無(wú)人機六種動(dòng)力驅動(dòng)及常見(jiàn)接口盤(pán)點(diǎn)

無(wú)人機的出現為人們的生活提供了許多便利，現已被廣泛應用到社會(huì )的各行各業(yè)。但其過(guò)短的續航時(shí)間一直是研究人員頭疼的問(wèn)題，目前無(wú)人機主要依靠6種動(dòng)力完成復雜的工作。

1、鋰電池：大多數無(wú)人機都安裝了鋰電池，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)費力。針對這一現象，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)人機連續運轉兩個(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)人機供電，從地面發(fā)射的激光光束被機身上的接收器轉化成動(dòng)力，幾乎可以支持無(wú)人機一直工作。

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、內燃機發(fā)電：用內燃機發(fā)電可支持無(wú)人機以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，因為無(wú)人機內有可燃氣體。

6、有線(xiàn)電纜供電：利用有線(xiàn)電纜供電幾乎可以讓無(wú)人機永久地運轉，也可以加快無(wú)人機向電腦傳輸數據的速度，但由于受到有線(xiàn)連接的限制，無(wú)法完成遠距離飛行。

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(zhù)、安全系數高更受研發(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)人機飛控作為連接所有設備的大腦，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)人機都離不開(kāi)的一種接口。單線(xiàn)信號，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(xiàn)和電源線(xiàn)可控制一個(gè)舵機或一個(gè)電調，是無(wú)人機或航模入門(mén)第一個(gè)需要了解的接口。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，穩定的傳輸一個(gè)可量變的信號，缺陷是速度低，目前常見(jiàn)的標準是每秒50次或300至400次。

PPM：

是PWM的升級版，就是每個(gè)信號周期變?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(xiàn)電信號和航模模擬器信號，現在多用于接收機與飛控連接，帶有PPM信號輸出的接收機很多，是無(wú)人機入門(mén)必配，那些用轉換器的是脫褲子放屁。其優(yōu)點(diǎn)是穩定傳輸多個(gè)通道，缺點(diǎn)是速度更慢。

S.BUS：

是日本遙控器廠(chǎng)商FUTABA設計的用單通道數字信號傳輸多通道信息的協(xié)議，只有一個(gè)信號針腳和一個(gè)基準地線(xiàn)，支持HUB擴展多個(gè)舵機和電調連接在一個(gè)信號源上，所以S.BUS其實(shí)是一種總線(xiàn)，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(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)是純數字信號，很可靠，帶有總線(xiàn)功能。缺陷是屬于廠(chǎng)家技術(shù)兼容設備較少。目前是飛控連接接收機的最佳選擇。

Relay：

其實(shí)就是數字IO信號，只有0和1兩種狀態(tài)，存在于飛控某些針腳用于自動(dòng)控制相機快門(mén)和農藥噴頭。優(yōu)點(diǎn)是可靠，缺點(diǎn)是信息量極小，浪費資源且沒(méi)有校驗等功能。

串口：

串口是目前控制領(lǐng)域最常見(jiàn)的設備接口，硬件形式有TTL，232，422，485幾種。TTL是基本信號，常見(jiàn)三針用法，一個(gè)針用于信號輸入叫RX，一針用于信號輸出叫TX，另一針為信號基準地線(xiàn)。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)設備，PIXHAWK飛控有5個(gè)。TTL信號的電壓較低，經(jīng)驗上不適合1米以上的長(cháng)距離傳輸，于是發(fā)展出232接口，使用正負電平表示0和1其他與TTL相同，極大延長(cháng)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撾妷旱囊粚π盘柧€(xiàn)同時(shí)跳變，這樣干擾信號被巧妙的抵消，傳輸距離和速度雙飛躍，但是需要5根線(xiàn)，給調試造成很大麻煩，目前只有軍品才使用這種串口。485串口是結合232和422優(yōu)點(diǎn)，使用一對正負電壓的信號線(xiàn)既發(fā)又收，但是他需要額外一個(gè)信號控制收發(fā)轉換，485總線(xiàn)帶有總線(xiàn)特征，可以在兩根線(xiàn)與地線(xiàn)上連接多個(gè)設備，但是收發(fā)，片選，仲裁，校驗等等工作都需要你寫(xiě)程序去協(xié)調，工作量巨大，現在很少有人用。

SPI：

這是一種用于板上通信的高速接口，使用了主從設計，和專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘線(xiàn)，每個(gè)SPI擁有4個(gè)腳主入從出，主出從入，時(shí)鐘和地線(xiàn)。主設備負責管理信息，時(shí)鐘同步和所有設備通信，一路SPI可以連接多個(gè)設備，但是必須每個(gè)帶有片選。因為有時(shí)鐘線(xiàn)所以很容易做到所有設備的同步通信，由于其穩定性和高速特性，在飛控板上用來(lái)連接所有傳感器與主單片機。

I2C：

其實(shí)是I平方C，是用于連接板上高速設備的總線(xiàn)。擁有三根信號線(xiàn)，信號，時(shí)鐘和地線(xiàn)。也是采用主從設計，帶有時(shí)鐘的同步設計，但是信號線(xiàn)需要承擔多個(gè)設備輸入輸出，有主設備來(lái)管理。I2C上所有設備都自帶一個(gè)地址，或叫標簽，主設備用這個(gè)地址來(lái)識別設備。在飛控中用來(lái)連接重要性不太高的眾多設備，指示燈，磁羅盤(pán)，空速，超聲波，激光測距等等。居然有廠(chǎng)家為了省事用這個(gè)總線(xiàn)連接多個(gè)電調，這是很危險的，因為3-5v電平在長(cháng)距離傳輸中容易受干擾。

CAN：

最早為汽車(chē)設計的總線(xiàn)接口，據說(shuō)是電流傳輸，所以抗干擾性能超強，專(zhuān)門(mén)用于大干擾環(huán)境設備間多個(gè)遠距離傳輸。只有H和L兩個(gè)信號線(xiàn)，所有設備都連接在上面，總線(xiàn)芯片負責仲裁。這其實(shí)是無(wú)人機上設備，尤其是多旋翼電調的最優(yōu)選擇，但是由于其復雜性和接口芯片成本問(wèn)題，比較少有人用，PIXHAWK飛控和 ESC32電調多年前就已經(jīng)具備該接口，至今無(wú)人問(wèn)津。

AD：

模數轉換接口，這種易被干擾的古老還存在，使用方式就是測量電壓。目前飛控用來(lái)測量電壓，電流，這種方式成本較低，在小型無(wú)人機上還可以使用。另外一些距離探測設備還在用，但是已經(jīng)基本處于淘汰邊緣，效果遠遠不如數字設備，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)行飛行數據記錄。由于TF卡應用普遍，成本較低，容量速度都令人滿(mǎn)意，所以漸漸成為高級飛控必備設備，用于飛行記錄，事故分析，故障診斷等等。