四旋翼飞行器搭建教程px4ardupoilotapm.docx
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四旋翼飞行器搭建教程px4ardupoilotapm
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（remotecontrolled遥控; radiocoding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ardupilot2.5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），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3DRobotics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（namedHKPilot）andRCTimer（namedArduFlyer）.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RaspberryPi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rcinput-。
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IDEardupilot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：
ReadingtheRadioInputs
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——analogreadArduino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
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
constAP_HAL:
:
HAL&hal=AP_HAL_AVR_APM2; //Hardwareabstractionlayer
voidsetup（）
{
}
voidloop（）
{ uint16_tchannels[8]; //arrayforrawchannelvalues
//ReadRCchannelsandstoreinchannelsarray
hal.rcin->read（channels,8）;
//Copyfromchannelsarraytosomethinghumanreadable-arrayentry0=input1,etc.
uint16_trcthr,rcyaw,rcpit,rcroll; //Variablestostorercinput rcthr=channels[2];
rcyaw=channels[3];
rcpit=channels[1];
rcroll=channels[0];
hal.console->printf_P（
PSTR（"individualreadTHR%dYAW%dPIT%dROLL%d\r\n"）,
rcthr,rcyaw,rcpit,rcroll）;
hal.scheduler->delay（50）; //Wait50ms
}
AP_HAL_MAIN（）; //specialmacrothatreplace'soneofArduino'stosetupthecode（e.g.ensureloop（）iscalledinaloop）.
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）
longmap（longx,longin_min,longin_max,longout_min,longout_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。
我的loop（）函数现在看起来像，更换为测量最大最小杆位的Map功能。
我们也会改变函数类型，变为long型，以支持负数。
longrcthr,rcyaw,rcpit,rcroll; //Variablestostorercinput
rcthr=channels[2];
rcyaw=map（channels[3],1068,1915,-150,150）;
rcpit=map（channels[1],1077,1915,-45,45）;
rcroll=map（channels[0],1090,1913,-45,45）;
俯仰在杆位向前是是负的，翻滚或偏航在杆位向左是负的。
如果实际操控中不对，请调整到正确位置。
你现在应该输出这些值，并在串行接口上面观察数据。
理想状态下，当杆位在中间的时候，这些值应该为零（除了thr变量）。
调试最大最小值，直到合适为止。
这些数据会有一些扰动（在真值上下浮动）因为摇杆是模拟信号输出，所以会有1度到2度的偏差。
一旦你能够将你的四旋翼飞起来的时候，你就会考虑回到这里介绍均值滤波器。
确保向前倾斜，滚动和偏航为左时，数值为负数——如果不是的，请将Map函数前改为负函数。
当然你也要确保当你增加油门值时，实际油门值也会增加。
Controllingthemotors
控制电机
电机是由电调来控制的，他们的工作脉宽大约有1000us和2000us和无线接收机一样——脉宽为1000us意味着无，而脉宽为2000us意味着有。
电调被设定为接受50Hz的信号，但是大多数电机将5-10个储存的值平均后，再发送给电机。
这种模式也可以在四旋翼上使用，如果将平均滤波效应最小化，四旋翼会表现的更好。
因此，APM底层库的脉冲工作在490Hz，这意味着5到10个脉冲将会快速被平均，很大程度上减小了滤波效应。
在setup（）函数中，可以这样输出：
hal.rcout->set_freq（0xF,490）;
hal.rcout->enable_mask（0xFF）;
在你引用之后，让我们定义一下每个Mapping输出的电机名字——mapping的输出口名与四旋翼（Arducopter）使用的一样，只不过是从零开始而已。
（编程中从0开始命名，所以四个电机的命名是0到3，四旋翼四个电机则是1到4）
#defineMOTOR_FL 2 //Frontleft
#defineMOTOR_FR 0 //Frontright
#defineMOTOR_BL 1 //backleft
#defineMOTOR_BR 3 //backright
你的loop函数里，读取无线电信号后，将这个无线电阀值直接输出给电机
hal.rcout->write（MOTOR_
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