您不能不知道的几大无人机飞控系统
在上一节无人机飞控方案文章中，小编我为大家讲解了几个工业级、农业植保无人机应用方案例子，那么今天小编我还是为大家带来几个开源无人机平台、软硬件平台、技术特征、使用传感器及其运用优缺点的对比介绍，供大家学习参考。
一、开源ardupilot / apm 系列
apm 是在2007年由diy无人机社区（diy drones）推出的飞控系统。也是迄今为止最为成熟的开源自动导航系统，可支持多旋翼、固定翼、直升机和无人驾驶车等无人设备。
apm 基于arduino的开源平台，对多处硬件做出了改进，包括加速度计、陀螺仪和磁力计组合惯性测量单元（imu）。由于apm良好的可定制性，apm在全球航模爱好者范围内迅速传播开来。通过开源软件mission planner，开发者可以配置apm的设置，接受并显示传感器的数据，使用google map 完成自动驾驶等功能，但是mission planner仅支持windows操作系统。
目前，apm飞控已经成为开源飞控成熟的标杆，针对多旋翼 apm飞控支持各种四、六、八轴产品，并且连接外置gps传感器以后能够增稳，并完成自主起降、自主航线飞行、回家、定高、定点等丰富的飞行模式。apm能够连接外置的超声波传感器和光流传感器，在室内实现定高和定点飞行。
apm系列发展至今，apm2.5 和 apm2.6已经是ardupilot飞控最终版本，apm给我们带来非常强大的功能，非常的成熟可靠，潜能被充分挖掘出来，功能也非常的丰富。但源于apm系列8位cpu计算与存储的能力已经远远不能够满足未来的运用需求了，apm系列产品的终结也是势在必行。
apm 系列支持如下自动导航板
· px4 – 一款32位基于arm的自动导航仪，支持很多高级特性，使用nuttx实时操作系统
· apm2 – 一款受欢迎的avr2560 8位自动导航仪
· apm1（已终止开发） – 一款基于avr2560的自动导航仪，使用分离式结构
由于 ardupilot/apm 源码基于 ap-hal 硬件抽象层编写，使代码能支持更多自动导航板变为可能。
apm 开发语言与工具：
用于ardupilot/apm的主要飞行代码使用c++编写。支持工具使用多语言编写，最常用的是python。
目前，主要载具代码编写为“.pde”文件，由 arduino 构建系统得来。pde文件是预处理为.cpp文件构建的一部分。pde文件中包含的声明也能提供构建规则，说明需要包含与连接到哪些库。
地面站：
ardupilot/apm支持多种地面站用于计划与控制飞行。飞行固件使用mavlink协议，它允许飞机被任何mavlink兼容设备控制。
· 使用最广泛的地面站就是 mission planner，使用用于 windows 的c#语言编写。mission planner 的源码可以在github上查看。mission planner 也能通过 mono 运行在 linux 与 macos 上。
· qgroundcontrol 也是地面站的一个选择，使用c++的qt库编写
· 对于面相命令行与可编脚本地面站，你可以使用 mavproxy
· 对于 android 平板，你可以使用 ardropilot 或者 droidplanner
其他特征：
主控芯片：avratmega1280/2560
主要传感器：atmega168/328.双轴陀螺，imu（单轴陀螺，三轴加速度计。三轴磁力计模块）。气压计.ad芯片
编译环境：arduino ide
开发语言：arduino
开发软件：arduino ide界面友好简单，arduino语言类似于c语言
采用算法：两级pid控制方式，第一级是导航级，第二级是控制级
硬件平台：apm2.5： 板载电子罗盘；apm2.6：电子罗盘外置和gps融合了
优缺点：
优势：
1. apm使用人数多，资料丰富齐全，特别是经典款apm2.5，上手快
2. 功能完全满足使用
3. apm固件相对px4成熟
4. 有震动，姿态的日志记录，出现问题有据可查
劣势：
1. 处理器相比f407落后，但是够用
2. 传感器分散，集成度不高
二、开源 px4 / pixhawk 系列
px4 系列：
pixhawk 是根据飞控设计需求，结合px4系列飞控发展而来的px4飞控单块电路板版本， px4 系列最初有两个版本：px4fmu与px4io。
px4是一个由lorenz meier所在的瑞士小组所开发的学校项目，其拥有一个32位处理器，提供更多内存、运用分布处理方式并且包含一个浮点运算协处理器。相比apm，px4 具有相对于前者10倍以上的cpu性能及其他更多方面的改进，diydrones和3drobotics把px4系统视作他们下一代飞控的基础。
pixhawk 系列：
由3dr联合apm小组与px4小组于2014年推出的pixhawk飞控是px4飞控的升级版本，拥有px4和apm两套固件和相应的地面站软件。该飞控是目前全世界飞控产品中硬件规格最高的产品，也是当前爱好者手中最炙手可热的产品。
pixhawk拥有168mhz的运算频率，并突破性地采用了整合硬件浮点运算核心的cortex-m4的单片机作为主控芯片，内置两套陀螺和加速度计mems传感器，互为补充矫正，内置三轴磁场传感器并可以外接一个三轴磁场传感器，同时可外接一主一备两个gps传感器，在故障时自动切换。
基于其高速运算的核心和浮点算法，pixhawk使用最先进的定高算法，可以仅凭气压高度计便将飞行器高度固定在1米以内。它支持目前几乎所有的多旋翼类型，甚至包括三旋翼和h4这样结构不规则的产品。它使飞行器拥有多种飞行模式，支持全自主航线、关键点围绕、鼠标引导、“followme”、对尾飞行等高级的飞行模式，并能够完成自主调参。
pixhawk飞控的开放性非常好，几百项参数全部开放给玩家调整，靠基础模式简单调试后亦可飞行。pixhawk集成多种电子地图，爱好者们可以根据当地情况进行选择。pixhawk被定位为下一代无人机飞控，系统具备的所有特征，均符合未来无人机飞控系统未来发展的基础需求，未来将会有更大的发展空间。
技术规格：
处理器
32位 stm32f427 arm cortex m4 核心外加 fpu（浮点运算单元）
168 mhz/256 kb ram/2 mb 闪存
32位 stm32f103 故障保护协处理器
传感器
invensense mpu6000 三轴加速度计/陀螺仪
st micro l3gd20 16位陀螺仪
st micro lsm303d 14位加速度计/磁力计
ms5611 meas 气压计
电源
良好的二极管控制器，带有自动故障切换
舵机端口7v高压与高电流输出
所有的外围设备输出都有过流保护，所有的输入都有防静电保护
接口
5个uart串口，1个支持大功率，两个有硬件流量控制
spektrum dsm/dsm2/dsm-x 卫星输入
futaba sbus输入（输出正在完善中）
ppm sum 信号
rssi（pwm或者电压）输入
i2c， spi， 2个can， usb
3.3 与 6.6 adc 输入
尺寸
重量 38g
长 81.5 mm x 宽 50 mm x 高 15.5 mm
pixhawk 的接口分配
pwm，ppm-sum和sbus模式下的舵机与电调的连接方法
pixhawk 接口图
* 备注：上图中针脚1在右边
串口 1 （telem 1），串口 2 （telem 2） ，串口 （gps） 针脚： 6 = gnd， 5 = rts， 4 = cts， 3 = rx， 2 = tx， 1 = 5v.
三、开源 openpilot / taulabs 系列
openpilot是由openpilot社区于2009年推出的自动驾驶仪项目，旨在为社会提供低成本但功能强大的稳定型自动驾驶仪。这个项目由两部分组成，包括openpilot自驾仪与其相配套的软件。其中，自驾仪的固件部分由c语言编写，而地面站则用c++编写，并可在windows、macintosh osx和linux三大主流操作系统上运行。
openpilot的最大特点是硬件架构非常简单，从它目前拥有的众多硬件设计就可以看出其与众不同之处。官方发布的飞控硬件包括cc、cc3d、atom、revolution、revolution nano等，衍生硬件包括sparky、quanton、revomini等，甚至包含直接使用stm32开发板扩展而成的flyingf3、flyingf4、descoveryf4等，其中cc3d已经是300mm以下轴距穿越机和超小室内航模的首选飞控，而discoveryf4被大量用于爱好者研究飞控，quanton更是成为了taulabs的首选硬件。
下面我们来说说openpilot旗下最流行的硬件cc3d。
此飞控板只采用一颗72mhz的32位stm32单片机和一颗mpu6000就能够完成四旋翼、固定翼、直升机的姿态控制飞行（注意，该硬件可进行的是三自由度姿态控制，而不是增稳），电路板大小只有35mm×35mm。
与所有开源飞控不同，它不需要gps融合或者磁场传感器参与修正，就能保持长时间的姿态控制。以上所有功能全部使用一个固件，通过设置便可更改飞机种类、飞行模式、支持云台增稳等功能。
其编译完的固件所需容量只有大约100kb，代码效率令人惊叹，是所有飞控程序员学习的楷模。其地面站软件集成了完整的电子地图，可以通过电台实时监测飞机状态。
taulabs飞控是openpilot飞控的衍生产品。当前taulabs最流行的硬件叫做quanton，由原openpilot飞控小组成员独立完成。
它继承了openpilot简单高效的特点，并扩展了气压高度计和三轴磁场传感器，将主控单片机升级为带有硬件浮点运算的cortex-m4核心。该飞控是最早支持自动调参的开源飞控产品，带有模型辨识算法，能够在飞行中进行自整定姿态pid控制参数。taulabs能够完成许多高级飞行模式，连接外置gps后可使多旋翼具备定高、定点、回家等功能。飞控集成了电子地图，且界面非常友好，使用向导模式进行初始化，初学者可以简单上手。
multi wii copter（mwc）飞控是一款典型的arduino衍生产品，是专为多旋翼开发的低成本飞控，它完整地保留了arduino ide开发和arduino设备升级和使用的方法。由于成本低、架构简单、固件比较成熟，因此该飞控在国内外拥有大量爱好者。除了支持常见的四、六、八旋翼以外，该飞控的最大特点是支持很多奇特的飞行器类型，比如三旋翼、阿凡达飞行器（bicopter avatar style）、y4型多旋翼（其中两轴为上下对置）等，使得该飞控的开发趣味性较强，容易博得大家的喜爱。
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一、开源ardupilot / apm 系列
apm 是在2007年由diy无人机社区（diy drones）推出的飞控系统。也是迄今为止最为成熟的开源自动导航系统，可支持多旋翼、固定翼、直升机和无人驾驶车等无人设备。
apm 基于arduino的开源平台，对多处硬件做出了改进，包括加速度计、陀螺仪和磁力计组合惯性测量单元（imu）。由于apm良好的可定制性，apm在全球航模爱好者范围内迅速传播开来。通过开源软件mission planner，开发者可以配置apm的设置，接受并显示传感器的数据，使用google map 完成自动驾驶等功能，但是mission planner仅支持windows操作系统。
目前，apm飞控已经成为开源飞控成熟的标杆，针对多旋翼 apm飞控支持各种四、六、八轴产品，并且连接外置gps传感器以后能够增稳，并完成自主起降、自主航线飞行、回家、定高、定点等丰富的飞行模式。apm能够连接外置的超声波传感器和光流传感器，在室内实现定高和定点飞行。
apm系列发展至今，apm2.5 和 apm2.6已经是ardupilot飞控最终版本，apm给我们带来非常强大的功能，非常的成熟可靠，潜能被充分挖掘出来，功能也非常的丰富。但源于apm系列8位cpu计算与存储的能力已经远远不能够满足未来的运用需求了，apm系列产品的终结也是势在必行。
apm 系列支持如下自动导航板
· px4 – 一款32位基于arm的自动导航仪，支持很多高级特性，使用nuttx实时操作系统
· apm2 – 一款受欢迎的avr2560 8位自动导航仪
· apm1（已终止开发） – 一款基于avr2560的自动导航仪，使用分离式结构
由于 ardupilot/apm 源码基于 ap-hal 硬件抽象层编写，使代码能支持更多自动导航板变为可能。
apm 开发语言与工具：
用于ardupilot/apm的主要飞行代码使用c++编写。支持工具使用多语言编写，最常用的是python。
目前，主要载具代码编写为“.pde”文件，由 arduino 构建系统得来。pde文件是预处理为.cpp文件构建的一部分。pde文件中包含的声明也能提供构建规则，说明需要包含与连接到哪些库。
地面站：
ardupilot/apm支持多种地面站用于计划与控制飞行。飞行固件使用mavlink协议，它允许飞机被任何mavlink兼容设备控制。
· 使用最广泛的地面站就是 mission planner，使用用于 windows 的c#语言编写。mission planner 的源码可以在github上查看。mission planner 也能通过 mono 运行在 linux 与 macos 上。
· qgroundcontrol 也是地面站的一个选择，使用c++的qt库编写
· 对于面相命令行与可编脚本地面站，你可以使用 mavproxy
· 对于 android 平板，你可以使用 ardropilot 或者 droidplanner
其他特征：
主控芯片：avratmega1280/2560
主要传感器：atmega168/328.双轴陀螺，imu（单轴陀螺，三轴加速度计。三轴磁力计模块）。气压计.ad芯片
编译环境：arduino ide
开发语言：arduino
开发软件：arduino ide界面友好简单，arduino语言类似于c语言
采用算法：两级pid控制方式，第一级是导航级，第二级是控制级
硬件平台：apm2.5： 板载电子罗盘；apm2.6：电子罗盘外置和gps融合了
优缺点：
优势：
1. apm使用人数多，资料丰富齐全，特别是经典款apm2.5，上手快
2. 功能完全满足使用
3. apm固件相对px4成熟
4. 有震动，姿态的日志记录，出现问题有据可查
劣势：
1. 处理器相比f407落后，但是够用
2. 传感器分散，集成度不高
二、开源 px4 / pixhawk 系列
px4 系列：
pixhawk 是根据飞控设计需求，结合px4系列飞控发展而来的px4飞控单块电路板版本， px4 系列最初有两个版本：px4fmu与px4io。
px4是一个由lorenz meier所在的瑞士小组所开发的学校项目，其拥有一个32位处理器，提供更多内存、运用分布处理方式并且包含一个浮点运算协处理器。相比apm，px4 具有相对于前者10倍以上的cpu性能及其他更多方面的改进，diydrones和3drobotics把px4系统视作他们下一代飞控的基础。
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由3dr联合apm小组与px4小组于2014年推出的pixhawk飞控是px4飞控的升级版本，拥有px4和apm两套固件和相应的地面站软件。该飞控是目前全世界飞控产品中硬件规格最高的产品，也是当前爱好者手中最炙手可热的产品。
pixhawk拥有168mhz的运算频率，并突破性地采用了整合硬件浮点运算核心的cortex-m4的单片机作为主控芯片，内置两套陀螺和加速度计mems传感器，互为补充矫正，内置三轴磁场传感器并可以外接一个三轴磁场传感器，同时可外接一主一备两个gps传感器，在故障时自动切换。
基于其高速运算的核心和浮点算法，pixhawk使用最先进的定高算法，可以仅凭气压高度计便将飞行器高度固定在1米以内。它支持目前几乎所有的多旋翼类型，甚至包括三旋翼和h4这样结构不规则的产品。它使飞行器拥有多种飞行模式，支持全自主航线、关键点围绕、鼠标引导、“followme”、对尾飞行等高级的飞行模式，并能够完成自主调参。
pixhawk飞控的开放性非常好，几百项参数全部开放给玩家调整，靠基础模式简单调试后亦可飞行。pixhawk集成多种电子地图，爱好者们可以根据当地情况进行选择。pixhawk被定位为下一代无人机飞控，系统具备的所有特征，均符合未来无人机飞控系统未来发展的基础需求，未来将会有更大的发展空间。
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处理器
32位 stm32f427 arm cortex m4 核心外加 fpu（浮点运算单元）
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32位 stm32f103 故障保护协处理器
传感器
invensense mpu6000 三轴加速度计/陀螺仪
st micro l3gd20 16位陀螺仪
st micro lsm303d 14位加速度计/磁力计
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电源
良好的二极管控制器，带有自动故障切换
舵机端口7v高压与高电流输出
所有的外围设备输出都有过流保护，所有的输入都有防静电保护
接口
5个uart串口，1个支持大功率，两个有硬件流量控制
spektrum dsm/dsm2/dsm-x 卫星输入
futaba sbus输入（输出正在完善中）
ppm sum 信号
rssi（pwm或者电压）输入
i2c， spi， 2个can， usb
3.3 与 6.6 adc 输入
尺寸
重量 38g
长 81.5 mm x 宽 50 mm x 高 15.5 mm
pixhawk 的接口分配
pwm，ppm-sum和sbus模式下的舵机与电调的连接方法
pixhawk 接口图
* 备注：上图中针脚1在右边
串口 1 （telem 1），串口 2 （telem 2） ，串口 （gps） 针脚： 6 = gnd， 5 = rts， 4 = cts， 3 = rx， 2 = tx， 1 = 5v.
三、开源 openpilot / taulabs 系列
openpilot是由openpilot社区于2009年推出的自动驾驶仪项目，旨在为社会提供低成本但功能强大的稳定型自动驾驶仪。这个项目由两部分组成，包括openpilot自驾仪与其相配套的软件。其中，自驾仪的固件部分由c语言编写，而地面站则用c++编写，并可在windows、macintosh osx和linux三大主流操作系统上运行。
openpilot的最大特点是硬件架构非常简单，从它目前拥有的众多硬件设计就可以看出其与众不同之处。官方发布的飞控硬件包括cc、cc3d、atom、revolution、revolution nano等，衍生硬件包括sparky、quanton、revomini等，甚至包含直接使用stm32开发板扩展而成的flyingf3、flyingf4、descoveryf4等，其中cc3d已经是300mm以下轴距穿越机和超小室内航模的首选飞控，而discoveryf4被大量用于爱好者研究飞控，quanton更是成为了taulabs的首选硬件。
下面我们来说说openpilot旗下最流行的硬件cc3d。
此飞控板只采用一颗72mhz的32位stm32单片机和一颗mpu6000就能够完成四旋翼、固定翼、直升机的姿态控制飞行（注意，该硬件可进行的是三自由度姿态控制，而不是增稳），电路板大小只有35mm×35mm。
与所有开源飞控不同，它不需要gps融合或者磁场传感器参与修正，就能保持长时间的姿态控制。以上所有功能全部使用一个固件，通过设置便可更改飞机种类、飞行模式、支持云台增稳等功能。
其编译完的固件所需容量只有大约100kb，代码效率令人惊叹，是所有飞控程序员学习的楷模。其地面站软件集成了完整的电子地图，可以通过电台实时监测飞机状态。
taulabs飞控是openpilot飞控的衍生产品。当前taulabs最流行的硬件叫做quanton，由原openpilot飞控小组成员独立完成。
它继承了openpilot简单高效的特点，并扩展了气压高度计和三轴磁场传感器，将主控单片机升级为带有硬件浮点运算的cortex-m4核心。该飞控是最早支持自动调参的开源飞控产品，带有模型辨识算法，能够在飞行中进行自整定姿态pid控制参数。taulabs能够完成许多高级飞行模式，连接外置gps后可使多旋翼具备定高、定点、回家等功能。飞控集成了电子地图，且界面非常友好，使用向导模式进行初始化，初学者可以简单上手。
multi wii copter（mwc）飞控是一款典型的arduino衍生产品，是专为多旋翼开发的低成本飞控，它完整地保留了arduino ide开发和arduino设备升级和使用的方法。由于成本低、架构简单、固件比较成熟，因此该飞控在国内外拥有大量爱好者。除了支持常见的四、六、八旋翼以外，该飞控的最大特点是支持很多奇特的飞行器类型，比如三旋翼、阿凡达飞行器（bicopter avatar style）、y4型多旋翼（其中两轴为上下对置）等，使得该飞控的开发趣味性较强，容易博得大家的喜爱。
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