OLD-X Autopilot
OLD-X飞控— 一款国内最“靠谱”的开源飞控
您是否渴望拥有一个与PX4性能相当但在KEIL中使用C语言开发的飞控平台？ 您是否渴望拥有一个不关心融合解算只需好好研究控制和导航理论的平台？ 您是否对机器视觉，感知壁障感兴趣却又不知如何为飞控加上Linux 与ROS？ OLD-X飞控力图帮您解决以上所有疑问！！！
更新日期：2016/8/26 V1.0
目录 1.飞控介绍 3 2.团队介绍 5 3. OLD-X飞控性能 5 （1）OLD-X IMU模块 7 （2）OLD-X FC模块 9 （3）NRF-飞控 模块 11 （4）NRF-地面 模块 12 （5）SD黑匣子 模块 13 （6） 超声波壁障模块——开发中 13 4. 性能展示 14 5.附录 14
1.飞控介绍
OLD-X飞控是国内开源飞控中为数不多基于嵌入式操作系统的开源飞控，目前国内的开源飞控层次不穷但大多都是互相抄来抄去，只是在硬件上做出稍微的改变，在飞控软件架构和控制方法上并没有本质的区别，用户购买往往只能是重复投资无法学习到新的控制理论知识和嵌入式编程技巧。 OLD-X飞控基于UCOSII操作系统大大增加了对CPU的利用率比起其他裸奔的开源飞控代码执行效率和执行频率稳定性高出很多，除了采用操作系统外OLD-X飞控并没有采用纯串级PID的控制方式而是采用了自抗扰的控制方法，该方法对飞行器外部扰动和为建模部分的估计比传统PID积分有更好的控制效果，同时有保留了像PID一样易于调参的特性。
评价一款开源飞控是否成熟的标准是是否具有定位和可靠的定高能力，OLD-X飞控通过UKF算法完成加速度计和光流模块的融合实现室内外稳定的悬停定位，在目前的测试中OLD-X飞控能有效抵御3级的风力稳定悬停，在定高方面OLD-X飞控基于EKF融合气压计与加速度计，而市面上其他开源飞控采用互补滤波融，OLD-X飞控具有更好悬停定高和高速航线飞行性能，在高速侧飞时OLD-X飞控吊高不明显在高速刹车制动时也不会突然吊高而这是其他开源飞控难以媲美的。 OLD-X飞控采用模块化设计IMU，飞控，数传划分清晰不像其他飞控在更新硬件时需要整体升级价格过高，同时通过不同价格等级的模块可以满足不同用户的需求，同时OLD-X飞控另一大特点是SWD配套USB转接模块进行程序下载，不同与其他开源飞控下载和调试程序时要繁琐地查看引脚顺序OLD-X飞控只需要插上USB既可以完成程序的下载同时具有良好的抗干扰性能，未来团队还将更新GPS导航及视觉导航等功能请大家期待。
2.团队介绍
云逸团队成员来自于北京理工大学自动化学院，成员中有多名硕士以及一名博士专注于多旋翼飞行器飞控和视觉导航技术。团队参加了多届中航工业杯无人机大赛（最高荣誉旋翼组 三等奖）积累了很多无人机相关技术，目前主要着眼于飞行器的室内定位，自主精确降落和轨迹跟踪控制。 我们希望OLD-X飞控能成为像PX4一样的高兼容性，高开放性，高可靠性平台，为多旋翼飞行器爱好者提供一个与PX4性能相当但接口更清晰，代码编程更简洁，易于二次开发的平台。
3.OLD-X飞控性能
硬件规格
处理器型号 STM32F407VGT6 + STM32F407ZET6
STM32F103C8
处理器内核 32Bit ARM Cortex-M4 168MHZ
32Bit ARM Cortex-M3 72MHZ
陀螺仪加速度计 MPU6050
磁力计 HMC5833L
气压计 MS5611
SWD下载口 Micro USB
通讯接口 Uart
电源接口 5V -DC Input
PWM输出通道数 6通道
PWM输入通道数 8通道
基本参数
飞行器类型 X型 四旋翼，六旋翼飞行器
最大轴距 ≤1200mm
电调类型 400Hz PWM输出频率
接收机类型 PWM接收机
工作电源 4.55.4V
典型功耗 1.25W
最大控制角度 35°
抗风能力 3级
最大垂直速度 1.2m/s
最大水平速度 10m/s
悬停高度精度 ±10cm
悬停位置精度 ±15cm（短期±5cm）
工作环境
工作温度 -1535℃
工作湿度 10%90%
储存温度 -2540℃
储存湿度 10%~95%
软件参数
操作系统 UcosII （系统频率200Hz）
姿态解算算法 梯度下降法 或 互补滤波
姿态控制算法 自抗扰+PID
高度融合算法 EKF（UKF）
高度控制算法 串级PID 或 自抗扰+PID
光流融合算法 UKF
位置控制算法 串级PID
调参方式 安卓远程App实时调参
（1）OLD-X IMU模块
OLD-X IMU为独立惯性传感器件，板载加速度计陀螺仪，磁力计和气压计，预留接口连接光流传感器，超声波模块和GPS模块，OLD-X IMU模块基于梯度下降法进行姿态解算，基于EKF完成气压计和加速度计的融合，基于UKF完成光流数据和加速度计的融合，模块输出各融合数据同时输出原始传感器数据，目前模块只提供商业固件不提供商用固件的源码用户可以当做一个低成本惯性传感器模块使用，但是提供在OLD-X FC中采用IMU模块输出的传感器原始数据基于互补滤波的程序示例，用户可直接使用IMU模块输出的数据也可以自行编写滤波算法，OLD-X IMU与FC模块通过串口通讯波特率为576000L。 输出数据 数据频率 MPU6050原始数据 400Hz HMC5833L原始数据 400Hz Ms5611原始数据 200Hz GPS定位原始数据 100Hz 光流模块原始数据 100Hz 超声波原始数据 100Hz 姿态解算数据（欧拉角，四元数） 400Hz 气压计高度融合数据（高度，速度） 200Hz 超声波高度融合数据（高度，速度） 200Hz 光流融合数据（机体速度，位置） 200Hz
IMU模块通讯格式请参考其他文档。
（2）OLD-X FC模块
OLD-X FC是OLD-X飞控的主控制器，模块外部介入IMU模块和NRF-飞控模块既可以完成飞行器的控制，同时还能介入SD模块完成对飞行数据的存储和波形的绘制，OLD-X FC模块板载蓝牙4.0模块可以与PC通讯实现波形的显示方便调参，默认情况下OLD-X FC模块使用IMU输出的融合数据作为控制反馈量，使用自抗扰+PID完成姿态控制，使用串级PID或自抗扰+PID完成飞行器高度控制，使用串级PID完成光流位置控制，模块提供所有源码进行二次开发。
OLD-X FC基于UcosII操作系统采用多线程的并行处理飞控各算法。具有快速、高效和稳定的特点。 姿态控制 外环自抗扰 200Hz 内环PID 400Hz 高度控制 外环PID （自抗扰） 100Hz 内环PID 250Hz 位置控制 外环PD 100Hz 内环PID 200Hz
图1. PC端波形实时显示（飞行器X轴轨迹跟踪 单位mm）
（3）NRF-飞控 模块
NRF-飞控模块与FC模块连接，采集外部接收机遥控信号完成飞行器控制，同时通过2.4G射频通讯与地面NRF模块完成与安装APP的通讯实现手机端波形显示和实时参数调节。 模块通道映射关系为 通道1 横滚通道 通道2 俯仰通道 通道3 油门通道 通道4 偏航通道 通道5 定高模式通道 通道6 手动，定点模式切换通道 通道7 使能远程调参通道 通道8 飞控解锁通道
（4）NRF-地面 模块
NRF-地面模块在连接蓝牙模块后可以与安卓手机APP通讯，波特率为9600，传递飞控模式和PID参数设置给FC模块，接受飞控姿态，高度和通用波形数据发送给APP。
（5）SD黑匣子 模块
SD黑匣子与FC模块连接用户可以按照例子自行选择要对什么数据进行存储，同时我们提供Matlab绘图程序帮助把SD卡中的txt文件绘制成波形数据方便分析。
（6）超声波壁障模块——开发中
超声波壁障模块共使用8个超声波模块，模块以30°均匀分布能实时测量360°的障碍物距离为飞行器安全飞行提供有效的保障，模块一体设计采用微型US100超声波模块稳定测量10cm~400cm的障碍物。
4.性能展示
（1）光流悬停 视频连接： http://v.youku.com/v_show/id_XMTM4NTEwNTUxMg==.html?beta& http://v.youku.com/v_show/id_XMTYyODkzNDQyNA==.html?beta& http://v.youku.com/v_show/id_XMTcwMjE3Nzg0NA==.html?beta& （2）视觉引导精确降落 视频连接： http://v.youku.com/v_show/id_XMTcwMDM0MDQ3Ng==.html?beta& （3）中航工业杯宣传视频 视频连接： http://v.youku.com/v_show/id_XMTM3OTQ3NjY1Mg==.html?from=y1.7-2 （4）超声波悬停定高 视频连接： http://v.youku.com/v_show/id_XMTcwMjE4MDQwNA==.html （5）高速飞行制动 视频连接： http://v.youku.com/v_show/id_XMTcwMjE4MDQxNg==.html?beta&
5.附录
阿莫电子论坛教程帖子地址 （1）磁力计融合问题 http://www.amobbs.com/thread-5614640-1-1.html （2）px4flow应用 http://www.amobbs.com/thread-5625013-1-1.html （3）气压计超声波自适应滤波 http://www.amobbs.com/thread-5628809-1-1.html （4）PID完美调参 http://www.amobbs.com/thread-5628433-1-1.html （5）PX4hawk EKF姿态解算移植结果 http://www.amobbs.com/thread-5631742-1-1.html （6）OLD-X飞控第一版宣传 http://www.amobbs.com/thread-5635352-1-1.html （7）OLD-X光流模块宣传 http://www.amobbs.com/thread-5637028-1-1.html http://www.amobbs.com/thread-5638992-1-1.html （8）MS5611应用问题 http://www.amobbs.com/thread-5638142-1-1.html
2015.10.20 增加模糊控制外环待测试 ，修改航向在手柄水平下倾斜才控制 增加SD卡板串口通信
2015.10.21 测试SD卡板串口通信 功能字不能=0 SD板无法接受原因为发送少了data_to_send[3] = _cnt-4; 测试光流定位 速度环正常 位置向一边偏 修改后待测试 修改超声波定高速度为kalman 滤波 待测试
2015.10.22 增加定点模式在250mm高度以上才有效
2015.10.23 增加飞控电池电压检测
2015.11.4 增加定高期望高度大于当前高度某一值后不变（PA）,移植新姿态解算 和 修改默认PID参数
2015.11.8 修改角度控制滤波只作用手柄输入不对定点PID输出滤波 （PA）
2015.11.10 修改超声波串口中断位0级(FA) 修改定位PID速度符号 测试0.8m光流时定位死区较大，修改后较好（FA） /增加近似速度式高度控制（PA）/
2015.11.12 修改光流与高度公式重新测试定点效果不如之前，1m(WT) 修改超声波数据滤波方式 增加中值滤波长度(FA) 修正几个SD卡存储BUG；下午测试了一组光流参数 无法立即停住 但定点没问题 继续测试不同高度相同参数的效果十分一样，已证明低空该参数会震荡增加了高度限制0.45m
2015.11.16 航向姿态解算控制 导航系和机体光流测试
光流速度环 符合正确 位置不对 修改待测试 航向控制180°时抖动是因为低通滤波原因修改后应该没问题(PA)
2015.11.26 测试穿越机高度 外环ESO 内环PID 修改参数 使用UKF融合超声波1.0(PA) 气压计定高待测（PA） 待增加椭球磁力计拟合（NEED） 移植HT气压计采集（PA）
2015.11.30 导航板读出6M GPS 合并UKF融合（WT） 速度方向测试
2015.12.1 增加 矢量控制（PA） 修改定高超声波和气压计平滑切换以及超声波定高故障切换气压计安全模式（PA） 待测试切换时刻油门变化(PA) 增加 CPU串口3
2015.12.2 分离气压计 超声波UKF(PA) 增加定高平滑切换(PA_at PID) 增加DJ补偿功能(PA)
2015.12.4 采集GPS与MPU6050数据（PA） 增加手上起飞 拟增加
2015.12.8 增加补油门（PA） 增加椭球HML拟合（WT）
2015.12.11 修复DJ模式下 光流数据无效一个BUG
2015.12.13 增加DJ模式下 姿态失控保护（PA）
2015.12.18 增加侧翻失控保护，增加航向失控保护(PA)，增加光流旋转补偿（WT）
2015.12.20 增加姿态控制外环P 随e变化（WT）
//--------------------------------------------------2016-------------------------------------------------------// 2016.1.3 增加光流 GPS UKF(WT) 去除超声波UKF
2016.1.4 修改气压计初始化时间，气压计UKF参数
2016.1.6 修改光流模块处理过程，增加JPG压缩 修改NANO飞控PWM输出频率为400hz 增加103 SD存储功能 增加油门解锁过高保护(PA)
2016.1.7 增加 颜色识别（PA）
2016.1.16 增加 acc 椭球修正（FA） 去除UKF POS 它导致控制周期不稳定 PID参数
2016.1.18 修改定高方式(增加速环ESO)（FA） 光流（PM3:00 可定位）——存在问题 ：不同亮度未测试 不同高度未测试 不同地形未测试 cif模式下图像畸变(采用PX4flow 固件已有PA)
2016.1.22 增加高度safe 模式（WT）
2016.2.6 增加safe高度油门拉起后下降造成吊高另类解决方式(WT)
2016.1.29 移植系统到ucosII下
2016.2.2 增加DMA串口（有两个不工作）
2016.2.12 增加超声波型号选择 整合重复代码 增加注释
2016.3.7 增加姿态PID调节模式
2016.3.9 增加导航模块BLE调试模式
2016.3.12 增加内外环ESO前馈 增加外环单神经元PID 其结果与原始PID自适应加权求和 姿态精度+2°
2016.3.18 使用外环ESO 跟踪性能好一点
2016.3.20 增加超声波壁障和云台舵机 ，修改高度控制待测试,增加震荡保护
2016.3.25 修改高度速度控制为100HZ 调制PID参数 ，位置环仍有问题 ，调整光流参数
2016.3.28 增加调试数据移动端观察 优化定高数据 修改油门补偿方式 增加舵机控制参数
2016.3.29 增加定高速度ESO控制（FA）
2016.4.1 增加视频处理圆识别 WT 使用气压计直接滤波看是否侧飞吊高FA
2016.4.2 增加系统状态
2016.4.4 增加姿态解算CRKF 航向精度高 但是不知道倾斜时效果如何(FA)
2016.4.5 增加姿态解算EKF 角度接近真值速度变快 但是有时候会发散 待测试
2016.4.18 增加H_inf测试1 修复遥控器遥感偏差
2016.6.12 修正遥控器控制航向bug 整合dji介入板和old-x 增加全姿态外环err计算 增加航向姿态在倾斜10°上时较小权值 扩大磁力计矫正MAX到800
2016.6.26 继续优化气压计优化 光流一般 修正cal方式和芯片id判断 姿态内环重新使用自抗扰
2016.7.2 俯仰横滚姿态控制使用梯度下降解算的q 修正了悬停角度解算偏差造成的飞机漂移
2016.7.5 优化自抗扰控制效果 调整了姿态控制频率 增加光流位置控制前馈
2016.11.20 之前未更新，今天整理代码说明下增加了啥， 增加了定高速度环姿态自抗扰对其中进行了扰动估计相关限幅，增加EKF气压计和加速度计融合 重新制作了飞控 将飞控和IMU，NRF分离开，增加了加速度计和光流UKF融合 增加了二维码定位阵列UKF融合
2016.11.25 整合代码，方便移植，头文件改为相对路径，提高UCOS时钟，增加各线程周期宏定义，提高控制频率到400hz
2016.11.26 增加气压计融合 消除 加速度偏移
2016.11.28 新的磁力机修正减小倾斜飘逸
2016.12.1 新的KF航向融合转90°更准 积分同时修正陀螺仪飘逸
2016.12.3 增加了FC模块与APP通讯程序 //-----------------------------------------2017