Matrix：修订间差异
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之前工场做项目常用的点对点无线传输方案是蓝牙模块。下表列出了部分市面上常见的蓝牙透明传输模块。 | |||
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调研过程中发现了[http://espressif.com/en/products/esp8266/ ESP8266]这款WiFi SoC有一个规模不小的[http://www.esp8266.com/ 开源社区]，看起来是个不错的选择。粗略浏览了淘宝“ESP8266 模块”的搜索结果，ESP-01/03/05/07/12这几种模块有卖，价格在￥13左右。全系列模块列表在这个[http://www.esp8266.com/wiki/doku.php?id=esp8266-module-family Wiki页面]上。 | |||
项目前期小编队试验选择组网方案的原则是配置、连接操作尽可能简单。可能的方案有： | |||
# 每飞行器单元用一个处于从模式的蓝牙[https://developer.bluetooth.org/TechnologyOverview/Pages/SPP.aspx SPP]（支持EDR）模块与主机（联想X系列笔记本）组成星形网络 | |||
# 每飞行器单元用一个WiFi模块与主机（装有Intel网卡的联想X系列笔记本）组成星形网络 | |||
项目后期大编队选择组网方案的原则是保证数据速率和可靠性。暂定使用WiFi多接入点（主要）+Zigbee网状（备用） | |||
To do：确定Zigbee的网络延迟是否在可以接受的范围内。 | |||
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2015年4月17日 (五) 00:43的版本
立项申请（草稿）
项目目标
能够在室外做64机编队飞行的小型旋翼无人机系统。
- 室外： 主要目标是以紫操中心为底面中心的50m长，50m宽，25m高的长方体区域
- 64机： 这是个“理想”，实际要考虑人力财力。但至少需要8个飞行器单元
- 编队： 使用按照各自预定轨迹飞行的方式完成
- 旋翼无人机： 实际上代指一切可以在空中悬停并且可以控制其移动的物体
实现方案
实现方案最大程度地遵循“不重复造轮子”的原则，充分利用已有的尤其是开源的设计。这样可提高项目推进速度，避免走弯路并且有利于项目长期发展。
飞行器单元
使用小型玩具直升机改装。小型玩具直升机便宜，安全，耐摔，便于室内试验；与相同重量的四旋翼相比巡航速度高（也就是更抗风），载荷大，功率小，动作灵敏。
| 型号 | 单机价格/RMB | 长×宽×高/cm | 无电重量/g | 电池容量/mAh | 主旋翼动力 | 副翼 | 标称飞行时间/min | 变总距 | 其他特性 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 伟力V911-1 | 110 | 25.5×4×9 | 28 | 200 | 空心杯直流 | 有 | 8 | 不支持 | 直插式电池。舵机控制板一体，不易改装 |
| 伟力V911-2 | 120 | 26×4.5×8 | 200 | 空心杯直流 | 有 | 7 | 不支持 | 直插式电池。舵机控制板一体，不易改装 | |
| 伟力V988 | 24.5×4.9×8 | 46.5 | 250 | 空心杯直流 | 无 | 5-7 | 不支持 | ||
| 伟力V930 | 368（标配） | 27×4.9×8 | 45 | 450 | 无刷直流 | 无 | 5-7 | 不支持 | |
| 伟力V966 | 23.8×4.9×8 | 45 | 250 | 空心杯直流 | 无 | 5-7 | 支持 | ||
| 伟力V977 | 408 | 27×4.9×8 | 58 | 450 | 无刷直流 | 无 | 5-7 | 支持 | |
| 华科尔Mini CP | 1198 | 24.1（旋翼直径） | 45（含电池） | 240 | 空心杯直流 | 无 | 支持 | 双向传输监测电压、电机温度 | |
| 华科尔V120D02S | 980 | 30.8（旋翼直径） | 100（含电池） | 600 | 无刷直流 | 无 | 支持 | 主旋翼传动变距尾旋翼 | |
| 美嘉欣F47 | 198（标配） | 23（不含旋翼）×4.5×8 | ~38.5 | 380 | 有刷直流 | 有 | 8~10 | 不支持 | |
| 美嘉欣F48 | 328 | 23（不含旋翼）×4.5×7.5 | ~40 | 380 | 无刷直流 | 无 | 8 | 不支持 | |
| 蓝飞翔HP100BL | 460 | 29.6×**×9.2 | 45（含电池） | 300 | 无刷直流 | 无 | 10-15 | 支持 | 五线直线舵机，硬质旋翼 |
现在的玩具厂商开始使用软旋翼了，所以中型飞机也是安全的。
| 型号 | 单机价格/RMB | 长×宽×高/cm | 无电重量/g | 电池容量/mAh | 主旋翼动力 | 副翼 | 标称飞行时间/min | 变总距 | 其他特性 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 伟力V912 | 328（标配） | 52×8.5×15.5 | 850×2S | 有刷直流 | 有 | 8~10+ | 无 | ||
| 伟力V913无刷/有刷 | 498/398（标配） | 70×11×20 | 450 | 1500×2S | 无刷直流/有刷直流 | 有 | 8 | 无 | |
| 美嘉欣F45 | 388（标配） | 60×20×10 | 1500×2S | 有 | 无 | ||||
| 美嘉欣F46 | 368 | 42（不含旋翼）×7.5×15 | 700×2S | 无刷直流 | 有 | 8-9 | 无 | ||
| 美嘉欣F49 | 408（标配） | 69×47.5×19.5 | ~500 | 1500×2S | 有刷直流 | 有 | 8 | 无 |
筛选原则：
- 偏好无副翼。因为成品有电子增稳，副翼的增稳作用不必要，且降低悬停效率。
- 偏好单旋翼。因为单旋翼翼稍速度大，允许的巡航速度（也即悬停时风速）大。这也是不考虑四旋翼的原因。
- 偏好非空心杯电机作为主旋翼动力。因为空心杯电机“漏磁”会极大地影响磁强计。
- 偏好可变总距。这样可以寻找最优的总距-转速搭配，以达到最长的悬停时间。
选择普通直流电机还是无刷直流电机尚不确定。
蓝飞翔HP100BL的五线舵机允许我们自己设计舵机闭环，感觉更有意思。
使用小飞机会遇到减重设计的问题。刚开始时就考虑减重设计会带来不必要的麻烦，所以前期试验使用伟力V913有刷或无刷版，后期成品使用蓝飞翔HP100BL。
飞行控制器单元
备选的飞行控制器硬件方案有Pixhawk和APM 2.6。APM的硬件已经不能支撑更多功能[1]，故选择Pixhawk。
飞行控制器硬件与Pixhawk兼容，以便应用Pixhawk的Firmware等资源。但电路需要重新设计，精简元件，以适应飞行器单元的尺寸。
主控制器为STM32F427IIH6，代替Pixhawk的STM32F427VIT6。这样可以占用更小的PCB面积。
地面站
地面站软件使用QGroundControl、Mission Planner或者APM Planner 2。
个人偏好QGroundControl，因为
- 图形界面令我满意
- written by engineers for engineers[2]
- 由Pixhawk团队开发
具体选用哪个有待商榷。
通信
飞行器单元与地面站、飞行器单元与飞行器单元之间需要建立无线网络。网络应用层协议是MAVLink，此协议同样出自Pixhawk团队之手。
由于物联网概念的兴起，近年来小型低功耗设备的无线组网方案发展迅速，给Matrix带来了非常多的选择。物联网常使用的网络协议有Wi-Fi、蓝牙、ANT、Zigbee和6LoWPAN。下表大略地对我们关心的性能指标做了对比。
| 协议 | Wi-Fi 802.11n | 蓝牙 | ANT | Zigbee | 6LoWPAN |
|---|---|---|---|---|---|
| 市售串口模块种类数量 | 多 | 非常多 | 较少 | 多 | 几乎没有 |
| 模块连续传输电流消耗/mA | ~200[3] | ~20 | ~20 | ||
| 户外节点最大间距/m | 140[4]、250[5] | 10（Class 2最低指标）[6] | 150[7] | ||
| 理论数据速率/Mbps | 1~150[4] | 3（EDR）[8] | 0.25 | ||
| 允许节点数量 | 50或64（WPA2）[9]，可扩充 | 7个Slave设备[10] | 1024 | ||
| 通信延迟 |
之前工场做项目常用的点对点无线传输方案是蓝牙模块。下表列出了部分市面上常见的蓝牙透明传输模块。
| 公司/型号 | 主芯片 | 协议 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 汇承HC-05 | CSR BC417 | 2.0 | 经典的蓝牙2.0透传模块 |
| 创联发SH-H2 | 不明 | 2.1EDR+4.0BLE“双模” | |
| 易联易通ELET114A | BCM20710 | 2.1EDR+4.0BLE“双模” | |
| 华茂HM-12/HM-13 | 不明 | 2.1EDR+4.0BLE“双模” | |
| 信驰达RF-BM-S02 | CC2540 | 4.0、BLE | |
| 华茂HM-10/HM-11 | CC2540 | 4.0、BLE |
调研过程中发现了ESP8266这款WiFi SoC有一个规模不小的开源社区，看起来是个不错的选择。粗略浏览了淘宝“ESP8266 模块”的搜索结果，ESP-01/03/05/07/12这几种模块有卖，价格在￥13左右。全系列模块列表在这个Wiki页面上。
项目前期小编队试验选择组网方案的原则是配置、连接操作尽可能简单。可能的方案有：
- 每飞行器单元用一个处于从模式的蓝牙SPP（支持EDR）模块与主机（联想X系列笔记本）组成星形网络
- 每飞行器单元用一个WiFi模块与主机（装有Intel网卡的联想X系列笔记本）组成星形网络
项目后期大编队选择组网方案的原则是保证数据速率和可靠性。暂定使用WiFi多接入点（主要）+Zigbee网状（备用）
To do：确定Zigbee的网络延迟是否在可以接受的范围内。
飞行器位置测量
各阶段目标及主要工作
第一阶段预算
参考文献
- ↑ Choosing a Flight Controller Pixhawk vs APM2.6 vs PX4
- ↑ QGroundControl vs MissionPlanner, Reply by Paul Mather on March 29, 2012 at 7:39pm
- ↑ ESP8266 - NURDspace以及庆科EMW3161模块实测
- ↑ 4.0 4.1 IEEE 802.11n-2009 - Wikipedia, the free encyclopedia
- ↑ WiFi, Bluetooth, ZigBee and NFC
- ↑ Basics | Bluetooth Technology Website
- ↑ 谷雨 ZG-M0 Zigbee模块参数
- ↑ Bluetooth - Wikipedia, the free encyclopedia
- ↑ How many concurrent users can a single Wi-Fi AP handle?， Spiff的回答
- ↑ Bluetooth - Wikipedia, the free encyclopedia