3. 硬件平台配置¶
下面将依次介绍遥控器配置、Pixhawk 自驾仪系统配置、机架和动力系统配置。
3.1. 遥控器配置¶
下面介绍两款遥控器的配置，分别是乐迪 AT9S 遥控器和Futaba T14SG 遥控器。这两款遥控器的接收机都具备 S.BUS 输出功能，可以通过一根数据线将所有通道的 PWM 信号传输给自驾仪，使用较为简单。乐迪 AT9S 价格较为便宜，适合室内课程使用；而 Futaba T14SG 的性能和可靠性更强，价格也更昂贵，适合用于室外实验验证。本书实验需要选择“左手油门（美国手，Mode2)”的遥控器产品，即左侧摇杆为油门杆，没有自动回中功能。“右手油门（日本手，Mode1)”遥控器和“左手油门”遥控器在硬件构造上有区别，不能简单的通过遥控器软件设置来改变，因此需要在购买时注意。下文将详细描述两种遥控器针对本书的设置方法。其余遥控器的设置也可以参考这两款遥控器的设置方法。
3.1.1. 乐迪 AT9S 遥控器配置方法¶
乐迪 AT9S 遥控器包含一个发射器和配套的 R9DS 接收机，必要的附件包括：电池（LiPo 捚聚合物电池，3S，11.1V)和配套充电器；JR 线（也可用杜邦线代替)，用于连接接收机与 Pixhawk 自驾仪；USB 数据线，用于连接 Pixhawk 自驾仪和计算机。
（1）电池和充电器使用说明 下图左侧为电池和充电器的实物图，将电池的四口充电头插在充电器右下侧的插口上，即可开始充电。处于充电状态时，充电器的指示灯为红色；当电池电量充满时，指示灯变为绿色。遥控器电池安装方式为：打开遥控器后侧下方电池槽，将电池供电头（红色电线对应正极)插在遥控器的电池槽左侧二口排插上即可。
遥控器、电池和充电器连接图
（2）接收机初次设置
1）按下图进行连线，接收机尾部下侧横向排针通过 JR 线连接到Pixhawk尾部最左侧“RC”排针，将 Pixhawk 的 USB 数据线与计算机 USB Type A 接口连接，给接收机供电。
遥控器接收机配置示意图
2）遥控器与接收机重新配对（默认情况已经连接完毕，只有连接出现问题时才需要重新配对)。打开遥控器电源（将其他所有遥控器关闭)，并按上一步方法正确连接接收机、Pixhawk 和计算机，用笔尖（或其他针状物)长按接收机右侧面的对码开关超过 1 秒，此时接收机 LED 灯闪烁，表示正在寻找距离最近的遥控器，并开始对码。接收机 LED 灯闪烁 7∼8 次后变为常亮，说明对码完毕，遥控器与接收机建立连接。
3）S.BUS 信号模式选择（接收机默认情况下已经处于该模式，通常不需要设置)。S.BUS 模式使得 Pixhawk 可以通过一根 JR 线完成所有通道 PWM 信号的传输。如果在 Pixhawk 上电且连上接收机的情况下，接收机上的 LED 灯为蓝白色，说明此时已经处于 S.BUS 模式，不需要进行设置。若接收机 LED 灯为红色，则需要将接收机右侧面对码开关短按两次（1 秒内按两次)，接收机 LED 灯变为蓝白色，说明 S.BUS 模式切换完毕。
（3）遥控器设置
1）向上拨遥控器“开关”按钮，打开遥控器。
2）设置语言和声音。
（a）长按遥控器按钮面板的“模式”按钮，弹出如下图所示的 “BASIC MENU”（基础菜单)页面。滚动遥控器面板上的“方向滚轮”，将光标移动到 “PARAMETER”上，按下遥控器面板的“确 定”按钮，即可进入遥控器参数设置页面。
遥控器参数设置页面
（b）滚动遥控器面板的“方向滚轮”，选中“LANGUAGE”条目，单击遥控器“确定”按钮，然后再滚动“方向滚轮”，将语言改变为自己熟悉的语言（如简体中文)，然后再单击遥控器“确定”按钮，确认选定的语言。
（c）由于本实验主要在室内进行仿真，为了防止遥控器声音打扰他人，建议关闭遥控 器声音。将声音“Sound”选项从“ON”（打开）调整为“OFF”（关闭）即可。
3）控制模式设置。
（a）长按遥控器面板的“模式”按钮，进入“BASIC MENU”（基础菜单）设置界面，单击“MODEL TYPE”（机型选择），进入机型选择页面。
遥控器多旋翼控制模式切换
（b）在“TYPE”（机型）选项中，将“HELICOPTER”（直升机模型）更改为“MULTICO- PTER”（多旋翼模型），然后长按遥控器面板的“确定”按钮，将控制模式设置为多旋翼。
4）油门通道反向设置。
乐迪遥控器的多旋翼模式的油门通道与常规遥控器的定义是相反的，因此需要进行调整。长按遥控器面板的“模式”按钮，进入 “REVERSE”（舵机相位）设置页面，将油门从“NOR”（正向）修改为“REV”（反向）。
5）CH5∼CH6 模式切换通道设置。
（a）由于实验需求，需要将遥控器的第五通道（CH5）映射为左上角的三段开关，用于 Pixhawk 的模式切换。长按遥控器面板的“模式”按钮，单击 “REVERSE”（舵机相位）按钮旁边的“AUX-CH”（辅助通道）按钮。
遥控器油门通道反向设置
（b）在“AUX-CH”（辅助通道）设置页面，单击“CH5”（第五通道）按钮进入第五通道设置页面，将 CH5 映射为遥控器的三段开关“SwE”。
遥控器多旋翼控制模式切换
（c）同理，将 “CH6”（第六通道）对应通道由“VrA”修改为遥控器的三段开关“SwG”。
6）通道确认。
（a）重启遥控器，按下遥控器的“返回”按钮，可以出现“SERVO”（舵量显示）界面，此时拨动各个摇杆可以看到每个通道 PWM 值的变化情况。注意：通道数值到达上侧 100，对应实际输出的 PWM 值为 1100 微秒；通道数 值到达下侧 100，对应实际输出 PWM 值为 1900 微秒。例如，下图中第三通道位于上 侧 100 位置，对应 PWM 值为 1100 微秒；其他三个通道位于 0 位置，对应 PWM 值为 1500 微秒。
遥控器摇杆位置与方向显示页面
（b）弄清各个摇杆拨动方向与 PWM 值的对应关系，对正确处理遥控器指令至关重要。 依次按下文规则拨动遥控器的各个通道摇杆，确定各个通道与下文规则正确对应：
- CH1：对应遥控器右手横向摇杆，摇杆从左侧拨动到右侧，对应 PWM 值为 1100∼ 1900 微秒；
- CH2：对应遥控器右手竖向摇杆，摇杆从上侧拨动到下侧，对应 PWM 值为 1100∼ 1900 微秒；
- CH3:对应遥控器左手竖向摇杆，摇杆从上侧拨动到下侧，对应 PWM 值为 1900∼ 1100 微秒（注意，这里和第二通道是相反的）；
- CH4:对应遥控器左手横向摇杆，摇杆从左侧拨动到右侧，对应 PWM 值为 1100∼ 1900 微秒；
- CH5:对应左手最上侧的三段开关，摇杆置于顶部（最远离使用者的档位）、中部和底部（最靠近使用者的档位）档位对应 PWM 值为 1100、1500 和 1900 微秒；
- CH6:对应右手最上侧的三段开关，摇杆置于顶、中和底档位对应 PWM 值为1100、1500 和 1900 微秒。
3.1.2. Futaba T14SG 遥控器配置方法¶
Futaba 接收机与 Pixhawk 自驾仪的连接方式与乐迪接收机有一些区别，具体连接方式如下图所示。下面介绍 Futaba T14SG 遥控器的配置方法。
Pixhawk 自驾仪与 Futaba 接收机连线图
需要用到Futaba T14SG的六个通道有：J1 摇杆(CH1滚转通道）、J2 摇杆(CH2 俯仰通道）、J3 摇杆(CH3 油门通道）、J4 摇杆(CH4 偏航通道）、SE 三段开关(左上侧三段开关，CH5 模式通道）和 SG 三段开关(右上侧三段开关，CH6 模式通道）。
Futaba T14SG 遥控器
Futaba T14SG 遥控器的基本设置如下：
（1）双击遥控器的“链接”(LINK）按钮，进入“LINKAGE MENU”链接设置界面。选择进入“MODEL TYPE”(机型选择）页面，选择 “TYPE”为“MULTIROTOR”；
（2）回到链接设置界面，选择“FUNCTION”(功能）选项，确认通道映射，即遥控器的第一到第四通道，依次对应 J1∼J4 摇杆；
（3）回到链接设置界面，选择“REVERSE”(舵机相位）选项，确认通道的反向情况，只有第三通道(油门）为反向的；
（4）回到链接设置界面，选择“FUNCTION”(功能）选项，翻到第二页配置页，将“5 MODE”通道的“CTRL”选项设置为“SE”摇杆(遥控器左上侧摇杆）；
（5）同上一步操作，将 “6 AUX1”通道设置为“SG”摇杆(遥控器右上侧摇杆）。
经过上述设置之后，和乐迪 AT9S 一样，还需要在通道数值显示界面，确定各个摇杆对应的 PWM 值输出与本书定义相符。
Futaba T14SG 遥控器
3.2. Pixhawk 自驾仪系统配置¶
为了使 Pixhawk 自驾仪的配置满足本实验需求，需要进行一些基本的固件烧录与模式配置操作，确保自驾仪功能正常且配置正确。方法如下：
（1）打开 QGC 地面站软件。
（2）如下图(a), 单击工具栏齿轮图标进入设置页面，再单击“Firmware”标签进入固件烧录页面。
（3）用 USB 数据线连接 Pixhawk 自驾仪与计算机，此时软件会自动识别 Pixhawk 硬件，如下图(b) 所示，在界面右侧弹出固件配置窗口，勾选“PX4 Flight Stack”，然后单击“OK”按钮，QGC 开始自动下载并安装PX4官方固件到Pixhawk 自驾仪硬件中。
通过 QGC 地面站配置 Pixhawk 自驾仪
（4）完成固件烧录后，自驾仪会自动重启并连接到 QGC 上；此时，进入“Airframe”标签页，选择机架类型为“HIL Quadcopter X”，然后单击右上角的“Apply and Restart”按钮，此时自驾仪会自动重启。
选择机架类型为“HIL Quadcopter X”
（5）重启后 QGC 地面站会自动寻找串口并连接到Pixhawk 自驾仪，此时查看各个配置页，确保 Pixhawk 自驾仪进入硬件在环仿真模式。
3.3. 机架和动力系统配置¶
本实验提供的软件在环和硬件在环仿真模型是一个轴距(对侧电机轴心距离）为 450mm 的小型四旋翼，重量为 1.4kg。为了顺利进行后续的飞行实验，需要确保多旋翼飞行器的配置与提供模型尽量接近。本书实验选择目前最受欢迎的 F450 多旋翼飞行器配置，读者可以自行购买零件组装，或者直接购买整机。F450具体组成如下：
（1）机架：DJI 风火轮 F450 机架。
- 机架重量(机身 + 机臂+ 起落架）：282g;
- 保护架重量：4×32g;
- 轴距：450 mm ;
- 起飞重量：800∼1600g;
- 推荐螺旋桨：8∼10 英寸。
（2）动力系统：DJI E310 动力套装(电机、电调、螺旋桨套装）。
- 电机尺寸：23×12mm，KV 值：960RPM/V ，重量：60g;
- 螺旋桨尺寸：24×12.7cm(9.4x5.0 英寸），重量：13g;
- 电调尺寸：74×32×10mm，最大持续电流：20A，重量：43g。
（3）电池：格氏 LiPo 电池。
- 容量：4000mAh;
- 电压：3S(11.1V);
- 放电倍率：25C;
- 重量：300g。
（4）自驾仪：Pixhawk 自驾仪套装。
- Pixhawk 1 自驾仪(2M 闪存版），编译命令为px4fmu-v3_default:尺寸：81×47×16mm，重量：36g;
- GPS 模块：型号：UBlox NEO-M8N GPS，模块重量：14g，重量：24g;
- 其他配件：电源模块、蜂鸣器、安全开关、连接线和减震器共 60g。
F450 零件图与组装后的示意图
完成组装后，可以按照 PX4 官方网站的教程 进行初步的飞行测试，确保各项功能正常。