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在 APM 2 上使用 3DR 电台3DRobotics 的 3DR 电台是设置 APM 和地面站之间的遥测连接的一个理想的方式。它体积小，价格低，范围大，使用开源固件，允许我们做一些其他电台做不到的事情。 电台特性 体积非常小 重量轻（不含天线仅 4 克） 可选择 900MHz 或 433MHz 版本 接收灵敏度为 -121 dBm 发射功率为 20dBm（100mW） 透明的串行链路 空中的数据传输速率高达 250kbps MAVLink 协议帧和状态报告 跳频展频（FHSS） 自适应时分多路复用（TDM） 支持 LBT 和 AFA 可配置占空比 内建错误校正代码（可以矫正高达 25% 的数据位错误） 使用小全向天线可达数公里范围 可用双向放大器获得更大的范围 开源固件 AT 命令配置数传 RT 命令远程配置数传 与 APM 使用时自适应流量控制 基于 HM-TRP 无线模块，带有 Si1000 8051微控制器和 Si4432 无线模块。 连接 3DR 电台你将需要两个 3DR 电台，飞机上一个，地面站上一个。 如果你看上面的图片，会发现一些电台有一个USB接口，因此很容易连接到你的地面站上。FTDI 的驱动可以在这里下载。 飞机上的带有一个 FTDI 的连接器，可以直接连接到你的 APM 遥测端口。如下图所示，连接到 APM 2 上： 重要提示: 在你的 APM 2 连接到 USB 上时不能连接电台（它们共享同一个端口）。在尝试无线连接之前，确保你从 APM 2 上拔下了 USB 线缆。 电台预先配置的串口速率为 57600，也就是 APM 默认使用的遥测速率，但你可以通过 AT 命令或 APM Planner 的电台设置界面改变成任何你喜欢的速率。 状态 LED3DR 电台有 2 个状态指示灯，一红一绿。LED 不同状态的含义如下： 绿色 LED 闪烁 - 寻找另一个数传 绿色 LED 常亮 - 已经与另一个数传建立链接 红色 LED 闪烁 - 数据传输 红色 LED 常亮 - 固件更新模式 使用 Mission Planner 设置最新版本的 APM Mission Planner 可以通过简单的图形用户界面设置 3DR 电台。 在 Mission Planner (右上角)中选择已经连接至地面站的 3DR 设置串行端口，波特率请选择 57K。按下 Control-A，就会开启一个窗口。点击Load Settings，它的数据类似下图所示(远程设置只有在通电并且连接到运行当前代码的 ArduPlane 或 ArduCopter 时才会显示)。 推荐大多数用户使用这个配置方法。 串口和空中速率都是单字节格式SEIRAL_SPEED 和 AIR_SPEED 参数和 APM 使用的 SERIAL3_SPEED EEPROM 参数格式一样。它的单位是 kbps，但是截断成了整数。所以 9就是 9600 bps，38就是 38400，115就是115200，依此类推。 选择空中数据传输速率AIR_SPEED 是电台模块控制传输速率的关键参数。预设为 64(指 64kbps)，使用全向天线的传输范围可超过1公里。 将 AIR_SPEED 设的越小，传输范围就愈远，不过降低了 AIR_SPEED 也会降低你可传输的数据量。 电台韧体只支持 13 种空中数据传输速率，包括2, 4, 8, 16, 19, 24, 32, 48, 64, 96, 128, 192 及 250。 如果你的无线运用因为一些原因需要使用不同的速率，我们可能会增加至注册表。 如果你选择了一个未支持的速率，程序就会选择下一个支持的最高速率。 空中数据速率的选择，取决于以下几个因素 需要多大的范围 要传输的速率 主要是单向传输还是双向传输 是否开启了 ECC APM 固件是否有自适应的流量控制 在大部份的遥测应用，主要都是集中在从飞机到地面站这一个方向发送数据。 对大多数人，由地面站飞机发送给飞机的数据量很小，只有偶尔的控制包和心跳包。 如果你是使用游戏遥杆操控你的飞机，那么就会从地面站向飞机发出很多数据。在这种情况下就要需要一个较高的 AIR_SPEED，但是范围会减少。 在给定的 AIR_SPEED 下，ECC 参数会使支持的传输速率有很大的不同。 如果把 ECC 设为 0，就不会发出任何的错误修正信息，电台使用一个简单的16 Bit CRC 来检测传输错误。 在这种情况下，电台支持的在一个方向的数据传输大约是 AIR_SPEED 的 90%。 如果你开启 ECC(强烈建议)，传输速率就会被减半。ECC 系统加倍数据。 但这是值得的，错误率将会急剧下降，在较远的范围时能得到一个更加可靠的连接。 如果你有最新版本的 APM 固件(ArduPlane 2.33 或以上，或者 ArduCopter 2.54 或以上)，APM 将会根据数传固件在 MAVLink 流中插入的 MAVLink RADIO 包自动调整对应遥测电台模块的速率。 这样就可以允许你超额定义连结，即将 SERIAL_SPEED 设置成大于电台实际上可以处理的。 选用数据传输速率的另一个因素是 TDM 同步时间。 两个数传需要计算对方的跳频模式。原理是在快速变化发射通道的同时缓慢变化接收通道。 这个与其它电台同步的程序在较高的数据传输速率时只需要短短几秒钟，但使用较低的传输速率则较慢。 对于大多数业余无人机应用，通常将 AIR_SPEED 预设为 64，再开启 ECC 的功能就已经很好了。 错误修正器如上所述，如果你的 ECC 参数设置为1，电台就会支持 12/24 格雷错误纠正代码。 这意谓着每 12 位的数据电台就会送出 24 位，位计算是利用格雷代码参照表。 在接收端的过程是相反的，允许电台校正在每12位发送位中的3位错误(即25错误率)。 ECC选项的缺点是，它的可用带宽会减半，但在大多数的状况它是值得的，你可以在较远的范围内维持可靠的连结。 在串流中你会收到更少的噪声。 MAVLink 框架如果你把 MAVLINK 的选项设为 1，电台将会处于MAVLink 框架下。 MAVLink 协议 APM 用于向地面站传输遥测数据。 当使用 MAVLink 框架，电台会尽力根据 MAVLink 数据包边界来对齐电台数据包。 意思是如果数据包丢失了，你的接收端不用会收到一半 MAVLink 封包 。 这部分封包在地面站控制面板上会显示成线性噪声。 电台固件会试着把多个 MAVLink 封包融入至一个无线数据包，一边达到最好的效率。 最大的电台数据包大小为 252 bytes。 电台的固件支持 MAVLink 0.9 及 MAVLink 1.0 的传输格式。 MAVLink 回报如果你把 MAVLINK 设为 1，电台固件也会去寻找串行端口发出的 MAVLink HEARTBEAT 讯息。 当它收到 HEARTBEAT 的讯息它就会知道 MAVLink 协议正在使用中，它将开始向串行流中注入 MAVLink 电台状态数据包。 电台数据包含链路两端的 RSSI (Received Signal Strength Indicator) 信息，可以让地面站或飞机在信号不好的时候采取动作。 电台数据包也包含了错误率的相关信息，以及串行传输缓冲区是否足够(百分比)。 最新版本的 APM 固件可以使用这个信息来自动地配接遥测串流速率至电台能够维持的数据速率。 功率等级你必须非常小心配置电台，在操作时应遵照该国的法律权力限制。 默认的功率等级为 20 dBm 是美国及澳洲所核可的，超过 30 dbm 就需要在跳频调频 915-928MHz LIPD 等级的执照。 所以只要你的天线低于 10 dBi 的增益，你应该就有符合 ISM 的规定。 电台无法支持任意的功率级别。它只能支援下表中的功率级别 Power (dBm) Power (milliWatts) 1 1.3 2 1.6 5 3.2 8 6.3 11 12.5 14 25 17 50 20 100 如果你选择一个不支持的功率级别电台，将选择从上述表中的下一个最高功率级别。 请仔细的检查贵国 EIRP (Equivalent isotropically radiated power) 的功率限制，确保你考虑到的天线增益。 3DR 电台是一个 DIY 的电台零件，确保使用它是符合地方性法规是你的责任。 例如，如果你的地方性法规允许 30dBm (1W) EIRP 的最大值，如果你使用的发送增益是 12dB 的传送增益，天线的增益是 3dBi，你的 TXPOWER 最大只能设定为 14。 如果你不知道如何校验，我们为你做了一个指南: 认识 dB、Watts 及 dBm。 使用 AT 命令设定3DR 电台支持变种的 Hayes AT 调制解调器配置命令。 如果你的串行控制台使用目前串行波特率与 3DR 电台连接，你可以输入+告知电台进入 AT 命令模式。 为了防止数据被一连串命令所影响因此有一个防护时间，所以请确认你在序列连接时在一秒前没有输入任何的字符及在你输入之后也是。 当你进入 AT 命令模式你会从电台收到OK的提示，它会由其他的电台发出停止传送数据。 一旦进入 AT 模式，你可以给电台AT命令来控制本地端的电台，或者(如果已成功连接)你可以使用RT命令来控制远程的电台。 可用 AT 命令如下： ATI - 显示电台版本 ATI2 - 显示机板型态 ATI3 - 显示机板频率 ATI4 - 显示机板版本 ATI5 - 显示所有用户设定的 EEPROM 参数 ATI6 - 显示 TDM timing 回报 ATI7 - 显示 RSSI 讯号回报 ATO - 离开 AT 命令模式 ATSn? - 显示电台参数编号 n ATSn=X - 设定电台参数编号 n 到 X ATZ - 重启电台 AT&W - 写入目前参数值至 EEPROM AT&F - 重置所有参数至出厂默认值 AT&T=RSSI - 开启 RSSI 侦错回报 AT&T=TDM - 开启 TDM 侦错回报 AT&T - 关闭侦错回报 所有这些命令，除了ATO，大多可用于连接的远程电台取代“AT”与“RT”。 最有用的命令可能是“ATI5”，它可以显示所有用户可设置 EEPROM 参数。 这将产生一个像这样的报告： S0: FORMAT=22S1: SERIAL_SPEED=57S2: AIR_SPEED=64S3: NETID=25S4: TXPOWER=20S5: ECC=1S6: MAVLINK=1S7: OPPRESEND=1S8: MIN_FREQ=915000S9: MAX_FREQ=928000S10: NUM_CHANNELS=50S11: DUTY_CYCLE=100S12: LBT_RSSI=0如果你想要变更参数，请于第一行的 S 缓存器设置。为了示范，这边把传输功率设为 10dBm，使用ATS4=10。 大多数的参数会在下次重启时生效。所以设置完你想要的参数后请使用AT&W将它们写入至EPROM，重启请使用ATZ。 唯一的例外是发射功率，设置完后会立即改变(在重启后会恢复到旧的设定值除非你使用 AT&W)。 各参数的定义如下: FORMAT - EEPROM 的版本格式。不要变更它! SERIAL_SPEED - 序列速度，单位是字节(请见下文) AIR_SPEED - 空中数据速率，单位是字节 NETID - 网络 ID。你要互相沟通的电台模式皆需相同 TXPOWER - 传输功率单位 dBm。最大值为 20dBm ECC - 开启/关闭 golay 错误修正代码 MAVLINK - 开启/关闭 MAVLink 框架及回报 MIN_FREQ - 最小频率，单位是 kHz MAX_FREQ - 最大频率，单位是 kHz NUM_CHANNELS - 跳频频道数 DUTY_CYCLE - 允许发送的时间百分比 LBT_RSSI - Listen Before Talk 条件(请见下文) 两个电台通讯必须要有相同的： 电台韧体版本 the AIR_SPEED the MIN_FREQ the MAX_FREQ the NUM_CHANNELS the NETID ECC 设定 LBT_RSSI 设定 在链接的两端，其他设置可能会有所不同，虽然你通常会把两边设置为相同。 支持不同的国家/地区找出哪些国家或地区的当地法规的频率是非常重要的，跳频信道、功率等级，3DR 电台可以正确配置并符合您的地方法规。 这里有些通用数据可以帮助你了解。 Region Radio Model Settings Standard USA 3DR 900 MIN_FREQ=902000 MAX_FREQ=928000 NUM_CHANNELS=50 FCC 15.247 Canada 3DR 900 MIN_FREQ=902000 MAX_FREQ=928000 NUM_CHANNELS=50 RSS-210 Annex 8.1 Australia 3DR 900 MIN_FREQ=915000 MAX_FREQ=928000 NUM_CHANNELS=20 LIPD-2000 item 52 Australia 3DR 433 MIN_FREQ=433050 MAX_FREQ=434790 TXPOWER=14 LIPD-2000 item 17 Europe (most countries) 3DR 433 MIN_FREQ=434040 MAX_FREQ=434790 TXPOWER=30 ETSI EN300 220 7.2.3 Europe (most countries) 3DR 433 MIN_FREQ=433050 MAX_FREQ=434790 TXPOWER=8 DUTY_CYCLE=10 ETSI EN300 220 7.2.3 United Kingdom 3DR 433 MIN_FREQ=433050 MAX_FREQ=434790 TXPOWER=8 DUTY_CYCLE=10 IR2030/1/10 New Zealand 3DR 900 MIN_FREQ=921000 MAX_FREQ=928000 Notice 2007, Schedule 1 New Zealand 3DR 433 MIN_FREQ=433050 MAX_FREQ=434790 Notice 2007, Schedule 1 Brazil 3DR 433 MIN_FREQ=433000 MAX_FREQ=435000 TXPOWER=11 Resoluo ANATEL n506/2008 Brazil 3DR 900 MIN_FREQ=915000 MAX_FREQ=928000 NUM_CHANNELS=26 Resoluo ANATEL n506/2008 我们很高兴这表格有越来越多的国家！请这个讯息张贴在论坛上，这个连结代表适用的法规和信息。此外，请指出，现有的表格中的任何错误。 请注意，上述表是大多数的使用者无需任何特殊的许可。如果你的应用程序需要特定的许可证或一个业余牌照，那么你就应该知道什么规则是适用于您。 最后，您有责任遵守。3DR 电台模块是个“DIY”电台零件，你需要确保你的使用是符合当地法规。请仔细检查您的地方性法规。 可用频率范围下表可能有帮助你使用符合当地的电台法规的方式将两个电台模块连接起来 电台模块 最小频率 (MHz) 最小频率 (MHz) 3DR 433 414.0 454.0 3DR 900 895.0 935.0 Duty Cycle(工作周期)设置大多数的使用者会将 DUTY_CYCLE 设为 100。DUTY_CYCLE 就是最大电台传输封包的时间百分比。 duty cycle 被列入的原因是世界上有些地区允许更高的发射功率或更多的频率，如果你的 duty cycle 在某个数值以下都是可以被使用的。 所以例如在欧洲，如果你的 duty cycle 不超过 10%，你可以使用 433 的带宽传输。 当您的 duty cycle 设定低于 100%，你可用带宽将会减少，所以你会发现最好的运作方式是遥测模块使用较高的波特率。 由 APM 上使用 10% 的 duty cycle 来取得良好的遥测仍然相当实用，但遥测模块的通讯任务相当bursty(丛发性)，所以平均传输时间普遍不高。 例如你把 AIR_SPEED 设为 128 启动 ECC 并且 DUTY_CYCLE 设为 10，就可以很容易的接收到所有的 2HZ 的遥测讯号。 你只要将 DUTY_CYCLE 设置为 0 ，就可以把电台设置为接收端。运作时最好可以将 NUM_CHANNELS 设成较低的号码，否则，时序同步(clock synchronisation)会变得很差。 Listen Before Talk (LBT)3DR电台模块可以实现listen before talk (LBT)功能，使其能够符合更广泛的区域监管要求。LBT的是一个电台需要听一段时间，看看是否有其他电台信号，然后才允许传输的系统。你的电台经过非零 LBT_RSSI 的数值会变得更加“polite(井然有序)”，等到其他人已停止传输自己才会开軩传输。 要在电台模块启用 LBT 你必须先设置 LBT_RSSI 参数。电台会认为这个迹象的信号强度，表示该信道是被占用的。 如果你将 LBT_RSSI 设为 0，LBT 就是关闭。 最小值不得为 0，我们设 25，表示在接收灵敏度(-121 dBm)以上几dB。要设置 LBT_RSSI 你需要知道 LBT 功能的电台地方法规的讯号等级。 每个增加量超过 25 的 LBT_RSSI 等于 0.5dB 以上的电台接收端灵敏度。所以，如果你设置 LBT_RSSI 为 40，电台就会考虑通道是空的，但这个要在讯号强度低于 7.5dB 的接收端灵敏度。 另外，您可以使用这个公式取得 dBm 的接收信号强度： signal_dBm = (RSSI / 1.9) - 127这个公式是近似值，但已经相当接近。更精确的图 请见 Si1000 数据表。 需要查询您当地的监管要求，看看你应该使用什么样的 LBT_RSSI 设置。 LBT 在 3DR 电台的实行，是使用 5ms 的最低接收时间，加上随机接收时间与欧洲 9.2.2.2 的规则相同。 请注意，在许多地区，您需要结合 AFA(Adaptive Frequency Agility)来执行 LBT。3DR 电台已实现 AFA 只要你将 NUM_CHANNELS 的设置大于 1。 技术祥解在进行评估时，如果这个电台符合您的地方性法规，可能有助于知道它使用什么技术。 韧体使用同步分时多任务(time division multiplexing, TDM)来执行跳频式展频(frequency hopping spread spectrum, FHSS)。 具体来说，电台将 MIN_FREQ+delta 和 MAX_FREQ-delta 之间的频率范围划分成 NUM_CHANNELS 的通道。delta表示一个保护范围，以确保我们保持并远离允许带的边缘。保护范围设置为通道宽度的一半。通道宽度定义为： channel_width = (MAX_FREQ - MIN_FREQ) / (NUM_CHANNELS+2)另外，电台会使用一个以 NETID 为基础的随机种子，扭曲基频增加到一个以上的通道。这意味着两个电台使用不同 NETID 号码，频率就会略有不同。 电台使用 GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)对某一特定频率的传输。 TDM 工作原理是把时间画分成数个 16us 的片段(时槽)。时槽的最大停留时间在任何频率下皆是 0.4s(这是为了符合美国法规)。TDM 算法工作原理如下： EEPROM的参数决定了一组 TDM 参数的设定，特别是发射窗口和静止期，都是以16微秒为单位。你可以使用 ATI6 浏览结果。 发射窗口缩放允许3个全尺寸封包被传送 对于给定的数据速率，静止期等于两倍的封包延迟。 两个电台自动加入13位的时槽信息到所有封包来同步它们的时序。时槽的单位是 16us。 每个无线在转换时只会处于发射状态。所以电台取得一个发射窗口的时间值，然后只要不是电台发射时就会有一个静止期，接下来其他的电台就会轮到它。我们绝对不会有电台同时发射的状态。 发送通道会被组成基于 NETID 的随机序列 静止期间，每一轮完整的 TDM，频率会被变更为下一个通道的两倍 当没有发射时，数据会在串行端口 2048 byte 的缓冲区进行缓冲 为了预防缓冲区太多数据(增加延迟和过载的风险)电台连接的设备会发送缓冲区是否已满的信息。APM 的代码配置少量的遥测速率来保持缓冲的数据量是合理的。 TDM 算法也具有自适性，意思是说，当轮到电台 A 传送，它可以送出一个小讯息给电台 B 说我现在不需要送什么，你可以休息片刻。这就是非对称负载自动平衡的连接。 在另一个电台初始搜索的期间，任何时间的连接都是不存在的，电台进入模式后，它们移动接收频率非常缓慢，但是会用正常的速率移动发射频率。这使得两个电台找到彼此的初始时序同步。这需要多长时间取决于信道的数目、空中数据传输速率和封包遣失率。 在某些地区，你可能需要知道每个通道内的辐射能量分布。这取决于许多因素，但主要是用于 GFSK 调制频率偏差。下列公式会给你一个频率偏差估计： frequency_deviation = air_data_rate * 1.2 min freq deviation = 40 max freq deviation = 159其中 frequency_deviation 的单位是 kHz，air_data_rate 的是每秒 1K 位。 很长的范围请使用双向放大器3DR 电台可以结合双向放大器，以扩大覆盖范围到很长的距离。 Shireen有很多成功的测试放大器。 Shireen 很好心捐出一个 900MHz 的放大器，让我们可以测试 900MHz 的 3DR 电台。 该放大器增加 12dB 发射增益和 18dB 的接收增益，当电台启动和停止传输时，会在发送和接收模式之间自动切换 。 它可以运行在 UBEC 的5V，或者可以使用2S或3S 的锂电池接上内建的开关稳压器。 我们在澳大利的亚堪培拉，两山之间约7.6公里链接测试放大器。 一端我们使用简单的线型天线，另一端使用 eBay 上便宜的 3.5dBi omni 天线，外加一台 Shireen 放大器。 这是试验平台没有加上放大器 使用以下的设定： S0: FORMAT=22S1: SERIAL_SPEED=9S2: AIR_SPEED=24S3: NETID=25S4: TXPOWER=14S5: ECC=1S6: MAVLINK=1S7: OPPRESEND=1S8: MIN_FREQ=915000S9: MAX_FREQ=928000S10: NUM_CHANNELS=50我们发现7.6 km 的范围通讯的效果还不错。 然后我们逐步降低两端链结的发射功率，以量测“衰落余量”，这使我们能够估计在满功率电台能传输多远。 进行测后，我们发现约 12dB 时两端的讯号会有衰减，这意味着电台应该能够维持在约4倍的范围内。 请注意，如果你使用一个放大器(或高增益天线)，你需要非常小心，不要超过您的当地法规所允许的 EIRP 等级。 监控联机质量如果你的地面站有支持 MAVLink，飞行时你可以使用它来监控 3DR 电台联机质量。RADIO.rssi 及 RADIO.remrssi 这两个是关键参数。 第一个是 RSSI (信号强度)等级是本地端接收电台的信号强度。remrssi 参数则是远程接收电台的 RSSI。 这里是典型的 RSSI，在我们飞场的飞行图表。 RSSI 规模约为 1.9倍 dBm