开源飞控 Pix 无人机装调与测试指南

一、无人机基本常识

硬件组成

1. 飞控：核心大脑，集成 IMU、气压计等，负责姿态解算与控制输出。
2. GPS：室外定位关键，建议搜星 10 颗以上再使用。
3. 接收机：传输遥控信号，常见协议 PPM/SBUS/PWM。
4. 电调：控制电机转速，支持 PWM/DShot 协议。
5. 电机与螺旋桨：提供升力，注意 CW/CCW 转向匹配。
6. 电池：注意充电电压（单节 4.2V）、放电倍率及存储电量（50-60%）。
7. UBEC：稳压模块，为机载设备供电。

选型建议

轴距与桨叶尺寸关联紧密，例如 450mm 轴距通常配 9-10 寸桨。需综合考量载重、续航与速度需求。

二、QGC 地面站使用

航路规划

• 地形高度：标红航点表示高度不可达，需调整相对高度或改为地形跟随模式。
• 手动打点：先设置起飞点（Takeoff），再添加航点（Waypoint）。可设置返回（RTL）、降落（Land）等动作类型。
• 矩形测绘：使用图案功能勾画多边形，设置间隔、角度及转弯距离。相机禁用时可切换单位为米。

安全保护

• 地理围栏：定义禁入/禁出区域，越界触发故障保护。无 GPS 时需关闭围栏解锁。
• 低电量保护：设置警告、降落、返航阈值。
• 遥控丢失：设置超时后的动作（返航/降落/保持）。

遥测数据流

PX4 遥测流固定，APM 可在地面站设置数据流速率。勾选'所有控制流由载具设置控制'则遵循飞控参数。

三、PX4 基础配置

固件下载

通过 QGC 连接飞控 USB 端口，选择载具设置 - 固件下载。默认最新稳定版，也可选 Master 分支（可能有 Bug）。若无法弹出页面，检查设备管理器端口或尝试刷写 Bootloader。

机型选择

四旋翼设置为 Generic Quadcopter，应用并重启后确认概览信息。

传感器校准

1. 罗盘：确保内外置罗盘方向一致，按提示旋转至绿色完成。
2. 陀螺仪：水平静止放置，点击确定。
3. 加速度计：按屏幕提示翻转至各个方向直至完成。
4. 地平线：水平放置，校准进度条满。
5. 遥控器：校准各通道行程，确认映射正确。

控制分配

PX4 1.13.3+ 支持 Control Allocate。设置 CONTROL_ALLOCATE_ENABLE 为 1，在 Actuators 页面绑定电机通道。PWM 电调需校准最小输出，DShot 无需校准。

四、装机教程（以 E300 为例）

焊接与安装

1. 分电板：正负极焊接牢固，万用表检查短路。
2. 电机：螺丝长度适中避免顶线圈，正反桨对应安装。
3. 飞控：箭头指向机头，电流计供电，信号线接 AUX 口。
4. 接收机：SBUS 线序 GND-RX-TX-VCC，天线分开固定防遮挡。
5. GPS：箭头对齐机头，接 GPS 口。

校准与调试

参照第三章流程校准传感器及遥控器。

五、飞行模式与实操

模式切换

• 位置模式：新手推荐，摇杆中位悬停抗风，适合定点飞行。
• 定高模式：无 GPS 时使用，保持高度但可能漂移。
• 自稳模式：摇杆回中自动改平，需手动抗风。
• 特技模式：角速率控制，机动性强，难度高。
• 环绕模式：绕指定中心点飞行，支持遥控调整半径高度。
• Offboard 模式：外部计算机控制，需 >2Hz 设定值流。

起飞与降落

• 起飞：油门超 62.5% 解锁起飞，注意离地速度参数。
• 降落：自动检测地面落锁，可设置降落速度及延迟加锁时间。

六、日志分析

工具准备

• ulog2csv：Python 库，用于转换二进制日志。
• FlightPlot：Windows/Linux 下分析日志波形。
• PlotJuggler：跨平台可视化分析工具。

操作步骤

1. 下载 .ulog 文件。
2. 转换 CSV 或在 FlightPlot 中直接加载。
3. 添加曲线（如位置、姿态、IMU 数据）。
4. 分析 FFT 频谱图判断振动源。

自定义日志

在代码中声明 uORB 消息，在 logged_topics.cpp 中添加 Topic ID，即可记录到日志中供分析。

七、常用参数解析

解锁检查

• Kill switch：刹车开关状态检查。
• Power redundancy：电源冗余检查，可设 COM_ARM_DISARM 相关参数绕过。
• USB 连接：CBRK_USB_CHK 允许插 USB 解锁。
• 传感器一致性：COM_ARM_IMU_ACC/GYR 调整阈值。

安全设置

• 低电量：设置电压阈值与动作。
• 地理围栏：圆柱体范围限制。
• 返航模式：设置爬升高度、着陆行为。

任务航点

• NAV_ACC_RAD：航点置信半径。
• MIS_DIST_WPS：航点最大间距保护。
• MPC_YAW_MODE：偏航控制模式。

室内视觉定位

• EKF2_AID_MASK 设为 24（视觉定位 + 航向）。
• EKF2_HGT_MODE 设为 Vision。

八、参数调试

滤波参数

震动来源包括桨叶动平衡、机架刚性、部件松动。软件上通过低通滤波器（IMU_GYRO_CUTOFF）和陷波滤波器（IMU_GYRO_NF0_FRQ）抑制噪声。根据 FFT 频谱图调整截止频率，尖峰处用陷波。

PID 调参

1. 角速率环：先调 P 项消除相位滞后，再调 I 项消除静差，最后 D 项抑制超调。D 项过大易导致电机发热抽搐。
2. 姿态环：主要调节 P 项，过大振荡，过小迟钝。
3. 自动调参：新版 QGC 支持 Hold 模式下自动调参，操作简便。

九、ArduPilot 基础配置

Mission Planner

安装后连接飞控，初始设置 - 安装固件。选择机型（四旋翼），依次校准加速度计、地平线、指南针、遥控器及电调。

常用参数

• 避障：设置测距传感器类型（超声波/雷达）及避障行为（绕行/停止）。
• 电子围栏：上传地图围栏并启用参数。
• 循环航线：最后一个航点设为 Jump to Item，Item 设为 1，Repeat 设次数。

十、常见问题排查

1. 手机 QGC 连接失败：检查蓝牙权限、密码（默认 1234）、波特率一致性。
2. USB 连不上：查设备管理器端口，换线或驱动。
3. 电调不转：检查 PWM 输出、接线顺序、安全开关状态。
4. 起飞侧翻：检查电机转向、电调通道映射、重心。
5. 原地转圈：航向不准，重新校准罗盘或检查 RTK 天线偏移。
6. 飘移：GPS 信号弱或有干扰，检查定位来源。
7. 解锁失败：检查解锁开关、电源检查、电子围栏条件。
8. 日志无法记录：检查 SD 卡是否损坏或格式化。
9. 数传带宽不足：降低 MAVLink 发送等级，优化空速与串口速率。
10. RTK 航向不准：检查搜星数、天线偏移参数及 EKF 配置。

十一、补充知识

新版 PX4 参数

• EKF2_EV_CTRL：视觉定位控制。
• EKF2_GPS_CTRL：GPS 航向控制（双天线 RTK 需用）。
• EKF2_HGT_REF：高度参考源。

常用硬件接入

• 测深仪：NMEA 协议，设置端口协议与波特率。
• UWB 模块：配置 TAG/ANCHOR 角色，标定基站坐标，飞控端设为 NMEA GPS 协议。
• 光流测距：设置 FLOW_TYPE 与 RNGFND1_TYPE，调整 EKF 参数融合数据。

注：修改参数存在风险，请在理解含义后谨慎操作。