PC端基于SpringBoot架构控制无人机(三):系统架构设计

1. 引言

从大疆到自研飞控的转型，在无人机业务开发过程中，大部分工作都是基于大疆无人机的上云SDK来完成的。通过该SDK，可以轻松实现航线飞行、指点飞行、实时操控、一键起飞、云台拍照等多种功能

然而，随着业务的逐步发展，公司逐渐将重点从大疆无人机转向了自研无人机系统。为了更好地满足客户需求，尤其是在PC端通过Web浏览器进行实时操作的需求，我们的软件团队面临着巨大的挑战。

在此背景下，我们需要开发一个与大疆上云SDK类似的SDK，能够实现无人机通过该SDK来执行基本功能。为此，我们必须深入了解无人机的构成、通信原理及相关技术，最终实现了基于MAVLink协议的无人机控制系统。

2. 飞控系统：无人机的“大脑”

无人机能够被控制的核心部分就是飞控系统。飞控系统类似于计算机的CPU，或者说是无人机的“大脑”，它决定了无人机在飞行过程中该执行什么操作。飞控系统的主要功能是确保无人机在飞行过程中的稳定性和可控性。

飞控的基本作用

• 确保飞行稳定：飞控系统会根据传感器数据（如陀螺仪、加速度计等）实时调整无人机的飞行姿态。

• 实现飞行目标：飞控系统根据飞行计划或实时指令，执行指定的飞行动作和路径。

3. 遥控器与飞控的通信

在传统的无人机操作中，遥控器通过无线信号与飞控进行通信，从而实现对无人机的控制。那么，遥控器是如何与飞控进行连接的呢？

飞控外部接口

根据我们与飞控工程师的沟通，并参考了大量文献资料，我们发现许多成熟的飞控系统，如PX4、ArduPilot、AcFly等，都提供了多种外部接口。主要的接口包括：

• SBUS接口：遥控器和接收器之间的通信协议。

• MAVLink接口：用于云台控制和其他飞行数据的传输。

• 串口接口：常用于数据传输和远程通信。

SBUS协议

SBUS是一种高效的串行通信协议，它主要用于遥控器和接收器之间的无线通信。与传统的PWM信号相比，SBUS能够在较短的时间内传输更多的控制通道数据，具有更高的带宽和响应速度。

SBUS的主要优点在于：

• 无线传输：SBUS协议通过无线电波进行通信，不依赖传统的有线连接（如串口线）。

• 远程操作：遥控器和接收器之间可以进行长距离的数据交换，适合大范围操作。

4. PC端控制与MAVLink协议

随着客户需求的变化，我们需要在PC端通过Web浏览器进行实时操控无人机。这就要求我们通过不同的通信方式将PC与无人机进行连接。经过研究，我们决定采用串口通信方式来完成这一任务。

基于串口通信的无人机控制

我们采用串口通信来与飞控进行数据交换。具体步骤如下：

1. 离线版本：通过数传设备（如天线）将数据传输到PC端。我们为无人机添加了数传模块，并在PC端连接了相应的天线。

2. 数据读取与发送：PC端通过串口读取无人机的数据（例如心跳信号），并可以主动发送指令到无人机。

这种方式使我们能够在PC端实时获取无人机的状态数据，并通过MAVLink2协议发送控制指令，实现对无人机的远程操控。