产业发展技术先行 盘点无人机动力驱动及常见接口

　　【中国智能制造网 技术前沿】无人机的出现为人们的生活提供了许多便利，无人机飞控作为连接所有设备的大脑，接口种类越来越多，许多新手望而却步，老手也经常一脸茫然。　　
　　无人机现已被广泛应用到社会的各行各业。但其过短的续航时间一直是研究人员头疼的问题，目前无人机主要依靠6种动力完成复杂的工作。
　　
　　1、锂电池：大多数无人机都安装了锂电池，但效果只能维持20分钟左右，且需要经常拆卸、更换电池，十分耗时费力。针对这一现象，研究人员又探索了两种全新的动力来源，极大地提高了无人机的效率。
　　
　　2、氢燃料电池：氢燃料电池代替锂电池，可以支持无人机连续运转两个小时，并且充电十分迅速;
　　
　　3、激光发射器：激光发射器为无人机供电，从地面发射的激光光束被机身上的接收器转化成动力，几乎可以支持无人机一直工作。
　　
　　4、太阳能发电：利用太阳能发电的无人机通常同时安装了锂电池和太阳能电池，有阳光时就可利用太阳能提供飞行动力，锂电池则作为备用电池。
　　
　　5、内燃机发电：用内燃机发电可支持无人机以100千米每小时的速度飞行1小时，但噪音大且存在安全隐患，因为无人机内有可燃气体。
　　
　　6、有线电缆供电：利用有线电缆供电几乎可以让无人机地运转，也可以加快无人机向电脑传输数据的速度，但由于受到有线连接的限制，无法完成远距离飞行。
　　
　　氢燃料电池和激光发射器这两种动力来源因效果显着、安全系数高更受研发群体青睐，也能为未来其他飞行器的动力源探究提供灵感。
　　
　　常见接口到底都有什么，在无人机上做什么用？
　　
　　PWM：
　　
　　这是个要介绍的，所有航模和无人机都离不开的一种接口。单线信号，周期发送正脉冲，变化脉宽作为传递信息的方式，一个针脚传递一个通道，往往搭配地线和电源线可控制一个舵机或一个电调，是无人机或航模入门个需要了解的接口。优点是简单，稳定的传输一个可量变的信号，缺陷是速度低，目前常见的标准是每秒50次或300至400次。
　　
　　PPM：
　　
　　是PWM的升级版，就是每个信号周期变为发送一组多个脉宽的组合，来同时传递多个通道的变化信息。早期也被用于遥控器无线电信号和航模模拟器信号，现在多用于接收机与飞控连接，带有PPM信号输出的接收机很多，是无人机入门必配，那些用转换器的是脱裤子放屁。其优点是稳定传输多个通道，缺点是速度更慢。
　　
　　S.BUS：
　　
　　是日本遥控器厂商FUTABA设计的用单通道数字信号传输多通道信息的协议，只有一个信号针脚和一个基准地线，支持HUB扩展多个舵机和电调连接在一个信号源上，所以S.BUS其实是一种总线，其原理其实就是变化的串口协议，具体协议可以参考百度文库上我写的的文章“PX4飞控开发笔记-第五章：PWM，PPM，S.BUS与DSM2”。其优点是纯数字信号，很可靠，带有总线功能。缺陷是属于厂家技术兼容设备较少。目前是飞控连接接收机的佳选择。
　　
　　Relay：
　　
　　其实就是数字IO信号，只有0和1两种状态，存在于飞控某些针脚用于自动控制相机快门和农药喷头。优点是可靠，缺点是信息量极小，浪费资源且没有校验等功能。
　　
　　串口：
　　
　　串口是目前控制领域常见的设备接口，硬件形式有TTL，232，422，485几种。TTL是基本信号，常见三针用法，一个针用于信号输入叫RX，一针用于信号输出叫TX，另一针为信号基准地线。一般0伏和3-5伏表示0和1，飞控自带的都是这种串口，而且会带很多个，用于连接多个设备，PIXHAWK飞控有5个。TTL信号的电压较低，经验上不适合1米以上的长距离传输，于是发展出232接口，使用正负电平表示0和1其他与TTL相同，极大延长了传输距离，但是速度依然不足。
　　
　　于是发展出422接口，RX和TX每个针脚都变为正负电压的一对信号线同时跳变，这样干扰信号被巧妙的抵消，传输距离和速度双飞跃，但是需要5根线，给调试造成很大麻烦，目前只有军品才使用这种串口。485串口是结合232和422优点，使用一对正负电压的信号线既发又收，但是他需要额外一个信号控制收发转换，485总线带有总线特征，可以在两根线与地线上连接多个设备，但是收发，片选，仲裁，校验等等工作都需要你写程序去协调，工作量巨大，现在很少有人用。
　　
　　SPI：
　　
　　这是一种用于板上通信的高速接口，使用了主从设计，和专门的时钟线，每个SPI拥有4个脚主入从出，主出从入，时钟和地线。主设备负责管理信息，时钟同步和所有设备通信，一路SPI可以连接多个设备，但是必须每个带有片选。因为有时钟线所以很容易做到所有设备的同步通信，由于其稳定性和高速特性，在飞控板上用来连接所有传感器与主单片机。
　　
　　I2C：
　　
　　其实是I平方C，是用于连接板上高速设备的总线。拥有三根信号线，信号，时钟和地线。也是采用主从设计，带有时钟的同步设计，但是信号线需要承担多个设备输入输出，有主设备来管理。I2C上所有设备都自带一个地址，或叫标签，主设备用这个地址来识别设备。在飞控中用来连接重要性不太高的众多设备，指示灯，磁罗盘，空速，超声波，激光测距等等。居然有厂家为了省事用这个总线连接多个电调，这是很危险的，因为3-5v电平在长距离传输中容易受干扰。
　　
　　CAN：
　　
　　早为汽车设计的总线接口，据说是电流传输，所以抗干扰性能超强，专门用于大干扰环境设备间多个远距离传输。只有H和L两个信号线，所有设备都连接在上面，总线芯片负责仲裁。这其实是无人机上设备，尤其是多旋翼电调的优选择，但是由于其复杂性和接口芯片成本问题，比较少有人用，PIXHAWK飞控和ESC32电调多年前就已经具备该接口，至今无人问津。
　　
　　AD：
　　
　　模数转换接口，这种易被干扰的古老还存在，使用方式就是测量电压。目前飞控用来测量电压，电流，这种方式成本较低，在小型无人机上还可以使用。另外一些距离探测设备还在用，但是已经基本处于淘汰边缘，效果远远不如数字设备，不过成本较低，比如空速和超声波。
　　
　　SDIO：
　　
　　用于连接SD卡或TF卡，进行飞行数据记录。由于TF卡应用普遍，成本较低，容量速度都令人满意，所以渐渐成为飞控必备设备，用于飞行记录，事故分析，故障诊断等等。
　　
　　USB：
　　
　　民用总线接口，可以通过HUB连接多个设备，可以说是一种接口。但是其协议过于复杂，编程工作量极大，接口连接形式容易导致问题，必须使用专用线材，且不能超过2米。在飞控上主要用来地面进行调试，读写参数等等地面操作。
　　
　　（原标题：盘点无人机六种动力驱动及常见接口）