4. Pixhawk硬件系统

4.1. 硬件系统组成与连线

硬件组件包括遥控器、接收机、JR 接口线（连接 Pixhawk自驾仪与接收机）、Pixhawk 自驾仪（本书推荐 Pixhawk 1 用于课程学习，更高版本硬件用于室外飞行测试）以及 USB 数据线（连接计算机与 Pixhawk 自驾仪，为自驾仪供电并进行数据传输）。

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Pixhawk 自驾仪、遥控器与接收机硬件系统

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Pixhawk 自驾仪和乐迪 R9DS 接收机硬件系统连线图

4.2. 遥控器基本操作方法

“美国手”遥控器，左侧摇杆对应油门与偏航控制最，右侧摇杆对应滚转与俯仰。滚转、俯仰、油门和偏航分别对应了接收机的 CH1∼CH4 通道；左上侧拨杆对应了 CH5 通道，用于触发自驾仪切换飞行模态；右上侧拨杆对应了 CH6 通道，可以用于触发飞行模态切换或其他功能。

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遥控器原理图

在设计控制器处理遥控器 PWM 输入数据时，需要用到以下知识：

  • 油门(CH3 通道）摇杆从最下端到最上端对应了 Pixhawk 自驾仪接收到 CH3 通道的PWM 值范围为 1100∼1900 微秒；
  • 滚转(CH1 通道）和偏航(CH4 通道）摇杆从最左端到最右端对应 PWM 值范围从1100∼1900 微秒；
  • 俯仰(CH2 通道)摇杆从最下端到最上端对应 PWM 范围为 1900∼1100 微秒；
  • 模式切换通道 CH5 和 CH6 为三段开关，拨杆置于顶部(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，依次对应的 PWM 值为 1100、1500 和 1900微秒。

4.3. 地面站下载固件方法

在桌面找到 QGroundControl 图标并打开 QGC 地面站软件，

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QGC 地面站软件界面

依次按图中标号进行下列操作：

（1）单击“设置”按钮进入 QGC 地面站设置页面；
（2）单击“Firmware”标签，此时用 USB 数据线连接Pixhawk 自驾仪。QGC 地面站软件会自动检测 Pixhawk 自驾仪；
（3）勾选“Advanced settings”选择框；
（4）单击“Standard Version (stable)”标签；
（5）在弹出标签页中选择“Custom firmware file …”选项；
（6）单击“Ok”按钮；
（7）在弹出的 Windows文件选择界面中，选择“e0/2.PSPOfficialExps/px4fmu-v3_default1.7.3Stable.px4”文件，并单击“打开”按钮，此时地面站会将固件下载并烧录到 Pixhawk 自驾仪中。
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QGC 地面站自定义固件选择页面

4.4. Pixhawk 自驾仪半物理仿真模式设置

打开 QGC 地面站，然后用 USB 数据线连接 Pixhawk 自驾仪，此时 QGC 地面站会自动识别 Pixhawk 自驾仪并与之建立连接来设置参数和传输数据。

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Pixhawk 自驾仪连接 QGC 地面站示意图

单击 QGC 地面站设置页面的“Airframe”标签，确认目前处于“HIL Quadcopter X”机架模式。

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QGC 地面站机架设置页面

这一项设置对后续的硬件在环仿真至关重要，如果不处于该模式需要手动设置。设置方法为：

（1）选中“Airframe”-“HIL Quadcopter X”机架图标；
（2）此时可以 QGC 地面站右上角会弹出一个“Apply and Restart”标签窗口，在其中单击“Apply”按钮后自驾仪会进行设置并重新启动；
（3）等待几秒钟，QGC 地面站会再次连接到自驾仪，此时查看是否正确设置。

4.5. 遥控器配置与校准

连接自驾仪与接收机，再连接 Pixhawk 自驾仪与计算机。打开遥控器，并打开 QGC 地面站软件。当 QGC 地面站成功连接上Pixhawk 自驾仪后，单击 QGC 地面站设置页面的“Radio”标签就可以查看与遥控器的连接情况。

拨动遥控器的摇杆，观察QGC内 CH1∼CH6 通道的变化趋势，确认是否满足本实验设定需求。首先，根据摇杆与通道定义，依次进行如下操作：

（1）从下到上拨动遥控器油门杆(CH3 通道），数字 3对应的滑块从左移动到右(对应 PWM 值从 1100 微秒变化到 1900 微秒）。
（2）从左到右拨动滚转摇杆(CH1 通道）和偏航摇杆(CH4 通道），数字 1 对应的滑块和数字 4 对应的滑块从左移动到右(对应 PWM 值从 1100 微秒变化到 1900 微秒）。
（3）从下到上拨动俯仰摇杆(CH2 通道），数字 2 对应的滑块从右移动到左(对应 PWM 值从 1900 微秒变化到 1100 微秒）。
（4）从上(前）到下(后）拨动遥控器左上角(CH5 通道）和右上角(CH6 通道）的三段开关，数字 5 对应的滑块和数字 6 对应的滑块从左移动到右(对应 PWM 值从 1100 微秒变化到 1900 微秒）。

如果不满足上述规律，说明遥控器没有正确配置，需要重新配置遥控器。此外，如果地面站提示遥控器未校准，可以 “Calibrate”按钮，按文字提示拨动摇杆完成遥控器的校准。

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QGC 地面站遥控器设置与校准页面

4.6. 飞行模式设置

经过上面的遥控器校准步骤后，单击 “Flight Modes”（飞行模式）设置页面，选择“Mode channel”（模式通道）为“Channel 6”（CH6 通道）。

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Pixhawk 自驾仪飞行模式设置

由于 CH6 通道是遥控器上的一个三段开关，拨杆置于顶部（最远离使用者的档位）、中部和底部（最靠近使用者的档位）档位分别对应了“Flight Mode 1”“Flight Mode 2”“Flight Mode 3”三个模式。将这三个标签分别设置为“Stabilized”（自稳模式，只有姿态控制）、“Altitude”（定高模式，姿态和高度控制）和“Position”（定点模式，有姿态、定高和水平位置控制）。