各相關論壇里關于四軸飛行器的帖子很多,我從中也學到了很多東西,前段時間一直在忙別的工作,趁這幾天有點空,將之前做過的一些工作整理出來,對實際操作自我感覺有價值的帖子(或部分內容)匯總在此,并對一些本人覺得不妥的地方加以說明和修正。
一、四軸飛行器的組裝(轉:請參考相關內容)
二、MWC的硬件設計
三、MWC的固件配置
四、MWC的連接
五、四軸飛行器整機調試(一)
六、四軸飛行器整機調試(二)
七、其他
八、視頻
九、Q250 + MINI_MWC
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二、MWC的硬件設計
1、原理圖
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2、PCB布局圖
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3、實物照片
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4、材料清單
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這種配置完全是為那些沒有多少經費的初學者選配的!!!
遙控器選擇的是MC6H航模遙控器 6通道2.4g 帶接收器
MC6H.pdf
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MC6遙控器.zip
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三、MWC的固件配置
1、Arduino IDE的安裝
Arduino集成開發環境下載:http://pan.baidu.com/s/1o9XCU(1.6.3下載)
如果你下載的是windows 安裝版(exe后綴),那么直接安裝即可,其他則直接解壓即可使用。
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運行后的界面如下:
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2、MulltiWii程序配置
MWC2.3官方原程序
MultiWii.zip
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雙擊運行MultiWii.ino程序。
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初始界面顯示如下:
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選擇config.h文件,選擇后如下:
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按Ctrl+F,尋找“QUADX”
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將“//#define QUADX”前面的雙斜杠刪除掉,變為:
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其他后續部分作同樣的處理,見圖,沒有特殊情況,就不加以說明了。
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對于簡單的6軸傳感器(三軸陀螺儀+三軸加速度)GY_521,請選擇“#define GY_521”,對于10DOF模塊(三軸陀螺儀+三軸加速度+三軸磁場+氣壓)的GY-86傳感器,則選擇“#define GY_86”。
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注意:低通濾波頻率設置為20Hz,有些情況下,這個頻率設高了的話,油門推到最大都飛不起來。
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關閉串口GPS。
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如果使用GPS,就要開啟I2C_GPS;如果使用超聲波測距,就要開啟I2C_GPS_SONAR。
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如果你想使用 GPS 自動返航等功能,一定要設置磁偏角,查詢磁偏角的最好方法是在手機GUI上查看。首先運行下圖中的MultiWii EZ-GUI程序,點擊“GPS信息”按鈕,最下面倒數第二行即為你所處地方的磁偏角。
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飛控解鎖后,馬達不轉。這個功能,有好有壞,馬達旋轉可以提示你,飛控已經解鎖,注意安全。我習慣解鎖后馬達不轉。
四、MWC的連接
1、遙控器對頻
- 關閉發射機和接收機電源
- 把黑色“對頻線”插頭連接到接收機的“ID SET”接口
- 把電調的信號線連接到接收機的第三通道,然后電調連接電池通電
- 此時需要注意的是,接收機LED將有一個持續閃爍綠燈
- 將發射機油門搖桿調到最低的位置,然后打開發射機
- 當接收機的綠色LED燈熄滅,此時接收機已對好頻
- 關閉遙控器電源
- 從接收器拆下“對頻線”插頭,斷開電池、電調連接線。
2、接收機連接
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注:這里只有D2是通過GVS的3P線連接到飛控板的,其他通過單P線連接即可。因為遙控的所有接收端 GND和VCC是相通的。
3、電調連接
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數字與飛控板舵機控制部分數字標號一一對應,數字周圍的箭頭,表示這個位置的電機旋轉方向,請與圖示標注保持一致。
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4、電調校準
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去掉//#define ESC_CALIB_CANNOT_FLY這句代碼前面的兩條斜線,啟用這句代碼,并將改過的程序燒錄到飛控板里。斷開USB下載線,接上飛行器的電池,在一段音調之后,等待一分鐘左右,拔掉電池。將#define ESC_CALIB_CANNOT_FLY這句代碼注釋掉,接上USB下載線,重新下載程序到飛控板里,至此校準電調完成。電調校準時不要安裝螺旋槳!!!
5、GPS連接
按照原理圖和PCB板圖上的5V、GTX、GRX、GND分別與GPS模塊的相應端子相連接,注意GTX與GPS模塊的RX相連,GRX與GPS模塊的TX相連。
6、超聲波連接
按照原理圖和PCB板圖上的V、T、E、G分別與超聲波模塊的VCC、Trig、Echo、GND對應相連。
五、四軸飛行器整機調試(一)
1、MultiWii GUI啟動、連接
請先安裝JAVA插件:
http://www.java.com/zh_CN/download/windows_ie.jsp?locale=zh_CN
安裝即可(注意:需要連接網絡才可以安裝此安裝文件),如果你的電腦是win7 64位的系統,安裝了JAVA虛擬機后GUI仍然運行不了,那你就需要到C:Program Files(x86)Javajre7in找到并復制javaw.exe,然后粘貼到C:WindowsSysWOW64這個文件夾下面,再重新運行GUI即可。
接著運行“application.windows32 MultiWiiConf.exe”。
application.windows32.zip
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點擊“READ”和“START”按鈕,就可看到飛控的默認初始數據和傳感器的數據曲線圖了。
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2、傳感器校準與測試
a、加速度計校準
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加速度計(ACC)在飛行器靜止時,三軸讀數會相對穩定,如果前后/左右/上下移動飛行器,對應的PITCH / ROLL / Z會有讀數變化,這表面加速度計工作正常。這時如果需要校準加速度計,請將飛行器放在盡量平的地面上,點按CALIB_ACC按鈕,等待大約5秒鐘,加速度計校準完成后,ROLL/PITCH會顯示為0,校準完成。校準完成后別忘了點擊“WRITE”保存。
b、陀螺儀測試
陀螺(GYRO)在飛行器靜止的時候,ROLL / PITCH / YAW三組數據都為0,拿起飛行器,分別朝向三個軸向擺動,會看到三組數據會跟隨變化,同時右邊的狀態圖會跟著擺動的方向做指示。左右傾斜飛行器,右邊的ROLL不會保持水平狀態,會有對應的傾斜動作,前后傾斜飛行器,PITCH也會產生相應變化,轉動飛行器,有圖中的四軸飛行器也會有對應動作。
c、磁場計校準
磁阻(MAG)讀數中我們只需關心ROLL這一項,當水平轉動飛行器指向北的時候,此讀數與下面的HEAD都為0,同時右邊的指北針也指向N位置,說明磁阻工作正常。如需校準磁阻,請點按CALIB_MAG按鈕,在30秒鐘內把飛行器朝三個軸向分別旋轉至少一圈再放回地面,即可完成校準。
d、氣壓計測試
氣壓計(ALT)讀數并不是絕對值,每個飛控都有可能不一樣,請不用擔心,我們只是需要相對的數據。測試氣壓計時可以上下移動飛行器超過1米高度差,或者用手按著氣壓計的金屬蓋,會看到讀數出現變化,當氣壓變高時,顯示海拔下降,這時正常情況。
3、GPS設置
源程序:
I2C_GPS_NAV_v2_2.zip
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a、導航程序配置
導航板軟件 I2C_GPS_NAV_v2_2的config.h文件中修改下列代碼,打開SONAR部分。
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下載導航程序到GPS Arduino模塊。
b、飛控軟件 MWC2.3代碼修改
代碼修改
(1)config.h文件,打開I2C_GPS和I2C_GPS_SONAR的設置
#define I2C_GPS
// If your I2C GPS board has Sonar support enabled
#define I2C_GPS_SONAR
(2)IMU.cpp 文件,增加邏輯:當超聲波讀數低于3米時,代替氣壓計讀數
uint16_tcurrentT = micros();
uint16_tdTime;
static int32_t tmpEstAlt = 0; //in cm 用于替換原氣壓高度的LPF運算,方便與超聲波讀數切換
dTime =currentT - previousT;
if(dTime < UPDATE_INTERVAL) return 0;
previousT = currentT;
if(calibratingB > 0) {
logBaroGroundPressureSum = log(baroPressureSum);
baroGroundTemperatureScale = (baroTemperature + 27315) * 29.271267f;
calibratingB--;
}
//baroGroundPressureSum is not supposed to be 0 here 氣壓地面壓力和不應為0
// see:https://code.google.com/p/ardupi ... AP_Baro/AP_Baro.cpp
BaroAlt= ( logBaroGroundPressureSum - log(baroPressureSum) ) *baroGroundTemperatureScale;
// 用tmpEstAlt變量替換原alt.EstAlt變量進行氣壓高度低通濾波
tmpEstAlt = (tmpEstAlt * 6 + BaroAlt * 2) >> 3; //additional LPF to reduce baro noise (faster by 30 μs)
//在這里給alt.EstAlt賦值
if(sonarAlt>0 && sonarAlt<300 ) {
alt.EstAlt = sonarAlt; //來自聲吶的值
}
else {
alt.EstAlt = tmpEstAlt; //來自氣壓計的值
}
#if(defined(VARIOMETER) && (VARIOMETER != 2)) ||!defined(SUPPRESS_BARO_ALTHOLD)
c、GPS模塊設置
安裝u-center軟件,將GPS模塊通過USB轉TTL模塊與PC機相連,并運行u-center。
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2016-4-11 15:48 上傳
按F6、F7、F8打開三個窗口,觀察GPS是否有數據輸出。
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選擇不同的波特率,看看選擇哪個波特率時,窗口有數據不斷的輸出,就說明GPS模塊的波特率就是所選的值。
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如果波特率不是115200,進行如下設置。點擊 ViewMessages View,調出該窗口,然后點擊 UBXCFG(Config) RT(Ports),設置 Baudrate 為 115200。同時設置串口1的輸出格式為NMEA。
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在配置好了之后,點擊窗口左下角的 Send 按鈕,就可以將配置發往 ATK-NEO-6M GPS模塊。這樣,我們就設置模塊波特率為 115200 了,此時 u-center 必須重新設置串口波特率為115200,才可以和模塊進行通信。
設置好之后, u-center 即可與模塊重新通信,但是模塊的波特率數據,并沒有保存在EEPROM 里面,只要模塊一斷電,下次上電,波特率就還是以前的出廠設定值。
因此我們還需要對剛剛的配置進行一個保存操作, 在 Messages View 窗口,選擇UBXCFG(Config)CFG(Configuration),選擇 Save current configuration, Device 選擇: 2-I2C-EEPROM。在設置好了之后,點擊窗口左下角的 Send 按鈕,就可以將指令發往 ATK-NEO-6M GPS模塊,從而將當前的模塊配置信息,保存在 EEPROM 里面。
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GPS輸出信息設定,MWC的導航部分僅需要GGA、GSA、RMC,在 Messages View 窗口,選擇NMEA,首先,鼠標右鍵點擊NMEA,選擇Disable Child Message,這是沒有任何信息輸出。再分別選擇GxGGAGPGGA,鼠標右鍵點擊選擇Enable Message;GxGSAGPGSA和GxRMCGPRMC按同樣方法設置使能輸出。
下面設置測量頻率,還是在 Messages View 窗口,點擊 UBXCFG(Config)RATE(Rates), 設置 Measurement Period 為 200ms。
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2016-4-11 15:48 上傳
在配置好了之后,點擊窗口左下角的 Send 按鈕,就可以將配置發往 ATK-NEO-6M GPS模塊。然后,可以看到其他信息窗口的數據更新速度明顯變快了,說明我們的設置成功了。同樣,如果要保存該設置,前面波特率設置時所介紹的保存操作方法,進行保存。
4、超聲波測距測試
超聲波沒什么可調式的,如果硬件、軟件沒有什么問題,直接在MultiWii GUI的界面上就可以看到超聲波的高度數據。
六、四軸飛行器整機調試(二)
5、參數調整
a、PID參數調整
MWC是用PID算法進行飛行穩定性控制的程序,三個字母分別代表比例(P)-積分(I)-微分(D)。
PID三個參數的直觀作用:
P(比例):這是一個增益因子,當多軸飛行器受風等的影響發生向一邊傾斜時,P值直接決定多軸飛行器的抵抗這種傾斜的力的大小。P越大,多軸飛行器抵抗意外傾斜的能力越強,但P過于大時會引起多軸飛行器抖動甚至猛烈側翻。P越小,多軸飛行器抵抗意外傾斜的能力越弱,但P過小時會引起多軸飛行器自平衡能力不足甚至朝一邊側翻(如順著風的方向)。
I(積分):這個參數決定了飛行控制器對過往飛行狀態的依賴程度。如果I值太小,會使飛行器過度依賴當前的誤差,不能抑制“過敏”現象,從而造成飛行顛簸;如果I值太大,則會過度削弱系統對誤差的反應能力,造成反應遲緩。
D(微分):一旦多軸飛行器發生傾斜,則認為多軸飛行器會繼續向同一方向傾斜,合適的D參數的能有效抑制未來可能發生的傾斜。如果D值太小,您會覺得多軸飛行器反應不夠靈敏;如果D值太大,也會引起“過敏”。相較于P而言,D反映得更多的是靈敏度,而P反映的是糾正誤差的力度。
具體操作:將鼠標定位在待調整的PID參數上,按住鼠標左鍵左右移動鼠標即可調整該數值。初期PID參數默認即可,不必調整,默認參數就能飛的很穩。
b、油門曲線調整
如果你在試飛過程中發現四軸懸停非常難,油門非常不好把握,一拉油門就升老高,一降油門就直接落到地上,那你應該調整油門曲線。比如MID設為0.4,EXPO設為0.7等。遙控曲線不必設置,默認參數就很好。
6、遙控器設置
a、MWC的遙控動態范圍設定
如果遙控器的動態范圍不夠,也就是調整范圍最小無法小于1100,最大無法超過1900,則可以通過在MWCMultiWii.h中修改下列兩個參數,即可解決此問題。
#define MINCHECK 1150 //遙控器動態范圍最小設定值
#define MAXCHECK 1850 //遙控器動態范圍最大設定值
b、通道設置
打開遙控器開關。這時觀察GUI上遙控器各通道示數會有變化。
首先檢查各通道正反是否正確。推動前四個通道的搖桿,正反設置正確的標志如下。
- 油門通道:向前推動搖桿,GUI里油門通道示數變大;向后拉搖桿,GUI里油門通道示數變小。
- 升降舵通道:向前推動搖桿,GUI里油門通道示數變大;向后拉搖桿,GUI里油門通道示數變小;自動回中GUI示數在1500左右。
- 副翼通道:向右推動搖桿,GUI里油門通道示數變大;向左推動搖桿,GUI里油門通道示數變小;自動回中GUI示數在1500左右。
- 方向舵通道:向右推動搖桿,GUI里油門通道示數變大;向左推動搖桿,GUI里油門通道示數變小;自動回中GUI示數在1500左右。
- 三檔開關通道:低檔GUI示數1000左右;中檔GUI示數1500左右;高檔GUI示數2000左右。
若正反向不正確,則在遙控器設置里進行舵機相位的正反相設置即可。
正反設置完成之后需要校準各通道行程,要求各通道最小值在1050以下,最大值在1950以上。
然后升降舵、副翼、方向舵三個通道需要校準中立點(即搖桿自動回中那個值),利用遙控器各通道旁邊的微調開關,將以上三通道的中立點校準到1500左右,偏差不超過正負4。
c、飛行模式設定
設置完遙控器各通道的行程和中立點后,可進入飛行模式設置,操作界面如下:
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右側中部淺藍色框中“ACC”、“BARO”、“MAG”、“GPS”和“SONAR”均為綠色,說明這些傳感器均設置為工作狀態。
上面黃色框中為飛行模式設定,框的左側由上往下依次為:
- ARM:解鎖指示(解鎖成功后會變成綠色)
- ANGLE:自穩功能(2.2以前的固件顯示為ACC.需要加速度計,MWC-2012 MWC-MEGA都支持)
- HORIZON:3D模式(激活后自動關閉ANGLE功能,請初級玩家慎用)
- BARO:高度保持功能(需要氣壓計, MWC-2012 MWC-MEGA都支持)
- MAG:航向保持功能(需要磁阻,MWC-2012 MWC-MEGA都支持)
- HEADFREE:CF功能,也就是俗稱的無頭功能(需要同時激活MAG)
- CAMSTAB:云臺自穩功能(需要在固件中開啟云臺功能)
- GPSHOME:自動回航功能(需要GPS模塊,并且同時激活MAG)
- GPSHOLD:定點功能(需要GPS模塊)
設置方法用鼠標點擊“灰色”小方塊,使其變為“白色”,對應功能即變成有效。
譬如AUX2的MID列對應的功能為:自穩+定高+鎖定航向。設置完成后需要點擊“WRITE”按鈕保存。這時你可改變遙控器輔助通道的狀態,相應的飛行模式就由暗紅色變成了綠色。
注意: GPS沒有衛星信號的時候,不管你怎樣操作遙控器上的開關,GPS Hold 和 GPS Home都無法激活。
MAG:航向保持功能,是指通過磁阻來保持航向,可以避免飛行器的非操控原因的自旋,第一次打開時,機頭會自動轉向(指向解鎖時還是上電時或真北我沒注意,因為我們的飛場三個方向是一樣的)。
HEADFREE:CF功能,也就是俗稱的無頭功能,不需要同時激活MAG,是指飛行器的傾斜與橫滾根據飛行器解鎖時機頭指向關聯,與飛行器實際的機頭指向無關。例如,無論飛行時機頭如何指向,往前推桿,飛行器就向解鎖時機頭指向的前方飛去。注意,是解鎖時機頭指向。(具體無頭模式功能的詳細說明你可以看其他帖子)
另外,打開GPSHOME或GPSHOLD時,都需要磁阻的輔助,不需要同時打開MAG,也不會自動打開MAG。但需要打開ANGLE功能,否則不工作。
在GPSHOME時,打開MAG,機頭會自動轉向HOME點方向后開始返航,到HOME點后,機頭再轉向到解鎖時的方向。
d、解鎖
油門搖桿打到右下角為解鎖,左下角為加鎖。解鎖后ARM為綠色,加鎖后為暗紅色。
7、電機測試
飛行器上電,打開遙控器電源,解鎖,推油門,看看電機轉速是否正常,槳葉安裝是否牢靠。
七、其他
1、電機不同時轉
油門推到60%的時候只有兩個電機轉,另外兩個不轉,當油門繼續加大第三個電機開始旋轉,再繼續加大油門第四個電機才轉起來。最后發現是“MultiWii”與“MultiWiiConf(MultiWii GUI)”不配套造成的。運行相應的配套“MultiWii GUI”程序,重新校準加速度計后,一切均正常了。
2、GPS導航部分出現的問題
I2C_GPS_NAV_v2_2 程序的 config.h 中下面這段:
……
//#define NMEA
#define UBLOX
//#define MTK_BINARY16
//#define MTK_BINARY19
//#define INIT_MTK_GPS
……
如果設置為“UBLOX”,編譯是通不過,我在一些論壇上也求助過,沒有人回答,后來通過我自己試驗,選擇“NMEA”成功了!
……
#define NMEA
//#define UBLOX
//#define MTK_BINARY16
//#define MTK_BINARY19
//#define INIT_MTK_GPS
……
參見:MWC接GPS和聲納的方法經驗以及我遇到的問題
3、入門級的其他部件選型
有很多人都說 XXD 的不好,絕對不要用,其實對于沒有多少錢的入門者,我感覺還是可以用的,對于我來說,錢不是問題,但做個簡單的,也就是嘗試一下而已,也沒有必要非得選那么好的,從使用角度上來看,也沒發現什么問題。
如果沒有配自鎖槳的新手,一定要注意槳葉一定要安裝牢靠(具體標準大家自己網上找吧),否則要是射槳(百度看射槳)了的話,問題就大了……
4、電調輸出并聯問題
線性降壓電調的輸出并聯沒有什么問題,但開關降壓電調的輸出是不能并聯在一起的!!!
八、視頻
MWC四軸飛行器
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