2016年11月23日 20:11:23 岳小飞Fly 阅读数：12718更多
个人分类： 四旋翼无人机
版权声明：本文为博主原创文章，未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/u010682510/article/details/53310691
“云中谁寄锦书来，雁字回时，月满西楼”。当无人机在空中飞翔时，从APM飞控到飞手之间有几条看不见的“风筝线”——（1）2.4GHz的遥控；（2）433/915MHz的数传；（3）5.8GHz的图传；（4）osd（on-screen display）。其中遥控是大家最为熟知的，用于控制飞行和切换模式。数传说白了是一个披着射频的皮的无线串口，波特率57600，连接地面站可实时观测飞行数据和在线调参。图传是FPV（First Person View）必备，传输视频信号用于航拍。osd是锦上添花的部件，将飞行数据叠加到视频信号上一起传回地面接收机。
遥控、图传和osd都是很成熟的产品，对于开源用户来说定制性不强，而数传可以传回用户感兴趣的任何数据以及在线调参，实为居家必备之良品。如果选购与APM适配的3DR数传，无需任何修改，插上APM即可在地面站（Mission Planner）监测无人机的飞行数据。从功能上看，数传与下载程序兼具串口功能的USB线别无二致，只是形态上有线无线而已。二者的技术基础是串口以及基于串口的Mavlink通信，本文主要讨论如何使用APM中的串口并进行二次开发。
串口的英文名是UART，全称Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用异步接收/发送机，只要一对传输线（RX-TX）即可实现双向通信。串口通过USB转TTL模块可插在电脑的USB口，在设备管理器上体现为COM口，是单片机调试和通信的重要接口。
对于APM2.8飞控，其主控芯片为Atmega2560，有4个串口，分别为UART0~UART3，在APM中起作用的只是前3个，即UART0、UART1和UART2。UART0接USB，UART1接GPS，UART2接数传。
APM3.2.1源码为适应除APM之外的不同硬件（如PIXHAWK），在硬件抽象层HAL（Hardware Abstraction Layer）提供了通用的外设接口。在HAL.h中可以查看HAL类的声明，串口方面保留了_uartA~_uartE共5个。
class AP_HAL::HAL {public: HAL(AP_HAL::UARTDriver* _uartA, // console AP_HAL::UARTDriver* _uartB, // 1st GPS AP_HAL::UARTDriver* _uartC, // telem1 AP_HAL::UARTDriver* _uartD, // telem2 AP_HAL::UARTDriver* _uartE, // 2nd GPS AP_HAL::I2CDriver* _i2c, AP_HAL::SPIDeviceManager* _spi, AP_HAL::AnalogIn* _analogin, AP_HAL::Storage* _storage, AP_HAL::UARTDriver* _console, AP_HAL::GPIO* _gpio, AP_HAL::RCInput* _rcin, AP_HAL::RCOutput* _rcout, AP_HAL::Scheduler* _scheduler, AP_HAL::Util* _util) : uartA(_uartA), uartB(_uartB), uartC(_uartC), uartD(_uartD), uartE(_uartE), i2c(_i2c), spi(_spi), analogin(_analogin), storage(_storage), console(_console), gpio(_gpio), rcin(_rcin), rcout(_rcout), scheduler(_scheduler), util(_util) {} virtual void init(int argc, char * const argv[]) const = 0; AP_HAL::UARTDriver* uartA; AP_HAL::UARTDriver* uartB; AP_HAL::UARTDriver* uartC; AP_HAL::UARTDriver* uartD; AP_HAL::UARTDriver* uartE; AP_HAL::I2CDriver* i2c; AP_HAL::SPIDeviceManager* spi; AP_HAL::AnalogIn* analogin; AP_HAL::Storage* storage; AP_HAL::UARTDriver* console; AP_HAL::GPIO* gpio; AP_HAL::RCInput* rcin; AP_HAL::RCOutput* rcout; AP_HAL::Scheduler* scheduler; AP_HAL::Util* util;};落实到APM2.8飞控板上，从HAL_AVR_APM2_Class.cpp中可以查看串口的对应关系，同样可以得出只用了前3个，且UART0接USB，UART1接GPS，UART2接数传。源码与飞控板，一个底层，一个上层，“默契”地达成了一致。
HAL_AVR_APM2::HAL_AVR_APM2() : AP_HAL::HAL( &avrUart0Driver, /* phys UART0 -> uartA */ &avrUart1Driver, /* phys UART1 -> uartB */ &avrUart2Driver, /* phys UART2 -> uartC */ NULL, /* no uartD */ NULL, /* no uartE */ &avrI2CDriver, &apm2SPIDriver, &avrAnalogIn, &avrEEPROMStorage, &avrUart0Driver, &avrGPIO, &apm2RCInput, &apm2RCOutput, &avrScheduler, &avrUtil ){}如果大家仔细观察上面APM2.8的方框图，可以发现数传和USB接口都是走的UART0，这是为何？因为APM2.8采用了一种MUX复用的方式，使得当数传与USB同时接上的时候，USB会把数传屏蔽，即UART0占主导地位。在此祭出硬件原理图，TS5A23157是一个模拟开关，3DR代表数传。当USB和数传同时接上时，模拟开关会将3DR_RX与RX0接上，3DR_TX与TX0接上，即串口0把数传给屏蔽了。
一个串口要发挥作用，首先需要初始化，即配置波特率、设置起始位等操作。对于STM32单片机（用于PIXHAWK），还有串口中断等配置。APM中的Arduino单片机比较简单，只需配置好波特率，其余保持默认即可。
Arduino程序的初始化，一般在setup()函数中。不出所料，串口的初始化也在其中，见ArduCopter.pde的setup()函数，可以看到初始化函数init_ardupilot()。
void setup() { cliSerial = hal.console; // Load the default values of variables listed in var_info[]s AP_Param::setup_sketch_defaults(); // setup storage layout for copter StorageManager::set_layout_copter(); init_ardupilot(); // initialise the main loop scheduler scheduler.init(&scheduler_tasks[0], sizeof(scheduler_tasks)/sizeof(scheduler_tasks[0]));}在Visual Studio+VMICRO的环境下，按F12或鼠标右键可转到init_ardupilot()的定义，在system.pde的init_ardupilot()中摘出与uartA有关的代码以便分析。
hal.uartA->begin(map_baudrate(g.serial0_baud), 512, 128);， //gcs[0].init(hal.uartA); hal.uartA->set_blocking_writes(false);第1行和第3行很好理解，分别是uartA设置波特率（115200）和非阻塞模式，第2行的gcs[0]容易让人迷惑。gcs的全称为Ground Control Station，即地面工作站。再转到gcs的定义，可发现其数据类型为GCS_MAVLINK，由此可断定该行代码的作用是绑定Mavlink和uartA，将数据以Mavlink协议与地面站通信。为单独测试串口收发，可取消uartA与Mavlink的绑定，即注释掉gcs所在行的代码。
初始化搞定之后，就可以进行简单的串口收发测试——串口助手发数据给飞控，飞控返回原数据。串口的接收一般有2种方式：查询或中断。Arduino中的串口中断函数为SerialEvent，是一种软中断，博主将Arduino nano板中测试通过的串口中断代码移植到APM源码中，发现并不起作用。原因尚不明确，或许 APM板本身并不支持，也可能是博主移植的地方不合适。期待有心人进行尝试，欢迎留言讨论。
为了推进测试进程，转向查询方式。有2种方式：1.在ArduCopter.pde的fast_loop中查询；2.在UserCode.pde中添加代码。如果要使用UserCode.pde，需在ArduCopter.pde添加相应的宏，才能将UserCode.pde加入编译。为了方便，博主在fast_loop()中添加串口接收查询代码：
static void fast_loop(){ // IMU DCM Algorithm // -------------------- read_AHRS(); // run low level rate controllers that only require IMU data attitude_control.rate_controller_run(); #if FRAME_CONFIG == HELI_FRAME update_heli_control_dynamics();#endif //HELI_FRAME // write out the servo PWM values // ------------------------------ set_servos_4(); // Inertial Nav // -------------------- read_inertia(); // 串口接收查询 by--岳小飞 while (hal.uartA->available()) { uint8_t data = (uint8_t)hal.uartA->read(); hal.uartA->write(data); } // run the attitude controllers update_flight_mode(); // optical flow // --------------------#if OPTFLOW == ENABLED if(g.optflow_enabled) { update_optical_flow(); }#endif // OPTFLOW == ENABLED }打开串口，APM飞控会发出一串提示字符，包括版本信息，如“Init ArduCopter V3.2.1”。博主发送“YueXiaoFei”，飞控原样返回，测试通过。基于这个简单的收发测试，大家可自定义数据协议，发送和接收感兴趣的飞行数据，也可学习基于串口的Mavlink协议。
PS：无人机系列的第5篇至此结束，系列博客也随之告一段落。就应用方面而言，从入门到编译，从编译到调试，博主尽可能地将问题讲清楚，所有资料免积分下载，也算是为开源贡献自己的一份力吧。博客中可能存在一些小错误，也欢迎大家在评论区批评指正。力有不逮，敬请见谅~
原网址: 访问
创建于: 2019-05-18 15:47:56