物美價(jià)廉的無人機(jī)搖桿微控制器設(shè)計(jì)方案，接著不謝！

無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)的簡稱，是利用無線電遙控（含遠(yuǎn)程駕駛）、預(yù)設(shè)程序控制和（或）基于機(jī)載傳感器自主飛行的可重復(fù)使用不載人飛機(jī)。目前用無線電遙控的無人機(jī)大部分使用JR或者Futaba公司出品的專用遙控器，這些遙控器優(yōu)點(diǎn)是手感好，方便攜帶，但是價(jià)格高昂，通道數(shù)較少，難以滿足無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)需要較多通道數(shù)的要求。少部分使用PC作為控制平臺(tái)，使用了飛行搖桿作為控制器，能實(shí)現(xiàn)更專業(yè)的功能，通道數(shù)也多，但是攜帶不方便，需要攜帶手提電腦或者PC到外場調(diào)試，還必須考慮電池續(xù)航問題，造價(jià)也比較高昂，且需要專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件知識(shí)進(jìn)行編程。

為解決上述不便，本人提出了一種基于Arduino的無人機(jī)控制器設(shè)計(jì)方案。Arduino是2005年1月由米蘭交互設(shè)計(jì)學(xué)院的兩位教師David Cuartielles和Massimo Banzi聯(lián)合創(chuàng)建，是一塊基于開放原始代碼的Simple I/O平臺(tái).Arduino具有類似java、C語言的開發(fā)環(huán)境，將AVR單片機(jī)相關(guān)的一些寄存器參數(shù)設(shè)置等都函數(shù)化了，即使不太了解 AVR單片機(jī)的朋友也能輕松上手，設(shè)計(jì)出各種實(shí)用的電路開發(fā)系統(tǒng)，是一款價(jià)格低廉、易于開發(fā)做應(yīng)用的電子平臺(tái)。Arduino包括硬件和軟件在內(nèi)的整個(gè)平臺(tái)是完全開源的。該方案由于采用Arduino平臺(tái)，能快速開發(fā)出用較低成本的飛行搖桿來進(jìn)行操縱航模，體驗(yàn)真實(shí)飛行的感覺。由于接口較多，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)20通道以上，能執(zhí)行各種擴(kuò)展任務(wù)，且不需要攜帶電腦。

系統(tǒng)原理與架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖如圖1所示，分為兩大部分，分別是地面控制部分和控制執(zhí)行部分。地面控制部分是由單片機(jī)讀取飛行遙桿的數(shù)據(jù)，即可獲得飛行搖桿各個(gè)通道的即時(shí)電壓，通過模式轉(zhuǎn)換后，得到各個(gè)通道的值。將上述值經(jīng)過編碼后通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送出去。

空中指令執(zhí)行部分：

由空中無線數(shù)傳接收到信號(hào)后將指令發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)將指令解析，并轉(zhuǎn)換為飛控系統(tǒng)常用的PPM信號(hào)，該P(yáng)PM信號(hào)可以直接驅(qū)動(dòng)飛控系統(tǒng)做出響應(yīng)動(dòng)作，從而控制無人機(jī)。

模塊原理、設(shè)計(jì)與制作

1.搖桿信號(hào)獲取原理

要得到飛行搖桿當(dāng)前的桿量，一個(gè)方法是通過搖桿的usb接口讀取，由于各個(gè)廠家的通訊協(xié)議都不兼容，有些還必須獲得授權(quán)，實(shí)現(xiàn)起來比較麻煩。另一個(gè)方法是直接獲取搖桿的電位器值。實(shí)際上現(xiàn)在市面上的搖桿除了非常高端的搖桿用了霍爾傳感，大部分都采用了普通的電位器，按照可變電阻來讀取即可。本模塊采用市場上常見的賽鈦客FLY5飛行搖桿，拆開來外殼，所有電位器都是用3P的白色連接插座和電路板連接的，XYZ三軸用來控制飛機(jī)姿態(tài)（升降、副翼和方向），油門由拉桿控制，苦力帽可以用來控制fpv攝像頭云臺(tái)，還有其他的按鍵可以映射為其他通道，例如空中投擲物體，自動(dòng)回家，切換飛行模式等。

2.桿量解析處理模塊

我們采用的單片機(jī)系統(tǒng)采用了ArduinoM E G A 2 5 6 0 開發(fā)板。該開發(fā)板是一塊以ATmega2560為核心的微控制器開發(fā)板，本身具有54組數(shù)字I/O其中14組可做PWM輸出），16組模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端，4組串口，使用16MHz的晶振。讀取搖桿的XYZ軸的電阻值，只需將電位器的電源和地接在電調(diào)輸出的5v和地上，信號(hào)線接在Arduino板的模擬輸入口上，由于Arduino的AD讀取精度最高是10位，在程序里將電阻值映射成0到1023的數(shù)值，F(xiàn)LY5飛行搖桿的分辨率大概在800~900左右。飛行搖桿的電位器是線性的，反應(yīng)較為靈敏的。實(shí)際測試中搖桿回中后，和打到最大和最小的地方，數(shù)據(jù)會(huì)有一些波動(dòng)和噪點(diǎn)，采用卡爾曼濾波算法進(jìn)行處理，可以獲得平滑的曲線。

3.無線收發(fā)模塊

無線數(shù)傳模塊采用了一對X b e e P R O900HP無線收發(fā)模塊，該模塊功率為250mW.它們分別用來連接地面控制板單片機(jī)和連接飛行控制的單片機(jī)。配備原裝天線，最遠(yuǎn)可以達(dá)到10KM，比傳統(tǒng)遙控器距離極大的增加。標(biāo)準(zhǔn)的串口TTL接口，將RX和TX分別接在單片機(jī)板上的TX和RX端口上即可。波特率設(shè)置為115200，數(shù)傳是半雙工的，通訊增加CRC校驗(yàn)，防止數(shù)據(jù)丟包和被干擾篡改。

4.指令解析模塊