PIXHAWk飛控板原理圖

1、版本時(shí)間說明修訂者0.12014-8-10起草目錄wikiuavPIXHAWk 簡介 目錄一、 PIXHAWK 飛控簡介及使用說明2二、 PIXHAWK 插腳引線介紹14 三、 PIXHAWK 飛控板原理圖15 四、 PIXHAWK 與電機(jī)、電調(diào)的連接圖28 采用 PIXHAWK2.4.5 作為飛行控制器，它是世界上最出名的開源飛控的硬件廠商 3DR 最新推出了最新一代飛控系統(tǒng)，其前身是 APM， 由于 APM 的處理器已經(jīng)接近滿負(fù)荷，沒有辦法滿足更復(fù)雜的運(yùn)算處理，所以硬件廠商采用了目前最新標(biāo)準(zhǔn)的 32 位 ARM 處理器，第 一代產(chǎn)品是 PX4 系列，他分為飛控處理器 PX4FMU 和輸入輸

2、出接口板 PX4IO。PX4 系列可以單獨(dú)使用 PX4FMU，但是接線很復(fù)雜， 也可以配合輸入輸出接口板 PX4IO 來使用，但是因?yàn)闆]有統(tǒng)一的外殼，不好固定，再加上使用復(fù)雜，所以基本上屬于一代實(shí)驗(yàn)版本。 通過 PX4 系列的經(jīng)驗(yàn)，廠商終于簡化了結(jié)構(gòu)，把 PX4FMU 和 PX4IO 整合到一塊板子上，并加上了骨頭形狀的外殼，優(yōu)化了硬件和走 線，也就是這款第二代產(chǎn)品 PIXHAWK。一、PIXHAWK 飛控簡介及使用說明PIXHAWK 的所有硬件都是透明的，它用的是什么芯片和傳感器一目了然，所有的總線和外設(shè)都進(jìn)行引出，不但以后可以兼容一些其 他外設(shè)，而且對(duì)于有開發(fā)能力的用戶提供了方便。PIXH

3、AWK 是一個(gè)雙處理器的飛行控制器，一個(gè)擅長于強(qiáng)大運(yùn)算的 32 bit STM32F427 Cortex M4 核心 168 MHz/256 KB RAM/2 MB Flash 處理器，還有一個(gè)主要定位于工業(yè)用途的協(xié)處理器 32 bit STM32F103，它的特點(diǎn)就 是安全穩(wěn)定。所以就算主處理器死機(jī)了，還有一個(gè)協(xié)處理器來保障安全。1） 特性核心 MCU 性能：168 MHz / 252 MIPS Cortex-M4F；輸出能力：14 PWM / 舵機(jī)輸出（其中 8 個(gè)帶有失效保護(hù)功能，可人工設(shè)定。6 個(gè)可用于輸入，全部支持高壓舵機(jī)）；大量外設(shè)接口（UART，I2C，CAN）；在飛翼模式中，可

4、以使用飛行中備份系統(tǒng)，可設(shè)置?？纱鎯?chǔ)飛行狀態(tài)等數(shù)據(jù)；多余度供電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不間斷供電；外置安全開關(guān)；全色 LED 智能指示燈；大音量智能聲音指示器；集成 microSD 卡控制器，可以進(jìn)行高速數(shù)據(jù)記錄。2） MCU32bit，STM32F427，Cortex M4 核心，帶有浮點(diǎn)運(yùn)算器；168 MHz；256 KB RAM；2 MB Flash；32 bit，STM32F103 失效保護(hù)控制器。3） 傳感器ST 公司小型 L3GD20H 16 bit 陀螺芯片；ST 公司小型 LSM303D 14 bit 加速度/磁場芯片；MEAS 公司 MS5611 氣壓芯片。4） 通信5x UART（串口

5、），1 個(gè)帶有高驅(qū)動(dòng)能力，2 個(gè)帶有流控制功能；2x CAN ，1 個(gè)帶有內(nèi)置 3.3V 轉(zhuǎn)換器，另一個(gè)需要外置轉(zhuǎn)換器；支持 Spektrum DSM / DSM2 / DSM-X 輸入；支持 Futaba S.BUS輸入；支持 PPM 信號(hào)輸入；支持 RSSI （PWM 信號(hào)）輸入；I2C；SPI；3.3 and 6.6V ADC 電壓信號(hào)輸入；內(nèi)置 microUSB 接口，并可擴(kuò)展外部 microUSB 接口。5） 電源電源失效后自動(dòng)二極管控制（不間斷供電）；支持最大 10V 舵機(jī)電源和最大 10A 功耗；所有外設(shè)輸出帶有功率保護(hù)；所有輸入帶有靜電保護(hù)。6） 擴(kuò)展數(shù)字空速傳感器，PIXHa

6、wk 支持 MS4525DO 數(shù)字差壓傳感器作為空速傳感器。這是一種貼片內(nèi)置 14 位精度壓差采集和 11 位精度溫度采集的氣壓傳感；芯片。使用 1PSI 量程，內(nèi)部采樣精度為 24bit，分辨率 0.84Pa；外部 USB 擴(kuò)展接口（可安裝在設(shè)備外殼）；外置全色彩 LED ；I2C 分線器 。PIXHAWK 的 PCB 板是沒有地線層和電源層的六層板，雖然達(dá)到了降低布線難度和減少交叉的目的，但同時(shí)也增加了板子的成本。PCB 板布線概況如下圖所示：由圖示可以看出，其板子左側(cè)是總輸出接口，雙面貼器件，正面布滿通信接插件這是 PX4 集成下來的優(yōu)點(diǎn)。四個(gè)固定孔在中間，這對(duì) 板子防震設(shè)計(jì)是相違背的。

7、兩個(gè) MCU 在同一面 45傾斜放置，其他器件基本都是對(duì)其的位置，這樣就導(dǎo)致了布線的傾斜和元器件的 穿越。PIXHAWK 飛行控制器不像很多商業(yè)飛控把減震做到飛控外殼的里面，而是需要自己安裝一個(gè)減震板，這樣才能減少由機(jī)體產(chǎn)生的細(xì)小震動(dòng)對(duì)飛控的影響。板子的實(shí)體外觀圖如下所示：PIXHAWK 飛控板的接口分布圖如下去掉外殼之后來介紹下各個(gè)接口的名稱上半部分SpektrumDSM2 或 DSMX 衛(wèi)星接收機(jī)接口（絲印字符 TELEM1）TTL 串口數(shù)據(jù)，數(shù)傳電臺(tái)（絲印字符 TELEM2）TTL 串口數(shù)據(jù)，常用于連接 OSD外接 USB 連接口，用于延長 USB 接口到外面SPI 總線電源模塊接口安全

8、開關(guān)接口蜂鳴器接口TTL 串口 4 和 5GPS 模塊接口CAN 總線接口I2C 總線接口ADC 輸入最高 6.6VADC 輸入最高 3.3VLED 信號(hào)燈 中間部分輸入輸出模塊復(fù)位按鈕TF 卡插槽飛行控制模塊復(fù)位按鈕MicroUSB 接口下半部分遙控器輸入 PPM 格式，最多支持8個(gè)通道，大多數(shù)用戶需要 PWM 轉(zhuǎn) PPM 模塊。S.Bus 輸出。主輸出，8個(gè) PWM 通道，用于連接電調(diào)或者舵機(jī)。輔助輸出，6個(gè) PWM 通道，用于其它擴(kuò)展，例如舵機(jī)云臺(tái)。 組成部分：蜂鳴器安全開關(guān)電源模塊GPS 模塊（帶羅盤）在我們購買這套飛行控制器里面，包括 Pixhawk 2.4.5飛控+蜂鳴器+安全開關(guān)

9、+4G SD 卡+讀卡器+PPM 編碼器+接收機(jī)連接線+電流電壓 模塊+LEA-6H 高精度 GPS+3DR radio 數(shù)傳模塊,各部分與飛控板連接如下圖把 PPM 總線或者 Futaba SBUS 接收線（黑色地線、紅色電源線和白色信號(hào)線）接在最左邊的 RC 接口上。 SB 接口是給 Futaba SBus 預(yù)留的，功能尚未完善。對(duì)于 Spektrum DSM，DSM2或者 DSMX 衛(wèi)星接收機(jī)，直接接在 SPKT/DSM 接口。把從（3DR）分線板引出的一根紅黑兩根的線接在 Pixhawk 的任意一個(gè)地線（-，黑線)和電源線（+，紅線)輸出針腳。 注意：1、供電接口必須有5V 或者與你的

10、舵機(jī)相對(duì)應(yīng)的電壓，不能直接與電池相連。2、你可以使用 ESC 的5v 電壓 BEC 輸出或者用于舵機(jī)的足夠功率的單獨(dú) UBEC 供電。3、這種接法是可選的，僅在用 Pixhawk 給外接舵機(jī)供電時(shí)才是必須的。對(duì)于飛行器，將每根信號(hào)線從 PDB 板與 Pixhawk 上其對(duì)應(yīng)的信號(hào)針腳相連。 o把每個(gè)電機(jī)的信號(hào)線與對(duì)應(yīng)的信號(hào)針腳相連。針腳 1 = 電機(jī) 1 針腳 5 = 電機(jī) 5針腳 2 = 電機(jī) 2 針腳 6 = 電機(jī) 6針腳 3 = 電機(jī) 3 針腳 7 = 電機(jī) 7針腳 4 = 電機(jī) 4 針腳 8 = 電機(jī) 8對(duì)于固定翼飛機(jī)，把每個(gè)通道的信號(hào)線與主信號(hào)輸出針腳相連。 o針腳 1 = 副翼針腳

11、 2 = 升降舵 o針腳 3 = 油門針腳 4 = 方向舵對(duì)于無人車，把油門和方向的信號(hào)線與主信號(hào)輸出針腳相連 o針腳 3 = 油門針腳 4 = 轉(zhuǎn)向二、PIXHAWK 插腳引線介紹TELEM1, TELEM2 接口串行端口 4/5 - 由于空間的限制兩個(gè)端口都在一個(gè)連接器ADC 6.6VADC 3.3VI2C（羅盤）CANSPIPOWER（電池）SWITCH（安全開關(guān)）三、PIXHAWK 飛控板原理圖第一張?jiān)韴D主要內(nèi)容是主控 MCU 的管腳鏈表整理。還有兩組器件，一個(gè)是 24M 晶振，標(biāo)出精度是 15ppm，封裝 3225。國內(nèi)很多人 說晶振 8M 最佳，不要選高了，但是 PX4 和 PI

12、XHawk 一直用的 24M，而且貼片 3225 封裝的 8M 都很難買到。另一組器件是 FM25V01， 128K 非易失存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器既有 EEPROM 的速度，又像 Flash 一樣掉電不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，一般用來做備份數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，一旦飛控空 中故障重啟，可以延續(xù)前面的狀態(tài)和計(jì)算結(jié)果。第一張?jiān)韴D第二張?jiān)韴D主要是對(duì)兩個(gè)串口進(jìn)行接口擴(kuò)展。使用了 TXS0108 通用電平驅(qū)動(dòng)芯片，這與我們常見的各種 3232 芯片不同，主要是起到 信號(hào)隔離和增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的作用，并不能把 TTL 轉(zhuǎn)換成 RS232 等串口形式，這樣做的好處是一旦一個(gè)串口出現(xiàn)大電流只能燒毀驅(qū)動(dòng)芯 片，不會(huì)燒毀 MCU。這種做法對(duì)

13、于工業(yè)應(yīng)用真是“極好的”！但是對(duì)于玩家來說，壞哪個(gè)芯片都得換板子，因?yàn)闆]法檢查和更換，我看 必要性一般啊，還不如來個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片增加抗干擾來的實(shí)惠。第二張?jiān)韴D第三張?jiān)韴D包含 JTAG 接口，microSD 卡槽和內(nèi)置 MicroUSB 接口。 STM32 搭配 JTAG，主要是增加通用性。microSD 卡槽，這對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)很有用的。內(nèi)置 MicroUSB 的設(shè)計(jì)加上了靜電保護(hù)芯片，對(duì) MCU 起到了一定的保護(hù)作用。第三張?jiān)韴D第四張?jiān)韴D主要是壓力傳感器 AD 采集、I2C 總線、SPI 接口、ADC 接口和 CAN 總線。I2C 接口、SPI 接口、ADC 接口的處理和 CAN 接 口

14、芯片都中規(guī)中矩，沒什么可說的。全部的 5V 供電都是用自恢復(fù)保險(xiǎn)對(duì)輸出功率保護(hù)，也用了二極管作為反接保護(hù)，這個(gè)保護(hù)對(duì) PIX 是安全了，但是對(duì)外部設(shè)備存在一定的隱患。還保留了線性電壓的空速傳感器接口，這個(gè)不知道軟件是否兼容，但是數(shù)字的空速還是太貴。第四張?jiān)韴D第五張圖是傳感器，但是用了兩片 L3GD20，不知道是什么用處呢？感覺像是選裝件。MS5611 氣壓和 LSM303 加速度和磁場芯片大家都 很熟悉了，處理的中規(guī)中矩。注意保留了一個(gè)接口，用于外置陀螺/加速度計(jì)/和磁場擴(kuò)展，我只能說體現(xiàn)了 PIX 一向的實(shí)驗(yàn)心態(tài)，一切都可以嘗試，一切都可以再 改變。第五張?jiān)韴D第六張?jiān)韴D是 PIX 的精

15、華所在，用了 LTC4417 這種復(fù)雜的電源管理芯片，來控制三組背對(duì)背 P 勾到場效應(yīng)管來進(jìn)行三路電源的不間 斷供電，成本較高，跟三個(gè)二極管的方案相比，最大的好處是沒有二極管壓降，但是對(duì)于這種小規(guī)模應(yīng)用不是很劃算。第六張?jiān)韴D第七章原理圖主要包含幾個(gè)部分，電源芯片，電池的接駁和管理，5V 監(jiān)控，主控芯片的去耦電容，主控芯片的 RTC 部分電源處理和 Reset。 MIC5332 是一種雙輸出超低壓降 LDO，做主電源是沒什么問題，問題是他比兩個(gè)單獨(dú)的芯片貴得多。兩個(gè)電池控制芯片 BQ24315 是 TI 的電池管理芯片，從一個(gè)電池取出兩路穩(wěn)定的 5V 電源分別供給不同種類設(shè)備，防止互相干擾，成

16、本 很高。RTC 和 RESET 做的中規(guī)中矩，沒什么可介紹的。第七張?jiān)韴D第八張?jiān)韴D的三色 LED 由 TCA62724 專用芯片管理，各種指示燈的電路沒啥可說，但是只用 220 歐電阻限流，估計(jì)是為了有殼子的設(shè) 計(jì)做準(zhǔn)備。 安全按鈕的輸入是 PX4 集成下來的特色，做了反接保護(hù)，沒有那個(gè)必要。J701 接插件不知道是做什么用的，但是其信號(hào) 采集用的是 LT3469 做了運(yùn)放進(jìn)行處理，應(yīng)該很重要，但是成本不便宜。第八張?jiān)韴D第九張圖是小單片機(jī)STM32F103 的原理圖，各處中規(guī)中矩。用了 JTAG 接口，PIX 的電路板面積不是很富裕，可以做小點(diǎn)。DSM 接口直 接連接到串口，PPM 用

17、 IO 讀取，這都是常見用法。24M 晶振與主控一樣，但是 SBUS 不知道去哪里去了，可見，備份控制器并不只是 做備份，平常是用來進(jìn)行輸入信號(hào)采集的，這跟大名鼎鼎的 APM 飛控是異曲同工。第九張?jiān)韴D第九張圖，在這里 SBUS 因?yàn)閺?fù)雜單獨(dú)畫了。處理方法是用或門電路，將信號(hào)反過來，還可以做 SBUS 輸出，夠強(qiáng)大。 舵機(jī)的輸出一樣實(shí)用 TXS0108 驅(qū)動(dòng)芯片，不過輸出信號(hào)還是 3V 電平，有點(diǎn)浪費(fèi)。第十張?jiān)韴D第十一張?jiān)韴D，這張圖里，我們見到了熟悉的 MIC5332，看來每種設(shè)備必須單獨(dú)供電，實(shí)在是把電源設(shè)計(jì)到了無以復(fù)加的地步。而 MIC5332 的電源來自單獨(dú)的 BQ24313，兩級(jí)處理保障了電源的可靠性。第十一張?jiān)韴D最后一張圖只是處理一些測試點(diǎn)，就沒什么可說的了。第十二張?jiān)韴D完成了整個(gè)電路的評(píng)測，感覺成本太高，沒有其他的。所選的器件全部非常有個(gè)性，少見常用器件。雖然是開源飛控，但是要做起來 還真挺麻煩的。下面我們來看下整機(jī)的布線問題PPMSUMAIRSPEEDSERVO8SERVO7SERVO6SERVO5SERVO4SERVO3SERVO2SERVO1I2CVCC BATT