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盤(pán)點(diǎn):無(wú)人機(jī)六種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及常見(jiàn)接口

發(fā)布日期:2016-09-18??來(lái)源:電子工程網(wǎng)我要投稿我要評(píng)論
 

(原標(biāo)題:無(wú)人機(jī)六種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及常見(jiàn)接口盤(pán)點(diǎn))

無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)為人們的生活提供了許多便利,現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到社會(huì)的各行各業(yè)。但其過(guò)短的續(xù)航時(shí)間一直是研究人員頭疼的問(wèn)題,目前無(wú)人機(jī)主要依靠6種動(dòng)力完成復(fù)雜的工作。

1、鋰電池:大多數(shù)無(wú)人機(jī)都安裝了鋰電池,但效果只能維持20分鐘左右,且需要經(jīng)常拆卸、更換電池,十分耗時(shí)費(fèi)力。針對(duì)這一現(xiàn)象,研究人員又探索了兩種全新的動(dòng)力來(lái)源,極大地提高了無(wú)人機(jī)的效率。

2、氫燃料電池:氫燃料電池代替鋰電池,可以支持無(wú)人機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)小時(shí),并且充電十分迅速;

3、激光發(fā)射器:激光發(fā)射器為無(wú)人機(jī)供電,從地面發(fā)射的激光光束被機(jī)身上的接收器轉(zhuǎn)化成動(dòng)力,幾乎可以支持無(wú)人機(jī)一直工作。

4、太陽(yáng)能發(fā)電:利用太陽(yáng)能發(fā)電的無(wú)人機(jī)通常同時(shí)安裝了鋰電池和太陽(yáng)能電池,有陽(yáng)光時(shí)就可利用太陽(yáng)能提供飛行動(dòng)力,鋰電池則作為備用電池。

5、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電:用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電可支持無(wú)人機(jī)以100千米每小時(shí)的速度飛行1小時(shí),但噪音大且存在安全隱患,因?yàn)闊o(wú)人機(jī)內(nèi)有可燃?xì)怏w。

6、有線(xiàn)電纜供電:利用有線(xiàn)電纜供電幾乎可以讓無(wú)人機(jī)永久地運(yùn)轉(zhuǎn),也可以加快無(wú)人機(jī)向電腦傳輸數(shù)據(jù)的速度,但由于受到有線(xiàn)連接的限制,無(wú)法完成遠(yuǎn)距離飛行。

氫燃料電池和激光發(fā)射器這兩種動(dòng)力來(lái)源因效果顯著、安全系數(shù)高更受研發(fā)群體青睞,也能為未來(lái)其他飛行器的動(dòng)力源探究提供靈感。

另外,無(wú)人機(jī)飛控作為連接所有設(shè)備的大腦,接口種類(lèi)越來(lái)越多,許多新手望而卻步,老手也經(jīng)常一臉茫然。常見(jiàn)接口到底都有什么,在無(wú)人機(jī)上做什么用?

PWM:

這是第一個(gè)要介紹的,所有航模和無(wú)人機(jī)都離不開(kāi)的一種接口。單線(xiàn)信號(hào),周期發(fā)送正脈沖,變化脈寬作為傳遞信息的方式,一個(gè)針腳傳遞一個(gè)通道,往往搭配地線(xiàn)和電源線(xiàn)可控制一個(gè)舵機(jī)或一個(gè)電調(diào),是無(wú)人機(jī)或航模入門(mén)第一個(gè)需要了解的接口。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,穩(wěn)定的傳輸一個(gè)可量變的信號(hào),缺陷是速度低,目前常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)是每秒50次或300至400次。

 PPM:

是PWM的升級(jí)版,就是每個(gè)信號(hào)周期變?yōu)榘l(fā)送一組多個(gè)脈寬的組合,來(lái)同時(shí)傳遞多個(gè)通道的變化信息。早期也被用于遙控器無(wú)線(xiàn)電信號(hào)和航模模擬器信號(hào),現(xiàn)在多用于接收機(jī)與飛控連接,帶有PPM信號(hào)輸出的接收機(jī)很多,是無(wú)人機(jī)入門(mén)必配,那些用轉(zhuǎn)換器的是脫褲子放屁。其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定傳輸多個(gè)通道,缺點(diǎn)是速度更慢。

S.BUS:

是日本遙控器廠(chǎng)商FUTABA設(shè)計(jì)的用單通道數(shù)字信號(hào)傳輸多通道信息的協(xié)議,只有一個(gè)信號(hào)針腳和一個(gè)基準(zhǔn)地線(xiàn),支持HUB擴(kuò)展多個(gè)舵機(jī)和電調(diào)連接在一個(gè)信號(hào)源上,所以S.BUS其實(shí)是一種總線(xiàn),其原理其實(shí)就是變化的串口協(xié)議,具體協(xié)議可以參考百度文庫(kù)上我寫(xiě)的的文章“PX4飛控開(kāi)發(fā)筆記-第五章:PWM,PPM,S.BUS與DSM2”。其優(yōu)點(diǎn)是純數(shù)字信號(hào),很可靠,帶有總線(xiàn)功能。缺陷是屬于廠(chǎng)家技術(shù)兼容設(shè)備較少。目前是飛控連接接收機(jī)的最佳選擇。

Relay:

其實(shí)就是數(shù)字IO信號(hào),只有0和1兩種狀態(tài),存在于飛控某些針腳用于自動(dòng)控制相機(jī)快門(mén)和農(nóng)藥噴頭。優(yōu)點(diǎn)是可靠,缺點(diǎn)是信息量極小,浪費(fèi)資源且沒(méi)有校驗(yàn)等功能。

串口:

串口是目前控制領(lǐng)域最常見(jiàn)的設(shè)備接口,硬件形式有TTL,232,422,485幾種。TTL是基本信號(hào),常見(jiàn)三針用法,一個(gè)針用于信號(hào)輸入叫RX,一針用于信號(hào)輸出叫TX,另一針為信號(hào)基準(zhǔn)地線(xiàn)。一般0伏和3-5伏表示0和1,飛控自帶的都是這種串口,而且會(huì)帶很多個(gè),用于連接多個(gè)設(shè)備,PIXHAWK飛控有5個(gè)。TTL信號(hào)的電壓較低,經(jīng)驗(yàn)上不適合1米以上的長(zhǎng)距離傳輸,于是發(fā)展出232接口,使用正負(fù)電平表示0和1其他與TTL相同,極大延長(zhǎng)了傳輸距離,但是速度依然不足。

于是發(fā)展出422接口,RX和TX每個(gè)針腳都變?yōu)檎?fù)電壓的一對(duì)信號(hào)線(xiàn)同時(shí)跳變,這樣干擾信號(hào)被巧妙的抵消,傳輸距離和速度雙飛躍,但是需要5根線(xiàn),給調(diào)試造成很大麻煩,目前只有軍品才使用這種串口。485串口是結(jié)合232和422優(yōu)點(diǎn),使用一對(duì)正負(fù)電壓的信號(hào)線(xiàn)既發(fā)又收,但是他需要額外一個(gè)信號(hào)控制收發(fā)轉(zhuǎn)換,485總線(xiàn)帶有總線(xiàn)特征,可以在兩根線(xiàn)與地線(xiàn)上連接多個(gè)設(shè)備,但是收發(fā),片選,仲裁,校驗(yàn)等等工作都需要你寫(xiě)程序去協(xié)調(diào),工作量巨大,現(xiàn)在很少有人用。

SPI:

這是一種用于板上通信的高速接口,使用了主從設(shè)計(jì),和專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘線(xiàn),每個(gè)SPI擁有4個(gè)腳主入從出,主出從入,時(shí)鐘和地線(xiàn)。主設(shè)備負(fù)責(zé)管理信息,時(shí)鐘同步和所有設(shè)備通信,一路SPI可以連接多個(gè)設(shè)備,但是必須每個(gè)帶有片選。因?yàn)橛袝r(shí)鐘線(xiàn)所以很容易做到所有設(shè)備的同步通信,由于其穩(wěn)定性和高速特性,在飛控板上用來(lái)連接所有傳感器與主單片機(jī)。

I2C:

其實(shí)是I平方C,是用于連接板上高速設(shè)備的總線(xiàn)。擁有三根信號(hào)線(xiàn),信號(hào),時(shí)鐘和地線(xiàn)。也是采用主從設(shè)計(jì),帶有時(shí)鐘的同步設(shè)計(jì),但是信號(hào)線(xiàn)需要承擔(dān)多個(gè)設(shè)備輸入輸出,有主設(shè)備來(lái)管理。I2C上所有設(shè)備都自帶一個(gè)地址,或叫標(biāo)簽,主設(shè)備用這個(gè)地址來(lái)識(shí)別設(shè)備。在飛控中用來(lái)連接重要性不太高的眾多設(shè)備,指示燈,磁羅盤(pán),空速,超聲波,激光測(cè)距等等。居然有廠(chǎng)家為了省事用這個(gè)總線(xiàn)連接多個(gè)電調(diào),這是很危險(xiǎn)的,因?yàn)?-5v電平在長(zhǎng)距離傳輸中容易受干擾。

CAN:

最早為汽車(chē)設(shè)計(jì)的總線(xiàn)接口,據(jù)說(shuō)是電流傳輸,所以抗干擾性能超強(qiáng),專(zhuān)門(mén)用于大干擾環(huán)境設(shè)備間多個(gè)遠(yuǎn)距離傳輸。只有H和L兩個(gè)信號(hào)線(xiàn),所有設(shè)備都連接在上面,總線(xiàn)芯片負(fù)責(zé)仲裁。這其實(shí)是無(wú)人機(jī)上設(shè)備,尤其是多旋翼電調(diào)的最優(yōu)選擇,但是由于其復(fù)雜性和接口芯片成本問(wèn)題,比較少有人用,PIXHAWK飛控和 ESC32電調(diào)多年前就已經(jīng)具備該接口,至今無(wú)人問(wèn)津。

AD:

模數(shù)轉(zhuǎn)換接口,這種易被干擾的古老還存在,使用方式就是測(cè)量電壓。目前飛控用來(lái)測(cè)量電壓,電流,這種方式成本較低,在小型無(wú)人機(jī)上還可以使用。另外一些距離探測(cè)設(shè)備還在用,但是已經(jīng)基本處于淘汰邊緣,效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如數(shù)字設(shè)備,不過(guò)成本較低,比如空速和超聲波。

 SDIO:

用于連接SD卡或TF卡,進(jìn)行飛行數(shù)據(jù)記錄。由于TF卡應(yīng)用普遍,成本較低,容量速度都令人滿(mǎn)意,所以漸漸成為高級(jí)飛控必備設(shè)備,用于飛行記錄,事故分析,故障診斷等等。

 USB:

民用總線(xiàn)接口,可以通過(guò)HUB連接多個(gè)設(shè)備,可以說(shuō)是一種完美接口。但是其協(xié)議過(guò)于復(fù)雜,編程工作量極大,接口連接形式容易導(dǎo)致問(wèn)題,必須使用專(zhuān)用線(xiàn)材,且不能超過(guò)2米。在飛控上主要用來(lái)地面進(jìn)行調(diào)試,讀寫(xiě)參數(shù)等等地面操作。

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