近年来,无人机从专业领域飞入大众视野,无论是竞速穿越机的极限操作,还是航拍机的稳定拍摄,背后都离不开一项核心技术——电调与飞控间的通信协议。

一、在无人机中,飞控器与电调之间的通信不仅决定了电机的响应速度和控制精度,还是确保系统稳定性和性能的关键因素。

1.在无人机系统中,飞控负责接收来自遥控器或地面站的指令,并将其转换为具体的控制信号发送给ESC;ESC则根据接收到的信号调整电机的速度和方向。为了实现这一过程,必须有一套明确的规则来定义数据的传输方式,这就是通信协议的作用。
2.PWM, Oneshot, Multishot
PWM(Pulse Width Modulation,脉宽调制),是最基础也是最广泛采用的一种通信方式:通过改变高电平持续时间(脉冲宽度)来表示不同的控制值。标准PWM信号周期为20ms(刷新率50Hz),其中脉宽范围通常在1ms到2ms之间变化,对应于不同的油门开度。PWM协议的优点是简单易用,但刷新率较低,分辨率有限,易受到电磁干扰的影响,适用于对响应速度要求不高的场景。
为了克服PWM协议的局限性,开发了Oneshot协议,包括Oneshot42和Oneshot125:这些协议通过在一个PWM周期内发送多个脉冲来显著提高刷新率,分别可达420Hz和1250Hz,适合如竞速无人机等需要快速响应的应用;但Oneshot协议仍然是单向通信,仅支持从飞控到ESC的数据传输。
Multishot进一步提高了刷新率,在每个PWM周期内可以发送更多脉冲,理论上可以在同一时间内发送多达125个命令,在全油门时的帧最大持续时间约为25us,比Dshot300的固定帧长53.28us快两倍还多。
3.DShot, Proshot
Dshot(Digital Shot)协议是一种专为无人机设计的数字通信协议,由Felix(KISS)开发,并与Betaflight团队共同完善;旨在通过数字化的方式实现飞控与电调之间的高效通信。DShot是一组全数字通信协议,具有多种比特率选择(如DShot150, DShot300, DShot600, DShot1200):不仅提高了刷新率和分辨率,还支持双向通信,允许ESC向飞控反馈信息;适用于大多数高性能应用,目前许多ESC都支持。

Dshot协议的数据帧由16位(2字节)组成,包括11位油门值、1位遥测请求标志以及4位CRC校验码。以Dshot600为例,每位的时间长度固定为1.67us,其中“0”表示625ns的高电平,“1”则为1250ns。这种设计使得接收端可以通过测量高电平持续时间区分二进制状态。
1)11位油门信号:共有2048个不同的值。0保留为上锁命令,1-47被保留为特殊命令,48-2047用于实际的油门值;
2)1位回传请求:如果设置了这一位,那么遥测数据将通过一根电调回传线单独发回飞控;
3)4位CRC:检验数据的有效性(包括油门数据以及回传请求位)。

在Dshot中,数据帧的实际持续时长、位的周期时长和帧长度取决于Dshot版本:
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Dshot协议广泛应用于穿越机、农业植保无人机等领域。对于追求极致速度和敏捷性的穿越机而言,Dshot提供的快速响应和精准控制是不可或缺的。而在需要长时间稳定运行的农业植保无人机中,Dshot强大的抗干扰能力则显得尤为重要。对于玩家而言,它是极致操控的保障;对于行业而言,它是智能化升级的基石。

ProShot是由Betaflight团队开发的一种专为高性能应用设计的高速通信协议,提供了极高的刷新率和可靠的通信性能,支持ESC反馈信息,特别适合竞速无人机等有极高要求的场景,但需要更高级别的特定硬件支持。ProShot理论刷新率可达数千次每秒,极大减少了信号传输的延迟。
二、BLHeli系列电调都支持什么协议?
对比BLHeli、BLHeli_S和BLHeli_32这三个版本在通信协议上的区别:
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可以看出,BLHeli_32不仅支持DShot协议,还支持ProShot协议,使其非常适合高性能应用场景。BLHeli_S虽然也支持Multishot,但不具备双向通信功能。而BLHeli仅支持基本的PWM和Oneshot协议,适用于较为简单的应用。

三、选择适当的通信协议对于构建高性能无人机系统至关重要。而每种协议都有其独特的应用场景和技术特点;通过合理选择和配置通信协议,不仅可以提升系统的整体性能,还能确保长期稳定运行。