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盤點(diǎn):無人機(jī)六種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及常見接口

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

(原標(biāo)題:無人機(jī)六種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及常見接口盤點(diǎn))

無人機(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)。但其過短的續(xù)航時(shí)間一直是研究人員頭疼的問題,目前無人機(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)力來源,極大地提高了無人機(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,幾乎可以支持無人機(jī)一直工作。

4、太陽能發(fā)電:利用太陽能發(fā)電的無人機(jī)通常同時(shí)安裝了鋰電池和太陽能電池,有陽光時(shí)就可利用太陽能提供飛行動(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人機(jī)永久地運(yùn)轉(zhuǎn),也可以加快無人機(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,也能為未來其他飛行器的動(dòng)力源探究提供靈感。

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

PWM:

這是第一個(gè)要介紹的,所有航模和無人機(jī)都離不開的一種接口。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),是無人機(jī)或航模入門第一個(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,是無人機(jī)入門必配,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上我寫的的文章“PX4飛控開發(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)資源且沒有校驗(yàn)等功能。

串口:

串口是目前控制領(lǐng)域最常見的設(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)地址來識(shí)別設(shè)備。在飛控中用來連接重要性不太高的眾多設(shè)備,指示燈,磁羅盤,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:

最早為汽車設(shè)計(jì)的總線接口,據(jù)說是電流傳輸,所以抗干擾性能超強(qiáng),專門用于大干擾環(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,至今無人問津。

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。目前飛控用來測(cè)量電壓,電流,這種方式成本較低,在小型無人機(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。

 USB:

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

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