内容发布更新时间 : 2024/12/23 19:09:58星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
四旋翼飞行器搭建教程
（译自————加里斯.欧文 ）
本文将带你通过建立自己的飞行控制器（飞空软件），同时教你工作的具体细节。这些信息很难找到，特别是那些本身就不是航天工程师的人！就我个人而言，我用了六个月，因为我花费了太多的时间查找bug和调试bug，但通过这篇文章你可以短期收获同样的经验。我会教你避开陷阱，这样你就不会像我一样浪费时间。
第一个关键是你对硬件的选择。我选择从零开始建立自己系统，在这一阶段的时候我都不知道RC（remote controlled 遥控; radio coding 无线电编码; ）和飞行器是如何飞行的，这是一个巨大错误。开始我以为，通过自行购买附加电路，芯片和传感器能省很多钱，结果最终我花了一大笔钱！放过自己吧，直接去购买ardupilot 2.5控制板，组装你的直升机，了解遥控，了解飞行原理，然后回到这里。这个板子本质上是只是一个连有一些传感器Arduino（开源主控板,可查http://baike.http://www.35331.cn//view/1268436.htm?fr=aladdin），和我们将在这篇文章介绍的程序——我们自己编写的。你得将所有东西连接起来，你的四旋翼飞机才能得飞：当然你也得会用优秀的arducopter软件。
本项目（ardupilot）由3D Robotics 提供赞助，这意味着他们销售所设计的硬件获利，并将所得利润回馈社区。该软硬件是完全开源的，所有人可以免费复制下载。你可以直接从他们那里购买，或者从Hobbyking (named HKPilot) and RCTimer (named ArduFlyer).购买相同的拷贝件。
在这篇文章中，我将假定您有ardupilot硬件——其本质上上是附传感器Arduino。如果你选择忽视我的建议，并且建立自己的硬件，或使用Arduino电路板，那么您需要更换的底层代码（HAL库）。我也会以为你在X配置（x型四旋翼），+ / X（两种四旋翼配置）和六/八 旋翼飞行器之间切换（只是不同的电机的组合），配置的改变不会让它在本文有任何实质性的区别。理想的情况是，你已经飞行过加载了arducopter代码的四旋翼，因此你应该将电机连接如下所示的位置和旋转方向。
我也要假设你有一些arduino的经验，或至少是C / C + +的经验。Arduino库不是特别智能的或适合，所以我们将使用一些更加合适的的ardupilot库。然而，我们会尽量少使用、最小幅度的使用，以提供DIY式解决方案的支持（这就是为什么你在这里毕竟）。我们将要使用的第一和主要库是ardupilot硬件抽象层（HAL）库。这个库试图隐藏了底层的区别，例如你如何读取和写入引脚和其它一些东西——其优势是，软件可移植到新的硬件，只需更换硬件抽象层。在ardupilot的情况下，有两个硬件平台，APM和PX4，每一个都有自己的底层库允许ardupilot代码运行。如果您稍后决定在Raspberry Pi上运行你的代码，你只需要改变硬件层代码。
硬件层是由如下几个部分组成：
RCInput无线输入——阅读RC无线电rc input -。
RCOutput无线输出——用于控制电动机和其它输出rcoutput -。 Scheduler计划表——运行特定的任务在固定时间间隔调度程序-。 console控制台——提供访问串行端口。
I2C，SPI——总线驱动程序（用于连接传感器小电路板网络）
GPIO —— 一般目的的输入/输出——允许直接访问Arduino引脚，但是在我们的案例中，主要的发光二极管
如何下载：你需要下载Arduino的IDE ardupilot版。还需要将库文件放在你的延伸文件夹中。还要确保你选择你的板类型像Arduino的菜单这样：
Reading the Radio Inputs
读取无线电输入
我们的飞行控制系统要读取无线电输入信号（飞行指令），测量四旋翼的实时的姿态（偏航/俯仰/滚动），改变电机的转速——以适应四旋翼按照我们所期望的方式飞行。所以让我们开始通过无线电开始学习。
RC接收机有几个输出，有好几个通道（或称为棒/开关/旋钮）。无线电输出的50Hz脉冲，这个脉冲的宽度是由无线电发射机的摇杆位置决定的。通常情况下，脉冲持续1000us到2000us长并有18000us到19000us的间隙，所以表示0的油门 会产生一个1000us的脉冲，表示完全的油门 则有2000us长。可悲的是，大多数的接收机是不准确的，我们通常要测量每个杆位的最小或最大值脉冲宽度（这我们接下来将要做的）。
Ardupilot的底层库，为我们做了测量这些脉冲宽度的痛苦工作。如果你自己编写这些代码，你需要中断其他工作并用定时器来测量无线电信号——analogread Arduino不适合做这项工作，因为它占用了处理器全部的计算容量，虽然它可以测量，但是同时也阻止我们其他事。（即 Arduino是单线程软件，无法同时做两项工作）实现一个测量信号的工作并不难，让这种程序持续1个小时甚至更长是很普通的事，我们不是只做这么简单的程序。
下面是一些使用APM 底层库，测量通道“值”的代码的简单例子。通道“值”就是测量毫秒级的脉冲宽度。 #include
AP_HAL_MAIN(); // special macro that replace's one of Arduino's to setup the code (e.g. ensure loop() is called in a loop).
创建一个新的草稿脚本，并将该脚本上传到Ardupilot 硬件上。使用串行记录仪纪录下每个通道的最大和最小值。（同时将脉冲调至极限）
现在让我们来衡量脉冲的“值”，以显示他们所含有的意义。我们要使用一种称为Map的功能，这是一种确定一个数值在某一区间将其判读为另一“值”的功能。例如，有一个50的数值，在0——100之间，而我们想要将他放入0到500这个区间来衡量，Map的功能将会定义其为250，并返回250这个值。
Map功能会在你引用并定义（#include&defines）之后被启用（从Arduino库中引用） long map(long x, long in_min, long in_max, long out_min, long out_max) { return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min; } 这样使用Map功能：
result = map(VALUE, FROM_MIN, FROM_MAX, TO_MIN, TO_MAX). 你会感到仍然没有接触到 油门，毫无疑问你会对于自己没有参与建立油门的判读而感到高兴，这个阀值是由电调生成的（如果你是按照我的建议做的）。俯仰和翻滚在正负45度之间会被测量，当然你也可以设定为正负150度。