基于ArduPilot开发无人机飞控自动驾驶仪

本项目基于开源飞行控制固件 ArduPilot 开发，设计并实现了一款高度集成的 自动驾驶仪，可广泛应用于多种平台，包括但不限于 多旋翼、固定翼、直升机、垂直起降（VTOL）飞行器、无人车、无人船及潜水艇。

该自动驾驶仪具备强大的功能，支持多种飞行模式和任务，适合用于巡航飞行、植保作业、远程侦察、测量作业等多种应用场景。

项目的复刻难度较高，但功能强大且灵活，适合DIY爱好者进行技术学习和应用拓展。

项目的硬件设计基于 STM32H743 主控芯片，辅以多个传感器模块，确保了高精度的飞行控制与数据采集功能。

此外，硬件兼容多种外部接口，支持灵活的扩展和定制，适合不同领域的需求。

本自动驾驶仪支持多种飞行平台与功能，具体包括：

• 多旋翼飞行器：适用于巡航飞行、植保作业、教育实训等场景。
• 固定翼飞行器：可用于远程侦察、长时间飞行等任务。
• 垂直起降（VTOL）飞行器：适用于狭小空间或复杂地形的任务，如测量、监控等。
• 无人车、无人船、潜水艇等平台：可应用于水面、地面或水下测量作业，拓宽了自动驾驶技术的应用边界。

本项目具备高度的模块化设计，用户可以根据具体需求自由搭配使用，进一步扩展功能。

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项目参数

• 主处理器：STM32H743IIK6，主频480 MHz，外部16 MHz时钟，强大的计算能力确保高效数据处理和控制。
• 协处理器：STM32F103xB，支持PWM输出控制、Failsafe机制、安全开关及LED控制。
• 加速度计/陀螺仪：
  • BMI088：优良的抗震性，车规级；
  • ICM42688-P：优良的灵敏度和低噪声；
  • ICM20689：稳定性好，适合精确控制。
• 电子罗盘：IST8310，提供精确的航向数据。
• 气压计：
  • BMP581：高精度，分辨率0.006Pa，适合气压测量；
  • ICP-20100：精度更高，响应中等。
• 电源管理：4路电源接口，包括UAVCAN电源和SMBUS电源。
• 通信接口：
  • GPS接口：支持两个串口（USART1和USART4），每个接口都具备I2C扩展功能。
  • TELEM接口：支持两个串口（USART2和USART3），可实现数据传输与远程控制。
  • CAN总线：支持两个CAN总线（CAN1和CAN2），适应不同通信需求。
  • SPI接口：支持外部传感器扩展，适用于用户自定义开发。
  • 以太网接口：可通过以太网连接实现远程数据传输，支持4G通信模块。
  • USB接口：用于程序烧录和地面站连接。
  • TF卡槽：支持固件升级和数据存储。

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硬件设计解析

2.1、主控与协处理器架构

采用 STM32H743 主控芯片，具备强大的计算能力和丰富的外设接口，能够处理复杂的飞行控制算法和数据处理任务。

STM32F103 协处理器负责PWM输出、Failsafe机制和一些低功耗操作，确保飞行器在发生故障时能够自动执行应急程序。

2.2、高精度传感器集成

BMI088、ICM42688-P、ICM20689 作为飞行器的核心惯性测量单元（IMU），提供高精度的运动数据，确保飞行稳定性。

BMP581、ICP-20100 气压计模块，提供精确的高度数据，并能应对复杂的环境条件。

2.3、数据存储与恢复

集成 FM25V05 或 FM25V02 非易失性存储器，用于存储飞行参数、配置和日志数据。即使系统断电或重启，飞行数据也能保留。

2.4、电源管理与保护

多路降压电源管理模块，确保各个系统组件稳定供电，避免因电源波动导致系统故障。

集成 AP2311FGEG-7 功率控制保护电路，保证外设和传感器的稳定供电，避免电压过低导致的设备损坏。

2.5、通信与接口

该设计支持多种标准通信接口（SPI、I2C、CAN、UART等），使得用户可以轻松集成各种传感器、外部设备及扩展模块。

高速CAN总线支持高效数据传输，并可以根据需求切换到低速模式。