开源飞控无人机装调与测试实战指南
前言
本文面向希望掌握无人机装调的飞手、从零搭建硬件平台的学生及开发者。内容涵盖 PX4 与 ArduPilot 固件配置、硬件组装、地面站使用、参数调试及常见故障排查。
一、无人机基本常识与硬件组成
1. 核心组件作用
- 飞控：相当于大脑，集成 IMU、气压计等传感器，通过 PID 算法控制电机输出。
- GPS：提供室外定位，建议搜星 10 颗以上再使用。
- 接收机：传输遥控信号（PPM/SBUS/PWM）。
- 电调：接收 PWM/Dshot 信号控制电机转速。
- 电机：提供升力，注意 CW（顺时针）与 CCW（逆时针）区分。
- 电池：航模锂电池需注意充电电压（单节 4.2V）、放电倍率及温度管理。
- 螺旋桨：CW/CCW 需与电机转向匹配。
- UBEC：稳压模块，为机载设备供电。
2. 硬件选型要点
轴距与桨叶尺寸关联（如 450mm 轴距通常配 9-10 寸桨）。选型需综合考虑载重、续航、速度及结构刚性。
二、地面站软件使用
推荐使用 QGroundControl (QGC) 或 Mission Planner。
1. 航路规划
- 手动打点：设置起飞点（Takeoff），后续添加航点（Waypoint）、返航点（RTL）或降落点（Land）。
- 测绘规划：支持矩形波式航线，可设置重叠率、飞行高度及相机触发间隔。
- 注意事项：航点高度需高于地形高度，否则任务无法执行。
2. 安全保护设置
- 地理围栏：定义禁飞区或最大活动范围，越界将触发保护动作（警告、返航、降落）。
- 低电量保护：设置警告、返航、紧急降落三个阈值。
- 遥控丢失保护：设置信号丢失后的行为（如自动返航）。
3. 遥测数据流
PX4 遥测数据流固定，APM 可通过地面站调整发送频率（SRx 系列参数）。
三、PX4 基础配置
1. 固件刷写
通过 USB 连接飞控，在 QGC 中选择机型并下载固件。若遇到只能下载 FMUV2 固件，需先刷写 Bootloader 或修改 SYS_BL_UPDATE 参数。
2. 传感器校准
- 罗盘：确保外置罗盘方向与飞控一致，按提示旋转至绿色完成。
- 加速度计/陀螺仪：水平放置，按提示操作。
- 地平线：保持静止直至进度条满。
- 遥控器：校准各通道行程，确认映射正确。
3. 控制分配与控制模式
- 控制分配：1.13.3+ 版本支持 Control Allocate，可在 Actuators 页面配置电机通道。
- 飞行模式：
- 位置模式：新手推荐，摇杆控制加速度，自动抗风。
- 定高模式：无 GPS 时可用，保持当前高度。
- ：摇杆回中自动回平，但会漂移。
