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无人机的六种动力驱动及常用接口

2020-12-22 11:14 性质:转载 作者:机器人网 来源:机器人网
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六种动力驱动主流无人机主要依靠六种动力驱动。(1)锂电池:大多数无人机都安装了锂电池,但续航较短,且需要经常拆卸、更换电池,十分耗时费力。(2)氢燃料电...

六种动力驱动

主流无人机主要依靠六种动力驱动。

(1)锂电池大多数无人机都安装了锂电池,但续航较短,且需要经常拆卸、更换电池,十分耗时费力。

(2)氢燃料电池新型电池,氢燃料电池代替锂电池,可以支持无人机连续运转两个小时左右,并且充电十分迅速。

(3)激光发射器:激光发射器为无人机供电,从地面发射的激光光束被机身上的接收器转化成动力,几乎可以支持无人机一直工作,造价高昂,难度较高,应用较少。

(4)太阳能发电:利用太阳能发电的无人机通常同时安装了锂电池和太阳能电池,有阳光时就可利用太阳能提供飞行动力,锂电池则作为备用电池。

(5)内燃机发电:用内燃机发电可支持无人机以100千米每小时的速度飞行1小时,但噪音大且存在安全隐患,因为无人机内有可燃气体,工业级和消费级应用较少

(6)有线电缆供电:利用有线电缆供电几乎可以让无人机永久地运转,也可以加快无人机向电脑传输数据的速度;但由于受到有线连接的限制,无法完成远距离飞行,主要应用于工业级无人机;比如洲际通航的MD4-1000雪雁无人机,就有24小时系留供电系统,可以用于警用安防应用,如大型展会的空中安全巡逻

常用接口

无人机飞控作为连接所有设备的大脑,接口种类越来越多,下面简单介绍下无人机常用的几个接口。

01、PWM

这是第一个要介绍的,所有航模和无人机都离不开的一种接口。单线信号,周期发送正脉冲,变化脉宽作为传递信息的方式,一个针脚传递一个通道,往往搭配地线和电源线可控制一个舵机或一个电调,是无人机或航模入门第一个需要了解的接口。优点是简单,稳定的传输一个可量变的信号,缺陷是速度低,目前常见的标准是每秒50次或300至400次。

02、PPM

PWM的升级版,就是每个信号周期变为发送一组多个脉宽的组合,来同时传递多个通道的变化信息。早期也被用于遥控器无线电信号和航模模拟器信号,现在多用于接收机与飞控连接,带有PPM信号输出的接收机很多,是无人机入门必配,那些用转换器的是脱裤子放屁。其优点是稳定传输多个通道,缺点是速度更慢。

03、S.BUS

日本遥控器厂商FUTABA设计的用单通道数字信号传输多通道信息的协议,只有一个信号针脚和一个基准地线,支持HUB扩展多个舵机和电调连接在一个信号源上,所以S.BUS其实是一种总线,其原理其实就是变化的串口协议,具体协议可以参考百度文库上我写的的文章“PX4飞控开发笔记-第五章:PWM,PPM,S.BUS与DSM2”。其优点是纯数字信号,很可靠,带有总线功能。缺陷是属于厂家技术兼容设备较少。目前是飞控连接接收机的最佳选择。

04、Relay

其实就是数字IO信号,只有0和1两种状态,存在于飞控某些针脚用于自动控制相机快门和农药喷头。优点是可靠;缺点是信息量极小,浪费资源且没有校验等功能。

05、串口

串口是目前控制领域最常见的设备接口,硬件形式有TTL、232、422、485几种。TTL是基本信号,常见三针用法,一个针用于信号输入叫RX,一针用于信号输出叫TX,另一针为信号基准地线。一般0V和3~5V表示0和1,飞控自带的都是这种串口,而且会带很多个,用于连接多个设备,PIXHAWK飞控有5个。TTL信号的电压较低,经验上不适合1米以上的长距离传输,于是发展出232接口,使用正负电平表示0和1其他与TTL相同,极大延长了传输距离,但是速度依然不足。

于是发展出422接口,RX和TX每个针脚都变为正负电压的一对信号线同时跳变,这样干扰信号被巧妙的抵消,传输距离和速度双飞跃,但是需要5根线,给调试造成很大麻烦,目前只有军品才使用这种串口。485串口是结合232和422优点,使用一对正负电压的信号线既发又收,但是他需要额外一个信号控制收发转换,485总线带有总线特征,可以在两根线与地线上连接多个设备,但是收发,片选,仲裁,校验等等工作都需要你写程序去协调,工作量巨大,现在很少有人用。

06、SPI

这是一种用于板上通信的高速接口,使用了主从设计,和专门的时钟线,每个SPI拥有4个脚主入从出,主出从入,时钟和地线。主设备负责管理信息,时钟同步和所有设备通信,一路SPI可以连接多个设备,但是必须每个带有片选。因为有时钟线所以很容易做到所有设备的同步通信,由于其稳定性和高速特性,在飞控板上用来连接所有传感器与主单片机。

07、I2C

其实是I平方C,是用于连接板上高速设备的总线。拥有三根信号线,信号,时钟和地线。也是采用主从设计,带有时钟的同步设计,但是信号线需要承担多个设备输入输出,由主设备来管理。I2C上所有设备都自带一个地址,或叫标签,主设备用这个地址来识别设备。

在飞控中用来连接重要性不太高的众多设备,指示灯,磁罗盘,空速,超声波,激光测距等等。居然有厂家为了省事用这个总线连接多个电调,这是很危险的,因为3~5V电平在长距离传输中容易受干扰。

08、CAN

最早为汽车设计的总线接口,据说是电流传输,所以抗干扰性能超强,专门用于大干扰环境设备间多个远距离传输。只有H和L两个信号线,所有设备都连接在上面,总线芯片负责仲裁。这其实是无人机上设备,尤其是多旋翼电调的最优选择,但是由于其复杂性和接口芯片成本问题,比较少有人用,PIXHAWK飞控和 ESC32电调多年前就已经具备该接口,至今无人问津。

09、AD

模数转换接口,这种易被干扰的古老还存在,使用方式就是测量电压。目前飞控用来测量电压,电流,这种方式成本较低,在小型无人机上还可以使用。另外一些距离探测设备还在用,但是已经基本处于淘汰边缘,效果远远不如数字设备,不过成本较低,比如空速和超声波。

10、SDIO

用于连接SD卡或TF卡,进行飞行数据记录。由于TF卡应用普遍,成本较低,容量速度都令人满意,所以渐渐成为高级飞控必备设备,用于飞行记录、事故分析、故障诊断等等。

11、USB

民用总线接口,可以通过HUB连接多个设备,可以说是一种完美接口。但是其协议过于复杂,编程工作量极大,接口连接形式容易导致问题,必须使用专用线材,且不能超过2米。在飞控上主要用来地面进行调试、读写参数等地面操作。

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