BetaFlight & BeeRotorF3 四轴飞行器配置F450

已于 2022-09-27 18:41:28 修改
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分类专栏： DIY Drones xFlight 文章标签： betaflight 嵌入式硬件 stm32
于 2022-09-26 12:52:49 首次发布
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本文详细介绍了一款基于BetaFlight和BeeRotorF3的F450四轴飞行器组装过程及配置方法，包括所需组件的选择、组装步骤、固件烧录、PID设置等内容。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

BetaFlight & BeeRotorF3 四轴飞行器配置F450

最近有一个网友，讨论过程中发现他期望搞一个大一点(10寸左右)，性价比高的无人机。

根据长时间的了解，其主要需求大致描述如下：

  1. 不是穿越机
  2. 也不是航拍机
  3. 就是想通过亲手控制操作了解下无人机
  4. 后续视情况再定，比如：摄像头，图传，卡录等等
  5. 性价比高(也许玩一会儿就没兴趣不玩了)

好吧！！！这个需求确实有点那个，不管如何，通过几次讨论和度娘了一些资料，貌似找到一些解决方法，整体成本应该基本可控。

1. 需求澄清

所有解决问题第一个步骤就是澄清需求，可能有人说，前面不都描述了嘛。那我只能说“Oh no…”，这种需求就是伪需求，不明确或者压根无法执行的落地的用户描述。

这里我们根据用户描述，将需求澄清清楚，更符合落地实操的工程需求。

1.1 必要组件

  1. 电机（Motor）+ 电调（ESC，Electronic Speed Control）
  2. 飞控（FC，Flight Control）：集成导航模块（IMU，Inertial Measurement Unit）陀螺仪+加速度
  3. 动力源：可以采用可充电电池
  4. 遥控器+遥控接收机

1.2 扩展组件

  1. GPS（磁力计）：通常应用与自动导航或者失控后自动回航等场景。
  2. 图传+摄像头：配合FPV设备进行第一视角控制操作。
  3. 云台（摄像机）：航拍使用。
  4. 遥测模块：更多是配合地面站使用。
  5. 卡录 或 GoPro
  6. 伴飞电脑 (执行任务 或 高级避障策略等功能)
  7. 光流计测距
  8. 超声波测距
  9. 摄像头定位
  10. 4G 模块(民用远距离通信控制)

这里不过多罗列，反正一口气能写多少就多少，因为前面用户描述要性价比高，对吧！！！（重点，重点，重点，重要的事情说三遍！！！）

1.3 工程需求

整理了上面无人机的必要组件和扩展组件，接下来就是将用户描述和组件的归纳整理，输出工程需求来落地配一套满足需求的无人机。

  • 不穿越(性价比高)：FPV需求不强，还可以省图传，眼镜或者平板等显示设备
  • 不航拍(性价比高)：基本上卡录，Gopro也可以去掉，也能节省一大部分费用
  • 要亲手操作控制：理论上自动无头模式，轻松上手体验。无需手动操作繁琐且容易炸机。
  • 后续视情况再定：这个需求是最为复杂且不定的。

根据用户描述，也许玩玩没兴趣就直接要扔掉。
需要考虑: (同时要控制费用，可以考虑硬件过时，但尚与开源同步的硬件)

  1. 自动转手动控制 (注重穿越机)
  2. 可支持FPV (OSD支持)
  3. 可支持挂载云台 (大机架)

结合上述分析，我们给出如下配置：

  1. 【二手】F450: 机架 + 桨叶 + 电机 + 电调

可参考：四轴飞控DIY简明步骤介绍

  1. 【二手】BeerotorF3 (BRF3) all-in-one (AIO)：MP6050 + BMP280 + MAX7456

可参考：BeeRotorF3 Manual

Features

  • Optimization for Cleanflight/Betaflight firmware
  • ARM Cortex-M4 core STM32F303CC with 32bit/72MHz/256K Flash/40K SRAM and hardware floating point unit
  • MPU6050 and BMP180 / BMP280 Sensors
  • Build-in 8MB flash for black box log recorder
  • On board OSD with absolutely original MAX7456EUI+ and standard FTDI debug port
  • Receiver connector with PPM/SBUS/SumD/DSM2/DSMX and RSSI input
  • Up to 3 serial ports and 8 PWM outputs
  • Multifunction connectors with SWD/UART2~3/Soft-serial/Buzzer/LED trip/Voltage detection
  • Multifunction OSD connectors with video_IN/ video_OUT/ICSP/debug port (UART1)
  • PDB connector with 5V input/Current and Voltage detection
  • Power input reverse polarity protection

Specification

  • Power input: 5.0~5.5V
  • Dimension: 35x35x9mm
  • Fixing hole spacing: 30mm
  • Weight: 7.3g
  • PPM/RSSI/SBUS/SumD Receiver Cable
  • Camera/video-TX cable
  • Buzzer/LED strip/voltage detect cable
  • OSD debug port to FTDI adapter cable
  1. 【软件】BetaFlight 4.0.6, betaflight_4.0.6_SPRACINGF3.hex + Betaflight Configurator 10.5.1

可参考：

  1. SPRacingF3 Manual
  2. SPRacingF3OSD Manual
    MP6050 + MS5611 + HMC5883L + MAX7456
  1. 【重用】遥控器(发射机) + 接收机

建议：投入较多时间和精力去了解
源由：这个是可以沿用的，即使换模型飞机，车，船，基本都可通用。

考虑：

  1. 如果是想后续玩下去的，可以考虑买新的/好的遥控器。毕竟遥控器好，控制的可以更远，手感也更好。(飞机是会摔坏的，更好的模型飞机也在不断的出来。)
  2. 本着玩着玩着就是扔掉的，那无所谓好坏，买个二手的性价比高就好。后面入门了可以重新配置一套适合自己的。

注：入手BeeRotorF3的时候一定要注意那几根飞控自带的线，否则焊接就不方便了。
BeeRotorF3接线整体接线图

2. 组装&配置

2.1 组装

鉴于上面的工程需求，需要采购的组件如下：

注：每个组件购买时应该注意与其他组件连接的软线。

  1. F450: 机架 + 桨叶 + 电机 + 电调
  2. BeerotorF3 (BRF3) all-in-one (AIO)
  3. 遥控器(发射机) + 接收机(SBUS)
  4. 电池 3S 2200mAh （XT60）

附件：

  1. XT60座子 + 电源线（红色，黑色各一根，长度约8cm）
  2. 杜邦线若干（连接接收机与飞控）
  3. 飞塔固定M3螺柱 + 减震O型圈

注：电调电源直接连接到F450机架分电板上；电机与电调之间要确认是焊接还是香蕉头，采购时提前注意好连接件。
BeeRotor接线图1
BeeRotor接线图2

2.2 配置

常规配置，请大家自行度娘，这里不在详说。下面主要列举F450机架比较重要的一些配置参数。

2.2.1 固件烧录

鉴于BeeRotorF3最后的BetaFlight版本（官方发布2019年9月1日）是4.0.6，目前（2022年9月26日）。因此该硬件只有定制编译才能跟上最新4.3的版本，但是常规的BetaFlight功能都已经含有，如果真的需要定制，模友们也有提供。

对于刚上手学习的朋友，请使用下面两个方法烧录：

  1. 使用 Betaflight Configurator 10.5.1通过网上下载固件烧录
  2. 使用 Betaflight Configurator 10.5.1，本地下载betaflight_4.0.6_SPRACINGF3.hex ，通过选择本地文件进行烧录

注：烧录方法请详见betaflight-configurator。

2.2.2 PID设置

下面是笔者飞的也比较顺畅的PID数据，供大家参考。
PID配置
注：笔者给出的PID参数设置是KakuteF7 AIO V1.5 在F450机架上稳定飞行的参数。

2.2.3 滤波设置

F450机架整体来说低频振动比较多，因此和5寸机大不一样。而且由于仿冒品牌差异，实际参数差异也是有的。请大家参考。
滤波设置
注：笔者给出的滤波参数设置是KakuteF7 AIO V1.5 在F450机架上稳定飞行的参数。该F450机架肯定是某仿冒的，低频振动80Hz、150Hz等位置都有非常高的振动。所以滤波的参数大家要根据自己拿到手的机架，特别主要进行调整。

2.2.4 HeadFree

  • Roll：遥控器指向飞机方向，左右控制
  • Pitch：远离/靠近遥控器
  • Yaw:旋转控制
  • Throttle:高度控制

参考视频：开启和关闭BetaFlight无头模式对飞行操控的影响

HeadFree
注：这里是笔者的一个配置，使用的是FPV，所以没有配置无头模式。

3. 后续扩展

后续大体上有两个方向拓展：

  • 穿越机：摄像头 + 图传 + 接收机 + 眼镜 或 平板
  • 航拍机：航拍设备 + 云台 + 图传 + 接收机 + 眼镜 或平板 + 电脑

除此之外，可能就是ROS上系统，增加伴机电脑，进阶其他复杂功能了。这里我们就不在展开，希望有机会也能成文。

4. 总结

整体来说，大机架相对来说后续可玩的方向更多点，也比较容易扩展，新增传感器，毕竟空间大点，容易改装。

如果是动手能力相对弱，或者还是注重飞行体验的朋友，建议入手套机。

F450机架尺寸图，DIY主控可以根据这个打定位孔
10-18
F450机架尺寸图，DIY主控可以根据这个打定位孔 F450机架尺寸图，DIY主控可以根据这个打定位孔 F450机架尺寸图，DIY主控可以根据这个打定位孔 F450机架尺寸图，DIY主控可以根据这个打定位孔 F450机架尺寸图，DIY主控可以根据这个打定位孔 F450机架尺寸图，DIY主控可以根据这个打定位孔
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帮我写一份适用于10寸穿越机的飞控算法
03-26
<think>好的，用户让我帮他写一份适用于10寸穿越机的飞控算法。首先，我需要理解用户的需求。穿越机通常用于竞速或者特技飞行，所以飞控算法需要快速响应和高机动性。用户提到的是10寸桨的穿越机，这种尺寸的机型一般属于中型，可能在动力和负载上有一定的要求。 接下来，我需要考虑用户可能的背景。他可能是有一定DIY经验的无人机爱好者，或者是刚开始接触飞控开发的初学者。如果是前者，他可能需要更详细的算法实现和参数调整方法；如果是后者，可能需要更多的代码示例和基础理论解释。不过，用户直接要求写算法，可能已经有一定的开发基础，所以需要提供专业但易懂的内容。 然后，分析用户的问题。飞控算法涉及多个方面，比如姿态解算、PID控制、滤波算法等。用户可能需要一个整体的框架，而不仅仅是某个模块的代码。同时，考虑到穿越机的实时性要求，算法必须高效，能够在有限的处理器资源下运行。 我需要确定用户是否了解飞控的基础知识。比如，他是否知道传感器数据融合，或者PID控制原理。如果用户不太清楚，可能需要简要解释这些概念，但根据之前的回答历史，用户之前询问的是AT89S51的应用，可能有一定的嵌入式开发经验，但飞控算法可能属于新领域，所以需要平衡理论和实践。 另外，用户可能没有明确说明使用的硬件平台，比如飞控主控芯片型号，传感器类型（如MPU6050、BMI270等），以及是否需要支持特定的通信协议。这些都会影响算法的具体实现。因此，在回答时需要做出合理的假设，或者提醒用户需要根据硬件进行调整。 考虑到AT89S51的性能，之前的回答中提到其主频只有33MHz，4KB Flash，显然不适合运行复杂的飞控算法。但用户现在的问题是关于10寸穿越机，可能使用的是更强大的处理器，如STM32系列。因此，在回答中可能需要建议使用更高性能的MCU，并解释为什么AT89S51不适合。 接下来，我需要组织回答的结构。通常，飞控算法包括传感器数据采集、姿态解算、PID控制、电机输出等模块。每个部分都需要详细说明，并提供代码示例。同时，需要强调实时性和稳定性，比如使用定时中断确保控制频率。 还需要考虑滤波算法，如互补滤波或卡尔曼滤波，来处理传感器噪声。PID参数的整定方法也是关键，可能需要给出调整步骤和注意事项。此外，安全机制如失控保护、电池检测等也需要提及，确保实际应用中的可靠性。 用户可能需要代码示例，但飞控算法较为复杂，完整的代码可能不适合在这里展示，但可以提供关键函数的伪代码或示例片段，比如PID控制的实现，姿态解算的四元数更新等。 最后，需要评估用户可能的后续问题，比如如何调试飞控，或者如何处理传感器数据的不同步问题，可以在回答中提前给出提示或建议，增加回答的实用性。</think>以下是为10寸穿越机设计的飞控算法基础框架及关键实现方案，采用分层控制架构，兼顾实时响应与飞行稳定性： --- ### **一、系统架构设计** ``` 传感器层(IMU/GPS) → 数据融合层 → 控制决策层 → 电机驱动层 | | | 1000Hz采样 200Hz滤波 400Hz控制 ``` --- ### **二、核心算法模块** #### **1. 姿态解算算法（Madgwick滤波器优化版）** ```c // 四元数更新（简化示例） void updateQuaternion(float gx, float gy, float gz, float ax, float ay, float az) { float beta = 0.1f; // 收敛系数 float q0 = 1.0f, q1 = 0.0f, q2 = 0.0f, q3 = 0.0f; // 梯度下降修正 float delta = 2*(q1*ax + q2*ay + q3*az); float s0 = delta * ax - 2*q1; float s1 = delta * ay - 2*q2; float s2 = delta * az - 2*q3; // 四元数微分方程 q0 += 0.5*(-q1*gx - q2*gy - q3*gz) * dt - beta*s0*dt; q1 += 0.5*( q0*gx + q2*gz - q3*gy) * dt - beta*s1*dt; q2 += 0.5*( q0*gy - q1*gz + q3*gx) * dt - beta*s2*dt; q3 += 0.5*( q0*gz + q1*gy - q2*gx) * dt; } ``` #### **2. PID控制优化（串级PID结构）** $$ \begin{cases} 外环(角度环):\ PID_{roll} = K_p\cdot e_{angle} + K_i\cdot \int e_{angle}dt + K_d\cdot \frac{de_{angle}}{dt} \\ 内环(角速度环):\ PID_{rate} = K_p\cdot e_{gyro} + K_i\cdot \int e_{gyro}dt + K_d\cdot \frac{de_{gyro}}{dt} \end{cases} $$ **参数推荐范围**（需实际调试）： ```markdown | 控制环 | KP | KI | KD | |--------|-------|--------|--------| | 角度环 | 3.5~6 | 0.001 | 0.05 | | 角速环 | 0.1~1 | 0.0005 | 0.01 | ``` --- ### **三、穿越机专属特性实现** #### **1. 油门响应曲线优化** ```c // 指数曲线映射（提升中段灵敏度） float throttle_map(uint16_t raw) { const float exp_factor = 1.5; // 可调参数 float normalized = (raw - MIN_THROTTLE) / (MAX_THROTTLE - MIN_THROTTLE); return MIN_THROTTLE + (MAX_THROTTLE - MIN_THROTTLE) * pow(normalized, exp_factor); } ``` #### **2. 特技模式控制** - **翻转/滚转检测**：当陀螺仪角速度>800°/s时激活特技模式 - **动力补偿算法**：电机输出增加20%保持升力 ```c if(fabs(gyro_z) > 800.0f) { motor_output *= 1.2; // 动力补偿 disable_angle_limit();// 关闭角度限制 } ``` --- ### **四、关键性能指标** | 参数 | 目标值 | 实现方法 | |---------------------|------------------|------------------------------| | 控制周期 | ≤2.5ms | 定时器中断优先级配置 | | 姿态解算延迟 | <5ms | IMU数据DMA传输 | | 电机响应时间 | <100μs | PWM频率≥400Hz | | 抗风性能 | 可抵抗6级风 | 增加微分项权重 | --- ### **五、硬件适配建议** 1. **主控选型**：STM32F4/F7系列（需满足以下性能） - 浮点运算单元(FPU) - 至少2个SPI接口(IMU+FLASH) - 8通道PWM输出 2. **传感器最低配置**： - MPU6000（陀螺仪+加速度计） - BMP280（气压计定高） - 可选GPS模块(UART接口) 3. **电机驱动要求**： - BLHeli_32电调（支持Dshot600协议） - 电机KV值推荐：2300KV（6S电池） --- ### **六、调试技巧** 1. **参数整定顺序**： 角速度环 → 角度环 → 高度环 → 位置环 2. **黑匣子数据记录**： ```c // 存储关键参数到SD卡 log_data(gyro_x, gyro_y, gyro_z, roll, pitch, yaw, motor[0], motor[1], ...); ``` 3. **安全保护机制**： ```c if(battery_voltage < 14.8f) { // 4S电池报警 trigger_buzzer(); reduce_max_throttle(30%); } ``` --- ### **七、典型控制流程** ```mermaid graph TD A[读取IMU原始数据] --> B[卡尔曼滤波] B --> C{飞行模式判断} C -->|手动模式| D[直接解析遥控信号] C -->|自稳模式| E[姿态解算+PID控制] D/E --> F[混控计算] F --> G[电机PWM输出] ``` --- **开发注意事项**： 1. 优先实现角速度环控制，这是飞行稳定的基础 2. 使用RTOS时确保姿态解算任务的最高优先级 3. 穿越机PID参数需比普通无人机更"激进"（增大KP/KD值） 4. 建议配合Betaflight地面站进行参数可视化调试 完整算法需约8-12KB Flash空间，建议选用至少256KB Flash的MCU以支持后续功能扩展。
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