TF模块在pixhawk上定高方案
使用TF01模块在四轴飞行器下垂直向下安装，用来检测四轴飞行器的对地高度。测试的飞控平台是pixhawk，我们设计了一个数据转接板，将TF01的数据接收解析后再转发给pixhawk飞控。1 Pixhawk定高原理简述pixhawk为APM、PX4的升级版，其中APM使用的是普通的8位单片机，运算能力有限，PX4是一个开始使用STM32F4的过渡性产品，而pixhawk是PX4基础上发展的更加完善和可靠的飞控。对于此系列开源飞控的介绍，可详细参考：http://ardupilot.org/，这个网站介绍的非常详细和可靠的介绍了pixhawk，完全可以按照这个网站来学习了解飞控。Pixhawk定高的原理：Lidar’s are used in flight modeswhich have height control, such as Altitude Hold, Loiter and PosHold Mode.The data from the sensor will be used until you exceed RNGFND_MAX_CM, afterthat it switches to the barometer. Currently Lidar is not supported in AutoMode.如上面所述，雷达在定高模式，悬停模式和定点模式中起作用。只有当雷达数据超过RNGFND_MAX_CM后才会转换为使用气压计定高。
Pixhawk上常用的距离传感器有数据的输入方式有模拟输入、I2C输入、串口方式输入和PWM输入方式。具体可详细参考http://ardupilot.org/copter/docs/common-rangefinder-landingpage.html。 2 串口输入模式建议使用串口输入方式给pixhawk提供高度信息。同时需要注意的是，使用串口输入方式的情况下，TF01模块输出协议，固件版本最低为V3.3.3。2.1.1接线图 图 1 (a) 串口输入方式连接示意图 图1 (b) 串口输入方式连接示意图 2.1Mission Planner配置说明 将飞控连至MP，在下面的CONFIG/TUNING栏里面选择左侧的Full Parameter List，找到并修改下面几个参数：· SERIAL4_PROTOCOL = 9 (Lidar)· SERIAL4_BAUD = 115· RNGFND_TYPE = 8 (LightWareSerial)· RNGFND_SCALING = 1· RNGFND_MIN_CM = 5· RNGFND_MAX_CM = 1200 · RNGFND_GNDCLEAR = 5 单位是cm,或者使用更精确的值,取决于模块安装高度。设置好这几个参数后，点击软件右侧的Write Params即可。具体配置要点请参考图 2和图3： 图 2 串口参数配置 图 3 串口输入模式RNG参数配置如果出现Bad Lidar Health错误，请首先检查TF01雷达发射窗口是否有红色LED光线发出，如果没有红色LED光线，请检查供电是否正常(SERIAL 4/5口供电pixhawk有时会供电不足)。如果发出了LED光线错误任然存在，请检查串口接线是否正确。如以上排查后仍无法显示正常距离值，请使用串口2连接（TELEM2）。接线方式无异如图1（b）所示，参数表中的串口配置项更改为· SERIAL2_PROTOCOL = 9 (Lidar)· SERIAL2_BAUD = 115 3 AD输入模式 使用AD输入方式依赖一块额外的转发板。我们将TF01模块的数据先发送给一个STM32板，然后使用STM32板将数据转换为pixhawk能检测的AD数据。同样需要注意的是TF01模块、转接板和pixhawk需要共地处理。如图4： 图 4 模拟输入方式连接示意图3.1连线说明 将距离数据使用模拟信号输入至pixhawk的连接方式如图5：接线说明：红色：3.3V供电橙色：AD模拟信号黑色：GND 图 5 模拟信号输入的接线说明3.2Mission Planner配置说明 将飞控连至MP，在下面的CONFIG/TUNING栏里面选择左侧的Full Parameter List，找到并下面几个参数： · RNGFND_PIN = “14” for Pixhawk’s ADC 3.3v pin #2 OR “0”for APM2.x· RNGFND_MAX_CM = “1200” (i.e. 12m max range) · RNGFND_SCALING = “4” (i.e. 4m / 1v)· RNGFND_TYPE = “1” (Analog)其中，STM32的DA模块只能输出0-3.3V的电压。实验中，我们设置为当测量距离为12m时，输入给pixhawk的电压为3V。RNGFND_SCALING设置为4。(用户也可以自行设置，但是转发板里的也需要相应的改动。)设置好这几个参数后，点击软件右侧的Write Params即可。具体配置要点请参考图6： 图 6 模拟输入模式RNG配置要点3.3STM32转发板参考程序接收并解析TF01模块的距离信息：
// 全局变量u16 distance = 0;// 串口使用的变量static u8Usart1buf;static u8 pointer = 0; // 串口1初始化函数void USART1_Init(void){ USART_InitTypeDef USART1_InitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // A口时钟 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); // A9 -> TX ,A10 -> RX GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); // 复用功能配置 GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1); GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1); // USART1时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); // USART1中断优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); // USART1初始化 USART_DeInit(USART1); USART1_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; USART1_InitStructure.USART_WordLength =USART_WordLength_8b; USART1_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART1_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART1_InitStructure.USART_Mode =USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx; USART1_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =USART_HardwareFlowControl_None; USART_Init(USART1,&USART1_InitStructure); USART_Cmd(USART1,ENABLE); USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);} // 串口中断函数voidUSART1_IRQHandler(void){ if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET ||(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ORE_RX) != RESET)) { USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); Usart1buf = USART_ReceiveData(USART1); // 在此写代码接收程序 if((pointer%USART1_BUF_SIZE >= 9)) { // 包头包尾确认 // 最好加上校验和的验证，此处为了简单，省略了校验和 if( (Usart1buf==0x59) &&(Usart1buf==0x59)) { //距离 distance=((u16)((Usart1buf)<<8) |(u16)(Usart1buf)); } } }}
DAC的配置：
void DAC_Config(void){ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure; DAC_DeInit(); DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_Software; DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration =DAC_WaveGeneration_None; DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer =DAC_OutputBuffer_Enable; DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure); DAC_Cmd(DAC_Channel_1,ENABLE); DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,0x1fff); DAC_SoftwareTriggerCmd(DAC_Channel_1,ENABLE);}
主函数：
// TF01模块测试的高度，单位mmfloat test_height;// 高度偏置，单位mmfloat bias = 180;// 应该输出的模拟值s16 analog=0; // 主函数void main(void){ // 中断分组的配置 NVIC_Config(); // 串口初始化 USART1_Init(); // DAC配置 DAC_Config(); // 主循环 while(1) { // 去除偏置 test_height = distance - bias; // 数据转换，3V对应高度为12m，则： // test_height * 3.3 * 4096/（3 *1200）= test_height * 4096 / 1320 analog = (s16)(test_height*4096/1320); // 范围限制 analog = analog < 4095 ? analog : 4095; analog = analog > 0 ? analog : 0; // 电压输出 DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,analog); DAC_SoftwareTriggerCmd(DAC_Channel_1,ENABLE); }}
4 数据测试说明 在Mission Planner的飞行数据栏里，点击左下方的Status栏，找到里面的sonarrange和sonarvoltage。其中sonarrange表示实际距离，sonarvoltage表示模拟输入电压。参考图 7： 图 7 传感器距离测试参考图（测试传感器能否正确读取距离）5 PID参数调试pixhawk的PID飞行参数调试全部可以在Mission Planner上完成，请参考此网站调试pixhawk的参数http://ardupilot.org/copter/docs/common-tuning.html。
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