MV21个是否3GPS——1个是否4PMU——1个是否5LED指示灯——1个是否6遥控器AT9SPro1个是否7接收机R9DS1个是否8分电板——1个是否9杜邦延长线——2根是否10杜邦线——1根是否11502胶水——1瓶是否12斜口钳——1把是否13游标卡尺——1把是否14扎带尼龙若干是否任务操作步骤表操作阶段序号操作步骤名称常用闭源飞控组装1拆卸PIX飞控及组件2分电板二次加工3安装各个组件到飞行器并连线4检查安装与连线是否正常常用闭源飞控调试5安装驱动程序和调参软件6连接调参软件7检查软件版本与飞控固件版本8基础参数设置9高级参数设置飞控参数设置10飞行测试前检查11具体飞行测试①剪断扎带，松开所有固定线缆②拔下电流计③拆下蜂鸣器④拆下2S锂电池及接收机步骤1：拆卸PIX飞控及组件⑤拆下GPS模块及主控②将飞控PMU模块电源输入线焊接到分电板上④飞控位置确定后，最后将分电板使用3M胶固定在机身下板合适位置①另取一个分电板，将XT60公头朝下焊接到分电板上③将飞行器四个电调供电线的正负极对应焊接至分电板步骤2：分电板二次加工将主控使用3M胶粘贴在靠近飞行器重心的位置，且主控中间箭头标识与飞行器机头方向一致。步骤3：组件安装与接线—主控序号注意事项1飞控需要正面朝上；2主控与飞行器机身水平面保持平行；3前向标记（箭头方向）与飞行器机头朝向一致；4主控尽量安装在飞行器重心，并确保所有端口不被遮挡。按照电机序号定义（右前方电机开始，逆时针方向分别为M1，M2，M3，M4），利用连接线，将电调连接到主控器的M1-M4端口上。步骤3：组件安装与接线—电调序号注意事项1连接好电机与电调后，通过接收机依次对所有电调进行校准，确认所有电调工作在定速关闭、刹车关闭、正常启动模式下。2电调信号线，可以在电机测试时再连接。安装接收机到飞行器上,并且用线连接到主控器的X2端口。步骤3：组件安装与接线—接收机步骤3：组件安装与接线—PMU模块序号操作步骤1使用3M胶将PMU模块粘贴在中心板上方。2将PMU模块的一端连接到主控器EXP端口。将PMU模块的V-SEN连线接到主控器X3端口，2S～6S连线接到2S～6SLiPo（7.4V～26.0V）电源。步骤3：组件安装与接线—LED模块序号操作步骤1利用3M胶将LED模块粘贴在中心板上。2将LED模块的一端连接到主控器上的LED端口。步骤3：组件安装与接线—GPS模块使用502胶水将GPS支架粘接，再使用尼龙扎带和3M胶将GPS支架固定在机体上合适位置，然后调整GPS天线箭头方向与机头朝向一致，并使用3M胶固定，最后将GPS连接在PMU模块的GPS接口上完成安装后，打开遥控器，将PMU模块通电，观察LED灯闪烁情况。如见到灯光闪烁为正常状态（），表示初始化和自检查正常，可以进入下一步操作。步骤4：检查安装与连线是否正常打开电脑，访问DJI官方网站“”，点击网页右上角搜索按键，输入“NAZAV2”，下拉找到NAZAV2飞控，点击了解更多。单击“下载”按钮，分别下载windows版本的调参软件和驱动步骤5：安装调参软件与驱动程序—下载软件2.使用Micro-USB连接线连接电脑与飞控；4.运行调参软件安装程序，严格按照安装说明与提示进行操作。1.打开遥控器，连接飞控系统电源3.运行DJI驱动程序，按照提示完成驱动程序安装；调参软件与驱动程序安装①打开遥控器，接通飞控系统电源，使用Micro-USB线连接飞控系统与电脑。②运行调参软件。③观察软件界面左下角的指示灯。如连接指示灯为绿色，且数据通信指示灯为蓝色闪烁，表示调参软件可以使用。步骤6：连接调参软件①点击主界面“信息”选项栏，查看当前软件版本信息。如果有升级提示，点击“下载更新”②点击“升级”按钮，查看当前主控器、GPS、PMU固件版本的信息步骤7：检查软件版本与飞控固件版本打开调参软件→点击“基础”选项栏→点击“飞行器”选项→选择“四旋翼X型机型”步骤8：基础参数设置—机架类型打开调参软件→点击“基础”选项栏→点击“飞行器”选项→选择“电机测试”按钮。将电调信号线按照电机测试的电机顺序，分别接至飞控对应插孔；点击“电机测试”；分别检查四个电机的转向是否与调参软件中的说明一致。步骤8：基础参数设置—测试电机步骤8：基础参数设置—GPS位置序号操作步骤操作图示1打开调参软件→点击“基础”选项栏→点击“安装”选项→根据调参软件说明进行GPS安装的X/Y/Z轴坐标设置2根据GPS安装位置，按照调参软件提示，测量GPS与机体重心之间X/Y/Z轴坐标上的距离（注意坐标轴的正负方向）使用“回车”键输入。打开调参软件→点击“基础”选项栏→点击“遥控器”选项→进入接收机类型选择。步骤8：基础参数设置—接收机类型2.选择机型为“多旋翼”4.辅助通道选择，将第七通道设置为一个三段开关（本次以SwE通道为例）。其它通道可以选择关闭1.新建模型3.进入“系统设置”菜单，选择“摇杆模式”，右手油门为“模式1”，左手油门为“模式2”步骤8：基础参数设置—遥控器设置1.打开调参软件→点击“基础”选项栏→点击“遥控器”按钮；2.将鼠标放置在命令杆校准区域会弹出提示框，按照要求将摇杆方向和调参软件反馈方向设置一致;3.将遥控器中立微调归零后，在调参软件中点击“开始”按钮，将遥控器俯仰、滚转、偏航、油门四个通道拨到行程双向极限位置，校准完成后按照提示将杆位收回至中位。步骤8：基础参数设置—命令杆校准1.打开调参软件→点击“基础”选项→点击“遥控器”;2.将控制模式切换中可选模式设置为“姿态模式”；3.使用遥控器调整舵机行程量，拨动SwE拨档开关，对应调整七通道的高位和低位的行程量步骤8：基础参数设置—飞行模式设置使用遥控器“舵机行程量”功能，调整第七通道行程量，使遥控器SwE拨档开关在低位、中位、高位时，调参软件中控制模式光标分别对应到GPS模式、姿态模式、可选模式.步骤8：基础参数设置—飞行模式设置步骤8：基础参数设置—基础感度参数基础感度包括俯仰，横滚，航向，垂直四个通道参数。本任务所用机架可参考下表，将飞行器基础感度填入，按“回车”键确认。机架俯仰横滚航向垂直450959570100步骤8：基础参数设置—姿态感度参数姿态感度主要包括俯仰与横滚两个参数。本任务所用机架可参考上表，将飞行器姿态感度填入，按“回车”键确认。机架俯仰横滚450100100步骤8：基础参数设置—最大角速度最大角速度主要包括俯仰与横滚两个参数。本任务所用机架可参考下表，将最大角速度填入，按“回车”键确认。机架俯仰横滚450300300打开调参软件→点击“高级”选项栏→点击“马达”选项→进行马达怠速速度设置。步骤9：高级参数设置—电机怠速设置打开调参软件→点击“高级”选项栏→点击“失控保护”选项→进入“增强型失控保护模式”栏。根据任务情况，设置失控保护模式为“自动返航降落”或者“自动下降”。步骤9：高级参数设置—失控保护设置打开调参软件→点击“高级”选项栏→进入“智能IOC”选项，将“智能方向控制”取消勾选步骤9：高级参数设置—取消智能IOC打开调参软件→点击“高级”选项栏→进入“云台”选项，将“云台开关”勾选为“关闭”。。步骤9：高级参数设置—取消使用云台步骤9：高级参数设置—电压保护设置序号操作步骤1打开调参软件→点击“高级”选项栏→进入“电压”选项2勾选“电压保护”开关设置为“开启”3点击“校准”进行电池电压校准4电池类型选择为“4S锂聚合物电池”5一级保护电压设置为“14.8V”6二级保护电压设置为“14.5V”步骤9：高级参数设置—飞行限制打开调参软件→点击“高级”选项栏→进入“飞行限制”选项→进行飞行限制相关设置。序号注意事项1限高仅在控制模式为GPS或姿态时有效，限远仅在控制模式为GPS且卫星数≥6时有效。2飞行器由于惯性冲出限制边界后，遥控器仍有控制权，但不能控制无人机继续飞远。3当控制模式从姿态切换到GPS模式时，如果飞行器位于最大半径之外时，飞行器将会自动返回到限制边界内。打开调参软件→点击“工具”选项栏→点击“IMU校准”→进行陀螺仪、加速度计、磁罗盘校准。步骤9：高级参数设置—IMU检查及校准1.分别对照查看基础参数设置，高级参数设置是否与实际情况相符。2.断开Micro-USB线，断开飞行器电源，完成参数设置。3.固定PMU、接收机、分电板、LED灯，整理固定线缆。步骤9：高级参数设置—检查调试参数2.正确设置调参软件中各参数；4.遥控器、主控器以及相关部件供电量充足。1.正确组装多旋翼飞行器各部件；3.正确连接所有线路且状态正常；步骤10：飞行测试前检查—整机检查步骤10：飞行测试前检查—环境检查选择空旷、无建筑物或树木遮挡、远离人群的地点作为飞行场地，将飞行器放置在距离人员3米以外的水平地面。序号注意事项1不要在含铁磁性物质的区域进行磁罗盘校准，如磁矿、停车场、带有地下钢筋的建筑区域等。2请勿在大风、潮湿、雨雪、极寒、酷热等极端天气环境下测试。首先开遥控器，再接通飞行器电源。在系统通电5秒内，请勿大幅度晃动飞行器，等待系统初始化。LED指示灯正常闪烁情况为（

）。接下来，可能会出现连续4次黄灯快闪（

），期间无法启动电机（飞行器进行预热）。步骤10：飞行测试前检查—开机自检连续4次黄灯快闪消失后。拨动遥控器上的模式控制开关，观察LED指示灯，确保其工作状态正常。（如看到闪灯情况为黄灯闪烁一次，之后绿灯快闪三次，说明当前处于姿态模式，且GPS信号差）。拨动遥控器开关进行切换模式，看灯光是否有变化，并且符合对应的控制模式。步骤11：飞行测试—模式切换检查1.打开遥控器，接通飞控系统电源。2.使用遥控器控制模式开关，在GPS模式和姿态模式之间快速切换不少于5次，直到LED指示灯变为黄灯常亮，代表进入校准模式。4.将机头向下竖起飞行器，再次以垂直方向为旋转轴，水平旋转约360°，直至绿灯熄灭，即完成校准。步骤11：飞行测试—磁罗盘校准5.校准成功后，校准模式将自动退出；校准失败，将持续闪烁红灯。此时通过切换控制模式，可取消当前校准状态。3.飞行器保持水平，以垂直方向为旋转轴，水平旋转约360°，直至绿灯常亮。知识拓展—磁罗盘校准注意事项序号注意事项1磁罗盘数据异常时，LED指示灯将通过红黄灯交替闪烁进行提示，此时将自动进入姿态模式。2如果多次校准失败，请检查附近是否有强磁场干扰。3使用过程中，如遇到以下情况，需要重新校准飞行场地地理位置发生时多旋翼飞行器机械安装变化时：GPS/磁罗盘模块位置变更；主控、舵机等添加、移除、移位；多旋翼飞行器的机械结构变更多旋翼飞行器飞行发生漂移（不能直线飞行）飞行器在飞行过程中调头时LED指示灯显示姿态错误。（偶尔发生属正常）步骤11：飞行测试—悬停稳定性测试先将遥控器控制模式开关拨至GPS模式位置，保持机体静止不动，启动电机，如图1-8-23所示，将飞行器升高至预定高度后，油门杆拉至中位（保持横滚/俯仰/尾舵摇杆处于中位），飞行器可处于悬停状态。电机启动后，横滚/俯仰/偏航摇杆需立刻回中，将飞行器升高至预定高度后，保持油门摇杆不超过中位，通过打杆来测试各个舵面的反应，并记录状态。步骤11：飞行测试—操控性能测试在调参软件的“基础”设置界面下，对“感度”选项栏里面的飞行感度参数进行再次调整。先调节基础感度，建议将参数每次增加10%，直到飞行测试时无人机出现轻微抖动。然后再将参数减少直到无人机能够稳定悬停。这时的基础感度参数为最佳值，接着按照此方法调整姿态感度，确定合适的姿态感度。步骤11：飞行测试—感度参数微调步骤11：飞行测试—测试数据记录与统计分析飞行测试数据记录表测试地点时间天气测试机型海拔高度测试人员测试目的序号测试内容数据记录备注1模式切换检查2磁罗盘校准3悬停稳定性测试4操控性能测试5感度参数微调测试结论

在了解多旋翼无人机闭源飞控系统各部件组成及功能，掌握多旋翼无人机常见闭源飞控系统使用的基础上。检查多旋翼无人机闭源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，完成多旋翼无人机闭源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拆卸PIX飞控及组件拆卸流程是否规范，PIX飞控部件及接线是否拆卸彻底是否2分电板二次加工分电板二次加工，是否符合步骤要求是否3安装部件到飞行器并连线是否按照接线图，将各部件连接至对应接口是否4检查安装与连线是否正常完成安装与连接后，打开遥控器，连通电池与PMU模块，观察LED指示灯变化，初始化和自检