空中机器人自动驾驶仪的使用说明

1、iFLY40自动驾驶仪 用户使用手册(版本 1.1 iFLY Technology 目 录1简介 (11.1iFLY40型自动驾驶仪特性 (11.2本手册的使用方法 (41.3技术支持 (51.4关于本手册和iFLY40自动驾驶仪的声明 (52使用前的安装 (62.1对外接口 (62.2电源 (82.3GPS天线 (92.4通讯链路 (102.5RC遥控器接收机及手自动切换 (112.6外部电压监控 (142.7舵机扩展板 (143通讯服务程序SRV100的使用 (173.1通讯服务程序SRV100介绍 (173.2通讯服务程序SRV100使用方法 (184地面控制软件GCS300的使用 (2

2、24.1GCS300介绍 (224.2GCS300的使用方法 (244.3航线及任务规划方法 (335自动驾驶仪参数调整 (42 5.1第一次起飞之前的检查 (425.2手动驾驶飞行检查 (435.3参数的存储和读入 (445.4系统设置参数 (465.5系统校准参数 (475.6舵机参数 (485.7PID通道参数 (525.8系统安全保护参数 (60附录 (64附录A iFLY40自动驾驶仪出厂默认参数组 (64附录B iFLY40自动驾驶仪遥测回传协议 (65附录C 使用MapInfo将卫星照片加入电子地图的方法 (71附录D iFLY40自动驾驶仪简明调飞流程 (78 1简介1.1 i

3、FLY40型自动驾驶仪特性集成GPS接收机、三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计、气压高度计和气压空速计、数字磁罗盘双ARM7TDMI内核CPU,分离的任务导航和飞行控制计算16通道GPS接收机,4Hz输出,35秒快速定位时间,2.5米CEP精度三维航迹和航速保持,多种航迹跟踪模式选择基于捷联姿态解算和双矢量姿态解算的数据融合,在稳定控制的基础上实现姿态控制反馈PID和前馈式控制算法,保证良好的飞行姿态由混合分配表输出舵面舵机,可方便的设置混控和调整中位包含电子地图功能的地面站软件,可在线更改航线和任务,可实时进行半自主式遥控,并可以实时记录飞行数据和离线回放包含路由能力的通讯服务,可以方便

4、的形成无人机组网系统,且协议对用户开放独立的手动/自动切换模块,更好的可靠性和可用性,兼容所有常见RC设备,并提供RC遥控超距监测和保护功能可在线调整和保存所有控制参数,附带使用方便的独立式参数调整软件可实时遥测飞行状态数据,自动驾驶仪内部的在线数据记录时间可达6.8小时(所有遥测数据全部记录包含主电源电压过低、舵机电压过低、GPS定位精度过低、高度过低、高度过高、速度过低、姿态超限、用户自定义等各种特殊情况下的应急处理机制支持RS-485、RS-422、RS-232、TTL电平等多种接口的数据链路体积仅70×35×35mm,重量仅57g,功耗仅160mA7.2V 常规、V

5、尾、升降副翼等各种布局形式的中小型飞行器自动导航和驾驶各种飞艇的自动导航和驾驶各种地面或水下自治机器人的自动导航和驾驶机载随动云台的全自动定向控制和半自动增稳控制飞行过程中的高精度实时数据采集、图像位置同步等多无人机及地面站组网系统表1.1(若无特别备注,指常温25下的值项目最小值标准值最大值单位备注主供电电压 6.0 7.2 10.0 V手自切换供电电压 4.5 5.0 5.5 V 与RC接收机共用7.2V供电主供电电流 160 mA仅指手自切换部分手自切换供电电流 20 mA 高度测量范围-500 5500 m 海平面高度,可定制空速测量范围 0 80 m/s可定制加大GPS地速测量范围

6、0 350 m/s重复精度,CEP 水平导航精度 2.5 m气压高度精度 2 m重复精度恒定温度条件下气压空速精度 1 m/s可设置航点个数 30组航线,每组144个航点含10组制式航线输出舵面舵机 4 路 项目最小值标准值最大值单位备注输出油门舵机 1 路输出任务舵机 1 5 路可扩展至5路舵机输出分辨率 1024舵机更新频率 50 HzPID控制频率 20 Hz数据遥测频率 1 5 10 Hz可定制调整开机启动时间 35 120 sRS-232波特率 1200 9600 115200bps 用户可调整可定制调整CAN总线速率 500k bps组网无人机数 1 15 架组网地面站数 1 15

7、 台工作温度 25 保存温度 25 不含外壳体积 70(长×35(宽×35(高 mm体积 113(长×42(宽×46(高 mm 含普通外壳不含外壳重量 57 g含普通外壳重量 135 g 1.2 本手册的使用方法第2章是使用前的安装,将介绍如何把iFLY40型自动驾驶仪安装在用户的无人飞行器上,并与无人飞行器系统的其他部分正确连接。用户将iFLY40型自动驾驶仪安装于无人飞行器上之前,应仔细阅读本章内容。第3章是通讯服务程序SRV100的使用,将介绍SRV100的使用方法和配置方法。第4章是地面站软件GCS300的使用,将介绍GCS300软件的各项功能和

8、相应的使用方法,包括遥测操作、记录及回放操作、地图设置、航线编辑、航线上传及下载、姿态遥控、位置遥控等内容。第5章将按调整一架无人飞行器参数的过程为顺序,详细介绍如何在自动驾驶之前检查飞行器与iFLY40的配合情况,然后如何确定与飞行器相关的各个参数,确定各个PID控制回路的参数,确定与导航相关的各个参数,并最终找出最佳的参数值。PID:(Proportion Integral Differential比例、积分和微分UA V:(Unmanned Air Vehicle无人机GCS:(Ground Control Station地面控制站SRV100:(Service 100iFLY通讯服务程

9、序ADJ200:(Adjust 200iFLY参数调整程序MEMS:(Micro ElectroMechanical Systems微机电系统GNC:(Guidance Navigation Control导航制导与飞控系统IMU:(Inertial Measurement Unit惯性测量单元GPS:(Global Position System全球卫星定位系统TTL:(Transistor-Transistor Logic晶体管-晶体管逻辑(电路UART:(Universal Asynchronous Receiver Transmitter通用异步收发器(即串口 RS-232:由EIA定

10、义的串行接口的电子与电缆链接特性的标准(一般特指RS-232C CAN:(Controller Area Network由德国Bosch公司推出的一种工业现场总线 对于本手册中出现的一些常用符号,解释如下:提示:某个问题或现象的解释,或是与之相关的其他内容的链接技巧:在进行某些操作时可以使操作简化或快捷的小技巧禁止:严禁的操作或情况,否则可能引起设备的永久损坏或其他严重后果注意:一些需要特别关注的问题或现象1.3 技术支持通过Web网站我们的互联网站是http:/www.ifly-,用户可以随时访问此网站,浏览各种信息(包括FAQ信息,并在留言本上提问,我们将在第一时间回答您的问题。通过电话及

11、传真我们的电话是010-*,传真是010-*(传真前请先打电话告知。通过Email我们的Email是iflytech,用户可以随时向此邮件地址发送邮件,我们将在第一时间回答您的问题。1.4 关于本手册和iFLY40自动驾驶仪的声明用户使用iFLY40自动驾驶仪,即视为自动接受本声明。请用户在使用iFLY40自动驾驶仪之前仔细阅读本手册,如有任何不明白的问题,请联系我们的技术支持。iFLY40自动驾驶仪属于中华人民共和国政府规定的特殊航空器材设备,用户应对任何处置iFLY40自动驾驶仪的行为负责。iFLY Tech不对任何由于用户使用iFLY40不当而引起的损失负责。iFLY Tech也不对任何

12、不是由iFLY40自动驾驶仪质量问题引起的损失负责。iFLY Tech保留在事先未通知用户的情况下,对本手册的任意部分进行修改的权利。 2 使用前的安装2.1 对外接口iFLY40型自动驾驶仪提供了用户可选购的对外接线板,使用对外接线板时接线较为方便。但是,对外接线板不是完全屏蔽的。所以,如果用户更愿意自行接线,或用户对接线有屏蔽要求时,请参考下述内容。iFLY40型自动驾驶仪使用的26针插头的管脚定义如下:12345678910111213 图 2.1 26针插头的管脚编号定义(从自动驾驶仪前面板看表2.1 26针插头管脚定义 编号 名称 定义1 SERVO -IN1 RC 遥控器接收机信号

13、输入12 SERVO -IN2 RC 遥控器接收机信号输入23 SERVO -IN3 RC 遥控器接收机信号输入34 SERVO -IN4 RC 遥控器接收机信号输入45 SERVO -IN5 RC 遥控器接收机信号输入56 SERVO -IN6 RC 遥控器接收机信号输入67 SWRC 遥控器接收机信号输入SW ,用于手自动切换 8 S2RC 遥控器接收机信号输入S2,必须与SW 短接 9 VCCS手自切换部分供电电源正 10 GNDS手自切换部分供电地 11 SERVO -OUT1舵机信号输出1 12 SERVO -OUT2舵机信号输出2 13 SERVO -OUT3舵机信号输出3 14

14、SERVO -OUT4舵机信号输出4 15 SERVO -OUT5舵机信号输出5 16 SERVO -OUT6舵机信号输出6 17 TXD通讯链路串口发送(TTL 电平 18 RXD 通讯链路串口接收(TTL 电平 19 VCC5 自动驾驶仪输出5V电源正20 GND5 自动驾驶仪输出5V地21 CANH CAN总线H22 CANL CAN总线L23 AIN1 外部电压监控124 AIN2 外部电压监控225 VCCM 主电源供电电源正26 GNDM 主电源供电地提示:如果26针插头被损坏,用户可向iFLY Tech提出维修如果用户使用对外接线板来连接外部的设备,请参考下面的内容。当使用对外接

15、线板时,接线板与iFLY40自动驾驶仪之间应使用转接线连接(转接线跟随对外接线板一起销售。转接线的一端是26针带锁插头,用户在插拔时应将插头两侧的锁定按钮按下,松开按钮后将自动锁定。用户应在在插好插头后仔细检查,保证插接可靠。注意:带锁插头的插拔次数有寿命限制,不应经常进行插拔操作对外接线板面板如下图所示: V SERVUARTCANAINV MAIN图 2.2对外接线板面板对外接线板面板的定义为: 表2.2对外接线板面板定义 编号名称定义1 V SERV 手自动切换部分电源输入(同时也为RC遥控器接收机和舵机供电,即自动驾驶仪前面板上的VCCS和GNDS引脚排列:A-未连接,B-VCCS,C

16、-GNDS2 UART通讯链路接口,TTL电平的RS-232接口引脚排列:A-接收,B-发送,C-GNDM,D-VCC53 CANCAN总线接口,用于自动驾驶仪的扩展引脚排列:A-CANL,B-CANH,C-GNDM,D-VCC5 4 AIN外部电压监控接口,即自动驾驶仪前面板上的AIN1和AIN2引脚排列:A-AIN1,B-AIN2,C-GNDM5 V MAIN主电源输入,即自动驾驶仪前面板上的VCCM和GNDM引脚排列:A-未连接,B-VCCM,C-GNDM6 SERVO-IN1SERVO-IN6RC遥控器接收机信号输入引脚排列:A-信号输入,B-VCCS,C-GNDS7 SW手自动切换信

17、号输入引脚排列:A-信号输入,B-VCCS,C-GNDS 8 S2 必须与SW短接9 SERVO-OUT1SERVO-OUT6舵机信号输出引脚排列:A-信号输出,B-VCCS,C-GNDS提示:如果标准版对外接线板或转接线被损坏,用户可向iFLY Tech提出维修2.2 电源iFLY40自动驾驶仪的主供电(即VCCM和GNDM电压是6.0V-10.0V,推荐的供电电压是7.2V,可使用2节锂电池串联供电。iFLY40自动驾驶仪的手自动切换部分为单独供电(即VCCS和GNDS,供电电压是4.0V-8.0V,推荐的供电电压是4.8V,可使用4节镍氢电池串联供电,这与一般的航模供电方式是兼容的。手自

18、动切换部分、RC遥控器接收机、舵机是使用的同 一个电源,用户在自行接线时需注意这一点。使用对外接线板接线时,只需将电池插入舵机供电口即可,内部已经将手自动切换部分、RC 遥控器接收机的电源连接好。 禁止:不得使用超过规定电压范围的电池给主电源供电,否则可能引起iFLY40自动驾驶仪内部器件的永久损坏 禁止:不得使用超过规定电压范围的电池给手自动切换部分供电,否则可能引起iFLY40自动驾驶仪内部器件的永久损坏,或者引起手自动切换功能不可靠的现象提示:如果用户确实需要使用高于8.0V 的电压给舵机供电,请用户使用独立的舵机供电电池,并与自动驾驶仪的舵机输出共地。下图为参考接线图 舵机自驾仪舵机信

19、号输出GND独立舵机电源正舵机信号GND图 2.3 舵机独立供电接线参考2.3 GPS 天线iFLY40自动驾驶仪一般使用普通的平板式GPS 天线,如下图所示。这种天线接收信号的能力较强,并且能有效克服地面反射的虚假信号。这种平板式GPS 天线一般是主动式的,可选择供电电压是3-5V 的天线型号。在安装时,应注意将天线的上表面向上,且水平放置,周围不应有金属遮挡物,最好能保证GPS 天线安装于机体的最上方。另外,在平板式GPS 天线中一般放置有便于吸附的磁铁,请用户将其取出,改用其他方法安装,以免干扰自动驾驶仪内部电子罗盘的正常工作。在GPS 天线周围也不应有发射天线,例如通讯链路的天线或图像

20、链路的发射天线;如果发射天线靠的太近,会使 GPS 天线接收到的噪声信号增大,从而引起定位 不稳定、定位误差增大等,严重时可能无法定位。 图 2.4 平板式GPS天线注意:发射天线不应离GPS天线太近;如果出现GPS无法定位、或者定位不稳定的现象,请尝试将发射天线远离GPS天线iFLY40自动驾驶仪上用于GPS天线连接的是SMA射频同轴连接器,用户需要更改GPS天线电缆的长度的时,请注意保证信号线的良好导通和屏蔽层的屏蔽效果,否则可能会出现GPS无法定位、或者定位不稳定的现象。2.4 通讯链路通讯链路并不是iFLY40自动驾驶仪内部的一个模块,用户应使用外置的通讯链路模块来实现iFLY40自动

21、驾驶仪和地面控制软件(GCS300之间的通讯。通讯链路的选择基本上取决于用户的具体应用,如果用户的飞行器只在半径2公里的范围内作业,那么一套普通的数传模块即可胜任;而如果用户需要在200公里外监视飞行器的飞行状态或控制飞行器,那么就需要一部高级的扩频电台了。iFLY40自动驾驶仪使用的通讯链路一般应是双向的。上行链路负责传送地面人员发出的命令,传送航点规划等。下行链路则负责传送飞行状态等遥测信息。iFLY40自动驾驶仪与通讯链路之间的异步串行接口可以是RS-232、RS-422、RS-485或者TTL电平,默认TTL电平。用户需要为通讯链路提供单独的供电电源,如果用户使用对外接线板来连接机载通

22、讯链路,那么可以将通讯链路的TTL电平数据线连接到对外接线板的UART口上(接收、发送和GNDM三根线。如果用户的通讯链路只提供标准RS-232电平的接口,那么可以通过一个带电平转换的串口线进行连接,对外接线板UART口上的VCC5可以为电平转换的芯片提供电源。提示:如果用户需要带电平转换的串口线,请联系iFLY Tech 提示:iFLY40自动驾驶仪也可提供其他种类的通讯链路接口,如果用户需要,请在购买前提出2.5 RC遥控器接收机及手自动切换如果在iFLY40自动驾驶仪的自动驾驶之外,用户还需要使用一套RC遥控器来对飞行器进行手动驾驶,那么请按照下述内容进行RC遥控器接收机的安装。iFLY

23、40自动驾驶仪要求使用具备失控保护功能(FailSafe,F/S的RC遥控器接收机,一般来说PCM型接收机都具备这种功能。在iFLY40自动驾驶仪中占用RC遥控器的一个通道来实现手自动切换功能,这个通道在iFLY40自动驾驶仪的接口中是固定的,即SW,一般可以将这个接口连接到RC遥控器接收机的CH5及其以后的任意一个通道上。 注意:iFLY40自动驾驶仪要求使用具备失控保护功能(FailSafe,F/S的RC遥控器接收机,请用户参阅所使用RC遥控设备的说明书进行确认用户自行接线时,RC遥控器接收机和舵机的连接方式如下图所示,其中4.8V电源即是VCCS和GNDS。图中同时表达出了iFLY40自

24、动驾驶仪中手自动切换部分的原理,SW用来接收手自动切换信号。用户在SERVO-IN1SERVO-IN6上输入的信号与控制计算处理器输出的信号一一对应,切换模块负责在它们之间切换。注意在同一时刻,SERVO-OUT1SERVO-OUT6要么全部来自RC遥控器接收机(即SERVO-IN1SERVO-IN6,要么全部来自控制计算处理器。用户可以选择RC遥控接收机上CH5及其以后的任意一个空闲通道连接到SW。但是在RC遥控器发射机上,对应SW的通道必须能设置到一个拨动开关上(用于手自动切换,关于RC遥控器发射机上有关这个通道的进一步设置,将在稍后讲到。 iFLY40自动驾驶仪图 2.5 用户自行接线时

25、RC遥控器接收机和舵机的连接方式 而使用对外接线板接线时,RC遥控器接收机和舵机的连接方式如下图所示。可以看到,使用对外接线板时,连线工作将大大简化。用户只需连接SERVO-IN1 SERVO-IN6、SW、BATT,另外将舵机连接到的SERVO-OUT1SERVO-OUT6上。与用户自行接线时一样,在同一时刻,SERVO-OUT1SERVO-OUT6要么全部来自RC遥控器接收机(即SERVO-IN1SERVO-IN6,要么全部来自控制计算处理器。 图 2.6 使用对外接线板接线时RC遥控器接收机和舵机的连接方式RC遥控器发射机上设置的目的是,当拨动开关处于自动位置时,SW上应接收到大于+90

26、%的舵量信号,当拨动开关处于手动位置时,SW上应接收到小于-90%的舵量信号。另一方面,当RC遥控器接收机丢失信号(即超出遥控范围时,SW 上应接收到大于+90%的舵量信号(即处于自动状态,所以这个通道上必须使用失控保护功能(FailSafe,F/S。下面我们以Futaba FF9遥控器为例,介绍一下设置方法。我们选择CH7对应SW。首先,在FF9中打开BASIC菜单中的PARAMETER,设置MODUL:PCM。然后,在FF9中打开BASIC菜单中的AUX-CH,设置CH7: SW-G。接下来,在FF9中打开BASIC菜单中的REVERSE,设置7:AU1-NOR。最后,在FF9中打开BAS

27、IC菜单中的F/S,设置7:AU1-F/S+92%。 图 2.7 用于手自动切换的FF9遥控器这样,我们在使用时, SW-G打到上边时iFLY40识别为自动,打到下边时iFLY40识别为手动。而RC遥控在有效距离外时,iFLY40将识别为自动。如果发射机关机,那么根据上面设置将等效于超距的情况,iFLY40识别为自动。提示:当用户切换到手动驾驶状态时,完全等效于舵机直接连接到RC遥控器接收机上的情况技巧:当手自动切换部分设置好后,可以在长时间自动飞行时关闭RC遥控器发射机以节省电能,此时iFLY40自动驾驶仪将稳定的处于自动状态;当需要切换回手动操纵时,再打开RC遥控器发射机即可,但应注意此时

28、飞行器应在遥控范围内ArrayiFLY40自动驾驶仪图 2.8 表示手自动切换的发光二极管用户在设置好手自动切换后,可以通过下述方法检查是否设置正确。首先,连接好RC遥控器接收机和自动驾驶仪之间的连线,并检查无误。然后设置好RC遥控器 发射机。接下来打开iFLY40自动驾驶仪的上盖,在最上面的一块电路板上会看到3个发光二极管,其中两个是表示手自动切换状态的,如上图所示。此时,先关闭RC遥控器发射机,然后打开GCS300和SRV100,再打开V MAIN 和V SERV的开关,可以从GCS300上看到iFLY40处于自动状态,L1和L2同时闪烁(表示无信号。随后打开RC遥控器发射机,拨动开关到自

29、动状态,可以看到GCS300显示处于自动状态,L1和L2均亮;然后拨动开关到手动,可以看到GCS300显示处于手动状态,L1和L2均不亮;然后关闭RC遥控器发射机,可以看到GCS300显示处于自动状态,L1和L2均亮。以上每个步骤都停留一定时间,观察发光二极管的动作是否有变化,如果发光二极管在每个步骤的状态都稳定,则可初步确定设置无误。如果发现没有正常工作,可能是因为舵量设置有问题,用户可以在RC遥控器接收机的CH7上连接一个舵机,检查设置是否正确,然后再重复上述检查步骤。如果用户的飞行器在整个使用过程中一直都处于自动状态,那么可以不接SW,注意是悬空不接线。此时,iFLY40自动驾驶仪没有在

30、SW上检测到信号,则强制切换到自动状态。这种情况比较适合已经完全调试好参数的飞行器,开机即可自驾,无需RC遥控器。但此时仍然需要给手自动切换部分接上电源。2.6 外部电压监控iFLY40自动驾驶仪提供两路外部电压监控的接口,用户可以在地面控制软件GCS300上实时看到外部电压的情况。使用时,只需要将外部电压连接到AIN1和AIN2上即可,外部电压的地连接到GNDM上。注意外部电压监控的范围是0 -20V。当用户使用对外接线板时,只需将外部电压连接到对外接线板的AIN口上即可。如果用户需要监控的电压大于20V,则需要用户额外进行分压,将原电压除以系数k,变换到0-20V的范围内,然后在ADJ20

31、0中设置AIN1和AIN2的比例系数为k,那么用户在GCS300或ADJ200中看到的电压就是原电压的数值。注意能显示的最大电压为50V,电压监控分辨率为0.2V,误差为±0.2V。禁止:不得在AIN1和AIN2上连接超过规定电压范围的电压,否则可能引起自动驾驶仪内部器件永久损坏2.7 舵机扩展板舵机扩展板可以通过CAN总线扩展出5路任务舵机或5路I/O信号,默认为5路任务舵机(即任务舵机1(扩任务舵机5(扩;5路任务舵机或5路I/O均只有打开和关闭两种状态。舵机扩展板的控制部分可以由CAN总线接口处供电,也可以从单独电源接口处供电,舵机输出需单独供电(可以从舵机输入插座引入。舵机扩

32、展板的输出可以通过跳线(跳线座在5路任务舵机或5路I/O之间选择。当输出为任务舵机时,舵机的打开舵角和关闭舵角由ADJ200来设置(任务舵机15 (扩;当输出为I/O 时,任务打开、关闭时的电平状态(高还是低通过跳线来设置,具体见下图。 图 2.9 舵机扩展板示意图序号 定义说明 A 输出为5路任务舵机 默认 B 输出为5路任务舵机 此时,其它跳线无效C 输出为5路I/O (高电平有效任务打开时输出高电平任务关闭时输出低电平D输出为5路I/O (低电平有效任务打开时输出低电平任务关闭时输出高电平图 2.10 舵机扩展板跳线定义舵机扩展板的任务舵机输出25还具有手动/自动切换功能,手动/自动状态

33、与iFLY40自动驾驶仪同步,输出1始终处于自动状态。手动状态时,输出25直接与相应的4路输入关联同步,不受自动驾驶仪的控制;自动状态时,5路输出均受自动驾驶仪的任务状态控制。自动状态时,倘若舵机扩展板的输出设置为任务舵机,任务舵机1(扩与自动驾驶仪自带的任务舵机1输出同步动作(同时打开,同时关闭,但动作舵角可以由ADJ200分开设置。这样可以实现任务舵机1(扩和任务舵机1(自动驾驶仪自带5V 电源输出 (保留备用 (保留备用5路任务舵机或I/O 输出4路任务舵机或I/O 输入CAN 总线接口跳线座A BC D 同步反转。在实际应用时,倘若5路任务舵机都需要用到,则可以用自动驾驶仪自带的任务舵

34、机1和舵机扩展板的任务舵机25(扩来组合完成;倘若用到的不超过4路任务舵机,则可以由舵机扩展板的任务舵机25(扩来完成。注意:iFLY40自动驾驶仪上的任务舵机15直接对应到舵机扩展板上的任务舵机15(扩;另外iFLY40自动驾驶仪本身自带的任务舵机1输出(指直接从iFLY40上输出的任务舵机1,而不是舵机扩展板输出的任务舵机1无法设置成I/O输出 3通讯服务程序SRV100的使用3.1 通讯服务程序SRV100介绍在iFLY40中,使用了一种具备路由能力的通讯服务程序(SRV100,这使得使用iFLY40的多个无人机和地面计算机之间可以实现组网功能。例如,多台地面计算机控制着多架无人机,通过

35、通讯服务程序,则可以实现在任意一台计算机上控制任意一架无人机,并且利用现有的互联网,来实现大大超过无线数传模块通讯距离的远程控制。 上图表示了通讯服务程序的结构,可以看到地面计算机和无人机之间通过无线数传进行通信(它的接口一般是RS-232串口,地面控制计算机之间采用TCP/IP通讯(UDP协议,所以在物理上任意两个设备之间都有数据联系的通路。在逻辑上,无人机上的导航模块、飞控模块、舵机扩展模块、用户自定模块,以及地面上的地面控制软件、参数调整软件、用户自定软件等,都被定义为一个iFLY设备,具备一个唯一的iFLY设备地址。每个iFLY设备地址分成两个部分:设备类型(4位和设备编号(4位。每帧

36、iFLY数据中都包含目标设备地址和源设备地址。分布在所有地面计算机上的通讯服务程序将管理所有的iFLY数据帧转发,利用用户手动填写的路由表, 来实现任意两台iFLY设备之间的点对点或广播式通讯。在每一架无人机上,数传模块是连接到导航模块上的,所以导航模块上还有一个简单的转发机制,负责将发往飞控模块、舵机扩展模块和用户自定模块的数据转发过去,并转发上述机载模块发往地面iFLY设备或者其他无人机上iFLY设备的数据帧。提示:有关iFLY数据帧的具体格式可以参考附录中的相关内容从上面的介绍可以看出,要实现iFLY设备之间的点对点或广播式通讯,关键就在通讯服务程序中路由表的填写,下面就介绍通讯服务程序

37、的使用方法。3.2 通讯服务程序SRV100使用方法通讯服务程序的文件名为SRV100.exe,在同目录下有一个叫做SRV100.dat的数据文件。一般情况下,这两个文件应该与GCS300.exe在同一个目录下,当用户启动GCS300时,程序会自动启动SRV100并最小化到托盘图标,用户可以单击此图标来打开SRV100的主窗口,点击主窗口上的最小化按钮可以使SRV100重新最小化到托盘图标,点击主窗口上的关闭按钮则将关闭SRV100。在同一个系统中,只能有一个SRV100程序在运行,重复打开的SRV100将自动关闭。 图 3.2 iFLY通讯服务程序SRV100在托盘图标中提示:iFLY通讯服

38、务程序SRV100会自动判断是否重复执行,这是通过网络端口占用来判断的,如果6128和6228端口中任意一个被其他程序占用,将导致SRV100无法启动,此时用户应关闭占用了这两个端口的其他程序当SRV100没有自动启动时,用户也可以直接执行SRV100.exe来启动通讯服务程序。在任意一台地面计算机上运行的SRV100都必须保存所有iFLY设备的路由信息,用户可以通过SRV100主窗口上的添加设备、编辑设备、删除设备三个按钮来管理iFLY设备列表。 默认情况下,所有机载设备(包括导航模块NA V、飞控模块FCS、用户自定机载模块是使用串口连接到无线数传模块的,而所有的地面设备(包括GCS300

39、、ADJ200、用户自定地面模块是使用UDP网络协议传输数据的。 图 3.3 iFLY通讯服务程序SRV100主窗口 图 3.4 iFLY通讯服务程序SRV100的设备编辑窗口用户在配置时,首先需要指定这个iFLY设备是在本地计算机上还是在远端计算机上。本地设备是指那些与连接在本地计算机上的数传模块通讯的机载设备,或者那些运行在本地计算机上的地面设备(软件。远端设备是指所有不是本地设备的iFLY 设备。选择好远端/本地设备后,用户请指定设备类型和设备编号,设备类型从下拉列表中选择即可;而设备编号需要用户自己指定,需要注意的是,设备编号必须与相应的iFLY设备中保存的编号相对应,否则无法正常通信

40、。如果是远端设备,用户就只需再指定远端那台计算机的IP地址即可(网络端口会自动选定为6228。如果是本 注意:SRV100中设备列表上的iFLY设备编号必须与对应的iFLY设备中保存的编号相对应。同时,iFLY还约定,在同一架无人机或者同一台地面计算机上运行的iFLY设备编号必须相同,用户在设定iFLY设备编号时必须遵守此约定注意:SRV100的不同计算机间通讯是建立在标准UDP协议上的,所以如果用户需要在不同的计算机间通讯,则应首先保证这些计算机间能够进行正常的网络通讯(可以使用ping命令进行测试提示:iFLY设备管理列表中的所有改变都会被自动保存到SRV100.dat中,用户下次打开SR

41、V100时,将自动将这些设置载入 技巧:如果用户的配置是一个较简化的版本:仅使用本地计算机上的一个GCS300监控一架连接在本地串口上的无人机,则SRV100中iFLY设备管理按照图3.3的前两项填写即可,只是需要改变一下导航模块的COM口编号SRV100主窗口的下半部分是串口管理部分,用户在这里打开或者关闭串口,例如在图3.3的例子中,用户选择COM1,然后设定好波特率(默认波特率是9600bps, 点击“打开串口”按钮,则串口1将被SRV100打开,iFLY设备列表中的相应位置也会显示“COM1-打开”。用户点击“关闭串口”按钮则会关闭相应的串口。而“启动自动打开串口”表示下次启动SRV1

42、00时自动打开本次关闭SRV100时仍然打开的串口,这使得用户在设定好了所有参数后可以直接打开GCS300而无需理会SRV100,简化了用户的操作;当然,这也要求连接数传模块的串口号不能发生改变。另外需要注意的是,一个SRV100中只能同时最多打开三个串口。禁止:如果用户使用的是USB-RS232串口转换线,那么在SRV100中打开了串口时,禁止拔下USB-RS232串口转换线,否则会引起SRV100的严重错误。要拔下USB-RS232串口转换线之前,请先在SRV100中关闭串口提示:COM号(串口号可以在Windows设备管理器中查看,打开方法是右键点击“我的电脑”,选择“属性”->“

43、硬件”->“设备管理器”,然后点开“端口(COM和LPT”,即可看到COM号 图 3.5 查看COM口编号 4 地面控制软件GCS300的使用4.1 GCS300介绍GCS300是iFLY40配套的地面控制软件,主要功能有电子地图、遥测数据监测、飞行姿态仪、位置及姿态遥控、遥测数据记录和回放、航线编辑、地图加载管理等。在GCS300的界面中,有快捷工具栏、状态显示栏、回传消息栏、电子地图、图形化仪表、遥测工具栏、扩展工具栏等。下图中,1为快捷工具栏、2为回传消息栏、3为电子地图、4为状态显示栏、5为图形化仪表、6为遥测工具栏、7为扩展工具栏。图 4.1 GCS300的用户界面提示:GCS

44、300启动时的默认大小为800×600,用户可以最大化GCS300窗口,以使得电子地图显示的面积增大;点击窗口右上角的“”按钮,即可关闭GCS300快捷工具栏中有5个按钮,从左向右分别为:1飞机居中按钮,表示始终将电子地图中的飞机放在电子地图的中心位置,当飞机位置移动时,自动移动电子地图,此按钮按下为飞机居中,弹起为取消飞机居中;2隐藏扩展工具栏按钮,按下此按钮将隐藏电子地图下方的扩展工具栏,但扩展工具栏的选项卡仍然显示,用户点击其1 2 34567 中任意一个选项卡时,扩展工具栏又将显示出来;3擦除航迹按钮,点击此按钮可以擦除电子地图中已经存在的飞行航迹;4隐藏/显示回传消息栏,此

45、按钮按下时显示回传消息栏,弹起时隐藏回传消息栏,当GCS300接收到回传消息时,将自动显示回传消息栏;5静音按钮,此按钮按下时,不发出接收到数据帧的提示音,此按钮弹起时,如果GCS300接收到数据帧则发出提示音,这用于提示用户通讯链路的工作状态是否良好。回传消息栏显示的是iFLY40自动驾驶仪发送回来的字符串,用于提示用户操纵是否成功等。点击“清空”按钮可手动清空回传消息栏中的字符;当显示的字符数量大于一定值时,会自动清空。提示:一般来说,当GCS300发出命令时,iFLY40自动驾驶仪都会回传字符串(除遥测命令外,例如“OK1”、“OK2”等,表示命令成功;如果没有回传或回传的是“Error

46、”等字符,则表示命令没有成功,用户应再次发出命令电子地图中显示了用户飞行器的当前位置、飞行航迹、飞行航线、临时目标航点等。电子地图的左上方是比例尺,显示单位为千米。状态显示栏中显示了飞行器的当前状态,从左到右依次为系统模式、空速报警、高度报警、GPS定位卫星个数、主电源电压、舵机电源电压(即手自驾切换部分电压、电子罗盘状态、姿态保护报警、手动/自动状态、数据帧收发计数。数据帧收发计数中,上边为GCS300接收到的数据帧数量,下边为GCS300发出的数据帧数量,如果出现链路故障,那么接收计数将不再增加。图形化仪表分为三个仪表,上方是综合显示表,下方是罗盘表和油门表。综合显示表中Pitch、Rol

47、l和Yaw分别表示俯仰角、滚转角和航向角(均为多传感器融合后的值,单位均为度;俯仰角抬头为正,滚转角右翼向下为正;左边是速度表,单位为m/s;右边是高度表,单位为m,高度表下方的AimH为当前目标高度,这两个高度都是指平均海平面高度;注意速度和高度的单位都以数字后的为准。罗盘表中,飞机的指向为当前航向角,与综合显示表中的Yaw是同步的;黄色表针表示当前的目标航向;蓝色表针表示当前GPS测得的航向(航迹方位角;CUR和REF分别表示当前航向角和当前目标航向角。油门表目前没有使用,所有表针均不会转动,用户请不要看此表。提示:图形化仪表中的所有数据都能在扩展工具栏的“遥测一”和“遥测二”中找到,不过

48、在“遥测一”和“遥测二”中都是文字显示遥测工具栏中有开始遥测和停止遥测的按钮,还有一些配置选项,供用户在使用GCS300遥测时使用。扩展工具栏中分为六个选项卡,用户点击不同的选项卡即可切换工具栏。遥测一和遥测二中是一些当前飞行器状态的文字显示。遥控选项卡是进行模式切换,位置遥 控和姿态遥控的地方。记录选项卡中可进行飞行数据下载、飞行数据记录和飞行数据回放。航线选项卡中可进行航线编辑、保存和读取、航线上传和下载、目标航点切换等操作。地图选项卡中可进行电子地图的载入管理,同时还提供电子地图鹰眼功能。4.2 GCS300的使用方法GCS300中的电子地图是MapInfo格式的,用户需要调入自己的电子

49、地图时,请打开扩展工具栏中的“地图”选项卡,点击“浏览”按钮,则可打开GST格式的地图数据文件;注意MapInfo格式的地图并非只有一个文件,其他地图数据文件应放在同一个文件夹中。如果用户配置了MapInfo中的GeoDictionary Manager,那么在“地图”选项卡中的列表框里会有GeoDictionary Manager配置的所有地图,用户直接双击列表框中的地图就可以更换地图了。提示:GCS300启动时打开的默认地图也是在GeoDictionary Manager中配置的;有关GeoDictionary Manager的配置方法,用户请参考MapInfo的相关文档在“地图”选项卡的

50、右边部分,是上方电子地图的鹰眼图,一般情况下,这个鹰眼图是关闭的(即不会变化,如果用户要使用,请点击“开启”按钮以打开鹰眼功能,再次点击这个按钮则关闭鹰眼功能。旁边的“放大”、“缩小”、“移动”、“图层”四个按钮和拖动条都是用于操作鹰眼图的,拖动条用于放大和缩小鹰眼图,操作方法与上方的电子地图一样,具体将在下面叙述。 图 4.2 GCS300中电子地图的右键菜单在上方电子地图的空白处点击右键,会出现一个右键菜单,提供了操作电子地图 的常用功能。选择“放大”或“缩小”后鼠标会变成相应的形状,点击或者拖拽选择一个区域就可以实现放大和缩小电子地图。选择“移动”后鼠标会变成一个手的形状,用鼠标拖动地图

51、即可移动。选择“距离测量”后鼠标变成十字形状,分别点击两个点就可以测量这两个点之间的距离。用户选择了上述四个功能中的任意一个后,点击“选择”即可退出上述功能。点击电子地图右键菜单中的“图层管理”后出现Layer Control对话框,提供电子地图的图层管理功能,例如显示或隐藏某一个特定的图层。 图 4.3 GCS300中的“图层管理”功能注意:用户请勿在GCS300中的图层管理里编辑地图,这可能引起电子地图数据文件被更改而无法复原遥测操作是在遥测工具栏中完成的,命令有“开始”遥测和“停止”遥测两个,如下图所示。 图 4.4 GCS300中的遥测工具栏 遥测方式有两种,一种是“定时”,另一种是“

52、查询”。定时方式是指发出一条遥测开始指令后,自动驾驶仪自动以指定的频率回传遥测数据组,要停止自动回传遥测数据则再发出一条停止遥测指令。而查询方式是指,GCS300每次想要获取遥测数据时,都需要发出一条遥测查询指令,停止发送遥测查询指令则停止了遥测数据的回传。这两种方式各有优缺点,定时方式只需在开始遥测和停止遥测时发出两条指令,但是由于通讯链路的问题,发出的指令有时自动驾驶仪可能无法收到,例如停止遥测指令有时需要多次发送才能有效;查询方式每获取一次遥测数据都要发送一帧查询命令,但是一旦GCS300停止发送查询命令了,遥测数据也就不会再回传。 技巧:如果用户使用了定时方式的开始遥测指令,可能在停止

53、遥测时遇到不起作用的情况,这是由通讯链路误码引起的,只需多次点击“停止”按钮即可停止遥测遥测工具栏下方的18个选择框是指每次遥测回传哪些数据帧。因为iFLY40中的遥测数据回传是分为8种不同数据帧的,所以用户可以指定回传哪些,而不回传哪些,不回传的那些数据帧中包含的数据将不会在GCS300里更新。对回传数据帧的指定在每次发出开始定时遥测指令或遥测查询指令时生效。18号数据帧中包含的具体数据请参考附录。一般情况下,用户应选择回传所有的8种数据帧。飞机编号是指GCS300发送的指令发送到哪一架飞行器,编号选择范围为014。如果选择“广播”,那么所有的自动驾驶仪都能收到遥测指令,这只应在系统中仅存在

54、一台开机的自动驾驶仪时使用,否则会引起系统中的通讯混乱。默认情况下,飞机编号为0。地面站编号即GCS300的编号,当用户在GCS300中发出指令时,也将这个编号发出,此条指令的回复将返回到这个编号的GCS300上去。所以用户在这里指定的编号应该与SRV100中设置的一致。如果用户选择“广播”,那么指令的回复将返回到系统中所有的GCS300上;典型的应用是,选择地面站编号为“广播”,开始定时遥测或查询遥测,SRV100中配置了的所有GCS300都能收到遥测数据,即可实现一个GCS300主控操作,其余GCS300远程监控的功能。提示:在“飞机编号”和“地面站编号”中指定的编号会出现在所有GCS30

55、0发出的指令中,而不仅仅是遥测指令iFLY40自动驾驶仪的航线和任务设计是综合在一起的,任务蕴含在航线中,并依靠航点来触发。iFLY40最多可设置30条航线和5路任务舵机。 打开扩展工具栏中的“航线”选项卡,即可编辑航线。在同一时刻只能编辑一条航线,并且电子地图中显示的航线就是正在编辑的航线。注意飞行器上正在飞行的航线与GCS300中正在编辑的航线并不一定是一致的、同步的,编辑好的航线必须经过航线上传(也称航线装订才可能成为飞行器正在飞行的航线。所以用户在正式飞行时也应读取或下载飞行器正在飞行的航线,将飞行航迹和正在飞行的航线对应起来。 图 4.5 GCS300中的航线编辑界面 图 4.6 G

56、CS300电子地图中显示的航线航线选项卡中左边是航线中的航点列表,右边是一些按钮。点击“添加航点”后,电子地图中的鼠标变成十字形状,点击电子地图中相应的位置即可添加平飞航点。注意每次添加都将自动添加到平飞航点的最后,用户如果需要添加到中间,请点击“上移”和“下移”按钮来改变列表中被选中的平飞航点的序号,从而实现添加到中间。注意每次上移或下移操作后,需要重新在列表中选择航点。“添加起降”是指添加起降航点,依次添加为141、142、143、144号航点,添加方法与平飞航点的添加方法相同。用户可以在电子地图右键菜单中点击“选择”来退出航点添加功能。点击“删除”按钮可以删除列表中选定的特定航点。点击“清空”则将删除列表中的所有航点。 先在列表中选中一个航点,然后点击“编辑航点”按钮则将出现航点编辑对话框,在这里可以对特定的航点属性进行编辑。包括航点的目标高度(平均海平面高度、航点的目标速度、航点半径、航点的经纬度、航点切换方式、提前转弯量大小、航点任务舵机的动作、任务舵机延时、任务舵机动作重复间隔和要切换的制式航线。其中航点任务舵机动作的设置是在点击“任务设置”后打开的另外一个对话框中完成的。关于上述各个属性的含义,将在本章的后面部分讲到。 图 4.7 GCS300中的航点编辑界面提示:用户如果对航线