Paparazzi UAV Lisa/M2飞控使用说明书

2023-05-16

第一部分地面站

Paparazzi （简称PPZ）UAV项目起始于2003年，由法国民航大学发起的一套软硬件开源无人机项目，它提供了一整套完整的无人机软硬件解决方案。

PPZ 地面站软件运行在Linux Ubuntu操作系统（12/14/16.04 LTS版本均可测试通过）上，是集参数配置、编译、上传、仿真、实飞等功能的一体化平台。

安装方法：在Ubuntu 操作系统上调出命令行（Ctrl+Alt+T），输入：

sudo add-apt-repository -y ppa:paparazzi-uav/ppa && sudo add-apt-repository -y ppa:team-gcc-arm-embedded/ppa && sudo apt-get update && sudo apt-get -f -y install paparazzi-dev paparazzi-jsbsim gcc-arm-embedded && cd ~ && git clone --origin upstream https://github.com/paparazzi/paparazzi.git && cd ~/paparazzi && git remote update -p && git checkout -b v5.14 upstream/v5.14 && sudo cp conf/system/udev/rules/*.rules /etc/udev/rules.d/ && sudo udevadm control --reload-rules && make && ./paparazzi

漫长的等待之后安装完成。注意的是make过程之中会访问google地图，出现卡死现象，因此建议至少把上述命令分解两部分，绿色和红色部分，在绿色部分运行完毕之后，修改Paparazzi文件夹根目录下的Makefile文件，找到这么一行，将其删除：

update_google_version:
-$(MAKE) -C data/maps

然后运行红色部分，安装完成后即可使用PPZ Center。如果是root用户直接切入paparazzi根目录./paparazzi启动，如果是普通用户则需要sudo ./paparazzi，因为在一些环节需要权限（譬如调用USB驱动程序从数传读数据）

PPZ Center的左侧是配置文件位置，A/C就是aircraft，载机，例如选择Microjet_LisaM，就是Lisa M的固定翼机型。id代表飞机的编号，Target 选择编译方式，如果没有硬件可以仿真（sim），如果有Lisa飞控板则可以选择ap，然后build，编译飞控代码。upload上传代码到主板；Session 仿真或者USB-57600（根据实际情况选择），Execute后开始运行地面站。

关于谷歌地图被墙，需要更改为Bing地图，激活GCS对话框，勾选菜单栏的Maps -> Map Sources -> Bing，然后点击GCS上方那个地球的图标（WGS84左侧那个），则黑色背景会缓慢被下载的Bing地图替换。默认的坐标是国外的一个地方。可以在‘飞行计划’里修改为你当地的具体位置。

第二部分硬件概况

主板：

• STM32F105RCT6 微控制器，带 256kB FLASH 以及 64kB RAM
• 7 x 模拟输入通道
• 3 x 通用数字输入输出
• 2 x 3.3V/5V TTL UART
• 8 x Servo PPM outputs (only 6 if second I2C (I2C1) bus in use)
• 1 x CAN 总线
• 1 x SPI 总线
• 1 x I2C 总线(在使用前 6 个伺服输出情况下可扩展为 2 x)
• 1 x Micro USB 接口
• 5 x LED 状态指示灯
• 10.8 克 (安装 Aspirin IMU)
• 9.9 克 (不安装 Aspirin IMU )
• ~34mm x ~60mm x ~10mm
• 4 层 PCB 设计

与该主板配套的 Aspirin IMU 包含如下传感器：

• 3 轴陀螺仪
• 3 轴加速度计

• 3 轴磁力计
• MS5611 气压计

第三部分接线方法

板正面包含所有对外接口、 LED 指示灯、 5.0V、 3.3V 电源稳压模块、12MHz晶振等。板背面包含 MCU、 IMU 焊盘、 CAN 芯片、双向电平芯片等。8 路伺服输出的 3PIN 排针从上往下依次表示信号、电源、地。通过 Micro USB 接口可以方便地更新飞控程序。插上数据线后， LED1~5依次跑马灯闪烁。在 PPZ Center 内成功编译代码后，点击 Upload（上传），应出现进度条信息。完成程序更新后跑马灯消失。 LED1 系统时钟，以 1Hz 频率闪烁； LED2 在完成 ARHS 算法初始化后常亮； LED3 表示 GPS 指示灯，成功连接后闪烁； LED4 为遥控的接收机指示灯，成功连接后常亮； LED5 保留未使用，用户可以配置他用。

第四部分装机示例

单马达、双舵机（如天行者 X5）

电池与电调相连接，电调包含 3PIN 信号线自带的 5V 输出连接到主板伺服 1 为主板供电，同时电调的另一端输出为电机供电。电池电压可以通过将电池的正极引出一根线至主板的 V_BAT接口。
数传电台 XBee 接入主板的 UART2，也可以用更为廉价的 3DR 数传代替。
GPS 模块接入 UART3，支持 UBX 协议、 NEMA 协议的 GPS。
遥控器接收机与 UART1/5 相连，也可以用含有 PPM 编码的接收机通过伺服 6 与主板相连。
主板的伺服 2、 3 分别连接舵机。两个舵机采用混控方式， PPZ Center 中该主板默认的配置文件即为此种机型。

单马达、四舵机（如冲浪者）

四舵机（副翼、升降舵、方向舵）固定翼。

电池与电调相连接，电调包含 3PIN 信号线自带的 5V 输出连接到主板伺服 1 为主板供电，同时电调的另一端输出为电机供电。电池电压可以通过将电池的正极引出一根线至主板的 V_BAT接口。
数传电台 XBee 接入主板的 UART2，也可以用更为廉价的 3DR 数传代替。
GPS 模块接入 UART3，支持 UBX 协议、 NEMA 协议的 GPS。
遥控器接收机与 UART1/5 相连，也可以用含有 PPM 编码的接收机通过伺服 6 与主板相连。
主板的伺服 2、 3、 4、 5 分别连接舵机，分别是左右副翼、升降舵、方向舵。注意：实际中我们常用 Y 舵机分线连接副翼，也就是副翼只用 1 个伺服端口。

四轴

电池与经过四路分别于四个电调相连接，电调包含 3PIN 信号线自带的 5V 输出连接到主板伺服 1、 2、 3、 4 为主板供电，同时电调的另一端输出为电机供电。电池电压可以通过将电池的
正极引出一根线至主板的 V_BAT 接口。
数传电台 XBee 接入主板的 UART2，也可以用更为廉价的 3DR 数传代替。
GPS 模块接入 UART3，支持 UBX 协议、 NEMA 协议的 GPS。
遥控器接收机与 UART1/5 相连，也可以用含有 PPM 编码的接收机通过伺服 6 与主板相连。

第五部分外部设备

1 电机与电调

首次使用，需要校准电调（注意遥控器设置为pwm模式，也即关闭ppm）（参阅FAQ:如何设置富斯遥控的PPM模式）

1.将电调的3PIN线连接到遥控接收机的油门通道（通常为通道3）

2.打开发射机，然后将油门摇杆置于最大（全满）

3.连接电池

4.你会听到一段音乐声而后有两个“哔”音。在两个“哔”音之后，将油门摇杆放低至最低。然后你会听到几声“哔”音（每一声代表你所使用的电池的一芯），随后一个长“哔”声表示终点已被设定而且电调已校准

5.断开电池。在所有电调上重复这些步骤

最好使用飞控连接状态下校准电调：

拔了电池，使用USB线烧录程序，之后飞控执行程序，各个伺服输出有信号
把遥控器油门推到最大
接入想要校准的通道的电调与电机
同上面的第四步

2 无线数传电台

无线数传电台的协议选择透明传输（所收即所发），在机体配置文件中表示为：

在Lisa主板上，默认硬件接口选择UART2，波特率57600，如需参数配置，位置在paparazzi/conf/boards/下的lisa_m_2.0.makefile文件中：

MODEM_PORT ?= UART2

MODEM_BAUD ?= B57600

在Paparazzi Center里的Session选择Flight USB-serial，@后面是波特率，选择57600（与配置文件匹配！）。小常识：低波特率可以降低误码率，提升电台的工作距离。

3 遥控器与接收机

Spektrum型号的接收机可以直接将指令转换为串口通信，主板预留了UART1/5接口，为官方的默认配置类型。而且有两个接收机，提高可靠性，机体配置如下：

</subsystem>

若从节约成本角度考虑，选择ppm编码输出的接收机（参阅FAQ:如何设置富斯遥控的PPM模式）也可以满足需求。ppm输出与主板的伺服6端口相连。此时机体配置文件修改如下：

4 GPS模块

GPS的协议选择透ubx（全球著名ublox厂商私家协议标准），在机体配置文件中表示为：

选择ubx协议意味着购买的GPS模块只能是ublox品牌。

其实GPS协议还可以选择国际通行标准nmea，如果这样可选择的GPS模块就有很多。但是paparazzi存在bug，编译不能通过。

关于GPS模块本身的配置需要参照不同品牌，例如ublox模块提供了u-center配置环境，在windows下修改GPS模块的参数，当然还需要一个硬件模块（GPS参数配置板）连接GPS模块与PC。

在Lisa主板上，硬件接口选择UART3，波特率38400，参数配置位置在paparazzi/conf/boards/下的lisa_m_2.0.makefile文件中：

GPS_PORT ?= UART3

GPS_BAUD ?= B38400

其他需要强调的是，GPS模块需要再空旷的地带才能获取良好的精度，并稳定显示在地图中的某个点，否则存在严重的漂移现象（实际上飞机就放在地面）、甚至无法定位。此外，试飞前通电约两分钟再重新上电有利于GPS模块消除缓存误差，提高精度与稳定性。

第六部分配置文件

运行Paparazzi Center之后左侧有许多配置选项，第一项A/C便为机体配置项，可以下拉选择不同的机型以及飞控；同时我们也可以发现，这些机体文件存放在paparazzi工程的airframes/examples目录下面。在Airframe选项里可以浏览或者编辑机体配置。

以Lisa/M v2.0为例：固定翼机A/C选择Microjet_LisaM，默认体配置文件为microjet_lisa_m.xml；四轴的A/C选择Quad_LisaM_2，默认机体配置文件为quadrotor_lisa_m_2_pwm_spektrum.xml。下面点击编辑，文件内容有很多，我们关心的几个核心的配置（必须掌握）：

基础配置

<target name="ap" board="lisa_m_2.0">
<configure name="LISA_M_BARO" value="BARO_BOARD_BMP085"/>
</target>
使用板载气压计 BMP085，如果 IMU 选择的是 Aspirin v2.2，那么换为 MS5611 气压计。
<configure name="USE_MAGNETOMETER" value="TRUE"/>
使用电子罗盘，如果设置为 FLASE 则用的是 GPS 作为方向判断
<subsystem name="radio_control" type="ppm"/>
使用 ppm 编码的接收机
<subsystem name="telemetry" type="transparent"/>
无线数传为透明传输模式
<subsystem name="imu" type="aspirin_v2.1"/>
使用 aspirin_v2.1 版本的 IMU，据实可改为使用 aspirin_v2.2 版本的 IMU
<subsystem name="gps" type="ublox"/>
使用 ubx 协议的 GPS
<subsystem name="stabilization" type="int_quat"/>
使用定点型四元数稳定性算法表达方式
<subsystem name="ahrs" type="int_cmpl_quat"/>
使用定点型四元数互补滤波的 AHRS 算法

两舵机配置（例如天行者 X5）：

</servos>

端口定义， 第一个端口接电机，第二个端口接左副翼，第四个端口接右副翼。

<rc_commands>

</rc_commands>

遥控指令关联

</section>

左右副翼混控

<command_laws>

</command_laws>

遥控指令与各个舵机输出关系

磁力计相关参数，使用传感器校准替代以上数据。

设置主板摆放方向（可改变陀螺仪的逻辑关系）

</section>

电子罗盘的磁偏角，世界各地不一样。

</section>

电池电压参数，默认为 3S 配置。

四舵机配置(例如冲浪者 X8)：

</servos>

端口定义，第一个端口接电机，第二个端口接副翼，第三个端口接升降舵、第四个端口接方向舵。

<rc_commands>

</rc_commands>

遥控指令关联

<command_laws> < !-- 端口与指令关联 -->

</command_laws>

遥控指令与各个舵机输出关系

四轴“+” 配置：
<servos driver="pwm">
<servo name="FRONT" no="0" min="1000" neutral="1100" max="1900"/>
<servo name="BACK" no="1" min="1000" neutral="1100" max="1900"/>
<servo name="RIGHT" no="2" min="1000" neutral="1100" max="1900"/>

<servo name="LEFT" no="3" min="1000" neutral="1100" max="1900"/>
</servos>
端口定义， 1~4 端口分别接前后左右电机。

</section>

端口混控关系，翻滚、俯仰、偏航、油门指令对应的舵机输出系数。

<command_laws>

</command_laws>

遥控指令与各个舵机输出关系

第七部分参数校准

1 配置遥控器

每个遥控器四个最基本的指令是THROTTLE（油门）、YAW（偏航）、PITCH（俯仰）、ROLL（横滚），对应了左右两个摇杆。其余的可以视为辅助通道。在遥控器可以设置剩余通道对应的拨杆或者旋钮。在Radio配置文件中对应为：

<!DOCTYPE radio SYSTEM "radio.dtd">

</radio>

此处列举了6通道遥控器，（注意，这里的顺序可能是不对的）。每个通道对应了min、max、neutral参数。如果通道数量不一样，需要做增加或者减少。

图表示了固定翼/多轴在GCS里面的Settings选择ppm输出方法，注意要点击绿色勾选。然后Messages（参阅FAQ:如何打开Messages）里变会多出ppm一项。里面的6个数值分别对应了xml文件里的6个通道数值（xml里面的顺序！）。那么这时候开始操纵摇杆，例如油门，观察第几个数值在改变，例如第2个，那需要把function="THROTTLE"那一行移到第2个。继续操纵摇杆把最大值、最小值获取，替换掉xml原有的。这里还需要注意，油门的min与neutral设置相等；PITCH的min、max相反写（可以尝试，因为这样为了和遥控的俯仰摇杆和实际飞行动作做逻辑对应）；另外，function="MODE"表示用摇杆切换飞行模式，例如固定翼中可以有MANUAL,AUTO1，AUTO2，上面的xml第5行（绿色标识）为模式通道，通过设置遥控器第1个辅助（前面4个为主通道），可以指定哪一个拨杆对应此模式通道（参阅FAQ:如何设置富斯遥控的辅助通道）。模式通道在以后的飞行中将会有很大用处。

2 校准传感器

准备工作：在GCS里面的Settings->Telemetry下面，选择raw_sensors，并点击右侧绿色小勾！此时Messages（参阅FAQ:如何打开Messages）里面便会多出传感器的原始值。

a.校准加速度计

由于加速度计对外界扰动十分敏感，因此最好将IMU（图中阴影框）固定在一个重物上（例如电池，图中白色框）。校准时要十分小心，操作要规范，否则校准数据会不准确。想象空间有一个立方体，将IMU轮流摆放立方体六个面上，每个轴面放置超过10秒钟，顺序为：

上方->下方->前方->后方->右侧->左侧

注意采样数据要均匀稳定，尤其注意手不能抖动。最后关闭程序，运行一下脚本得到加速度计校准数据。

sw/tools/calibration/calibrate.py -s ACCEL var/logs/YY_MM_DD__hh_mm_ss.data

请将阴影部分替换为真实的文件名。

b.校准电子罗盘

第一步，获取当地的磁偏角：

打开网站：http://www.ngdc.noaa.gov/geomag-web/#igrfwmm，输入当地经纬度（南京为例）：

点击Calculate之后会弹出结果：

我们需要三个分量：

点击Calculate之后会弹出结果：{32,814.2 nT -3,150.1 nT 37,326.1 nT}，我们需要用一个数学工具归一化这个向量，可以用scilab或者Wolfram Alpha，

这里介绍另外一个方法，在matlab里面依次输入：

a=[32814.2, -3150.1, 37326.1]

b=norm(a)

c=a./b

则可以得到最终想要的磁偏角：0.6589 -0.0633 0.7495，我们写入机体配置文件：

</section>

第二步，校正罗盘的正确指向：

完成本节开头准备工作，之后将飞机绕着所有轴缓慢旋转，保证磁力计已经在整个球面（如图所示）获取到了采样测量值。

最后运行脚本：

sw/tools/calibration/calibrate.py -s MAG var/logs/YY_MM_DD__hh_mm_ss.data

请将阴影部分替换为真实的文件名。

获取最终的下面数值，写入机体配置文件。

第三步，校正罗盘电流干扰：

电子罗盘测量的是地磁，而飞机上的电气连线难免会有变化的电流产生的磁场，而因此干扰电子罗盘的正常工作。

1. 在机体配置文件里定义 MILLIAMP_AT_FULL_THROTTLE

2. 勾选mag_current_calibration(如图所示)，并打开Messages

3. 固定好飞机，缓慢推油门，至满，然后关闭

4. 关闭地面站

接下来，运行以下脚本：

sw/tools/calibration/calibrate_mag_current.py var/logs/YY_MM_DD__hh_mm_ss.data

请将阴影部分替换为真实的文件名。

最后把获取到的数值写入机体配置文件即可：

...

...

</section>

3 校准PID

更多信息请百度/优酷搜索如何调节PID，调节PID技巧等关键字

4 校准姿态

由于飞控安装到载机上不可能严格保证其处于水平位置，换句话说，安装完好的载机放置在地面上，通过地面站观察到的陀螺仪不能严格保证水平。带来的后果是飞机起飞后姿态漂移。校准方法是在Paparazzi Ceneter的Settings添加body_to_imu.xml，然后编译、上传、并打开地面站，此时在地面站的Settings模块会多出body2imu的选项，打开messages，找到水平分量theta、phi（图中以四轴为例）。此时通过调整b2i phi、b2i theta，使得messages中的phi、theta为0即可，记录下此时的参数，写入机体配置文件。

小提示：默认是修正步进较大（0.5），可以通过修改body_to_imu.xml修改，变小。另外一点，由于飞机放置地面本身就无法保证其处于水平位置，因此上天后可能这些参数可能不为0，还需要进一步调试归0才行。

5 上传程序方法

拔掉航模电池，用MicroUSB连接线（一般智能手机都有）连接Lisa M/v2.0主板，可以看到LEDVIN常亮，LED1~LED5以跑马灯闪烁。调出Linux命令行运行lsusb，应当看到多出主板设备，代表PC已经识别了该主板。

打开Paparazzi Center（需要root权限，否则普通用户无法对设备进行读写），选择配置文件：固定翼选择Microject_LisaM，四旋翼选择Quad_LisaM_2；Target选择ap; 编译选择“Build”，Flash mode为 USB DFU(stm32_mem)，选择默认也行，因为在lisa_m_2.0.makefile有默认配置：

# default flash mode is via usb dfu bootloader (luftboot)
# other possibilities: DFU-UTIL, JTAG, SWD, STLINK, SERIAL
FLASH_MODE ?= DFU

最后Upload，等待进度条完成即可。

至此完成代码更新。跑马灯熄灭。LED1以1Hz频率闪烁，LED2闪烁后常亮，姿态解算完成。最后选择右上角的Session, 具体请结合无线数传电台参数选择，例如USB接口57600波特率；最后点击右上角的Execute执行地面站。

第八部分飞行计划

<flight_plan alt="260" ground_alt="185" lat0="43.46223" lon0="1.27289" max_dist_from_home="1500" name="Basic" security_height="25">

alt：预设飞机飞行海拔（对海平面而言）
ground_alt：飞行场地海拔（对海平面而言）
lat0,lon0：HOME点经纬度
max_dist_from_home：围绕HOME点最大飞行半径
security_height：安全高度

接下来航点设置，以HOME点位WGS84坐标系O点，设置航点的位置。

</waypoints>

注意，HOME为开始这是的经纬度，设置为{0,0},第二，航点也可以设置高度，如果不设置，默认为round_alt，但是在AF->TD降落航线一般要重新指定，也就是起降海拔、降落目标海拔。

更多信息参阅QQ群文件：Flight Plans.pdf

第九部分常见问题

如何打开菜单栏

Ubuntu操作系统的菜单栏统一在桌面最顶部，而且隐藏起来，需要激活应用程序的对话框，然后鼠标移动到桌面顶部（偏左），便会出现该应用程序的菜单栏。

如何打开消息（Messages）

请激活Paparazzi Center对话框，然后在菜单栏（参阅FAQ，如何打开菜单栏）的在Tools里面下拉选择Messages，消息便会出现。

如何打开实时示波器（Real-time Plotter）

请激活Paparazzi Center对话框，然后在菜单栏（参阅FAQ，如何打开菜单栏）的在Tools里面下拉选择Real-time Plotter，实时示波器便会出现。把Messages里面的数值拖拽到示波器里可以观察数据的实时变化曲线。

四轴+与x型配置的电机转向是什么

四轴+型配置与飞控如何对应安装

飞控伺服1～4分别接入四轴的前、后、右、左的电调

四轴如何解锁

前提是，已经正确设置了遥控器摇杆的行程！

如何设置富斯遥控的PPM模式

如何设置富斯遥控的辅助通道

注意长按CANCEL键生效！

数传为何连接不上地面站

确认飞控指示灯，LED1常量，LED2闪烁；
检查数传指示灯，绿灯常量(代表配对成功)，红灯闪烁(代表有数据传输)；
通过命令行lsusb查看Ubuntu系统的USB设备列表，看看系统是否已经识别了数传硬件；
确认是以root权限打开的paparazzi center；

群文件有串口调试助手，可以在windows下接收数据。

欢迎加入QQ 交流群： 34528825 （Paparazzi UAV 技术交流）

本文内容由网友自发贡献，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容，请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)