無人機(jī)上各種設(shè)備層出不窮,接口種類越來越多,比較主要的有:PWM、PPM、SBUS、串口(包括TTL,232,422,485幾種)、SPI、I2C、CAN、USB、Relay(GPIO)、AD、SDIO、HDMI等等。
PWM: 所有航模和無人機(jī)都離不開的一種接口。單線信號(hào),周期發(fā)送正脈沖,變化脈寬作為傳遞信息的方式,一個(gè)針腳傳遞一個(gè)通道,往往搭配地線和電源線可控制一個(gè)舵機(jī)或一個(gè)電調(diào),是無人機(jī)或航模入門第一個(gè)需要了解的接口。優(yōu)點(diǎn)是簡單,穩(wěn)定的傳輸一個(gè)可量變的信號(hào),缺陷是速度低。目前常見的標(biāo)準(zhǔn)是50Hz,也有300Hz至400Hz的。
PPM: 是PWM的升級(jí)版,就是每個(gè)信號(hào)周期變?yōu)榘l(fā)送一組多個(gè)脈寬的組合,來同時(shí)傳遞多個(gè)通道的變化信息。早期也被用于遙控器無線電信號(hào)和航模模擬器信號(hào),現(xiàn)在多用于接收機(jī)與飛控連接,帶有PPM信號(hào)輸出的接收機(jī)很多,是無人機(jī)入門必配。其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定傳輸多個(gè)通道,缺點(diǎn)是速度更慢。
S.BUS: 是日本遙控器廠商FUTABA設(shè)計(jì)的用單通道數(shù)字信號(hào)傳輸多通道信息的協(xié)議,只有一個(gè)信號(hào)針腳和一個(gè)基準(zhǔn)地線,支持HUB擴(kuò)展多個(gè)舵機(jī)和電調(diào)連接在一個(gè)信號(hào)源上,所以S.BUS其實(shí)是一種總線,其原理其實(shí)就是變化的串口協(xié)議。其優(yōu)點(diǎn)是純數(shù)字信號(hào),很可靠,帶有總線功能。缺陷是屬于廠家技術(shù)兼容設(shè)備較少。目前是飛控連接接收機(jī)的最佳選擇。據(jù)說國外用戶使用PPM接收機(jī)的多,國內(nèi)用戶使用SBUS接收機(jī)的多,這可能和FUTABA遙控器在國內(nèi)大量使用有關(guān)系吧。
串口:串口是目前控制領(lǐng)域最常見的設(shè)備接口,硬件形式有TTL,232,422,485幾種。TTL是基本信號(hào),常見三針用法,一個(gè)針用于信號(hào)輸入叫RX,一針用于信號(hào)輸出叫TX,另一針為信號(hào)基準(zhǔn)地線(兩個(gè)TTL接口設(shè)備對(duì)接,必須共地?。?/strong>。一般0伏和3-5伏表示0和1,飛控芯片上自帶的都是這種串口,而且會(huì)帶很多個(gè),用于連接多個(gè)設(shè)備(比如GPS模塊、數(shù)傳、WIFI模塊等),PIXHAWK飛控有5個(gè)。TTL信號(hào)的電壓較低,經(jīng)驗(yàn)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(fù)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(gè)針腳都變?yōu)檎?fù)電壓的一對(duì)信號(hào)線同時(shí)跳變,這樣干擾信號(hào)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(diào)試造成很大麻煩。485串口是半雙工,是結(jié)合232和422優(yōu)點(diǎn),使用一對(duì)正負(fù)電壓的信號(hào)線既發(fā)又收,但是需要額外一個(gè)信號(hào)控制收發(fā)轉(zhuǎn)換,485總線帶有總線特征,可以在兩根線與地線上連接多個(gè)設(shè)備,但是收發(fā)、片選、仲裁、校驗(yàn)等等工作都需要你寫程序去協(xié)調(diào),工作量大。
SPI: 這是一種用于板上通信的高速接口,使用了主從設(shè)計(jì)和專門的時(shí)鐘線,每個(gè)SPI擁有4個(gè)腳主入從出MISO、主出從入MOSI、時(shí)鐘CLK和地線。主設(shè)備負(fù)責(zé)管理信息,時(shí)鐘同步和所有設(shè)備通信,一路SPI可以連接多個(gè)設(shè)備,但是必須每個(gè)帶有片選。因?yàn)橛袝r(shí)鐘線,所以很容易做到所有設(shè)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(jī)。
I2C: 是用于連接板上高速設(shè)備的總線。擁有三根信號(hào)線,信號(hào),時(shí)鐘和地線。也是采用主從設(shè)計(jì),帶有時(shí)鐘的同步設(shè)計(jì),但是信號(hào)線需要承擔(dān)多個(gè)設(shè)備輸入輸出,有主設(shè)備來管理。I2C上所有設(shè)備都自帶一個(gè)地址,或叫標(biāo)簽,主設(shè)備用這個(gè)地址來識(shí)別設(shè)備。在飛控中用來連接重要性不太高的眾多設(shè)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(gè)總線連接多個(gè)電調(diào),這是很危險(xiǎn)的,因?yàn)?-5v電平在長距離傳輸中容易受干擾。
CAN: 最早為汽車設(shè)計(jì)的總線接口,傳輸?shù)氖遣罘中盘?hào),抗干擾性能超強(qiáng),專門用于大干擾環(huán)境設(shè)備間多個(gè)遠(yuǎn)距離傳輸。只有H和L兩個(gè)信號(hào)線,所有設(shè)備都連接在上面,總線芯片負(fù)責(zé)仲裁。這其實(shí)是無人機(jī)上設(shè)備,尤其是多旋翼電調(diào)的最優(yōu)選擇,但是CAN接口有一定的復(fù)雜性,CAN收發(fā)器芯片成本也不低。PIXHAWK飛控和 ESC32電調(diào)多年前就已經(jīng)具備該接口,大疆飛控上也采用了CAN接口。相信今后采用CAN接口的飛控會(huì)越來越多。
USB: 民用總線接口,可以通過HUB連接多個(gè)設(shè)備,可以說是一種完美接口。但是其協(xié)議過于復(fù)雜,編程工作量極大,接口連接形式容易導(dǎo)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(jìn)行調(diào)試,讀寫參數(shù)等等地面操作。
Relay: 就是GPIO信號(hào),只有0和1兩種狀態(tài),存在于飛控某些針腳用于自動(dòng)控制相機(jī)快門和農(nóng)藥噴頭。優(yōu)點(diǎn)是可靠,缺點(diǎn)是信息量極小,浪費(fèi)資源且沒有校驗(yàn)等功能。
AD: 模數(shù)轉(zhuǎn)換接口,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(jī)上還可以使用。另外一些距離探測設(shè)備還在用,比如空速和超聲波。
SDIO: 用于連接SD卡或TF卡,進(jìn)行飛行數(shù)據(jù)記錄。由于TF卡應(yīng)用普遍,成本較低,容量速度都令人滿意,所以漸漸成為高級(jí)飛控必備設(shè)備,用于飛行記錄,事故分析,故障診斷等等。
HDMI:高清晰度多媒體接口(英文:High Definition Multimedia Interface,HDMI)是一種數(shù)字化視頻/音頻接口技術(shù),是適合影像傳輸?shù)膶S眯蛿?shù)字化接口,其可同時(shí)傳送音頻和影音信號(hào),最高數(shù)據(jù)傳輸速度為5Gbps,同時(shí)無需在信號(hào)傳送前進(jìn)行數(shù)/?;蛘吣?數(shù)轉(zhuǎn)換。HDMI接口特點(diǎn):
(1)可以傳送無壓縮的音頻信號(hào)及高分辨率視頻信號(hào),數(shù)字信號(hào),質(zhì)量高。
(2)提高高達(dá)5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。
(3)能支持1080P視頻(最新版本2.0b,最高可支持8K)。
(4)理論20m,實(shí)際一般為3m左右。
(5)同時(shí)傳輸音頻、視頻、版權(quán)保護(hù),在消費(fèi)電子領(lǐng)域非常受歡迎。
(6)HDMI是外部接口,對(duì)于視頻的分辨率和色深的提升能力有限。
(7)HDMI兼容性不好。目前HDMI接口在圖傳和相機(jī)上普遍使用,選用優(yōu)質(zhì)的HDMI轉(zhuǎn)接線是很重要的。
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