PWM、PPM、SBUS、IBUS 遥控信号选择

那么到底该用什么呢？

转自 http://www.5imx.com/portal.php?mod=view&aid=1351

★.如果你是固定翼玩家，也无意在固定翼飞机上加飞控，那么其实这个问题对你来说不是问题：PWM。
★.如果你需要配置无线教练机或者无线模拟器，那么一个支持PPM输出的接收机可以省去一团乱麻的连线。如果普通休闲玩多轴，无论是航拍还是穿越，PPM也足够胜任。
★.如果你开始追求极限的穿越机表现，那也许你会开始能感受到S.BUS的低延迟带来的优势。或者你涉足功能丰富的正经航拍机，除了控制飞机，还要控制云台等等一系列其他附加设备时，S.BUS的多通道会给你带来很大便利。然而你需要寻找支持S.BUS的遥控接收组合，这也许意味着额外的投入。

视频介绍

STM32 四轴无人机设计——遥控器PPM信号

转自 https://blog.csdn.net/qq_44011116/article/details/113870443

PPM信号是现在多通道控制领域比较常见的一种串行信号，但是它也有一个重大的缺点，就是最快需要20ms才能接收一次数据。这也就是信号频率只有50Hz。对于一些高精度仪器不可用，ibus和sbus是并行多通道数据传输方案，在频率上优于PPM，所以后期可以升级信号模式。

浅谈无人机上的常见接口

转自 https://m.youuav.com/news/detail/201911/37145.html

PWM: 所有航模和无人机都离不开的一种接口。单线信号，周期发送正脉冲，变化脉宽作为传递信息的方式，一个针脚传递一个通道，往往搭配地线和电源线可控制一个舵机或一个电调，是无人机或航模入门第一个需要了解的接口。优点是简单，稳定的传输一个可量变的信号，缺陷是速度低。目前常见的标准是50Hz，也有300Hz至400Hz的。

PPM: 是PWM的升级版，就是每个信号周期变为发送一组多个脉宽的组合，来同时传递多个通道的变化信息。早期也被用于遥控器无线电信号和航模模拟器信号，现在多用于接收机与飞控连接，带有PPM信号输出的接收机很多，是无人机入门必配。其优点是稳定传输多个通道，缺点是速度更慢。

S.BUS: 是日本遥控器厂商FUTABA设计的用单通道数字信号传输多通道信息的协议，只有一个信号针脚和一个基准地线，支持HUB扩展多个舵机和电调连接在一个信号源上，所以S.BUS其实是一种总线，其原理其实就是变化的串口协议。其优点是纯数字信号，很可靠，带有总线功能。缺陷是属于厂家技术兼容设备较少。目前是飞控连接接收机的最佳选择。据说国外用户使用PPM接收机的多，国内用户使用SBUS接收机的多，这可能和FUTABA遥控器在国内大量使用有关系吧。

串口:串口是目前控制领域最常见的设备接口，硬件形式有TTL，232，422，485几种。TTL是基本信号，常见三针用法，一个针用于信号输入叫RX，一针用于信号输出叫TX，另一针为信号基准地线（两个TTL接口设备对接，必须共地！）。一般0伏和3-5伏表示0和1，飞控芯片上自带的都是这种串口，而且会带很多个，用于连接多个设备（比如GPS模块、数传、WIFI模块等），PIXHAWK飞控有5个。TTL信号的电压较低，经验上不适合1米以上的长距离传输，于是发展出232接口，使用正负电平表示0和1，其他与TTL相同，极大延长了传输距离，但是速度依然不足。于是发展出422接口，RX和TX每个针脚都变为正负电压的一对信号线同时跳变，这样干扰信号被巧妙的抵消，传输距离和速度双飞跃，但是需要5根线，给调试造成很大麻烦。485串口是半双工，是结合232和422优点，使用一对正负电压的信号线既发又收，但是需要额外一个信号控制收发转换，485总线带有总线特征，可以在两根线与地线上连接多个设备，但是收发、片选、仲裁、校验等等工作都需要你写程序去协调，工作量大。

SPI: 这是一种用于板上通信的高速接口，使用了主从设计和专门的时钟线，每个SPI拥有4个脚主入从出MISO、主出从入MOSI、时钟CLK和地线。主设备负责管理信息，时钟同步和所有设备通信，一路SPI可以连接多个设备，但是必须每个带有片选。因为有时钟线，所以很容易做到所有设备的同步通信，由于其稳定性和高速特性，在飞控板上用来连接所有传感器与主单片机。

I2C: 是用于连接板上高速设备的总线。拥有三根信号线，信号，时钟和地线。也是采用主从设计，带有时钟的同步设计，但是信号线需要承担多个设备输入输出，有主设备来管理。I2C上所有设备都自带一个地址，或叫标签，主设备用这个地址来识别设备。在飞控中用来连接重要性不太高的众多设备，指示灯，磁罗盘，空速，超声波，激光测距等等。居然有厂家为了省事用这个总线连接多个电调，这是很危险的，因为3-5v电平在长距离传输中容易受干扰。

CAN: 最早为汽车设计的总线接口，传输的是差分信号，抗干扰性能超强，专门用于大干扰环境设备间多个远距离传输。只有H和L两个信号线，所有设备都连接在上面，总线芯片负责仲裁。这其实是无人机上设备，尤其是多旋翼电调的最优选择，但是CAN接口有一定的复杂性，CAN收发器芯片成本也不低。PIXHAWK飞控和 ESC32电调多年前就已经具备该接口，大疆飞控上也采用了CAN接口。相信今后采用CAN接口的飞控会越来越多。

Path Planning in Complex 3D Environments Using a Probabilistic Roadmap Method
https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-013-0750-9

对于无人机而言，路径规划将在 3D 环境中进行，这是一个很大的挑战，尤其是在复杂环境中。常用于高维配置空间的方法是基于采样的方法，包括 PRM[ 15 , 16 ] 及其变体。PRM 有两个阶段：学习阶段和查询阶段[ 15 ]。在学习阶段，为给定场景构建称为路线图的数据结构。路线图是一个无向图R = ( N, E )。N _是一组节点，它们是从无碰撞配置空间中随机采样的点。在图中选择有希望的节点对，并使用本地规划器尝试将这些位置与边缘连接起来。如果它们可以连接，则将边缘添加到E。一个好的图R应该很好地覆盖空闲空间。在查询阶段，路径通常通过路径查询找到，例如 Dijkstra 或 A*。

基本 PRM 的瓶颈在于它难以找到穿过狭窄通道的路径。这是由于自由空间中的随机采样节点导致在狭窄通道中放置的节点太少。一种解决方案是在障碍物边界附近添加配置[ 17、18 ]。尽管这种方法增加了在狭窄通道中采样节点的概率，但狭窄通道之外的许多节点无助于改善路线图的连通性。Hsu 等人[ 19 , 20 ] 提出了一种混合策略：在狭窄的通道中应用桥接测试以增加采样密度，并在开放的自由空间中使用均匀采样策略。在 [ 21]，作者通过使用惰性显着边缘算法将新样本放置在尚未导航的区域中来改进惰性概率路径规划。在这些方法中，环境的障碍由几何模型表示。

On the Relationship between Classical Grid Search and Probabilistic Roadmaps
https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0278364904045481

2.4. 针对单一查询的懒惰PRM 最近的PRM变量被称为懒惰PRM，它是针对有效回答单一规划查询的问题而提出的，而不是在考虑规划查询之前建立一个广泛的路线图（Bohlin和Kavraki 2000）。由此产生的规划器与原来的PRM相比有时非常高效。这代表了从原来的PRM（Kavraki等人，1996）的多重查询理念到早期的一些规划器（Faverjon和Tournassoud，1987；Barraquand和Latombe，1990；Mazer等人，1992）中使用的单一查询理念的转变。lazy PRM的关键思想是在不使用碰撞检测器的情况下初步建立路线图。与图1的算法不同的是，第6行的条件被放弃，而第7行每次都被执行。这使得PRM能够快速构建；然而，在查询阶段，搜索的负担更重。一旦给出初始目标查询，规划器就会在路线图上进行A*搜索，以找到解决方案。如果有任何解决方案的边发生了碰撞，它们就会从路线图中被删除，然后重复A∗搜索。最终，所有的边可能都要进行碰撞检查，但通常在这之前问题已经解决了。另外，最好只在初始图上运行一次搜索，同时在搜索过程中验证边（而不是等待解决方案，然后验证它）（Branicky等人，2001）。如果没有找到解决方案，那么可能需要在路线图上添加更多的节点。懒惰PRM的优点是只在需要时进行碰撞检查。因此，所有的边不必像原始PRM那样进行碰撞检查。在CGS中，这一理念意味着位图不是预先计算的；碰撞检查只在搜索过程中根据需要进行。

2022-08-05 跑通现有模型，熟悉各代码模块作用

学习计划：

2022-08-25-2022-08-28

问题：
  1. 栅格化地图模型？PRM概率路径图好像不需要栅格化
  2. 小车在同一时刻只能 前进后退，或者原地旋转？（Entwicklung_eines_kollaborativen_Systems 2.4.3）
计划：
  1. 排除其他干扰，默认摄像头图像处理准确，障碍物识别准确，小车位置定位准确，小车匀速运动的情况下。进行一般情况下的离线无碰撞PRM路径规划：多个小车，其各自的起点和终点都不相同。
  2. 优化PRM随机点分布
  3. 如果发生碰撞，该怎么处理。
  4. 定位：视觉定位，惯性导航。

学习计划：

2022-08-05 至 2022-08-12
跑通现有模型，熟悉各代码模块作用

总结：

1.simulink内建模
2.仓库顶部摄像头
3.机器人与摄像头通信

问题：

1.仓库地图
2.是否有预定路线
3.地图展现形式2D、3D?
4.摄像头只用于碰撞预警？不用于路径规划？

计划：

1.2022-08-10 process on 列出任务大纲

研究生毕业论文

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开题报告

题目

Development of collision-free navigation using probabilistic road maps in environments with multiple differential-drive robots

在具有多个差分驱动机器人的环境中使用概率路线图开发无碰撞导航

关键词：多个机器人；概率路线图；无碰撞导航

背景

The future aim is an autonomous warehouse with multiple surveillance and multiple robots. This work shall deal with a simulator which should simulate one camera and multiple robots.

未来的目标是拥有多个监控和多个机器人的自主仓库。 这项工作将处理一个模拟器，该模拟器应该模拟一个摄像头和多个机器人。

The aim of this work is to extent the former works to a multiple robot environment. First the simulator have to be improved and extent to multiple robots. Especially the robot and camera model need to be improved. Next a path planing for one robots using probabilistic road maps (PRM) should be developed. An important task is the strategy of random point generation. This should be extended to a collision-free path planning for multiple
robots, including the definition of a safety distance around each robot.

这项工作的目的是将前者的工作扩展到多机器人环境。 首先必须改进模拟器并扩展到多个机器人。 尤其是机器人和相机模型需要改进。 接下来，应开发使用概率路线图 (PRM) 的机器人路径规划。 一个重要的任务是随机点生成策略。 这应该扩展到多个无碰撞路径规划
机器人，包括定义每个机器人周围的安全距离。

A number of former works, functions and base simulator will be provided (including collision detection, speed controller etc.). Everything should be implemented in MATLAB/SIMULINK with a modular software design.

将提供许多以前的作品、功能和基础模拟器（包括碰撞检测、速度控制器等）。 一切都应该通过模块化软件设计在 MATLAB/SIMULINK 中实现。

任务

1.Incorporation into the existing robot simulator, MATLAB/SIMULINK

与现有机器人模拟器 MATLAB/SIMULINK 相结合

2.Incorporation into (quasi) random data, Path planing, grid map

并入（准）随机数据、路径规划、网格图

3.Improvement and extension of the simulator

仿真器的改进和扩展

4.Development of a PRM-path planning for one robot with differential drive

为一台具有差动驱动的机器人开发 PRM 路径规划

5.Development of a PRM-path planning for multiple robots with differential drive

多机器人差动驱动的 PRM 路径规划开发

6.Implementation, Validation and evaluation in MATLAB/SIMULINK

在 MATLAB/SIMULINK 中实现、验证和评估

7.Design of a GUI using SIMULINK Dashboard and scopes

使用 SIMULINK Dashboard 和示波器设计 GUI

8.Documentation of the working results, which meets the requirements of the Master Thesis

符合硕士论文要求的工作成果文件