PixHawk飛控和Mission Planner地面站安裝調試

PixHawk是著名飛控廠商3DR推出的新一代獨立、開源、高效的飛行控制器，前身為APM飛控，不僅提供了豐富的外設子產品和可靠的飛行體驗，有能力的愛好者還可在其基礎上進行二次開發。第一次使用需要多方查閱資料，摸索前行，根據本人學習和使用過程整理成文，其中大部分内容來自官網和相關網站的資料，将盡可能提供原文出處，希望對想嘗試PixHawk的朋友有所幫助。

本文包括如下主要内容：

• PixHawk飛控配置
• 多軸飛行器的基本飛行概念
• 飛控驅動與地面站軟體的安裝
• 飛控驅動與地面站軟體的連接配接
• 更新飛控固件
• 飛控羅盤、加速度計與遙控器的校準與設定
• 3DR數傳電台的連接配接

一、PixHawk飛控配置

www.pixhawk.com

PixHawk官網

http://www.pixhawk.com/

1.1 硬體配置

• 主處理器：32位STM32F427，主頻168 MHz ，256 KB RAM,2 MB Flash
• 備用處理器：獨立供電32位STM32F103故障保護協處理器
• 傳感器：雙 3軸加速度計（據說可確定絕大部分情況下可剔除單加速度計可能産生的混淆噪聲，極大改善飛行穩定性）、磁力計（确認外部影響和羅盤指向）、雙陀螺儀（測量旋轉速度）、氣壓計（測高）、内置羅盤、支援外置雙GPS
• 內建的備份、超控、故障保險處理器
• microSD 插槽用于日志等用途, 5個 UARTs, CAN, I2C, SPI, ADC,等

1.2 接口定義

PixHawk接口定義如下圖所示：

正面

兩側與底部

頂部

1.3 引腳定義

接口與引腳定義

http://www.pixhawk.com/modules/pixhawk

二、基本飛行概念

參考：http://px4.io/docs/px4-basic-concepts/

2.1機頭指向和方向

以固定翼與四軸飛行器為例，下圖是無人機的載體坐标系

• 載體重心為坐标原點
• 載體前進方向為x軸正方向
• 載體水準姿态時垂直向下為z軸正向
• 載體飛行方向指向右為y軸正向（x,y和z軸滿足右手螺旋準則）

飛行方向示意圖（俯視）：

2.2 遙控與基本飛行控制

使用左右油門時，油門最低位置如下圖（遙控器設定計劃另外寫一篇博文）：

2.3 多軸飛行器的飛行姿态角

• Roll: 橫滾角，以飛行前進方向為軸的左右角度變化
• Pitch: 傾斜角，以飛行前進方向為軸的高低角度變化（擡頭、低頭）
• Yaw: 航向角，飛行器機頭指向角度的改變

三、安裝飛控驅動與地面站軟體

安裝pixhawk驅動程式（或使用網購時店家提供）

https://pixhawk.org/firmware/downloads

計算機->右鍵->裝置管理器->端口，出現PX4端口

安裝地面站軟體（MissionPlanner,MP）本機安裝版本v1.3.37

地圖加載方法：飛行計劃->右側地圖下拉菜單->必應混合地圖

四、連接配接飛控與地面站軟體

拔掉飛控上所有裝置，隻留蜂鳴器。使用USB線連接配接飛控和電腦USB。

進入飛行資料頁面，在右上角序列槽号選擇下拉清單中的PX4 FMU序列槽号，本機是COM9，波特率為115200。注意不要點選右側的“自動連接配接”。

五、更新飛控固件

選擇：初始設定->安裝固件

5.1 直接安裝

選擇

表示下載下傳四軸最新固件，彈出是否繼續對話框，選擇“是”，等待安裝完成，會出現短暫的音樂聲。

聲音停止後點選“确定”。此時如果是第一次刷AC3.2固件，則會提示需要進行羅盤重新校準。

進入“飛行資料”頁面，右上角選擇PX4所在的COM端口（本機為COM9）和115200波特率，點選右上角“連接配接”圖示即可連上飛控，擷取飛控資料：

5.2 安裝下載下傳的固件

通過地面站安裝固件頁面中的“下載下傳固件”按鈕打開官方下載下傳伺服器。

官方軟體下載下傳位址：

http://firmware.ardupilot.org/

選擇固件Firmware中的APM Copter （多旋翼和傳統直升機固件）

打開固件下載下傳頁面：建議使用穩定版，點選stable，進入穩定版下載下傳（網址）：

http://firmware.ardupilot.org/Copter/stable/

PX4對應我們的飛控。檔案名簡單意思是：

• heli表示直升機
• hexa表示6軸
• octa表示8軸
• octa-quad表示4個機壁，上下兩層供8台馬達的8軸
• quad表示4軸（我們要用的）
• tri表示3軸

點選PX4-quad/進入下載下傳頁面：選擇v2.px4版本，右鍵->将連結另存為，下載下傳到本機。

如果要加載自定義固件，在地面站進入“初始設定”頁面->加載自定義固件->彈出對話框選擇剛下載下傳的固件檔案确定即可

地面站切換到“飛行資料”頁面，設定好端口與波特率後，選擇右上角連接配接連接配接圖示即可看到飛控資料（高度、角度等）傳回地面站并顯示出來。此時主LED燈黃燈閃爍，LED紅藍閃爍表示自檢。

六、校準

将GPS的兩路輸出（6pin和4pin）接上飛控的對應的GPS口（6pin）和I2C口（4pin羅盤），準備校準。

打開地面站，USB連接配接飛控，設定COM端口号和波特率，選擇“連接配接”，連接配接成功後進入“初始設定”頁面，展開左側“必要硬體”，可以看到以下選項：

• 機架設定
• 加速度計校準
• 羅盤
• 遙控器校準
• 飛行模式
• 失控保護

下面，我們将逐一校準上述項目。

6.1 機架類型預設不改

選擇“x”型，預設設定不改。

6.2 加速度計校準

點選左側清單“加速度計校準”進入校準界面，按提示放置飛控，每一步完成後點選綠色“Click When Done”按鈕

提示如下：

• Place vehicle level and press any key: 水準放置，然後點選按鈕
• Place vehicle on its LEFT side and press any key: 以箭頭所指方向的左側（無USB接口的一側）為底，立起來放置，然後點選按鈕
• Place vehicle on its RIGHT side and press any key: 以箭頭所指方向的右側（有USB接口的一側）為底，立起來放置，然後點選按鈕
• Place vehicle nose DOWN and press any key: 以箭頭所指方向指向地面，立起來放置，然後點選按鈕
• Place vehicle nose UP and press any key: 以箭頭所指方向指向天空，立起來放置，然後點選按鈕

校準成功後提示

如果安裝最新地面站後界面為中文，按提示完成校準操作即可。

6.3 羅盤（指南針）校準

用捆紮帶或皮筋将GPS天線與飛控固定好，確定二者正表面上箭頭方向的向指向一緻，注意一定要固定好，在後續的旋轉過程中二者不能發生偏移。

羅盤校準一般裝機前後各進行一次。安裝時GPS和飛控無特殊位置關系，美觀友善即可。

點選清單中的“羅盤(Compass)”，選擇“手動校準”，指南針1和2設定使用預設設定。

點選“現場校準”按鈕，彈出對話框告訴我們将飛控繞所有軸做圓周運動，點選“ok”。用手拿着飛控和GPS固聯體做各個方向的圓周旋轉讓飛控采集修正資料。

不斷旋轉飛控指向，資料采集自動結束後彈出偏移量提示，因為GPS中有指南站，飛控中也有指南針，是以彈出兩個偏移量提示：

6.4 遙控器校準

GPS校準後，斷電後按照規範（飛控正面放置時引腳從上至下依次為：-，+，信号）的連接配接方法接上R7008SB接收機連接配接飛控RC端口（本文使用Futaba T14SG标配接收機）進行遙控器校準。注意：接收機接錯，飛控極有燒毀的可能。

Futaba R7008SB接收機輸出

• 黃色：信号
• 紅色：正極
• 棕色：地線

打開遙控器，打開地面站，連接配接飛控，進入初始設定->遙控器校準頁面：

注意，遙控器左右搖杆控制4個柱面（正确的方向在圖下文字中做出了說明）隻有升降舵為反向。

正向：表示上下左右和搖杆操作一緻，例如，向左打杆，輸出變小，向上打杆，輸出變大

反向：表示上下左右和搖杆操作相反，例如，向左打杆，輸出變大，向上打杆，輸出變小。

油門推到頂/油門降到底（正向為正确（如果油門推上去輸出反而下降，則需要在遙控器設定中将油門反向））

左搖杆打到最左/左搖杆打到最右（方向、航向、偏航：機頭指向，正向為正确）,右搖杆打到最左側/右搖杆打到最右側（副翼-橫滾，正向為正确）

右搖杆推到頂/右搖杆打到底（升降：右搖杆上下， 反向為正确）

所有搖杆均在1094-1934之間變化，滿足要求。

點選“校準”，将遙控器左右搖杆重複打到最值，即左右搖杆在最大值上不停轉圈，得到校準資料如下：

操作完成後點選“完成時點選”按鈕，彈出完成提示對話框點選“ok”後将彈出校準資料：

6.5 飛行模式與失控保護

飛行模式設定非常重要。因為使用的控不一樣會有不同的設定步驟，本人使用Futaba T14SG設定，具體步驟另行寫一篇介紹。

PixHawk有6個飛行模式可選，是以主要思路是，在控上選擇一個2檔開關和一個3檔開關，進行關聯設定，組合得到6個不同檔位，使得設定好後：

• 當2檔開關處于第1檔位時：3檔開關的1/2/3檔，分别對應模式1/3/5
• 當2檔開關處于第2檔位時：3檔開關的1/2/3檔，分别對應模式2/4/6

根據自己需要設定飛行模式，以下是跟之前使用的NAZA M v2飛控的控制模式的一個不成熟的類比：

• pixhawk定點模式Loiter = NAZA GPS姿态模式（GPS定高、定點）用于飛行
• pixhawk定高模式AltHold= NAZA姿态模式（高度穩定，位置不定，有風險）
• pixhawk自穩模式Stabilize：用于起飛和降落

下圖是初步設定的6個不同的模式，其中模式6建議要設為RTL也就是“返航”模式。

七、連接配接3DR數傳

7.1  安裝USB轉序列槽驅動

安裝序列槽轉USB的驅動程式CP210x_VCP_windows.exe（自行下載下傳或使用購買店家提供）

驅動裝好後，将天線接上數傳，使用任意一台數傳，用micro USB 接上數傳和電腦，在裝置管理器中會出現

7.2  連接配接數傳與地面站

（1）連接配接1台數傳

保持數傳與計算機的連接配接，打開地面站。

如果隻想對數傳參數進行操作、修改，此時不要點選右上角的“連接配接”圖示。

進入初始設定頁面->可選硬體->3DRradio：

設定端口号與波特率，端口為5.1中識别的USB轉序列槽的端口（本機為COM3），波特率為57600。

點選“加載設定”地面站連接配接飛控，擷取設定參數：

注意：此時由于計算機隻加載了一個數傳，如果修改參數則另外一台（遠端）參數将不會被修改，是以修改後兩台數傳會連不上。也就是說，當隻連接配接1台數傳時，不要修改參數，以免出現問題。

（2）連接配接2台數傳

注意：如果需要修改數傳參數，必須同時連接配接兩台數傳，修改完一台的參數，通過“複制所選項至遠端”按鈕将修改的參數複制到另一台數傳，否則會出錯。

使用另一根micro USB線将另一台數傳連接配接上計算機。

連接配接好後，再次點選“加載設定”等待連接配接後遠端數傳的參數也出現了，且跟本地數傳參數一緻。如果要改本地參數，修改後“儲存設定”，一定要選擇通過“複制所選項至遠端”，将兩台數傳參數同步一緻。

至此，完成了PixHawk與地面站的連接配接與基本設定。接下來，應該裝好無人機機架、馬達、電調、飛控、外置GPS、電源子產品等，不裝槳，做室内連線測試，然後再到安全的場地進行外場試飛。

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