产品简介

F450是一款410轴距的中小型无人机平台，搭配了Pixhawk 6c开源飞控、M8N-GPS，无刷电机，定制硬包电池，Minihomer数传，光流测距一体模组、摄像头等设备。可以做到到手即飞，能够满足室内/室外稳定飞行以及教学开发需求。

产品特点：

1.可作为基础飞行平台，搭配pixhawk 6C飞控实现光流和GPS融合定位，室内室外均可稳定飞行，打造市面上较稳定的PX4/Ardupilot/FMT基础飞行平台；

2.结构坚固可靠，关键部位采用铝合金和碳纤维，强度高，不易损坏；

3.稳定性高、提供行业机的稳定性保证，对新手友好,提供简化版本的交互PC，提升飞行体验，可以初步作为外出航拍和图像采集使用；

4.对不同零部件兼容性高，提供平台加载用户其他传感器，为功能机型开发做准备；

5.机身内部提供丰富的电源，提供5路对外输出电压，3路5V，2路12V方便安装额外传感器和机载计算机；

6.有丰富的开源代码支持，支持PX4/FMT/Ardupilot生态；

7.二次开发有完善的资料，确定版本的飞控代码开源，满足用户二次开发的需要。同时提供图像拉取，拍照，SDK源码的PC版本；

8.准智能电池，放弃软包电池，插拔体验好，固定方式最优

老版本接线图

RTK版本接线图

新版本接线图

整机介绍图

续航测试图：

飞行控制单元硬件介绍

传感器介绍

飞控的主要组成：主要由主控单片机，IMU传感器，电源，输出IO构成

处理器：

FMU处理器：STM32H743微控制器系列采用了32位宽的Flash存储器和外部存储器接口，并支持多种存储器类型，包括SRAM、SDRAM和NOR Flash。它还拥有多个通信接口，如SPI、I2C、UART和USB，并支持以太网通信。此外，STM32H743还具有丰富的外设功能，包括模数转换器（ADC）、数字电源供应器（DCD）、定时器和计数器、通用串行接口（USART）等。它还支持多种功耗模式，以满足不同的应用需求。

I/O处理器：STM32F103搭载了ARM Cortex-M3内核，主频达到了最高72MHz，能够满足大多数应用的要求。它还内置了多种外设，如模数转换器（ADC）、通用串行总线（USART）、SPI、I2C、PWM和定时器等，可满足大多数应用的要求。 此外，STM32F103还内置了128KB的Flash存储器和20KB的SRAM，提供了充足的存储空间，以及支持USB连接和多种功耗模式的特性，更加适合要求较低成本的应用需求。

IMU惯性测量单元：

是一种集成了加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的设备。IMU可以用于测量物体的姿态、加速度和角速度等运动参数。加速度计用于测量物体的加速度，通常通过测量物体在三个轴向上的加速度来估计物体的位移和速度。陀螺仪用于测量物体的角速度，可以帮助确定物体的旋转方向和角速率。磁力计则用于测量地磁场，可以提供物体的方向信息。

IMU传感器数据进行处理和融合后，可以得到更精确的姿态和运动信息。以下是一些常见的IMU数据处理和融合方法：

姿态估计：通过将加速度计和陀螺仪数据进行融合，可以估计出物体的姿态，包括俯仰、横滚和偏航角。常见的姿态估计算法包括卡尔曼滤波、互补滤波和粒子滤波等。

笔记

卡尔曼滤波：卡尔曼滤波是一种用于估计系统状态的递归滤波算法。它通过融合传感器测量值和系统模型，提供对系统状态的最优估计。卡尔曼滤波包括两个主要步骤：预测和更新。核心思想是基于贝叶斯推断原理，通过不断地迭代更新状态估计，逐渐减小估计误差。

导航：将IMU与其他传感器如GPS结合使用，可以实现导航功能。IMU可以提供实时的姿态和运动信息，而GPS可以提供绝对位置信息。通过卡尔曼滤波或粒子滤波算法融合这些数据，可以提高导航的准确性和稳定性。

姿态控制：IMU可以用于控制物体的姿态，例如飞行控制、机器人控制和游戏控制。通过实时监测物体的姿态，可以采取相应的控制策略来调整物体的姿态和运动。

加速度计和陀螺仪是在飞控系统中常用的传感器组合，它们相互配合可以提供更准确和稳定的飞行控制。 陀螺仪主要用于测量飞行器的角速度或角度变化，从而提供飞行器的转动信息。然而，陀螺仪在长时间使用过程中会存在累积误差，导致姿态估计的不准确性。 为了校正陀螺仪的累积误差并提高姿态估计的准确性，加速度计被用来补偿这些误差。加速度计可以测量飞行器的线性加速度，包括重力加速度和运动加速度。通过结合陀螺仪和加速度计的数据，可以实现更精确的姿态估计。 具体而言，加速度计可以帮助修正陀螺仪的累积误差。当飞行器处于静止状态时，加速度计可以测量到地球引力对飞行器的影响，从而提供一个参考方向。通过将加速度计的输出与陀螺仪的输出进行融合，可以消除陀螺仪的累积误差，并更准确地估计飞行器的姿态。 此外，加速度计还可以用于检测和补偿飞行器的加速度和震动。通过滤波和信号处理技术，可以减小加速度计的噪声和干扰，提高飞行控制的稳定性。

BMI1055

BMI055是一种多轴惯性测量单元（IMU），包括三轴加速度计和三轴陀螺仪。 BMI055可用于测量和感知飞行器的姿态、运动和加速度等信息。

（1）姿态估计：BMI055的陀螺仪部分可以测量飞行器在三个轴上的旋转速率，从而帮助计算飞行器的姿态（如俯仰、横滚和偏航角）。这对于飞行控制和姿态稳定非常重要。

（2）运动检测：BMI055的加速度计部分可以测量飞行器在三个轴上的加速度，包括线性加速度和静态重力加速度。通过分析加速度数据，飞控系统可以检测飞行器的运动状态，如加速、减速、转弯等。

（3）震动补偿：飞行器在飞行过程中可能会受到外界的震动和振动影响，这会干扰传感器的测量。BMI055的姿态信息，尤其是陀螺仪的数据，可以用于对这些干扰进行补偿，提高姿态估计的准确性。

（4）姿态控制：基于BMI055提供的姿态和运动信息，飞控系统可以进行姿态控制，即通过调整飞行器的电动机输出来保持期望的飞行姿态。这对于实现稳定飞行和精确控制至关重要。

ICM-42688-P

ICM-42688-P是一款高性能的惯性测量单元，它集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计在飞ICM-42688-P的作用主要有以下几个方面：

（1）提供准确的姿态信息：ICM-42688-P能够测量无人机的加速度和角速度，从而 提供准确的姿态信息。这些信息对于实现稳定的飞行和精确的定位至关重要。

（2）增强导航精度：ICM-42688-P的高性能陀螺仪可以提供高精度的角速度测量，这有助于增强无人机的导航精度。尤其是在GPS信号不可靠或者受到干扰的情况下，陀螺仪的数据可以帮助无人机进行精确定位和导航。

（3）提高稳定性：ICM-42688-P的加速度计可以感知无人机的加速度，这使得无人机可以根据这些信息进行姿态调整，以保持稳定的飞行状态。

罗盘：IST8310

IST8310的作用主要是测量地球磁场的方向，提供绝对的坐标指向。

飞控系统需要知道无人机在空间中的姿态，也就是俯仰、横滚、航向的角度。地磁传感器的作用就是测量地球磁场的方向，进而推算出无人机的姿态。地磁传感器在无人机中作为姿态传感器使用，其测量的磁场信息可以用于修正由GPS引起的误差，提高定位精度。

罗盘在飞控系统中用于提供飞行器的方向信息，然而它也容易受到一些干扰因素的影响。下面介绍一些常见的干扰以及防干扰措施：

磁场干扰：外部磁场会对罗盘产生干扰，例如来自电源线、电机和其他磁性物体的磁场。这种干扰会导致罗盘输出的方向不准确。

防干扰措施：

1、安装位置选择：将罗盘远离可能产生干扰的部件和元件，避免靠近强磁性物体。

2、屏蔽保护：使用屏蔽罩或磁屏蔽材料将罗盘进行保护，减少外部磁场的干扰。

3、自动校准：飞控系统通常具备自动校准功能，通过旋转飞行器或利用地球磁场进行校准，可以减小磁场干扰的影响。

电子设备干扰：飞控系统中其他电子设备的电磁辐射可能对罗盘产生干扰，干扰信号会在导线或电路板上产生磁场。

防干扰措施：

1、优化布局：合理安排飞控系统内部布线，减少干扰信号在导线上的传输。

2、屏蔽保护：使用屏蔽罩或屏蔽材料将罗盘和其他敏感设备进行隔离，减少电子设备间的相互干扰。

3、滤波器：添加磁场滤波器来过滤掉高频干扰信号。

环境干扰：环境条件如温度变化、湿度变化等也可能对罗盘产生一定的影响。

防干扰措施：

1、环境调节：尽量避免飞行在极端环境下，例如过于寒冷或过于潮湿的地区。

2、温度补偿：一些现代罗盘具备温度补偿功能，可以根据环境温度的变化对罗盘输出进行修正。

气压计ms5611

MS5611基于压电传感器技术，能够测量从10到1100 hPa的范围内的气压，在温度变化时输出的数字值也能够很好地进行校准和补偿，具有高度的可靠性和稳定性。无人机在飞行中需要准确地掌握高度信息，以便进行稳定的飞行和任务执行。气压计MS5611能够实时测量大气压力，并通过与地面大气压力的差异计算无人机的相对高度。通过与其他传感器（如陀螺仪和加速度计）的数据配合使用，可以实现准确的高度控制。此外，MS5611还可用于气压定高功能。无人机在飞行中需要维持特定的高度，如悬停或特定高度的飞行任务。通过周期性地测量气压数据，并与设定的目标高度进行比较，无人机可以调整油门来保持稳定的飞行高度。

光流传感器

1、简介：

一般而言，光流是由于场景中前景目标本身的移动、相机的运动，或者两者的共同运动所产生的。光流利用的是图像的变化处理，用于检测地面的状态，从而监测飞机的移动；主要用于保持飞机的水平位置，以及在室内实现定高和定点飞行。

2、原理

如上图所示，光流传感器在不同的高度向左位移同样的距离，相同物体在光流传感器相机视野中向右位移的距离是不同的。

光流传感器通过运动物体在成像平面上的像素运动的瞬时速度，从而计算出物体的运动信息以及高度。

光流传感器输出的是xy两个轴向的速度数据，没有位置数据，而位置反馈可以通过速度积分获得，不可避免会产生漂移，但实际通过组合导航算法的处理，也可获得较为满意的使用效果。

3、光流算法原理

通过下视摄像头获得图像数据，分析图像的不同时刻的帧数据，得到像素的移动速度；将像素的移动速度转换成飞行器的移动速度。

光流约束方程假设I(x,y,t)为时刻t像素点(x,y)的像素值(亮度)，该像素点在两个图像帧之间移动了Δx，Δy，Δt。由此，可以推导出相同亮度的结论，即假设运动很小，可以得出其中(dx/dt, dy/dt) = (u, v)为待解像素的光流。

Lucas-Kanade光流算法基于光流的概念和假设，对相邻帧之间的图像进行差分计算，以估计像素点在空间和时间上的运动矢量。该算法的核心思想是利用图像信号的泰勒级数展开来描述相邻帧之间的图像变化，并通过对这些变化的偏导数进行计算来估计光流。

功能：

光流模块在无GPS环境下，实时检测无人机水平移动距离，实现对无人机长时间的稳定悬停。下图显示的是光流模块的功能框图，光流摄像头拍摄无人机垂直向下的画面，输入光流主板，主板通过光流悬停智能算法进行光流计算，从而获取无人机位移信息，并转化为悬停控制指令，悬停控制指令通过UART输出给飞控，以便控制飞机水平移动距离，达到悬停的目的。

4、飞控处理光流输出的数据

首先是与高度的关系，光流的数据一般在低空范围内有效，比如5m以内，超过一定高度，得到的数据精度就会比较差了，同时与高度有一个线性的关系，根据高度的大小，对光流得到的机体xy速度进行缩放；

其次，进行姿态补偿。

飞行器在原地晃动，比如左右摆动，光流会输出一个速度数据出来，而实际飞行器并未有位置上的变化，需要将这个误判的速度进行修正掉。

最后，yaw（偏航角）的旋转补偿。

主要针对的是光流传感器并未放在飞行器中心位置，所以在原地yaw旋转运动时，xy会不对称的输出错误的数据，而这个数据是我们不需要的（实际飞行器并未运动）。

飞控接口介绍

DSM 飞控的接口是一种数字串行通信协议，通常用于与遥控器进行通信。DSM接口可以传输遥控器的通道数据，以及其他遥控器的状态信息。

拓展应用方面，DSM接口可以用于以下情况：

（1）遥控器绑定：飞控的DSM接口可以用于接收来自遥控器的绑定信号，以建立与遥控器的通信连接。通过这种方式，飞控可以与特定的遥控器进行配对，确保只有绑定的遥控器能够控制飞行器。

（2）遥控器输入：通过DSM接口，飞控可以接收遥控器传来的通道数据，例如油门、横滚、俯仰和偏航等操作信号。这些数据可以用于控制飞行器的姿态、高度、速度等参数。飞控通常会对这些输入信号进行处理和解码，以执行相应的控制算法。

（3）遥控器状态：除了通道数据，DSM接口还可以传输遥控器的状态信息，例如舵量、遥控器电量、信号强度等。这些信息可以用于监控遥控器的状态，以及在必要时发出警报或采取相应的措施。

飞控的DSM接口是实现飞行器与遥控器之间通信的一种方式，通过接收遥控器的输入信号和状态信息，飞控可以实现对飞行器的控制，并与遥控器进行信息交流。

USB

一种用于连接外部设备和飞行控制器的通信接口，常位于飞控主板上，并提供了一个标准的USB Type-A或Micro-USB插口，用于与计算机、遥控器或其他设备进行数据传输和通信。

Power1/Power2

通过Power1.2接口，飞控可以接收来自电池或其他电源模块的直流电源，为飞行控制器和其他相关设备提供所需的电力。这个接口通常具有正负极性标识，以确保正确连接电源。

GPS1和GPS2

用于连接全球定位系统（GPS）模块，以实现准确的定位和导航功能。GPS1口相对于GPS2口多了一个安全开关，提供更好的位置隐私和安全保护。通过打开安全开关，您可以选择禁用设备上的GPS功能，并阻止应用程序和服务获取您的位置信息。且gps2口可以接I2C而gps1口无法接 .

Telem1/Telem2/Telem3

用于与遥控器或其他设备进行串口通信，以实现遥控指令传输、数据传输等功能,顺序没有影响，但Telem3可以接一个i2c的设备，而Telem1.Telem2无法,对于Telem1和Telem2相比，Telem1有单独的1.5A电流的限制

CAN1,CAN2

在飞控中，CAN接口通常用于连接电调（电子调速器）、电池管理系统（BMS）、光流传感器、陀螺仪等外部设备。通过CAN总线，这些设备可以与飞控进行双向数据交换，实现多通道控制和数据传输。通过CAN接口，飞控可以发送命令和指令给外部设备，并接收来自这些设备的状态信息和传感器数据。这种方式可以提高系统的整体性能和可靠性，同时减少对其他接口的占用。两个接口作用相同，可以通用。

SBUS OUT

通过SBUS OUT接口，飞控可以将来自遥控器的控制信号传输给其他设备，如无人机电调（电子调速器）或其他支持SBUS输入的设备。这样，飞控可以实现与其他设备的通信和控制，使得整个系统能够进行精确的姿态控制和飞行操作。 需要注意的是，SBUS OUT接口通常使用标准的三针连接器，其中包括信号线、电源线和地线。在连接到其他设备之前，请确保正确连接接口，并遵循相关的操作说明。 另外，SBUS OUT接口通常是可配置的，您可以通过飞控的软件配置界面或参数设置来选择相应的SBUS输出通道和映射方式，以适配不同的设备和控制需求。

I2C

连接各种类型的传感器，如气压计、温度传感器、罗盘等。此外，还可以连接其他扩展模块，如GPS模块、光流传感器、距离传感器等。这些外部设备通过I2C总线与飞控进行数据交换和通信。使用I2C接口连接外部设备时，通常需要注意以下几点：

确保正确连接：根据设备和飞控的规格和要求，将I2C接口的SDA（数据线）和SCL（时钟线）连接到相应的引脚。

地址冲突：多个设备通过I2C总线连接时，需要确保每个设备具有唯一的地址，以避免地址冲突。在配置设备时，请确保设备的I2C地址设置正确，并在飞控的相关参数中进行相应的配置。

供电和电平匹配：确定外部设备的供电要求和电平适配，以确保正确的供电和信号传输。

配置和校准：在连接外部设备之前，需要根据设备的要求，对飞控进行相应的配置和校准，以使其能够正确识别并与外部设备进行通信。

PPM/SBUS RC IN

接口是用于接收遥控器信号的接口。它支持两种常见的遥控器信号输入协议，即PPM（脉冲位置调制）和SBUS（串行总线）。

PPM：PPM是一种将多个通道的控制信号合并成一个单一的信号进行传输的方式。通过PPM输入接口，飞控可以从连接的遥控器接收到PPM信号，并解析出各个通道的控制值，如油门、方向、俯仰等。

SBUS：SBUS是一种串行总线协议，采用数字序列来传输多个通道的控制信号。通过SBUS输入接口，飞控可以直接接收来自支持SBUS输出的遥控器的信号，并解析出各个通道的控制值。

FMU PWM OUT/IO OUT

是两种不同的输出接口，具有不同的功能和用途。

FMU PWM OUT：FMU PWM OUT接口是用于输出PWM信号给舵机或电调的接口，由飞行管理单元（FMU）控制。这些PWM输出通道通常用于控制飞行器的各个舵机，如油门、俯仰、横滚、方向等。每个PWM输出通道都可以单独设置，并通过PWM信号来控制对应的舵机或电调的位置或转速。

I/O OUT：I/O OUT接口是用于通用输入/输出的接口，可用于连接各种外部设备或传感器。I/O OUT接口通常是数字信号（高低电平），可以用于与其他设备进行触发、控制或数据传输。您可以通过配置相关参数，将I/O OUT接口用于特定的用途，如触发相机快门、连接LED灯条、连接距离传感器等。

I/O Debug

用于IO芯片调试，读取调试信息。

FMU Debug

用于FMU芯片调试，读取调试信息。