跳轉到

第 10 章：上位機調參與安全機制（總整理）

本章學習目標

  • 知道飛控怎麼把資料傳給上位機、你又怎麼用它調參
  • 看懂這台的四道安全防線（含電壓帶你算一次）
  • 把第 0~9 章串成一張完整的資訊流圖

10.1 什麼是上位機（地面站）？它有什麼用

「上位機」是對岸常用的詞，字面是「上面的電腦」，其實就是電腦端的一個軟體， 拿來跟「下位機」（飛控本身那顆 STM32）溝通。在無人機圈，它更常被叫做地面站（Ground Station）。

一句話：上位機＝你在電腦上開的程式，用一條線（USB／串口）或無線連到飛機， 用來「看飛機在想什麼、調飛機的設定」。

它的主要用途有四個：

用途 做什麼
📈 看波形 / 遙測 即時顯示姿態角、陀螺、油門、電壓…的曲線，飛行中或測試時觀察
🎛️ 調參數 改 PID、靈敏度等（邊看波形邊調效果）
🧭 校準 加速度計水平校準、遙控行程校準等
🐞 除錯 飛機怪怪的時候，從資料找出是哪個感測器或哪段邏輯出問題

常見的上位機：

  • ANO 匿名地面站（ANO_TC）：你這台用的就是它（國產、適合學習）。
  • Betaflight Configurator：FPV 穿越機最主流。
  • Mission Planner / QGroundControl：給 Ardupilot / PX4 那種大型自駕飛控用。

🚗 比喻：上位機就像修車廠的電腦診斷儀——插上車子接口，就能看引擎轉速、油溫、故障碼，還能改設定。 飛控的「診斷儀」就是上位機。

它怎麼跟飛控對話：ANO 匿名協議

飛控透過串口，用 ANO 匿名協議把資料打包送到電腦上的 ANO_TC 地面站。 封包格式很簡單（HAL/ANO_DT.c）：

0xAA 0xAA | 功能碼 | 長度 | 資料… | 校驗和
  幀頭      說明這  說明後  實際內容  把前面所有
（固定）    包是什麼  面幾位         位元組相加 & 0xFF
  • 幀頭 0xAA 0xAA：收方靠它認出「一包開始了」。
  • 功能碼：這包是姿態？是感測器原始值？是電壓？
  • 校驗和：把前面位元組加起來取低 8 位，收方重算一次比對，防止傳輸出錯。

飛機每隔固定時間（第 1 章的 Duty_20ms / Duty_4ms）就送一包，所以你能在上位機即時看到波形。

10.2 用上位機調參的流程

  1. 飛控接電腦（串口），打開 ANO_TC，選對 COM 埠與鮑率。
  2. 勾選要看的資料（姿態角、陀螺、PID 的 desired/measured…），畫成波形。
  3. 試飛或手動晃動，觀察波形找問題（抖？跟不上？過衝？）。
  4. 調整 PID，再看波形，反覆收斂。

這台的 PID 是「編譯進去」的

這份韌體的增益寫在 USER/INIT.c 的 pid_param_Init()，改參數要改原始碼再重新燒錄 （不像有些飛控能從上位機即時寫入並存進 Flash）。 所以這台的上位機主要價值是「看波形、找方向」，調好的數字要回去改 pid_param_Init()。 調參順序記得第 4 章的原則：先內環、後外環；先姿態、再高度、再光流。

10.3 四道安全防線

飛控不是「能飛」就好，更要「出事時別釀大禍」。這台有四道防線：

① 獨立看門狗 IWDG（防程式卡死）

main() 開了看門狗，逾時約 1 秒。主迴圈每跑完一圈就 IWDG_Feed() 餵狗； 萬一某段程式卡死（例如感測器 I2C 通訊卡住），狗沒被餵到 → 自動重啟 MCU，給飛機一個恢復機會。

② 低電壓檢測（防過放摔機）

Voltage_Check()（CONFIG/ADC.c，20Hz）用 ADC 量電池電壓：

CONFIG/ADC.c
133
voltage += 0.2f * (2 * (3300 * ADC_ConvertedValue[0] / 4096) - voltage);

帶你算一次：12 位元 ADC（0~4095）、參考 3.3V（=3300mV）、外部用了 1/2 分壓（所以乘 2）。 假設讀到 ADC = 2480：

\[ \text{電壓} = 2 \times \frac{3300 \times 2480}{4096} = 2 \times 1998 \approx \mathbf{3996 \ mV} = 4.0\,V \]

那個 += 0.2f * (... - voltage) 又是一階低通濾波（還記得第 2.5 節嗎？同一招），把電壓讀數濾平穩。 電壓過低時程式會用 LED 警告，提醒你該降落了——避免鋰電池過放損壞或空中沒電墜機。

③ 失控保護 Failsafe（防斷訊亂飛）

第 6 章看過：遙控訊號斷掉 → 搖桿回中、油門緩降。靠 Duty_1000ms 的訊號強度統計判斷「還連著嗎」。

④ 解鎖／緊急停機（防誤觸與失控）

  • 預設上鎖，要刻意手勢才解鎖（第 6 章）。
  • ALL_flag.unlock == EMERGENT 時，PID 與馬達立即停止——緊急情況一鍵切斷動力。

10.4 把整台飛機串起來（全課程總圖）

恭喜你走到這裡！下面這張圖把第 0~9 章串成一條完整的資訊流——從感測器到馬達：

flowchart TD
    subgraph sensors ["感官（第 2 章）"]
        G["陀螺/加速度<br/>MPU6050"]
        B["氣壓<br/>SPL06"]
        F["光流<br/>PMW3901"]
    end
    G --> AT["姿態解算<br/>四元數+Mahony（第 3 章）"]
    RC["遙控搖桿<br/>（第 6 章）"] --> MODE{"飛行模式<br/>（第 6 章）"}
    F --> FP["光流位置/速度環<br/>（第 8 章）"]
    B --> HP["高度環/速度環<br/>（第 7 章）"]
    MODE --> OUT["角度外環<br/>（第 4 章）"]
    FP --> OUT
    AT --> OUT
    OUT --> IN["角速度內環<br/>（第 4 章）"]
    HP --> MIX
    IN --> MIX["馬達混控<br/>（第 5 章）"]
    MIX --> PWM["PWM → 四顆馬達<br/>（第 5 章）"]
    SCH["排程器每 2~1000ms 分時驅動這一切（第 1 章）"]

每一個方塊，你現在都能說出「它在做什麼、用哪個感測器、對應哪段程式」——這就是你最初想要的： 把任何一台多旋翼的原理、硬體、程式三者對起來。

10.5 起飛前安全檢查清單

每次飛行前過一遍

  • 螺旋槳裝對方向、鎖緊；調參/測試時先拆槳。
  • 電池電量充足、插緊（看上位機電壓，對照 10.3 ②）。
  • 開機時飛機靜止水平放好（讓陀螺/氣壓校準正確，第 2、7 章）。
  • 確認遙控連線正常、低電量保護有效。
  • 先小油門解鎖測試姿態方向對不對，再到空曠安全場地起飛。
  • 特技/極限飛行：足夠高度、空曠無人、戴護目鏡（第 9 章）。

10.6 思考題（綜合）

  • 用 10.3 ② 的公式，若上位機顯示電壓掉到 3.5V，反推 ADC 讀數大約是多少？
  • 看門狗能救「程式卡死」，但救不了「邏輯算錯」。請各舉一個你在前面章節學到的、屬於這兩類的例子。
  • 對著 10.4 的總圖，挑一條路徑（例如「光流定點」），把它經過的每一個方塊、每一章、每個感測器完整說一遍——這是檢驗你是否真的學通的最好方法。

10.7 本章對應的原始碼

檔案 看什麼
HAL/ANO_DT.c、HAL/ANO_Data_Transfer.c ANO 協議打包與收發
USER/main.c 看門狗 IWDG_Init/Feed
CONFIG/ADC.c Voltage_Check() 電壓檢測
HAL/remote.c 失控保護、解鎖、緊急停機

🎉 全 11 章完成。 你已經把這台飛機從上電、感測、解算、控制、混控、到各種飛行模式與安全機制， 完整走了一遍。接下來最好的學習，就是對著真機、開著上位機，一邊飛一邊驗證每一章學到的東西。