無人機六種動力驅動及常見接口

無人機的出現(xiàn)為人們的生活提供了許多便利，現(xiàn)已被廣泛應用到社會的各行各業(yè)。但其過短的續(xù)航時間一直是研究人員頭疼的問題，目前無人機主要依靠6種動力完成復雜的工作。

1、鋰電池：大多數(shù)無人機都安裝了鋰電池，但效果只能維持20分鐘左右，且需要經(jīng)常拆卸、更換電池，十分耗時費力。針對這一現(xiàn)象，研究人員又探索了兩種全新的動力來源，極大地提高了無人機的效率。

2、氫燃料電池：氫燃料電池代替鋰電池，可以支持無人機連續(xù)運轉兩個小時，并且充電十分迅速;

3、激光發(fā)射器：激光發(fā)射器為無人機供電，從地面發(fā)射的激光光束被機身上的接收器轉化成動力，幾乎可以支持無人機一直工作。

4、太陽能發(fā)電：利用太陽能發(fā)電的無人機通常同時安裝了鋰電池和太陽能電池，有陽光時就可利用太陽能提供飛行動力，鋰電池則作為備用電池。

5、內燃機發(fā)電：用內燃機發(fā)電可支持無人機以100千米每小時的速度飛行1小時，但噪音大且存在安全隱患，因為無人機內有可燃氣體。 6、有線電纜供電：利用有線電纜供電幾乎可以讓無人機永久地運轉，也可以加快無人機向電腦傳輸數(shù)據(jù)的速度，但由于受到有線連接的限制，無法完成遠距離飛行。 氫燃料電池和激光發(fā)射器這兩種動力來源因效果顯著、安全系數(shù)高更受研發(fā)群體青睞，也能為未來其他飛行器的動力源探究提供靈感。 另外，無人機飛控作為連接所有設備的大腦，接口種類越來越多，許多新手望而卻步，老手也經(jīng)常一臉茫然。常見接口到底都有什么，在無人機上做什么用？

PWM： 這是第一個要介紹的，所有航模和無人機都離不開的一種接口。單線信號，周期發(fā)送正脈沖，變化脈寬作為傳遞信息的方式，一個針腳傳遞一個通道，往往搭配地線和電源線可控制一個舵機或一個電調，是無人機或航模入門第一個需要了解的接口。優(yōu)點是簡單，穩(wěn)定的傳輸一個可量變的信號，缺陷是速度低，目前常見的標準是每秒50次或300至400次。

PPM： 是PWM的升級版，就是每個信號周期變?yōu)榘l(fā)送一組多個脈寬的組合，來同時傳遞多個通道的變化信息。早期也被用于遙控器無線電信號和航模模擬器信號，現(xiàn)在多用于接收機與飛控連接，帶有PPM信號輸出的接收機很多，是無人機入門必配，那些用轉換器的是脫褲子放屁。其優(yōu)點是穩(wěn)定傳輸多個通道，缺點是速度更慢。

S.BUS： 是日本遙控器廠商FUTABA設計的用單通道數(shù)字信號傳輸多通道信息的協(xié)議，只有一個信號針腳和一個基準地線，支持HUB擴展多個舵機和電調連接在一個信號源上，所以S.BUS其實是一種總線，其原理其實就是變化的串口協(xié)議，具體協(xié)議可以參考百度文庫上我寫的的文章“PX4飛控開發(fā)筆記-第五章：PWM，PPM，S.BUS與DSM2”。其優(yōu)點是純數(shù)字信號，很可靠，帶有總線功能。缺陷是屬于廠家技術兼容設備較少。目前是飛控連接接收機的最佳選擇。

Relay： 其實就是數(shù)字IO信號，只有0和1兩種狀態(tài)，存在于飛控某些針腳用于自動控制相機快門和農(nóng)藥噴頭。優(yōu)點是可靠，缺點是信息量極小，浪費資源且沒有校驗等功能。

串口： 串口是目前控制領域最常見的設備接口，硬件形式有TTL，232，422，485幾種。TTL是基本信號，常見三針用法，一個針用于信號輸入叫RX，一針用于信號輸出叫TX，另一針為信號基準地線。一般0伏和3-5伏表示0和1，飛控自帶的都是這種串口，而且會帶很多個，用于連接多個設備，PIXHAWK飛控有5個。

TTL信號的電壓較低，經(jīng)驗上不適合1米以上的長距離傳輸，于是發(fā)展出232接口，使用正負電平表示0和1其他與TTL相同，極大延長了傳輸距離，但是速度依然不足。 于是發(fā)展出422接口，RX和TX每個針腳都變?yōu)檎撾妷旱囊粚π盘柧€同時跳變，這樣干擾信號被巧妙的抵消，傳輸距離和速度雙飛躍，但是需要5根線，給調試造成很大麻煩，目前只有軍品才使用這種串口。

485串口是結合232和422優(yōu)點，使用一對正負電壓的信號線既發(fā)又收，但是他需要額外一個信號控制收發(fā)轉換，485總線帶有總線特征，可以在兩根線與地線上連接多個設備，但是收發(fā)，片選，仲裁，校驗等等工作都需要你寫程序去協(xié)調，工作量巨大，現(xiàn)在很少有人用。

SPI： 這是一種用于板上通信的高速接口，使用了主從設計，和專門的時鐘線，每個SPI擁有4個腳主入從出，主出從入，時鐘和地線。主設備負責管理信息，時鐘同步和所有設備通信，一路SPI可以連接多個設備，但是必須每個帶有片選。因為有時鐘線所以很容易做到所有設備的同步通信，由于其穩(wěn)定性和高速特性，在飛控板上用來連接所有傳感器與主單片機。

I2C： 其實是I平方C，是用于連接板上高速設備的總線。擁有三根信號線，信號，時鐘和地線。也是采用主從設計，帶有時鐘的同步設計，但是信號線需要承擔多個設備輸入輸出，有主設備來管理。I2C上所有設備都自帶一個地址，或叫標簽，主設備用這個地址來識別設備。在飛控中用來連接重要性不太高的眾多設備，指示燈，磁羅盤，空速，超聲波，激光測距等等。居然有廠家為了省事用這個總線連接多個電調，這是很危險的，因為3-5v電平在長距離傳輸中容易受干擾。

AD： 模數(shù)轉換接口，這種易被干擾的古老還存在，使用方式就是測量電壓。目前飛控用來測量電壓，電流，這種方式成本較低，在小型無人機上還可以使用。另外一些距離探測設備還在用，但是已經(jīng)基本處于淘汰邊緣，效果遠遠不如數(shù)字設備，不過成本較低，比如空速和超聲波。

SDIO：用于連接SD卡或TF卡，進行飛行數(shù)據(jù)記錄。由于TF卡應用普遍，成本較低，容量速度都令人滿意，所以漸漸成為高級飛控必備設備，用于飛行記錄，事故分析，故障診斷等等。 USB：

民用總線接口，可以通過HUB連接多個設備，可以說是一種完美接口。但是其協(xié)議過于復雜，編程工作量極大，接口連接形式容易導致問題，必須使用專用線材，且不能超過2米。在飛控上主要用來地面進行調試，讀寫參數(shù)等等地面操作。