從入門級到高端的四款無人機(jī)解決方案

說到無人機(jī)，可能讓大家最耳熟能詳?shù)木褪荄JI（大疆）。大疆，這個(gè)無人機(jī)行業(yè)的奇跡，硬是將原本屬于大眾消遣娛樂、甚至說是兒童玩具的的無人機(jī)發(fā)展成一個(gè)產(chǎn)業(yè)。

無人機(jī)的基本構(gòu)成包括主控、電源、電機(jī)驅(qū)動、電機(jī)、各種傳感器如三軸加速度計(jì)、陀螺儀、氣壓計(jì)、磁力計(jì)等，但這些基本的特征已然被大眾所忽略，目前最考驗(yàn)一個(gè)無人機(jī)人產(chǎn)品的售賣好壞程度可能就是它所搭載的攝像頭的表現(xiàn)了，攝像頭+云臺已經(jīng)和無人機(jī)形成了天生的絕配，多少人買無人機(jī)是為了去看看更高更遠(yuǎn)的地方，去看看那些不曾踏足過的地方，古人云“世之奇?zhèn)?，瑰怪，非常之觀，常在于險(xiǎn)遠(yuǎn)，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也”，而如今有了無人機(jī)，我們不必踏至險(xiǎn)境就可以去看一看更大的未曾見過的天地。本篇將介紹4種包括從入門級到高端的各種無人機(jī)解決方案。

新唐M452飛控套件

新唐M452飛控套件并不是一個(gè)完整的無人機(jī)方案，僅僅提供了部分核心的組件，而像電機(jī)、機(jī)架、電調(diào)等需要自己另外去配，這樣做雖然增加了用戶的DIY成本，但無疑可以自主選擇DIY理想的飛行器模型。

單看M452飛控套件的飛控板設(shè)計(jì)，那還是非常精致小巧的，應(yīng)該還考慮到在四軸機(jī)架上的布局?jǐn)[放，飛控板上的電子元器件都布局在PCB的一面，外設(shè)擴(kuò)展接口則是沿著PCB板周邊布局，方便引出各種信號線。

飛控板的主控是采用了新唐NuMicro M452 USB系列微控制器，基于ARM Cortex-M4處理器，內(nèi)建DSP以及浮點(diǎn)運(yùn)算單元，能更好的負(fù)責(zé)飛行主控功能。同時(shí)，飛控板上搭載了用于判斷方向的電子羅盤、用于定高的氣壓計(jì)以及穩(wěn)定的MPU-6050 6軸加速度計(jì)/陀螺儀。

M452飛控板上各個(gè)傳感器的作用如下：

加速度傳感器的主要作用是利用重力效應(yīng)給四軸飛行器提供一個(gè)水平基準(zhǔn)

陀螺儀是用來測量角速度的，其反映的是自身角度的變化

電子羅盤的主要作用是利用地球南北極磁力給四軸飛行器提供一個(gè)方向基準(zhǔn)

在四軸飛行器的DIY中，飛控板的各個(gè)信號連接如下圖所示，可以看到，除了飛行器必備的幾個(gè)功能接口，飛控板還給我們預(yù)留了藍(lán)牙串口接口以及可以接入更多傳感器的擴(kuò)展IO口，比較實(shí)用。

動手實(shí)際DIY了基于新唐推M452飛控套件的飛行器，飛行器主要包括M452飛控板+N79E814遙控板+南方硅谷2.4G SSV7241無線收發(fā)器模塊，配合新唐提供的資料、代碼以及軟件工具等，用戶可以通過Nu-LINK Me方便的實(shí)現(xiàn)對板卡的開發(fā)、調(diào)試。

小結(jié)，M452飛控套件確實(shí)是一個(gè)非常不錯(cuò)的無人機(jī)DIY開發(fā)套件。

英飛凌無人機(jī)套件

英飛凌的這款四軸飛行器方案主打的就是完整的系統(tǒng)解決方案，一款可靠的、低功耗的四軸飛行器，不但可以讓你的飛行續(xù)航更持久，更可以節(jié)省你30%的項(xiàng)目開發(fā)周期，主控為自家高端的XMC4500系列微控制器。

套件包含四軸飛行器中主要的飛控以及電調(diào)模塊，所以組成一個(gè)簡單的、完整的四軸飛行器只需加上電機(jī)、鋰電池即可，非常方便。何況，英飛凌本身在說明文檔中推薦了相應(yīng)的電機(jī)、鋰電池規(guī)格，更加方便用戶自己DIY。

飛控板做工扎實(shí)，畢竟實(shí)際調(diào)試的時(shí)候免不了要時(shí)不時(shí)的“墜機(jī)”，而且英飛凌的飛控板尺寸不算小，這對PCB的強(qiáng)度以及板載的器件都是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，除了XMC4500主控制器，飛控板板載器件以及功能接口還包含了：

基于英飛凌XMC4200系類微控制器的調(diào)試電路，帶MicroUSB接口

一個(gè)MicroUSB接口，GPS信號接口、鋰電池電壓監(jiān)測接口、無線控制信號接口

RN42藍(lán)牙模塊，用于與手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)連接控制

氣壓計(jì) DPS310，用于計(jì)算四軸飛行器的定高

9軸傳感器 MPU9250，包含了加速度、磁力計(jì)、陀螺儀功能

其中飛控板的電源支持7.4~12.6V供電，電源方面通過英飛凌自家高效率的IFX91041V50 5V DCDC轉(zhuǎn)換芯片，將輸入電壓轉(zhuǎn)化為5V直流輸出，再通過IFX1117MEV33 LDO輸出3.3V電壓提供給微控制器、傳感器供電。

電調(diào)板

英飛凌的電機(jī)驅(qū)動板包括了電機(jī)控制器，半橋驅(qū)動電路、MOS管組成的半橋電路，如下圖所示。

電機(jī)控制IC采用的是英飛凌家族XMC1000系列中的XMC1302微控制器，基于ARM Cortex-M0內(nèi)核，主要用于實(shí)時(shí)控制如電機(jī)驅(qū)動等。

XMC1302微控制器特性：

基于32位ARM Cortex-M0處理器，8KB on-chip ROM、16KB SRAM、200KB Flash

兩個(gè)通用串行接口通道（USIC）：可用作UART、SPI、I2C、I2S、LIN接口

AD轉(zhuǎn)換、3個(gè)模擬比較器、溫度傳感器

工業(yè)控制外設(shè)：CCU4、CCU8、POSIF、BCCU

系統(tǒng)控制單元：WDT、RTC、SCU（用于系統(tǒng)配置和控制）

同XMC4500一樣，作為面向電機(jī)控制領(lǐng)域系列產(chǎn)品，XMC1302內(nèi)部也包含許多特殊的單元，CCU4、CCU8、POSIF，為工程師提供了便利的開發(fā)環(huán)境。 英飛凌XMC1302微控制器+英飛凌半橋驅(qū)動IC IR2301s+英飛凌 BSC0925ND MOS管組成的半橋電路輸出驅(qū)動三相電機(jī)的U、V、W信號，是整個(gè)四軸飛行器電調(diào)的核心。

小結(jié)，值得一提的是，注意到飛控板+電調(diào)板上的元器件，除了個(gè)別傳感器外，其他核心器件無一不是英飛凌自家的器件，這才是真正自家完整的系統(tǒng)解決方案。

Sihid COFDM（編碼正交頻分復(fù)用）高清圖傳方案

COFDM無線圖像傳輸是目前具有非常大發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術(shù)，其基本原理就是將高速數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進(jìn)行傳輸，即將頻域中的一個(gè)寬帶信道劃分成多個(gè)重疊的子信道信號進(jìn)行窄帶傳輸。COFDM圖傳可以有效的解決兩個(gè)問題，一個(gè)是移動中傳輸圖像出現(xiàn)的多徑干擾，另一個(gè)則是寬帶傳輸，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像畫面。

下面是一款COFDM高清數(shù)字無線圖傳開發(fā)套件，適合應(yīng)用于目前對高清無線圖傳有要求的一些移動設(shè)備圖傳領(lǐng)域，比如無人機(jī)。

Sihid COFDM高清數(shù)字無線圖傳開發(fā)套包括了一個(gè)Sihid COFDM 2.4GHz 雙天線發(fā)射機(jī)、一個(gè)FC2400A 2.4GHz 接收模塊。

Sihid COFDM 2.4GHz 雙天線發(fā)射機(jī)拆解出來后是一個(gè)SEM9363高清編碼調(diào)制板以及D-PA2400A功率放大板。

SEM9363高清編碼調(diào)制板

要實(shí)現(xiàn)圖傳，首選需要采集視頻數(shù)據(jù)，Sihid SEM9363無線數(shù)字圖傳編碼調(diào)制板通過MicroHDMI接口輸入高清數(shù)字視頻，然后通過板載的海思Hi3516A處理器做視頻壓縮編碼，壓縮后的視頻信號再通過FPGA實(shí)現(xiàn)COFDM信道調(diào)制，從整個(gè)方案來說，這是矽海達(dá)圖傳方案的核心所在，調(diào)制后的視頻信號再經(jīng)過AD9363射頻收發(fā)器轉(zhuǎn)換為模擬信號調(diào)制發(fā)射出去。

另外，SEM9363高清編碼調(diào)制板同時(shí)將Hi3516A處理器的調(diào)試串口、FPGA的JTAG調(diào)試口、OSD接口、控制串口、電源等信號集中到D-PA2400A功率放大板的對外接口上。

D-PA2400A功率放大板

D-PA2400A功率放大板包含兩路獨(dú)立的射頻功率放大模塊，看起來比較像是Avago的MGA-22003 功率放大器，這兩個(gè)功率放大模塊將SEM9363A輸出的射頻信號進(jìn)行功率放大輸出，如下圖所示。

其實(shí)D-PA2400A功率放大板將SEM9363調(diào)制板上的Hi3516A調(diào)試串口、FPGA JTAG調(diào)試口、OSD接口、控制串口、電源等信號都集中擴(kuò)展出來了，兩款板卡是通過帶pin擴(kuò)展座的FPC連接器連接，與此同時(shí)，SEM9363板的兩個(gè)RF輸出分別通過IPEX連接線接到D-PA2400A板的兩個(gè)RF輸入接口，D-PA2400A板上的每路功率放大模塊工作參數(shù)如下：

工作頻率：2.400GHz ~ 2.483GHz

增益：34±1dB

功率輸出1dB： 31dBm

FC2400A 2.4GHz接收模塊

FC2400A接收模塊下變頻板將接收到的2.4GHz射頻信號轉(zhuǎn)換為250MHz信號，再通過信道解調(diào)模塊進(jìn)行COFDM解調(diào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后通過USB接口將解調(diào)后的數(shù)字視頻信號傳給手機(jī)(或PC)做H.264解壓播放。

其中，F(xiàn)C2400A板的RF輸出通過射頻線連接到COFDM Demodulator模塊的RF輸入。另外，相信不少工程師對R820T+RTL2832U的硬件組合也是非常熟悉的，這是先前非常流行的電視棒的方案。

FC2400A下變頻板的參數(shù)如下：

工作頻率：2.400GHz ~ 2.483GHz

射頻接口：SMA天線接口

接收靈敏度：8MHz時(shí)-96±1dbm，6MHz時(shí)-97±1dbm

8位參數(shù)設(shè)置開關(guān)(接收與解調(diào)參數(shù)設(shè)置)

Micro USB接口(USB slave)，將解調(diào)后的視頻接入筆記本平板手機(jī)等設(shè)備進(jìn)行H.264解碼播放。

供電電壓：5V

整個(gè)圖傳開發(fā)套件的基本硬件框圖如下所示。

小結(jié)，實(shí)際試用下來，Sihid COFDM高清數(shù)字無線圖傳開發(fā)套件的圖傳質(zhì)量效果還是非常不錯(cuò)的。另外，除了此次的開發(fā)套件，矽海達(dá)還可根據(jù)客戶應(yīng)用需要定制不同規(guī)格的數(shù)字高清無線圖傳產(chǎn)品，比如

通過設(shè)計(jì)不同規(guī)格的PA模塊可支持其它工作頻段和射頻功率；

可更改現(xiàn)有設(shè)計(jì)增加其它視頻輸入輸出處理接口，如發(fā)射端AV輸入、USB輸入、SDI輸入，接收端HDMI輸出、SDI輸出等；

IP協(xié)議方式低延時(shí)遠(yuǎn)距離寬帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

大疆曉Spark

大疆曉Spark可以說是DJI推出的一個(gè)手勢控制飛行器方案，配置上采用聯(lián)芯LC1860C主控+聯(lián)芯LC1160 PMU。LC1860C則是當(dāng)年的紅米2A上的主應(yīng)用處理器，4個(gè)ARM Cortex-A7處理器，主頻1.5GHz，另外集成2核MaliT628 GPU，具備1300萬像素?cái)z像處理能力及1080P@30fps編解碼能力，所以從這里我們也基本能發(fā)現(xiàn)Spark錄制視頻的極限，1080P@30fps，LC1160則是配套的電源管理方案。

LC1860C下邊則是美光的閃存+運(yùn)存顆粒，查FBGA Code可知為具體型號為MT29TZZZ4D4BKERL-125 W.94M，集成了4GB eMMC以及512MB LPDDR3。

LC1160電源管理芯片下邊則是USB2.0 HUB芯片GL850H，再下邊則是曉Spark上的重頭戲芯片Movidius MA2155，全稱視覺處理器Vision Processing Units(VPUs)，這是專門為計(jì)算機(jī)視覺進(jìn)行優(yōu)化，可以用于 3D 掃描建模、室內(nèi)導(dǎo)航、360°全景視頻等更前沿的計(jì)算機(jī)視覺用途，從而實(shí)現(xiàn)像曉Spark上那些功能，如3D圖形感知，手勢識別，智能跟隨等，所以這顆VPU也是無人機(jī)的視覺定位系統(tǒng)的核心單元。同時(shí)這也是目前邊緣計(jì)算中比較出彩的一顆AI芯片，之前英特爾也推出了基于此款芯片的神經(jīng)計(jì)算棒1代，當(dāng)然目前的話有性能更強(qiáng)大的Intel Myriad X，如果對這感興趣可以看看神經(jīng)計(jì)算棒2代的評測。

曉Spark的飛控也不簡單，采用了Microchip的ATSAME70Q21芯片，基于ARM Cortex-M7處理器，最大主頻達(dá)300MHz。飛控旁邊的STM32F303+MP6536組合則是部分電機(jī)驅(qū)動電路。

曉Spark上的WiFi傳輸方案是采用高通旗下的Atheros AR1021X，這是一顆具備USB2.0接口的2.4G/5.8GHz雙頻WiFi芯片，支持802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，最高傳輸速度300Mbps。

信號放大部分采用了兩顆功放芯片SKY85809，對應(yīng)兩個(gè)不同頻段的信號，手機(jī)控制為2.4GHz頻段，Spark遙控器可以實(shí)現(xiàn)5.8GHz的WiFi連接，大疆官方稱Spark可以實(shí)現(xiàn)2公里距離的高清信號圖傳，這點(diǎn)實(shí)際體驗(yàn)過，這種情況只能在毫無遮擋物的條件下。

曉Spark的充電管理單元使用了TI的BQ25700升壓充電芯片，配合4顆MOS管，可實(shí)現(xiàn)通過5V的手機(jī)充電器或普通5V的USB接口充電寶，這也是曉Spark上的一大亮點(diǎn)，不需要取下電池就能給11.4V智能飛行電池實(shí)現(xiàn)充電。

小結(jié)，從曉Spark的解決方案來看，可謂是麻雀雖小五臟俱全，在和成人手掌差不多大小的情況下，曉Spark實(shí)現(xiàn)了諸多創(chuàng)新功能功能的集成，如3D傳感系統(tǒng)、視覺定位系統(tǒng)等，另外，從曉Spark整體的結(jié)構(gòu)和布局也能看出其優(yōu)秀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，堪比無人機(jī)中的教課書，相信不少用戶可以從模仿中提升自我。