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、有線電纜供電：利用有線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，往往搭配地線和電源線可控制一個(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，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，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，帶有總線功能。缺陷是屬于廠家技術(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。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，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總線帶有總線特征，可以在兩根線與地線上連接多個(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)，和專門(mén)的時(shí)鐘線，每個(gè)SPI擁有4個(gè)腳主入從出，主出從入，時(shí)鐘和地線。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。擁有三根信號(hào)線，信號(hào)，時(shí)鐘和地線。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。居然有廠家為了省事用這個(gè)總線連接多個(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)的總線接口，據(jù)說(shuō)是電流傳輸，所以抗干擾性能超強(qiáng)，專門(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，所有設(shè)備都連接在上面，總線芯片負(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。

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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。