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[教程] 飞控参数说明

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本文将围绕以下典型参数表来解释各参数的意义和选配标准。

品名 曼巴 F405 MK3 飞控
飞控尺寸 30.5mm x 30.5mm M3螺丝
处理器(MCU) STM32F405RGT6
串口数量(UART Set) 6
姿态传感器(IMU) MPU6000
黑匣子(Black Box) 16MB
输入电压(Input Voltage) 3~6S Lipo(12.6~25.2V)
瞬态电压抑制器(TVS) 支持30V
输出电压(BEC) 信号电压 3.3V/0.5A 5V/3A 驱动电压 5V/3A 9V/3A
电调协议 DShot300/600/1200
OSD 支持Betaflight
LED 4路 支持Betaflight

飞控尺寸

不同大小的机架需要配合不同尺寸的飞控,主流的尺寸有三种:

常规尺寸:通常是五寸机的标配,也常见于各种三寸以上穿越机中。

Mini尺寸:常见于三寸以下的机架中,很多三寸或五寸的机架通常也会兼容mini尺寸的飞控

AIO尺寸:是All-in-one的缩写,意为飞控电调甚至遥控接收机多合一。常见于体积最小的室内穿越机中。

飞控的螺丝尺寸也有差异,以常见的M3为例,3的含义为螺丝直径为三毫米。飞控常见的安装孔尺寸如下:

飞控孔距(mm) 机架尺寸(寸) 螺丝尺寸
常规尺寸:30.5mm 3寸以上 M2/M3
Mini尺寸:25.5mm 2寸以上 M2/M3
AIO尺寸:20mm 2寸以下/100mm以下 M1自攻/M2/M3

处理器(MCU)

F4,F7的处理器分别是什么?

微处理器是决定飞控性能的关键,飞控的品名中一般都会直接标注F405,F722等微处理器的型号。处理器的型号可以直接在芯片表面上看到。

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例如上图中的ARM STM32F405的含义分别是:

  • ARM:基于ARM架构,是一种常用微型单片机指令集合。
  • STM32:由意法半导体(STM)设计的32位芯片。
  • F405:芯片的型号为F405,属于F4系列。

ARM架构的STM32系列芯片于2007年发展至今,技术已经非常成熟。而该系列的芯片也在逐年更新迭代,诞生了F1~F7系列。该系列被广泛用在穿越机中,具体参数如下:

处理器型号(MCU) 运算频率(Freq) 串口数量(UART) 闪存容量(Flash) 发布日期
F103 (STM32F103CBT6) 72MHz 2 128KB 2007
F303 (STM32F303CCT6) 72MHz 3 256KB 2012
F405 (STM32F405RGT6) 168MHz 3~5 1MB 2011
F411 (STM32F411) 100MHz 2 512KB 2011
F745 (STM32F745VG) 216MHz 5~6 1MB 2014
F722 (STM32F722RE) 216MHz 5 512KB 2014
F765 (STM32F765) 216MHz 5~6 2MB 2014

以常见的F405为例,以上参数的含义如下:

  • 运算频率:是决定处理器速度的关键,直接影响到飞行姿态的采样和运算的速度,理论上越快越好,但是168MHz已经基本够用。
  • 串口数量:连接支持UART协议外设的最大数量,支持遥控接收器,GPS模块,闪存卡等各种外置模块。理论上越多越好,但飞控尺寸有限,五个以上基本能满足需求。
  • 闪存容量:决定固件和配置信息允许占用空间的大小,越大越好。随着Betaflight功能的逐步完善,固件占用的空间也越来越大,F3以前的芯片正在逐渐被淘汰。

总的来说处理器发展到F4系列以后就已经不是限制穿越机性能的主要原因了。在购买时通常选择兼容性和性价比较高的处理器即可。比如F745虽然参数上优于F722,但是后者价格便宜,且完全能满足飞行的需要,所以目前F7系列的飞控绝大多是会选择F722。

串口数量

处理器支持的串口数量不一定和实际能使用的串口数量一致。在一些小型飞控上也会因为尺寸原因仅从芯片中引出部分串口。另外,F7处理器串口具备信号反相器功能,而F4不具备。反相器功能如下:

串口信号反相器(UART Signal Inverter)

接收机常用的SBUS协议需要连接至带有信号反向器的UART串口才能正常工作。F4处理器内不包含信号反相器,SBUS必须要连接到带反相器的RX引脚,所以接收器必须按照产品附带的连线图进行连接。F7处理器中内置了信号反相器,不存在此问题。

姿态传感器(IMU Sensor)

姿态传感器是基于微机电系统(MEMS)的微型传感芯片,常见的姿态传感器型号包括MPU6000,MPU6050等,通过SPI总线连接至处理器,用于检测穿越机的姿态。

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姿态传感器中通常集成了加速度传感器(Accelerometer )和陀螺仪(Gyroscope ),功能分别如下:

  • 加速度传感器(Gyro):检测穿越机在三个方向上的空间倾斜姿态。

  • 陀螺仪(Acc):检测穿越机在三个方向上的旋转速度。

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另外也有MPU6050等传感器集成了电子罗盘,能用于感知地理方向,但是穿越机上电磁设备较多,电子罗盘一般需要校正才能使用。

MEMS类传感器需要较强的物理和电子抗噪能力,MPU6000两个抗噪指标都相对优秀,是目前最常用的型号。

  • 物理抗噪:指穿越机在变速运动中仍然能够稳定检测姿态。飞控螺柱上的胶可以有效减少物理噪音。
  • 电子抗噪:指在电路波动中能够准确输出信号。性能较好的飞控通常会使用低压差线性稳压电路(Low Dropout Regulator)来为传感器做供电隔离。

另外,采样率也是传感器的另一个重要指标。理论上采样率越高越好,但是受到电路波动的干扰,过高的采样率往往发挥不出效果。MPU6000的8KHz是一个比较折中的选择。BF中的采样率就是这个含义【图】。

黑匣子闪存(Black Box Flash)

处理器内的闪存空间有限,仅能用于储存固件和参数,所以飞控上一般会集成一个闪存芯片用于储存飞行数据。目前闪存大小一般在几兆(MB)到几十兆不等,一般能储存数十分钟的飞行数据。

输入电压(Input Voltage)

输入电压指飞控电源的电压范围。飞控的供电分为电调供电和锂电池供电两种。典型参数表中的3~6S Lipo(12.6~25.2V)代表飞控既可以直插3~6S锂电池,也可以连接12.6~25.2V的电调供电。但是不排除部分飞控不能直接通过锂电池供电,如果电压过高可能会导致飞控烧毁。在选配时需要着重留意电压范围。

输出电压(BEC)

飞控上板载的降压电路(Battery Eliminate Circuit)能把输入电压降为几档,为各种元件供电。最常规的输出电压分别有3.3V,5V,9V等,用途可分为型号电压和驱动电压。

信号电压:通常为3.3V和5V,用于为穿越机的遥控信号接收机等外设供电。这些元件大多用于收发信号,电流较小。

驱动电压:通常为5V和9V,用于驱动大电流设备,如FPV相机,图传,LED灯等。

在连接设备时需要注意输出电压是否在外接元件的额定范围内,并且外接设备的电流是否小于BEC的最大电流。

电调协议

DShot(Digital Shot)是目前穿越机最主流的数字电调协议。相较于传统的模拟电调协议,DShot的抗干扰能力更强。DShot后面的数字代表数据传输的频率,如最常见的DShot600代表飞控与电调的通信速率为600,000字节/秒。由于DShot的频率远远超过了绝大多数飞的感知范围,购买留意飞控的协议是否与电调兼容即可。

OSD

OSD芯片用于在摄像头捕捉到的图像信号上叠加更多信息。早期的飞控软硬件功能不完善,OSD模组需要额外购买,并且手动焊接到飞控上。目前OSD芯片基本已经是飞控的标配。

LED

穿越机的飞控支持连接WS2812系列三元色(RGB)LED灯带。在Betaflight能够单独为灯带上的每个灯珠设置灯效。另外,我们也能为这些灯效能设置简单的触发条件,如增加油门显示绿色,电量过低显示红色等。

飞控上的LED信号口决定了能够独立控制灯带的数量。每条灯带上都能串联若干个灯珠。在选购飞控时需要留意BED的5V输出电流,单个灯珠需要保证有0.3A以上的电流驱动。

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