一、開源Ardupilot / APM?

APM是在2007年由DIY無(wú)人機(jī)社區(qū)（DIY Drones）推出的飛控系統(tǒng)。也是迄今為止最為成熟的開源自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，可支持多旋翼、固定翼、直升機(jī)和無(wú)人駕駛車等無(wú)人設(shè)備。

APM基于Arduino的開源平臺(tái)，對(duì)多處硬件做出了改進(jìn)，包括加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)組合慣性測(cè)量單元(IMU)。由于APM良好的可定制性，APM在全球航模愛好者范圍內(nèi)迅速傳播開來(lái)。通過(guò)開源軟件Mission Planner，開發(fā)者可以配置APM的設(shè)置，接收并顯示傳感器的數(shù)據(jù)，使用Google map 完成自動(dòng)駕駛等功能，但是Mission Planner僅支持windows操作系統(tǒng)。

目前，APM飛控已經(jīng)成為開源飛控成熟的標(biāo)桿，針對(duì)多旋翼 APM飛控支持各種四、六、八軸產(chǎn)品，并且連接外置GPS傳感器以后能夠增穩(wěn)，并完成自主起降、自主航線飛行、回家、定高、定點(diǎn)等豐富的飛行模式。APM能夠連接外置的超聲波傳感器和光流傳感器，在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)定高和定點(diǎn)飛行。

APM系列發(fā)展至今，APM2.5和APM2.6已經(jīng)是ardupilot飛控最終版本，APM給我們帶來(lái)非常強(qiáng)大的功能，非常的成熟可靠，潛能被充分挖掘出來(lái)，功能也非常的豐富。但源于APM系列8位CPU計(jì)算與存儲(chǔ)的能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足未來(lái)的運(yùn)用需求了，APM系列產(chǎn)品的終結(jié)也是勢(shì)在必行。

APM系列支持如下自動(dòng)導(dǎo)航板：

· PX4 – 一款32位基于ARM的自動(dòng)導(dǎo)航儀，支持很多高級(jí)特性，使用NuttX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；

· APM2 – 一款受歡迎的AVR2560 8位自動(dòng)導(dǎo)航儀；

· APM1（已終止開發(fā)） – 一款基于AVR2560的自動(dòng)導(dǎo)航儀，使用分離式結(jié)構(gòu)。

由于ArduPilot/APM源碼基于AP-HAL硬件抽象層編寫，使代碼能支持更多自動(dòng)導(dǎo)航板變?yōu)榭赡堋?/p>

APM開發(fā)語(yǔ)言與工具：

用于ArduPilot/APM的主要飛行代碼使用C++編寫。支持工具使用多語(yǔ)言編寫，最常用的是python。目前，主要載具代碼編寫為“.pde”文件，由Arduino構(gòu)建系統(tǒng)得來(lái)。pde文件是預(yù)處理為.cpp文件構(gòu)建的一部分。pde文件中包含的聲明也能提供構(gòu)建規(guī)則，說(shuō)明需要包含與連接到哪些庫(kù)。

地面站：

ArduPilot/APM支持多種地面站用于計(jì)劃與控制飛行。飛行固件使用MAVLink協(xié)議，它允許飛機(jī)被任何MAVLink兼容設(shè)備控制。

· 使用最廣泛的地面站就是Mission Planner，使用用于Windows的C#語(yǔ)言編寫。Mission Planner的源碼可以在github上查看。Mission Planner也能通過(guò) mono運(yùn)行在Linux與MacOS 上。

· QGroundControl也是地面站的一個(gè)選擇，使用C++的Qt庫(kù)編寫

· 對(duì)于面相命令行與可編腳本地面站，你可以使用 MAVProxy

· 對(duì)于android平板，你可以使用ArdroPilot或者 DroidPlanner

其他特征：

主控芯片：AvrAtmega1280/2560

主要傳感器：Atmega168/328。雙軸陀螺，IMU（單軸陀螺，三軸加速度計(jì)，三軸磁力計(jì)模塊）。氣壓計(jì)，AD芯片。

編譯環(huán)境：Arduino IDE

開發(fā)語(yǔ)言：arduino

開發(fā)軟件：Arduino IDE界面友好簡(jiǎn)單，Arduino語(yǔ)言類似于C語(yǔ)言

采用算法：兩級(jí)PID控制方式，第一級(jí)是導(dǎo)航級(jí)，第二級(jí)是控制級(jí)

硬件平臺(tái)：

APM2.5：板載電子羅盤；

APM2.6：電子羅盤外置和GPS融合了。

優(yōu)缺點(diǎn)：

二、開源PX4 / PIXHAWK系列

PX4系列:

PIXHAWK是根據(jù)飛控設(shè)計(jì)需求，結(jié)合PX4系列飛控發(fā)展而來(lái)的PX4飛控單塊電路板版本， PX4系列最初有兩個(gè)版本：PX4FMU與PX4IO。

PX4是一個(gè)由Lorenz Meier所在的瑞士小組所開發(fā)的學(xué)校項(xiàng)目，其擁有一個(gè)32位處理器，提供更多內(nèi)存、運(yùn)用分布處理方式并且包含一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器。相比APM，PX4 具有相對(duì)于前者10倍以上的CPU性能及其他更多方面的改進(jìn)，Diydrones和3DRobotics把PX4系統(tǒng)視作他們下一代飛控的基礎(chǔ)。

PIXHAWK系列：

由3DR聯(lián)合APM小組與PX4小組于2014年推出的PIXHAWK飛控是PX4飛控的升級(jí)版本，擁有PX4和APM兩套固件和相應(yīng)的地面站軟件。該飛控是目前全世界飛控產(chǎn)品中硬件規(guī)格最高的產(chǎn)品，也是當(dāng)前愛好者手中最炙手可熱的產(chǎn)品。

PIXHAWK擁有168MHz的運(yùn)算頻率，并突破性地采用了整合硬件浮點(diǎn)運(yùn)算核心的Cortex-M4的單片機(jī)作為主控芯片，內(nèi)置兩套陀螺和加速度計(jì)MEMS傳感器，互為補(bǔ)充矯正，內(nèi)置三軸磁場(chǎng)傳感器并可以外接一個(gè)三軸磁場(chǎng)傳感器，同時(shí)可外接一主一備兩個(gè)GPS傳感器，在故障時(shí)自動(dòng)切換。

基于其高速運(yùn)算的核心和浮點(diǎn)算法，PIXHAWK使用最先進(jìn)的定高算法，可以僅憑氣壓高度計(jì)便將飛行器高度固定在1米以內(nèi)。它支持目前幾乎所有的多旋翼類型，甚至包括三旋翼和H4這樣結(jié)構(gòu)不規(guī)則的產(chǎn)品。它使飛行器擁有多種飛行模式，支持全自主航線、關(guān)鍵點(diǎn)圍繞、鼠標(biāo)引導(dǎo)、“FollowMe”、對(duì)尾飛行等高級(jí)的飛行模式，并能夠完成自主調(diào)參。

PIXHAWK飛控的開放性非常好，幾百項(xiàng)參數(shù)全部開放給玩家調(diào)整，靠基礎(chǔ)模式簡(jiǎn)單調(diào)試后亦可飛行。PIXHAWK集成多種電子地圖，愛好者們可以根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行選擇。PIXHAWK被定位為下一代無(wú)人機(jī)飛控，系統(tǒng)具備的所有特征，均符合未來(lái)無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的基礎(chǔ)需求，未來(lái)將會(huì)有更大的發(fā)展空間。

技術(shù)規(guī)格

處理器

32位 STM32F427 ARM Cortex M4 核心外加 FPU（浮點(diǎn)運(yùn)算單元）

168 Mhz/256 KB RAM/2 MB 閃存

32位 STM32F103 故障保護(hù)協(xié)處理器

傳感器

Invensense MPU6000 三軸加速度計(jì)/陀螺儀

ST Micro L3GD20 16位陀螺儀

ST Micro LSM303D 14位加速度計(jì)/磁力計(jì)

MS5611 MEAS 氣壓計(jì)

電源

良好的二極管控制器，帶有自動(dòng)故障切換

舵機(jī)端口7V高壓與高電流輸出

所有的外圍設(shè)備輸出都有過(guò)流保護(hù)，所有的輸入都有防靜電保護(hù)

接口

5個(gè)UART串口，1個(gè)支持大功率，兩個(gè)有硬件流量控制

Spektrum DSM/DSM2/DSM-X 衛(wèi)星輸入

Futaba SBUS輸入（輸出正在完善中）

PPM sum信號(hào)

RSSI（PWM或者電壓）輸入

I2C, SPI, 2個(gè)CAN, USB

3.3 與 6.6 ADC 輸入

尺寸

重量 38g?

長(zhǎng) 81.5 mm x 寬 50 mm x 高 15.5 mm

Pixhawk的接口分配

PWM，PPM-SUM和SBUS模式下的舵機(jī)與電調(diào)的連接方法

Pixhawk接口圖

* 備注：

上圖中針腳1在右邊：串口 1 (Telem 1)，串口 2 (Telem 2) ，串口 (GPS) 針腳：6 = GND, 5 = RTS, 4 = CTS, 3 = RX, 2 = TX, 1 = 5V。

開源飛控系統(tǒng)在廣大飛控愛好者、機(jī)構(gòu)的開發(fā)維護(hù)下，功能日漸強(qiáng)大，系統(tǒng)趨于完善。而且，開源系統(tǒng)的開發(fā)維護(hù)都是基于Google Code、GitHub等開放式開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)者們?yōu)榱吮ＷC遠(yuǎn)程協(xié)作的順利進(jìn)行，通常會(huì)維護(hù)一個(gè)詳盡具體的說(shuō)明文檔，這也是開源飛控系統(tǒng)一個(gè)突出的特點(diǎn)，即整套飛控系統(tǒng)的開發(fā)說(shuō)明文檔十分詳細(xì)，入門教程豐富，非常適合新手學(xué)習(xí)、了解，或者基于現(xiàn)有飛控系統(tǒng)做二次開發(fā)。

PX4、APM等開源飛控憑借完善強(qiáng)大的功能以及相關(guān)技術(shù)支持，為無(wú)人機(jī)產(chǎn)品線的開發(fā)鋪平了道路。大量實(shí)踐表明：一名電子或者自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的碩士研究生甚至本科生發(fā)燒友，或者相關(guān)專業(yè)從業(yè)人員，都可以按照相關(guān)手冊(cè)、教程在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)出一臺(tái)功能齊備的無(wú)人機(jī)樣機(jī)，這也是隨后出現(xiàn)的井噴現(xiàn)象的一個(gè)技術(shù)基礎(chǔ)。

編輯：黃飛

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