FPV 无人机模拟视频 OSD 系统深度解析：显示内容与实现技术实例

1. FPV 无人机模拟视频  OSD 显示内容分类与优先级

1.1 核心飞行数据显示

FPV 无人机的 OSD 系统通常会显示以下核心飞行数据，按照重要性和显示优先级排序：

1. 电池信息：

   • 电池电压（如 "11.8V"）
   • 剩余电量百分比（如 "75%"）
   • 电池图标（自定义字符）
   • 低电量警告（闪烁显示）

2. 姿态信息：

   • 横滚角（Roll）
   • 俯仰角（Pitch）
   • 姿态指示器（地平线或人工地平线）

3. 航向信息：

   • 罗盘航向（如 "045°"）
   • 航点信息（如 "WP1"）
   • 返航方向指示

4. 高度信息：

   • 相对高度（如 "+15.2m"）
   • 绝对高度（如 "128m ASL"）
   • 高度变化率（如 "+2.3m/s"）

5. 速度信息：

   • 地速（GPS 速度）
   • 空速（如果有空气速度传感器）
   • 最大速度记录

6. 飞行模式：

   • 如 "手动"、"自稳"、"GPS 定点"
   • 飞行模式图标

7. 警报信息：

   • 低电量警报
   • 信号丢失警报
   • 失控保护激活
   • 温度过高警报

1.2 显示内容布局设计

典型的 FPV OSD 布局设计：

plaintext

┌─────────────────────────────────┐
│  电池: 11.8V (75%)   高度: +25m │
│  飞行模式: 自稳      速度: 12m/s │
├─────────────────────────────────┤
│                                 │
│          ┌───────┐              │
│          │  045° │              │
│          └───────┘              │
│              ▲                │
│              │                │
│              │                │
│              ┴                │
│                                 │
│   横滚: -5°   俯仰: +3°        │
└─────────────────────────────────┘

2. 姿态信息显示实现

2.1 姿态数据获取与处理

姿态数据通常从飞控的 IMU (惯性测量单元) 获取，包括加速度计和陀螺仪数据。以下是姿态数据处理的核心代码：

c

运行

// 姿态数据结构体
typedef struct {
    float roll;     // 横滚角，单位：度
    float pitch;    // 俯仰角，单位：度
    float yaw;      // 偏航角，单位：度
    uint32_t timestamp; // 时间戳
} AttitudeData;

// 从飞控获取姿态数据
bool get_attitude_data(AttitudeData *attitude) {
    // 实际应用中，这里会通过串口或SPI从飞控读取数据
    // 简化示例，假设数据已经通过某种方式接收并存储
    
    // 从共享内存或缓冲区读取姿态数据
    static float fake_roll = 0.0f;
    static float fake_pitch = 0.0f;
    static float fake_yaw = 0.0f;
    
    // 模拟姿态数据变化
    fake_roll += 0.5f;
    if (fake_roll > 30.0f) fake_roll = -30.0f;
    
    fake_pitch += 0.3f;
    if (fake_pitch > 20.0f) fake_pitch = -20.0f;
    
    fake_yaw += 1.0f;
    if (fake_yaw >= 360.0f) fake_yaw -= 360.0f;
    
    // 填充姿态数据
    attitude->roll = fake_roll;
    attitude->pitch = fake_pitch;
    attitude->yaw = fake_yaw;
    attitude->timestamp = get_system_time();
    
    return true;
}

// 格式化姿态数据为字符串
void format_attitude_string(char *buffer, AttitudeData *attitude) {
    // 格式化横滚角
    char roll_str[10];
    if (attitude->roll >= 0) {
        sprintf(roll_str, "+%.1f°", attitude->roll);
    } else {
        sprintf(roll_str, "%.1f°", attitude->roll);
    }
    
    // 格式化俯仰角
    char pitch_str[10];
    if (attitude->pitch >= 0) {
        sprintf(pitch_str, "+%.1f°", attitude->pitch);
    } else {
        sprintf(pitch_str, "%.1f°", attitude->pitch);
    }
    
    // 格式化完整字符串
    sprintf(buffer, "R:%-6s P:%-6s Y:%3.0f°", roll_str, pitch_str, attitude->yaw);
}

2.2 姿态指示器实现

姿态指示器 (人工地平线) 是 FPV OSD 中最重要的显示元素之一，用于直观显示飞机相对于地平线的姿态。

c

运行

// 创建姿态指示器自定义字符
bool create_attitude_indicator_chars(void) {
    // 定义地平线字符点阵
    const uint8_t horizon_bitmap[8] = {
        0b00000000,  // ........
        0b00000000,  // ........
        0b00000000,  // ........
        0b11111111,  // ********
        0b11111111,  // ********
        0b00000000,  // ........
        0b00000000,  // ........
        0b00000000   // ........
    };
    
    // 定义飞机符号字符点阵
    const uint8_t aircraft_bitmap[8] = {
        0b00010000,  // ...*....
        0b00010000,  // ...*....
        0b00111000,  // ..***...
        0b01111100,  // .*****..
        0b11111110,  // *******.
        0b00111000,  // ..***...
        0b00010000,  // ...*....
        0b00000000   // ........
    };
    
    // 创建自定义字符
    if (!at7456e_create_custom_char(0xF8, horizon_bitmap)) return false;
    if (!at7456e_create_custom_char(0xF9, aircraft_bitmap)) return false;
    
    return true;
}

// 显示姿态指示器
bool display_attitude_indicator(AttitudeData *attitude) {
    // 清除之前的显示
    for (uint8_t row = 2