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    • 01、为什么需要协议?
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ESC与飞行控制的通信协议有哪些?

2小时前 来源:穹宇逐光
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无人机中,飞行控制器电子调速器之间的通信是确保系统稳定性和性能的关键因素。良好的通信协议不仅决定了电机的响应速度和控制精度,还影响到整个系统的可靠性和效率。随着技术的发展,不同类型的通信协议应运而生,每种协议都有其独特的特点和适用场景。

本文旨在深入探讨ESC与飞控之间的通信协议,帮助读者区分各种协议之间的差异,并了解如何根据具体应用选择最合适的协议。我们将详细介绍PWM、Oneshot、Multishot、DShot和ProShot这五种常见协议。

01、为什么需要协议?

在无人机系统中,飞控负责接收来自遥控器自动驾驶仪的指令,并将其转换为具体的控制信号发送给ESC。ESC则根据接收到的信号调整电机的速度和方向。为了实现这一过程,必须有一套明确的规则来定义数据的传输方式,这就是通信协议的作用。一个高效的通信协议可以显著提高系统的响应速度、降低延迟并增强抗干扰能力。

PWM, Oneshot, Multishot

PWM(Pulse Width Modulation),即脉宽调制,是最基础也是最广泛采用的一种通信方式。它通过改变高电平持续时间(脉冲宽度)来表示不同的控制值。标准PWM信号周期为20ms,其中脉宽范围通常在1ms到2ms之间变化,对应于不同的油门开度。PWM的优点在于简单易用,但刷新率较低(50Hz),分辨率有限,容易受到电磁干扰的影响,适用于对响应速度要求不高的普通应用。

为了克服PWM的局限性,开发了Oneshot系列协议,包括Oneshot42和Oneshot125。这些协议通过在一个PWM周期内发送多个脉冲来显著提高刷新率,分别可达420Hz和1250Hz。Oneshot协议适合需要快速响应的应用,如竞速无人机。尽管它们提高了刷新率,但仍然是单向通信,仅支持从飞控到ESC的数据传输

Multishot进一步提高了刷新率,在每个PWM周期内可以发送更多脉冲,理论上可以在同一时间内发送多达125个命令。这种极高的刷新率非常适合追求极限性能的场合,但也增加了硬件同步的要求。Multishot的极高刷新率使得它成为竞速无人机的理想选择。

总的来说,PWM适用于普通应用;Oneshot系列适合高性能需求;Multishot专为极限性能设计。所有这些协议都需要ESC中的MCU进行解析,以实现相应的功能。

DShot, Proshot

DShot是一组全数字通信协议,具有多种比特率选择(如DShot150, DShot300, DShot600, DShot1200)。DShot协议不仅提高了刷新率和分辨率,还支持双向通信,允许ESC向飞控反馈信息。DShot提供非常高的控制精度,具备极低的传输延迟,数字信号不易受电磁干扰影响,支持ESC反馈,便于监控和诊断。DShot适用于大多数高性能应用,许多现代ESC都支持。

ProShot是由Betaflight团队开发的一种专为高性能应用设计的高速通信协议。它提供了极高的刷新率和可靠的通信性能,特别适合竞速无人机和其他对响应速度有极高要求的应用场景。ProShot理论刷新率可达数千次每秒,极大减少了信号传输的延迟。ProShot需要特定硬件支持,支持ESC反馈信息。ProShot专为极端性能需求设计,需要更高级别的硬件支持。

总的来说,DShot适用于大多数高性能应用;ProShot则专为极端性能需求设计。DShot相对容易实现,许多现代ESC都支持;ProShot则需要更高级别的硬件支持。

02、BLHeli系列电调都支持什么协议?

无论选择哪种协议,都需要确保ESC中的微控制器单元能够正确解析和执行该协议。通过表格来对比BLHeli、BLHeli_S和BLHeli_32这三个版本在通信协议上的区别,以便更好地理解它们的适用性和特性。

版本 支持协议 典型MCU类型
BLHei PWM,Oneshot42/125 ATmega328
BLHei_S PWM,Oneshot42/125,Multishot STM32F042
BLHei_32 PWM,Oneshot42/125,Multishot,Dshot STM32F072

从上表可以看出,BLHeli_32不仅支持DShot协议,还支持ProShot协议,使其非常适合高性能应用场景。BLHeli_S虽然也支持Multishot,但不具备双向通信功能。而BLHeli仅支持基本的PWM和Oneshot协议,适用于较为简单的应用。

注意事项

● 硬件兼容性:确保所选ESC和飞控支持相应的协议,特别是对于Multishot、DShot和ProShot等高级协议,可能需要更新固件或选择特定型号。

● 同步问题:对于Multishot、DShot和ProShot等高刷新率协议,需确保所有ESC同步良好,避免因同步问题导致的性能下降。

● 布线:使用高质量的线缆连接器,以减少信号损失和干扰,特别是在长距离传输时。

● 固件更新:定期检查并更新飞控和ESC的固件,以确保最佳性能和兼容性。

● 配置设置:对于支持双向通信的协议(如DShot和ProShot),需要正确配置飞控以启用这些功能。

● 调试工具:使用专用调试工具(如BLHeliSuite)可以帮助验证通信状态和优化性能。

BLHeliSuite32_32.10.0.0

选择适当的通信协议对于构建高性能无人机系统至关重要。无论是传统的PWM,还是先进的DShot或ProShot,每种协议都有其独特的应用场景和技术特点。理解这些协议的差异,可以帮助工程师们根据具体需求做出最优选择,从而推动无人机技术的发展。通过合理选择和配置通信协议,不仅可以提升系统的整体性能,还能确保长期稳定运行,满足各种复杂应用的需求。

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