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TF模块在pixhawk上定高方案

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发表于 2017-11-23 18:21 |显示全部楼层
使用TF01模块在四轴飞行器下垂直向下安装,用来检测四轴飞行器的对地高度。测试的飞控平台是pixhawk,我们设计了一个数据转接板,将TF01的数据接收解析后再转发给pixhawk飞控。
1     Pixhawk定高原理简述
pixhawk为APM、PX4的升级版,其中APM使用的是普通的8位单片机,运算能力有限,PX4是一个开始使用STM32F4的过渡性产品,而pixhawk是PX4基础上发展的更加完善和可靠的飞控。对于此系列开源飞控的介绍,可详细参考:http://ardupilot.org/,这个网站介绍的非常详细和可靠的介绍了pixhawk,完全可以按照这个网站来学习了解飞控。
Pixhawk定高的原理:
    
如上面所述,雷达在定高模式,悬停模式定点模式中起作用。只有当雷达数据超过RNGFND_MAX_CM后才会转换为使用气压计定高。
  
Pixhawk上常用的距离传感器有数据的输入方式有模拟输入I2C输入串口方式输入和PWM输入方式。具体可详细参考http://ardupilot.org/copter/docs/common-rangefinder-landingpage.html
2     串口输入模式
建议使用串口输入方式给pixhawk提供高度信息。同时需要注意的是,使用串口输入方式的情况下,TF01模块输出协议,固件版本最低为V3.3.3。
2.1.1接线图
1 (a) 串口输入方式连接示意图
1 (b) 串口输入方式连接示意图
2.1  Mission Planner配置说明
    将飞控连至MP,在下面的CONFIG/TUNING栏里面选择左侧的Full Parameter List,找到并修改下面几个参数:
·        SERIAL4_PROTOCOL = 9 (Lidar)
·        SERIAL4_BAUD = 115
·        RNGFND_TYPE = 8 (LightWareSerial)
·        RNGFND_SCALING = 1
·        RNGFND_MIN_CM = 5
·        RNGFND_MAX_CM = 1200
·        RNGFND_GNDCLEAR = 5 单位是cm,或者使用更精确的值,取决于模块安装高度。
设置好这几个参数后,点击软件右侧的Write Params即可。
具体配置要点请参考图 2图3
2 串口参数配置
3 串口输入模式RNG参数配置
如果出现Bad Lidar Health错误,请首先检查TF01雷达发射窗口是否有红色LED光线发出,如果没有红色LED光线,请检查供电是否正常(SERIAL 4/5口供电pixhawk有时会供电不足)。如果发出了LED光线错误任然存在,请检查串口接线是否正确。如以上排查后仍无法显示正常距离值,请使用串口2连接(TELEM2)。接线方式无异如图1(b)所示,参数表中的串口配置项更改为
·        SERIAL2_PROTOCOL = 9 (Lidar)
·        SERIAL2_BAUD = 115
3     AD输入模式
       使用AD输入方式依赖一块额外的转发板。我们将TF01模块的数据先发送给一个STM32板,然后使用STM32板将数据转换为pixhawk能检测的AD数据。同样需要注意的是TF01模块、转接板和pixhawk需要共地处理。如图4
4 模拟输入方式连接示意图
3.1  连线说明
       将距离数据使用模拟信号输入至pixhawk的连接方式如图5
接线说明:
红色:3.3V供电
橙色:AD模拟信号
黑色:GND
5 模拟信号输入的接线说明
3.2  Mission Planner配置说明
    将飞控连至MP,在下面的CONFIG/TUNING栏里面选择左侧的Full Parameter List,找到并下面几个参数:
·        RNGFND_PIN = “14” for Pixhawk’s ADC 3.3v pin #2 OR “0”for APM2.x
·        RNGFND_MAX_CM = “1200” (i.e. 12m max range)
·        RNGFND_SCALING = “4” (i.e. 4m / 1v)
·        RNGFND_TYPE = “1” (Analog)
其中,STM32的DA模块只能输出0-3.3V的电压。实验中,我们设置为当测量距离为12m时,输入给pixhawk的电压为3V。RNGFND_SCALING设置为4。(用户也可以自行设置,但是转发板里的也需要相应的改动。)
设置好这几个参数后,点击软件右侧的Write Params即可。
具体配置要点请参考图6:
6 模拟输入模式RNG配置要点
3.3  STM32转发板参考程序
接收并解析TF01模块的距离信息:
  
// 全局变量
  
u16 distance = 0;
  
// 串口使用的变量
  
static u8  Usart1buf[USART1_BUF_SIZE];
  
static u8 pointer = 0;
  
  
// 串口1初始化函数
  
void USART1_Init(void)
  
{        
  
         USART_InitTypeDef USART1_InitStructure;
  
         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  
         NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  
         
  
         // A口时钟
  
         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  
         // A9 -> TX   ,  A10 -> RX
  
         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
  
         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed;
  
         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  
         GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  
         GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  
         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  
         
  
         // 复用功能配置
  
         GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);
  
         GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);
  
         // USART1时钟
  
         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
  
         // USART1中断优先级
  
         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
  
         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
  
         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
  
         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  
         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  
         // USART1初始化
  
         USART_DeInit(USART1);
  
         USART1_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
  
         USART1_InitStructure.USART_WordLength =  USART_WordLength_8b;
  
         USART1_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
  
         USART1_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
  
         USART1_InitStructure.USART_Mode =  USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
  
         USART1_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =  USART_HardwareFlowControl_None;
  
         USART_Init(USART1,&USART1_InitStructure);
  
         USART_Cmd(USART1,ENABLE);
  
         USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
  
}
  
  
// 串口中断函数
  
void  USART1_IRQHandler(void)
  
{
  
         
  
         if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET
  
            ||  (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ORE_RX) != RESET))
  
         {
  
                   USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
  
                   Usart1buf[pointer++%USART1_BUF_SIZE] = USART_ReceiveData(USART1);
  
                  
  
                   // 在此写代码接收程序
  
                   if((pointer%USART1_BUF_SIZE >= 9))
  
                   {
  
                            // 包头包尾确认
  
                            // 最好加上校验和的验证,此处为了简单,省略了校验和
  
                            if(    (Usart1buf[pointer%USART1_BUF_SIZE-3]==0x59)
  
                                     &&(Usart1buf[pointer%USART1_BUF_SIZE-4]==0x59))
  
                            {
  
                                     //距离
  
                                     distance=((u16)((Usart1buf[pointer%USART1_BUF_SIZE-1])<<8)
  
                                                     |(u16)(Usart1buf[pointer%USART1_BUF_SIZE-2]));
  
                            }
  
                   }
  
  
         }
  
}
  
DAC的配置:
  
void DAC_Config(void)
  
{
  
         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  
  
         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);                        
  
         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);
  
  
         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
  
         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
  
         GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  
         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  
         GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
  
         GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);      
  
         
  
         DAC_InitTypeDef   DAC_InitStructure;
  
         DAC_DeInit();
  
         DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_Software;
  
         DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration =  DAC_WaveGeneration_None;
  
         DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer =  DAC_OutputBuffer_Enable;
  
         DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);
  
         DAC_Cmd(DAC_Channel_1,ENABLE);
  
         
  
         DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,0x1fff);
  
         
  
         DAC_SoftwareTriggerCmd(DAC_Channel_1,ENABLE);
  
}
  
主函数:
  
// TF01模块测试的高度,单位mm
  
float test_height;
  
// 高度偏置,单位mm
  
float bias = 180;
  
// 应该输出的模拟值
  
s16 analog=0;
  
  
// 主函数
  
void main(void)
  
{
  
         // 中断分组的配置
  
         NVIC_Config();
  
         // 串口初始化
  
         USART1_Init();
  
         // DAC配置
  
         DAC_Config();
  
         
  
         // 主循环
  
         while(1)
  
         {
  
                   // 去除偏置
  
                   test_height = distance - bias;
  
                   // 数据转换,3V对应高度为12m,则:
  
                   // test_height * 3.3 * 4096/(3 *  1200)= test_height * 4096 / 1320
  
                   analog = (s16)(test_height*4096/1320);
  
                   // 范围限制
  
                   analog = analog < 4095 ? analog : 4095;
  
                   analog = analog > 0 ? analog : 0;
  
                   // 电压输出
  
                   DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,analog);
  
                   DAC_SoftwareTriggerCmd(DAC_Channel_1,ENABLE);
  
         }
  
}
  

4     数据测试说明
    在Mission Planner的飞行数据栏里,点击左下方的Status栏,找到里面的sonarrangesonarvoltage其中sonarrange表示实际距离,sonarvoltage表示模拟输入电压。
参考图 7:
7 传感器距离测试参考图(测试传感器能否正确读取距离)
5     PID参数调试
pixhawk的PID飞行参数调试全部可以在Mission Planner上完成,请参考此网站调试pixhawk的参数http://ardupilot.org/copter/docs/common-tuning.html 182100s482pe2alnqtn3bh.jpg
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