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無名創(chuàng)新飛控開源地面站——NGroundStation
一、地面站開源初衷與下載鏈接：
無名創(chuàng)新飛控開源飛控地面站是無名小哥為廣大自研飛控開發(fā)者、電子發(fā)燒友們專門開發(fā)的一款多功能上位機(jī)軟件，地面站功能涵蓋：飛控狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)波形、參數(shù)調(diào)試、虛擬遙控器、飛控傳感器校準(zhǔn)串口助手常用等，開發(fā)此款地面站的初衷是方便大家高效學(xué)習(xí)與調(diào)試。
初學(xué)者在學(xué)習(xí)無人機(jī)飛控相關(guān)算法選擇地面站時(shí)，個(gè)人小眾開發(fā)者設(shè)計(jì)的地面站，在功能和性能上各有優(yōu)缺點(diǎn)，無法兼容常用功能，而針對APM/PX4的開源地面站MP與QGC功能復(fù)雜，很多冗余的功能用不上，開發(fā)者需要自行移植并裁剪Mavlink協(xié)議來適配自己的飛控，導(dǎo)致開發(fā)者往往為選擇一款合適的地面站而發(fā)愁，為兼容不同家地面站需要花一定功夫。
考慮到目前國內(nèi)沒有一家開源飛控地面站軟件代碼開源出來給大家學(xué)習(xí)，為了做到初學(xué)者也能簡單高效的開發(fā)出滿足自己需要的地面站軟件，無名小哥選擇采用QT開發(fā)平臺，基于C++圖形用戶界面開發(fā)了此地面站軟件，整個(gè)工程代碼框架清晰，每個(gè)功能模塊單獨(dú)封裝，注釋詳盡，使得有一定編程經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者能對整個(gè)地面站軟件運(yùn)行邏輯一目了然，并能基于我們開源的地面站軟件進(jìn)行二次開發(fā)，后續(xù)會上線更多功能，地面站軟件持續(xù)更新，歡迎大家公測，只要您是為了整個(gè)開源生態(tài)的建設(shè)，批評指正，拍磚打臉沒關(guān)系。下面來依次介紹本地面站功能。
無名地面站下載：http://www.nameless.tech/download.html
https://download.csdn.net/download/u011992534/12263480
開源地面站NGroundStation使用教程：https://www.bilibili.com/video/BV1JE411c7vU?from=search&seid=4801164549946953127
無名創(chuàng)新開源地面站交流QQ群：465082224、540707961
無名地面站開源代碼下載鏈接在文末
二、開源地面站的使用
2.1、主界面介紹與串口配置
無名創(chuàng)新地面站發(fā)布采用免安裝的方式，用戶在官方下載地面站后，直接解壓后點(diǎn)擊NGroundStation.exe運(yùn)行即可，同路徑文件夾下后綴為.dll依賴庫文件不得隨意刪除，否則點(diǎn)擊運(yùn)行時(shí)，會報(bào)缺少xxx.dll文件。
用戶打開地面站后進(jìn)入如下主界面，導(dǎo)航欄有無名創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)介紹與軟件使用幫助，主界面有各個(gè)功能模塊。首先第一步先點(diǎn)擊配置串口：
點(diǎn)擊后軟件會自動搜索當(dāng)前電腦可用的串口設(shè)備（USB轉(zhuǎn)TTL設(shè)備、USB虛擬串口VCP、RS232/485等）,若系統(tǒng)上沒有可用設(shè)備時(shí)，軟件會提示界面如下，此時(shí)請檢查您的電腦有相關(guān)串口外設(shè)設(shè)備或者查看設(shè)備管理器是否有對應(yīng)外設(shè)驅(qū)動。
軟件會自動搜索當(dāng)前可用串口設(shè)備，搜索出的串口號為對應(yīng)外設(shè)的設(shè)備號，當(dāng)存在多個(gè)串口設(shè)備時(shí)，需要自行勾選需要連接的串口。常用波特率可以通過波特率設(shè)置行下拉選擇，同時(shí)若需要調(diào)試其它非常規(guī)設(shè)備，也支持手動輸入任意波特率，手動輸入時(shí)輸入完畢后請點(diǎn)擊電腦回車鍵進(jìn)行輸入確認(rèn)，不點(diǎn)擊回車鍵直接退出為無效輸入。設(shè)置好串口設(shè)備后，退出設(shè)置界面。在主界面點(diǎn)擊打開串口后地面站解析數(shù)據(jù)即開始工作。
飛控狀態(tài)、數(shù)據(jù)波形、參數(shù)調(diào)試、虛擬遙控、飛控校準(zhǔn)功能都是建立在地面站正常解析飛控?cái)?shù)據(jù)的前提下，故當(dāng)上述功能界面不能正常使用時(shí)，請回頭檢查串口配置和串口是否已經(jīng)打開/占用。
2.2、飛控狀態(tài)顯示
飛控狀態(tài)顯示界面分飛控基本狀態(tài)、羅盤與速度、航姿儀表、IMU數(shù)據(jù)、遙控器數(shù)據(jù)、觀測傳感器數(shù)據(jù)、姿態(tài)角度曲線等模塊。用戶可以通過地面站實(shí)時(shí)可視化觀察無人機(jī)的常用狀態(tài)。用戶可以根據(jù)狀態(tài)提示來了解無人機(jī)的各個(gè)參數(shù)。
2.3、數(shù)據(jù)波形顯示
數(shù)據(jù)波形顯示界面可以動態(tài)觀察無人機(jī)關(guān)鍵狀態(tài)的數(shù)據(jù)波形曲線，如分析各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)、慣導(dǎo)數(shù)據(jù)、控制指令等數(shù)據(jù)，在自己研究對比飛控算法性能、濾波器參數(shù)整定、突發(fā)故障異常分析過程中非常實(shí)用。無名創(chuàng)新地面站預(yù)留了6組用戶數(shù)據(jù)通道可以供客戶自行發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)波形支持導(dǎo)入導(dǎo)出，文件名為電腦系統(tǒng)時(shí)間精確到S，導(dǎo)出的csv格式數(shù)據(jù)可以很方便的用數(shù)值處理軟件如Matlab、Origin等做后續(xù)數(shù)據(jù)處理分析。
2.4、參數(shù)調(diào)試
自研飛控開發(fā)者在學(xué)習(xí)過程中需要對結(jié)合不同的動力裝對飛控PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，來確保無人機(jī)擁有穩(wěn)定的飛行性能，關(guān)鍵參數(shù)為姿態(tài)內(nèi)環(huán)—角速度環(huán)參數(shù)，主要工作是對角速度環(huán)PID參數(shù)進(jìn)行整定，主PD，輔積分參數(shù)I。參數(shù)調(diào)試界面后，各個(gè)參數(shù)框中均為0，先點(diǎn)擊讀取參數(shù)，地面站會發(fā)送獲取參數(shù)指令給飛控，地面站獲取到飛控發(fā)上來的參數(shù)后會刷新UI界面顯示當(dāng)前飛控內(nèi)部參數(shù)，需要調(diào)整參數(shù)時(shí)，手動在對應(yīng)參數(shù)框中輸入設(shè)定參數(shù)，點(diǎn)擊寫入?yún)?shù)后，飛控即保存參數(shù)于FLASH/EEPROM中，下次上電飛控會自動從FLASH/EEPROM中讀取參數(shù)值。同理對飛控其它參數(shù)的設(shè)置過程也一樣，先讀取，更改后點(diǎn)擊寫入。當(dāng)用戶想要恢復(fù)默認(rèn)初始參數(shù)時(shí)，點(diǎn)擊恢復(fù)默認(rèn)參數(shù)即可。用戶在設(shè)置參數(shù)寫入、恢復(fù)過程中，飛控會返回操作是否成功的應(yīng)答給地面站顯示寫入狀態(tài)。
2.5、虛擬遙控
虛擬遙控器界面模擬了8通道雙回中式遙控器數(shù)據(jù)，默認(rèn)以左手油門的形式發(fā)送1-8通道數(shù)據(jù)，本功能可以在在無遙控器操作下，解鎖上鎖電機(jī)、測試無人機(jī)電調(diào)行程，若要在實(shí)際飛行中運(yùn)用該功能，需要保障所有數(shù)傳模塊在當(dāng)前實(shí)用條件下通訊可靠。地面站在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，接收了飛控解析數(shù)據(jù)正常的回傳數(shù)據(jù)，并計(jì)算通訊的成功率，地面站每20ms發(fā)送一次遙控器數(shù)據(jù)，飛控端在20ms內(nèi)返回應(yīng)答一次算一次通訊正常，若飛控端回傳應(yīng)答頻率小于50HZ，實(shí)際又可能造成通訊沒有異常，但地面站獲取的成功率小于100%的情況。同時(shí)設(shè)計(jì)了飛行指令控制功能，即通過指令控制無人機(jī)空間的位移方向與距離。
2.6、飛控校準(zhǔn)
入手飛控第一步就是傳感器校準(zhǔn)，打開飛控校準(zhǔn)界面，有四種和傳感器相關(guān)的校準(zhǔn)操作，其中陀螺儀校準(zhǔn)和機(jī)架水平校準(zhǔn)不需要人為操作飛行器，保持無人機(jī)靜置與水平面，點(diǎn)擊校準(zhǔn)按鍵即自動進(jìn)行。飛行器對陀螺儀的校準(zhǔn)是每次飛控上電工作均會自動進(jìn)行一次，即飛控IMU溫度升溫到50℃后，若此時(shí)飛行器保持靜止，陀螺儀會自動校準(zhǔn)偏移，地面站也加入了人為校準(zhǔn)陀螺儀偏移，點(diǎn)擊開始校準(zhǔn)陀螺儀后，飛控會自動再次校準(zhǔn)陀螺儀零偏。
飛控加速度校準(zhǔn)采用和APM/PX4一致的6面校準(zhǔn)法，首先點(diǎn)擊加速度校準(zhǔn)進(jìn)入，隨后點(diǎn)擊對應(yīng)面按鈕，每一面會提示如何放置飛行器。6面數(shù)據(jù)都采集完畢后，飛控會計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)并發(fā)送到地面站。
磁力計(jì)校準(zhǔn)采用橢球擬合的方式，實(shí)際需要采集3個(gè)面內(nèi)36角點(diǎn)數(shù)據(jù)，飛控自帶顯示屏會提示每一面如何放置并旋轉(zhuǎn)，顯示屏上有顯示每個(gè)角點(diǎn)數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，三個(gè)面所有角點(diǎn)采集完畢后，會計(jì)算校準(zhǔn)參數(shù)并發(fā)送到地面站。
機(jī)架水平校準(zhǔn)主要目的是針對飛控安裝在機(jī)架上與水平面之間的夾角誤差，因此需要結(jié)合水平儀來進(jìn)行操作，實(shí)用中將飛控安裝在機(jī)架上后，首先校準(zhǔn)加速度計(jì)，然后將水平儀放置在機(jī)架所在平面，調(diào)整機(jī)架腳架使得水平儀氣泡居中，再進(jìn)行機(jī)架水平校準(zhǔn)操作。
其它按鍵獲取校準(zhǔn)參數(shù)、退出當(dāng)前校準(zhǔn)等不贅述，上述所有校準(zhǔn)中，除磁力計(jì)驕傲，其它均需要溫控系統(tǒng)穩(wěn)定工作后，因此最好等溫度達(dá)到50°并且穩(wěn)定后，再開始進(jìn)行陀螺儀、加速度、機(jī)架水平的校準(zhǔn)操作。無名飛控對飛控校準(zhǔn)均保留遙控器直接校準(zhǔn)的方式，因此用戶可以結(jié)合實(shí)際場景，靈活確定，遙控器校準(zhǔn)傳感器視頻教程如下。
*1、加速度校準(zhǔn)教程：https://www.bilibili.com/video/BV1it411k7CJ?from=search&seid=255111440291059640
2、磁力計(jì)校準(zhǔn)：https://www.bilibili.com/video/BV1it411k7CC?from=search&seid=15429067159432134560
3、機(jī)架水平校準(zhǔn)：https://www.bilibili.com/video/BV1L4411E7j2?from=search&seid=14438186151189674967
2.7、基本收發(fā)
地面站保留了普通串口調(diào)試助手的功能，這一項(xiàng)是和上述功能區(qū)分開的，可以作為普通串口調(diào)試助手實(shí)用，數(shù)據(jù)以文本/16進(jìn)制收發(fā)，定時(shí)自動發(fā)送、多項(xiàng)指令發(fā)送等。
三、地面站軟件代碼開源
3.1 QT開發(fā)環(huán)境
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1R__jn921zaPGsYB2VQV3mQ 提取碼：hgo7
3.2 第三方支持包，自行網(wǎng)上搜索教程安裝
QWT6.1.3：https://qwt.sourceforge.io/
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1W2UUki_e73pQ7X-7qgs5Fw 提取碼：x1aj
QUC自定義控件：http://www.qtcontrol.cn/
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1s9gpVaawuqrKXAXMFsIvWQ 提取碼：dyxq
3.3 無名創(chuàng)新地面站源碼下載
Github下載鏈接：https://github.com/wustyuyi/NGroundStation
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