下载文档原格式
1、PX4/Pixhawk飞控软件架构简介PX4是目前最流行的开源飞控板之一。
PX4的软件系统实际上就是一个firmware，其核心OS 为NuttX实时ARM系统。
其固件同时附带了一系列工具集、系统驱动/模块与外围软件接口层，所有这些软件（包括用户自定义的飞控软件）随OS内核一起，统一编译为固件形式，然后上传到飞控板中，从而实现对飞控板的软件配置。
PX4配套的软件架构主要分为4层。
理解其软件架构是开发用户自定义飞控应用软件的基础。
a) API层：这个好理解。
b) 框架层：包含了操作基础飞行控制的默认程序集（节点）c) 系统库：包含了所有的系统库和基本交通控制的函数d) OS内核：提供硬件驱动程序、网络、UAVCAN和故障安全系统上述是个面向PX4系统实现者的相对具体的软件架构。
实际上还有另外一种面向PX4自定义飞控应用开发者的高层软件架构描述，相对抽象，但更简单，就是整个PX4的软件从整体上分为2层：a) PX4 flight stack：一系列自治无人机自动控制算法的集合b) PX4 Middleware：一系列针对无人机控制器、传感器等物理设备的驱动及底层通信、调度等机制的集合PX4软件架构中，最有意思的一点在于整个架构的抽象性（多态性）。
即，为了最大限度保障飞控算法代码的重用性，其将飞控逻辑与具体的底层控制器指令实现进行了解耦合。
一套高层飞控算法（如autopilot、GeoFence等）在不做显著修改的情况下，能够适用于固定翼、直升机、多旋翼等多种机型的控制场合，这时候就体现出PX4飞控的威力来了：在用户程序写好之后，如果需要替换无人机机架的话，仅需简单的修改一下机架配置参数即可，高层的用户自定义飞控应用几乎无需修改。
理解上述初衷至关重要。
有很多搞自动化出身、没太多软件经验的朋友倾向于直接使用底层控制协议来控制飞控板，但实际上PX4架构已经在更高的抽象层面上提供了更好的选择，无论是代码维护成本、开发效率、硬件兼容性都能显著高于前者。
px4姿态解算-回复PX4姿态解算是无人机飞行控制的关键技术之一。
姿态解算是指将传感器数据转化为无人机的姿态信息，即飞行器在空间中的旋转角度，包括横滚、俯仰和偏航。
PX4姿态解算算法基于卡尔曼滤波（Kalman Filter）和四元数（Quaternion）方法，通过融合来自加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器数据，精确地估计无人机的姿态。
以下将对PX4姿态解算进行详细介绍。
首先，我们需要了解PX4姿态解算的传感器数据来源。
在无人机中，常用的姿态解算传感器包括加速度计、陀螺仪和磁力计。
加速度计用于测量飞行器的线性加速度，陀螺仪用于测量飞行器的角速度，而磁力计用于测量地球磁场的方向。
这些传感器都会产生噪声和误差，而PX4姿态解算的目标就是通过融合这些数据，使姿态估计更加精确稳定。
PX4姿态解算算法的核心是卡尔曼滤波。
卡尔曼滤波是一种融合多个传感器数据的优秀方法，它可以通过预测和更新两个步骤来估计系统的状态。
在PX4姿态解算中，卡尔曼滤波用于融合加速度计和陀螺仪的数据，以估计无人机的姿态。
具体来说，卡尔曼滤波包括两个关键步骤：预测和更新。
在预测步骤中，我们通过使用陀螺仪的数据来预测无人机的姿态，并计算预测误差协方差矩阵。
在更新步骤中，我们使用加速度计的数据来对预测值进行校正，并计算更新后的姿态估计和误差协方差矩阵。
另一个重要的部分是四元数。
四元数是一种用于表示旋转的数学工具，它可以方便地进行旋转计算。
PX4姿态解算使用四元数来表示无人机的姿态，通过数学运算可以将传感器数据转化为姿态信息。
在姿态解算过程中，四元数可以通过陀螺仪的角速度进行更新，然后校正使用加速度计的数据。
最终，根据校正后的四元数可以计算出无人机的姿态角。
需要注意的是，PX4姿态解算算法还会使用磁力计的数据。
磁力计可以用于估计无人机的偏航角，即无人机的头部朝向。
通过将磁力计的数据与加速度计和陀螺仪的数据进行融合，可以更准确地估计无人机的姿态角。
px4控制分配算法PX4控制分配算法是为无人机设计的一种高级控制算法，用于将控制输入分配给各个执行机构，以实现期望的飞行动作。
该算法基于飞行动力学和系统约束，通过优化分配策略，提供优化的飞行控制性能。
PX4控制分配算法的核心目标是根据飞行器当前状态和控制输入，将控制指令分配给不同的执行机构，如电动机、舵面、推进器等。
为了实现最佳的飞行控制性能，算法需要考虑多种因素，如控制输出限制、飞行器动力学、控制输入反馈等。
首先，控制分配算法需要考虑执行机构的动态响应特性。
具体来说，算法需要考虑飞行器执行机构的响应速度、可靠性和准确性。
通过预先建立执行机构模型，算法可以根据当前控制输入和执行机构特性，计算出期望的执行机构输出。
其次，控制分配算法需要考虑控制输出限制。
飞行器执行机构通常有一些特定的限制，如电动机的最大功率、舵面的最大转角等。
算法需要在满足这些限制的前提下，同时实现期望的控制效果。
通过将控制输出映射到执行机构的有效工作范围内，算法可以保证执行机构的运行安全性和稳定性。
此外，控制分配算法还需要根据控制输入的反馈信息进行调整。
通过采集传感器数据和控制输入反馈信息，算法可以实时调整控制分配策略。
例如，当飞行器受到外部干扰或飞行状态发生变化时，算法可以根据反馈信息调整执行机构的输出，以保持飞行器的稳定性和灵活性。
最后，控制分配算法还需要考虑多任务分配的问题。
在一些复杂的任务场景中，飞行器需要同时执行多个任务，如定点悬停、跟踪目标等。
控制分配算法需要根据任务优先级和任务需求，合理分配控制输入给各个执行机构。
通过优先级调度和资源分配策略，算法可以实现多任务飞行控制的优化效果。
总而言之，PX4控制分配算法是为无人机设计的一种高级控制算法，用于将控制输入分配给各个执行机构，以实现期望的飞行动作。
算法通过考虑执行机构响应特性、控制输出限制、控制输入反馈和多任务分配等因素，提供优化的飞行控制性能。
这些特点使得PX4控制分配算法在无人机领域具有广泛的应用前景。
px4开源飞控uORB学习笔记1、uORB是什么，起什么作⽤？uORB(Micro Object Request Broker,微对象请求代理器)是PX4/Pixhawk系统中⾮常重要且关键的⼀个模块，它肩负了整个系统的数据传输任务，所有的传感器数据、GPS、PPM信号等都要从芯⽚获取后通过uORB进⾏传输到各个模块进⾏计算处理。
实际上uORB是⼀套跨「进程」的IPC通讯模块。
在Pixhawk中，所有的功能被独⽴以进程模块为单位进⾏实现并⼯作。
⽽进程间的数据交互就由为重要，必须要能够符合实时、有序的特点。
在PX4中，uorb是⽤于⽆⼈机模块间通信的协议机制。
Pixhawk 使⽤的是 NuttX 实时 ARM 系统，uORB 实际上是多个进程打开同⼀个设备⽂件，进程间通过此⽂件节点进⾏数据交互和共享。
进程通过命名的「总线」交换的消息称之为「主题」(topic)，在 Pixhawk 中，⼀个主题仅包含⼀种消息类型，通俗点就是数据类型。
每个进程可以「订阅」或者「发布」主题，可以存在多个发布者，或者⼀个进程可以订阅多个主题，但是⼀条总线上始终只有⼀条消息。
2、uORB运⾏机制⾸先，我们可以将uorb的通信机制了解⼀下。
它的设计理念很有趣，它可以实现不同模块中的数据快速通讯，并且以异步通讯为基本原则，也就是说在通讯过程中发送者只负责发送数据，⽽并不关⼼数据由谁接收，也不关⼼接收者是否能将所有的数据都接收到；⽽对于接收者来说并不关⼼数据是由谁发送的，也不关⼼在接收过程中是否将所有数据都接收到。
uORB在在数据发布与接收过程中并不保证发送者的所有数据都可以被接收者收到，⽽只保证接收者在想要接收时能收到最新的数据。
⽽发送与接收的分离可以使飞程中各个模块相互独⽴，互不⼲扰。
实际上⼀个uORB可以由多个发送者发布，也可以被多个接收者接收，也就是说他们之间是多对多的关系。
发布者以⼀定频率更新发布数据到uorb平台上，不关⼼谁来接收。
PX4无人机传感器介绍PX4是一款开源的飞控软件，支持多种无人机平台，包括多旋翼、固定翼和垂直起降飞机。
为了实现高效且安全的飞行控制，PX4使用了各种传感器来获取飞行器的状态信息。
在本文中，我们将详细介绍PX4常用的传感器。
1. 加速度计（Accelerometer）：加速度计用于测量飞行器在三个轴上的加速度，即飞行器的加速度状态。
通过检测加速度计所受到的力，可以计算出飞行器的姿态、速度和位移。
PX4通常使用三轴加速度计，即x轴、y轴和z轴。
加速度计常用于姿态估计，导航和高度控制等任务。
2. 陀螺仪（Gyroscope）：陀螺仪用于测量飞行器在三个轴上的角速度，即飞行器的旋转速率。
通过检测陀螺仪所受到的力矩，可以计算出飞行器的旋转角度。
PX4通常使用三轴陀螺仪，即x轴、y轴和z轴。
陀螺仪常用于姿态估计，导航和控制等任务。
3. 磁力计（Magnetometer）：磁力计用于测量地球磁场对飞行器的影响，即飞行器的地磁状态。
通过检测磁力计所受到的磁场强度，可以计算出飞行器的方向和位置。
PX4通常使用三轴磁力计，即x轴、y轴和z轴。
磁力计常用于导航，姿态估计和指南针校准等任务。
4. 气压计（Barometer）：气压计用于测量飞行器所处的气压，即飞行器的高度状态。
通过检测气压计所受到的气压变化，可以计算出飞行器的高度和气压变化率。
PX4通常使用基于压电效应的气压计。
气压计常用于高度控制，导航和气象测量等任务。
5. 光流传感器（Optical Flow Sensor）：光流传感器用于测量飞行器相对于地面的水平位移。
通过检测光流传感器所接收到的光的位移，可以计算出飞行器的相对位移。
PX4通常使用光流传感器来实现悬停、降落和避障等任务。
6. GPS（Global Positioning System）：GPS用于测量飞行器的全球定位信息，包括经度、纬度、海拔和速度等。
通过接收卫星发射的信号，GPS可以计算出飞行器的当前位置和速度。
px4的飞控内外环控制原理PX4是一种常用的开源飞控系统，它具有先进的飞行控制算法和可靠的飞行性能。
在PX4飞控系统中，内外环控制是实现飞行稳定性的关键部分。
内环控制是指控制飞机各个轴向（如横滚轴、俯仰轴、偏航轴）的姿态稳定性。
内环控制主要包括姿态解算和姿态控制两个步骤。
首先，通过使用加速度计和陀螺仪等传感器采集飞机的角速度和加速度数据。
然后利用这些数据进行姿态解算，计算出飞机的姿态信息，如横滚角、俯仰角和偏航角。
姿态解算可以使用卡尔曼滤波器等算法实现，以获得准确和稳定的姿态信息。
接着，根据目标姿态和当前姿态之间的误差，姿态控制器产生相应的控制指令。
常用的姿态控制器包括比例-积分-微分（PID）控制器和模型预测控制器。
这些控制器根据误差信号的大小和变化率来调整飞机的控制输出，以实现姿态稳定和响应的控制。
外环控制是指控制飞机的位置和速度的稳定性。
外环控制主要包括位置解算和位置控制两个步骤。
首先，通过使用全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）等传感器采集飞机的位置和速度信息。
然后利用这些数据进行位置解算，计算出飞机在空间中的位置和速度。
接着，根据目标位置和当前位置之间的误差，位置控制器产生相应的控制指令。
常用的位置控制器包括PID控制器和模糊控制器。
这些控制器根据误差信号的大小和变化率来调整飞机的控制输出，以实现位置和速度的控制。
内外环控制在PX4飞控系统中紧密合作，通过传感器数据的采集和处理，姿态和位置的解算，以及姿态和位置控制指令的生成，共同实现了飞机的稳定飞行和精确控制。
这种内外环控制的协同工作为飞行器提供了良好的飞行稳定性和控制性能，广泛应用于无人机、无人直升机和其他自主飞行装置。
1.无人机传感器简介由于Pixhawk飞控已经内置了传感器，PX4自驾仪完全可以在飞控没有任何外部传感器的情况下完成对无人机的飞行控制。
Pixhawk飞控内置了三轴陀螺仪+三轴加速度计+三轴磁力计+气压计传感器（气压计被用于获取无人机高度信息）。
强烈建议在机上安装GPS来释放飞行器的全部潜力，并且安装GPS后无人机可以在全自动模式下完成任务。
对于大部分的固定翼飞行器而言，空速器是必须配备的。
•GPS/COMPASS由于Pixhawk内置的磁力计非常靠近其他的电子器件，所以它很容易受到电磁干扰。
为了减小这种干扰，通常可在飞控上再外接一个磁力计，并且尽量将该磁力计远离飞行器上其他电子器件。
空速传感器对于大部分的固定翼无人机及垂直起降无人机而言都是必须配备的。
空速传感器之所以如此重要，是因为除了空速计外PX4自驾仪没有其他的手段来检测失速。
推荐使用数字空速传感器。
•空速计2.无人机测距随着时间的推移，市场上出现了越来越多廉价的激光雷达测距仪。
这些传感器通常被用于在无人机降落的最后阶段进行高度精准测量，也可以被用于无人机避障。
PulsedLight发布了型号为Lidar-Lite2激光雷达测距仪，这款很经济的测量设备被广泛运用在无人机等各种应用场景。
它可以测量距离、速度和从0到40米距离内的合作及非合作目标的信号强度。
与同类发射单一光束的测距传感器相比，该设备性能较好。
•Lidar-Lite23.无人机定位在飞控外接了GPS模块，且GPS信号良好的情况下，无人机可以融合GPS信号信息进行定位。
但在没有GPS信号的的情况下，通常光流传感器被用来作为定位设备。
•PX4FLOW集成了声呐传感器的光流智能摄像头可以进行运动跟踪。
声呐和摄像头的信息被送到Pixhawk飞控进行数据融合以实现定位功能。
PX4/PixHawk无人机飞控应用开发1、PX4/Pixhawk飞控软件架构简介PX4是目前最流行的开源飞控板之一。
PX4的软件系统实际上就是一个firmware，其核心OS为NuttX实时ARM系统。
其固件同时附带了一系列工具集、系统驱动/模块与外围软件接口层，所有这些软件（包括用户自定义的飞控软件）随OS内核一起，统一编译为固件形式，然后上传到飞控板中，从而实现对飞控板的软件配置。
PX4配套的软件架构主要分为4层。
理解其软件架构是开发用户自定义飞控应用软件的基础。
a) API层：这个好理解。
b) 框架层：包含了操作基础飞行控制的默认程序集（节点）c) 系统库：包含了所有的系统库和基本交通控制的函数d) OS内核：提供硬件驱动程序、网络、UAVCAN和故障安全系统上述是个面向PX4系统实现者的相对具体的软件架构。
实际上还有另外一种面向PX4自定义飞控应用开发者的高层软件架构描述，相对抽象，但更简单，就是整个PX4的软件从整体上分为2层：a) PX4 flight stack：一系列自治无人机自动控制算法的集合b) PX4 Middleware：一系列针对无人机控制器、传感器等物理设备的驱动及底层通信、调度等机制的集合PX4软件架构中，最有意思的一点在于整个架构的抽象性（多态性）。
即，为了最大限度保障飞控算法代码的重用性，其将飞控逻辑与具体的底层控制器指令实现进行了解耦合。
一套高层飞控算法（如autopilot、GeoFence等）在不做显著修改的情况下，能够适用于固定翼、直升机、多旋翼等多种机型的控制场合，这时候就体现出PX4飞控的威力来了：在用户程序写好之后，如果需要替换无人机机架的话，仅需简单的修改一下机架配置参数即可，高层的用户自定义飞控应用几乎无需修改。
理解上述初衷至关重要。
有很多搞自动化出身、没太多软件经验的朋友倾向于直接使用底层控制协议来控制飞控板，但实际上PX4架构已经在更高的抽象层面上提供了更好的选择，无论是代码维护成本、开发效率、硬件兼容性都能显著高于前者。
www�ele169�com | 31智能应用四旋翼无人机作为科技产品在近年来取得了快速的发展，凭借迅捷灵活和稳定可靠等特点被广泛应用于各个领域。
具有自主避障功能的无人机无论其安全性还是应用性都得到了极大的提升，下面我们将介绍基于开源飞控的四旋翼无人机的避障飞行系统设计。
1 四旋翼无人机避障系统总体设计通过四旋翼飞行器上安装的传感器来实时检测周围环境，进而使飞行器根据周围环境判断是否改变当前飞行状态。
这一避障方案的基本结构可分为三个部分，第一部分是检测模块，即使用传感器，感知周围的障碍物；第二部分是通信模块，即副控制板与飞控主板实现通信；第三部分决策模块，即飞控主板根据得到的传感器数据，进行判断后，对飞行器发出相应的控制指令来控制飞行状态，本文基于此原理实现四旋翼飞行器的避障飞行系统设计。
2 基于PX4飞控无人机的硬件结构介绍■2.1 Arduino 副控制模块该模块基于Arduino Uno R3(主控芯片ATMega328P，14个I/O 口，内存32KB，时钟频率16MHz)芯片，该芯片通过UART 串口与主控芯片相连接，通过I 2C 总线与四个方位的测距传感器相连，通过轮询方式向四个方向的传感器请求数据。
图1 无人机总体硬件结构■2.2 超声波传感器测距模块该模块使用US-100超声波传感器(电压5v，探测距离2cm~450cm，精度3mm)，飞行器前、后、左、右四个方向分别安装了超声波测距传感器，检测飞行环境内可能存在的障碍物。
在I 2C 总线上，四个不同方位的传感器具有不同的地址(0xf0，0xf2，0xf4，0xf6)，根据不同的地址副芯片便可识别来自不同方向的传感器数据。
测距传感器采取IO 触发原理，当拉低传感器TRIP 引脚后给一个50μs 高电平信号，传感器开始一次测距，副芯片得到传感器返回的数据后计算出距离。
■2.3 PX4主控制模块四旋翼飞行器主控基于Pixhawk2.4.8开源飞控。
⽆⼈机控制（PX4）系统传感器介绍飞控系统的传感器1.1 飞控系统的传感器⽆⼈飞⾏器要求能够稳定飞⾏，⾸先最基础的问题是需要确定⾃⼰在空间中的位置、速度和姿态等相关的系统状态。
⽽要的到这些状态，就需要通过不同的安装在机⾝系统上的各种不同的传感器。
我们所处的空间是三维空间，因此主要的飞⾏器系统状态也主要基于这个三维空间同时在时间维度进⾏拓展：1：通过全球定位系统GNSS来定位⾃⼰的经度、维度和⾼度等三维坐标信息，同时也可以获取这三维的速度信息2：通过陀螺仪加速度计直接获取三轴加速度信息与旋转⾓信息的状态量，其他的状态栏只有通过姿态解算3：当飞⾏器需要往某个⽅向飞⾏时是通过调整飞⾏器的姿态往对应⽅向倾斜，飞⾏器的⼀部分升⼒会分配到该⽅向上成为该⽅向的拉⼒。
飞⾏器要能够调整飞⾏的姿态，就必须能够实时的获得机体当前相对于惯性坐标系的姿态，在三维空间中同样姿态⾓也是由三个轴的⾓度来表⽰4：飞⾏器的三维空间位置信息、三维空间速度信息、三维空间⾓度信息以及三维空间加速度信息和三维空间的⾓速度信息，总共有是⼗五个系统空间状态量需要获得5：传感器跟估计的精度决定了建模辨识与控制的精度，然后传感器跟估计的精度，与建模辨识，⼀起决定了控制的精度。
因此传感器的采集精度与飞⾏控制的控制精度密切相关1.2 I2C简介光标飞控系统中集成的微机械六轴传感器和磁⼒计均采⽤I2C总线接⼝与主控处理器连接。
本章着重介绍I2C接⼝总线、各传感器的接⼝驱动、数据采集及处理模型。
I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是⼀种由PHILIPS公司开发的两线式串⾏总线，⽤于连接微控制器及其它的⼀些外围设备。
和我们常⽤的UART通信不同，虽然UART有TX、RX两个接⼝，但是这两根线都是可以单独使⽤，I2C 是由数据线SDA和时钟SCL构成的串⾏总线，可发送和接收数据。
在CPU与被控IC设备之间、IC设备与IC设备之间进⾏双向传送，⾼速I2C总线⼀般可达400kbps以上。
飞控系统的传感器1.1 飞控系统的传感器无人飞行器要求能够稳定飞行，首先最基础的问题是需要确定自己在空间中的位置、速度和姿态等相关的系统状态。
而要的到这些状态，就需要通过不同的安装在机身系统上的各种不同的传感器。
我们所处的空间是三维空间，因此主要的飞行器系统状态也主要基于这个三维空间同时在时间维度进行拓展：1：通过全球定位系统GNSS来定位自己的经度、维度和高度等三维坐标信息，同时也可以获取这三维的速度信息2：通过陀螺仪加速度计直接获取三轴加速度信息与旋转角信息的状态量，其他的状态栏只有通过姿态解算3：当飞行器需要往某个方向飞行时是通过调整飞行器的姿态往对应方向倾斜，飞行器的一部分升力会分配到该方向上成为该方向的拉力。
飞行器要能够调整飞行的姿态，就必须能够实时的获得机体当前相对于惯性坐标系的姿态，在三维空间中同样姿态角也是由三个轴的角度来表示4：飞行器的三维空间位置信息、三维空间速度信息、三维空间角度信息以及三维空间加速度信息和三维空间的角速度信息，总共有是十五个系统空间状态量需要获得5：传感器跟估计的精度决定了建模辨识与控制的精度，然后传感器跟估计的精度，与建模辨识，一起决定了控制的精度。
因此传感器的采集精度与飞行控制的控制精度密切相关1.2 I2C简介光标飞控系统中集成的微机械六轴传感器和磁力计均采用I2C总线接口与主控处理器连接。
本章着重介绍I2C接口总线、各传感器的接口驱动、数据采集及处理模型。
I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其它的一些外围设备。
和我们常用的UART通信不同，虽然UART有TX、RX两个接口，但是这两根线都是可以单独使用，I2C 是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。
在CPU与被控IC设备之间、IC设备与IC设备之间进行双向传送，高速I2C总线一般可达400kbps以上。
它的特点是：⏹通信模式为主从式设备，可以一主多从，也可以多主多从⏹I2C总线组成“线与”的关系，任何一个器件都可以拉到低电平⏹I2C总线上可以并连多个器件⏹I2C总线有起始信号、数据传输、停止信号⏹支持7位/10位芯片地址寻址⏹支持不同的通信速率，标准速度为100kHz，高速速度为400kHzI2C总线在传送数据过程中一共有三种类型的信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
起始信号与停止信号●起始信号：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。
●停止信号：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。
应答信号ACK发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。
应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。
对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。
如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P。
数据有效性I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。
即：数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好。
并在在下降沿到来之前必须稳定。
I2C通讯常用基本写时序对于一般设计来说，一对I2C引脚可以挂接很多支持I2C通讯的设备，因此需要对每个I2C设定设定一个设备地址（DEVICE ADDRESS，设备地址设备里面自带，不许需要我们自己设定）。
I2C一般写时序为：主机发送起始信号--》主机发送设备地址编号(7位地址 + 写位) + 从机发送ACK信号 + 主机发送命令 + 从机发送ACK信号 + 主机发送数据 + 从机发送ACK信号 + 主机发送停止信号。
I2C通讯常用基本读时序I2C一般读时序为：主机发送起始信号 --》主机发送设备地址编号(7位地址 + 读位) + 从机发送ACK + 主机发送命令 + 从机发送ACK + 主机发送起始信号 + 主机发送设备地址编号(7位地址 + 写位) + 从机发送ACK + 从机发送数据(根据主机的命令) + 主机发送停止信号。
1.2.2 I2C驱动在STM32中的硬件实现I2C通讯常用基本写时序STM32芯片中有集成了I2C模块，通过I2C模块，CPU软件可以不需要关注I2C总线的协议实现以及通信时的具体会话过程，只需要将待发送的数据放入发送缓冲区中，启动I2C传输即可，而接收的时候也可以由硬件触发中断，从接收缓冲区中读取数据既可。
STM32F4的I2C模块的工作过程：1 ：STM32F407的I2C模块即可以实现I2C主设备模式，同时也能实现I2C从设备模式。
在飞控系统中，主要采用STM32F407的主设备模式2 ：在主模式下，I2C模块会启动I2C总线上的数据传输，同时输出SCL的时钟信号3 ：当控制寄存器I2C_CR1的START位置1时，模块自动切换到主模式下，同时在总线上发出起始位信号，状态寄存器I2C_SR1的SB为会被硬件置1，并且当ITEVFEN位置1时产生系统中断4 ：接着内部缓冲区会将从设备地址从内部并串转换的移位寄存器中发送到I2C 总线上，发送完毕后状态寄存器中的ADDR位会被置1。
接下来主设备会根据读写操作进入接收模式或者发送模式，将最后1位置位或者复位发送到总线上。
在发送完从地址信息后，主设备会检测从设备响应的ACK信号，只有I2C总线上的从地址设备出现了地址匹配命中的事件并将ACK位拉低后，主设备才能知道有相应的从地址挂载在I2C总线上。
1.3.1 加速度计原理惯性测量元件是一种能够在惯性系中测量载体自身三维加速度和三维角度的设备，主要分为加速度计和角速度计两种，其统称为惯性测量元件。
根据物理学原理，加速度的积分是速度，速度的积分是位置信息；角速度的积分是角度信息加速度计，或称加速度传感器是一种能够测量加速度的设备。
加速度传感器可以帮助你检测到一个物体或事物此时此刻的状态，是停止，还是在运动，是在向前、向后、向左、还是向右运动，以及是在向上还是向下运动。
加速度传感器甚至可以用来分析物体的振动。
惯性元件：惯性测量元件本身固有的误差由于时间积分会累积误差，并且受到元件本身的工艺、技术和成本的缘故，其误差越大，误差的累积就会越快，因此在飞行上万公里后累积的误差可以达到几公里甚至几十公里，因此现在导航系统都是通过GNSS全球卫星定位系统获取精准的定位和速度信息来对惯导系统进行修正。
其实人体也有惯性测量元件，人的耳蜗充满液体，人在运动的时候，可以被二种的神经感受到，因此可以测量出人体自身的运动特征。
的惯性测量元件也是非常差，闭上眼睛，也不摸周围的东西，只靠耳蜗感受的移动，人基本没法走直线，这里眼睛的作用就相当于GNSS的作用，它可以随时修正耳蜗所感应的惯性信息。
MEMSMEMS是（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写，它是指集成微型机械结构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
现在很多微型加速度传感器，陀螺仪都是基于MEMS技术实现的。
微机械加速度传感器可以根据压电效应的原理来工作。
压电效应：所谓压电效应就是“对于不存在对称中心的异级晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应”。
还可以根据压阻技术、谐振式、电容效应等原理来制作惯性测量传感器元件，但是所有的原理基本都是由内部集成的微机械质量块收到物理机械力的作用带来的某个介质的形变，并将产生形变的量转换为电压输出，通过相应的放大和滤波电路进行采集，测量量的大小分别与电阻、电压、电容的变化成正比。
1.3.2 加速度计测量信息加速度传感器分为二轴与三轴加速度传感器，二轴加速度传感器：能够同时检测两个方向（x轴，y轴）上的加速度。
三轴加速度传感器：能够同时检测三个方向上的加速度，x，y，z。
加速度测量一些特性有如下几个方面：•倾斜度侦测倾斜度侦测仪。
加速传感器在静止时，可用来检测倾斜角，倾斜角在90 ~+90之间变化时，重力加速度信息会分配到三个轴上，加速度传感器输出的三轴分量可以计算出倾斜角度•运动检测运动检测可用于运动控制，计步器，基本运动检测。
•定位侦测定位侦测用于汽车导航，防盗设备，地图跟踪。
定位侦测需要测量的因素包括：加速度的范围是多少及加速传感器如何安装。
对加速度数据进行二重积分即可得到位置数据。
•震动侦测震动侦测可用于下降记录，黑盒子/故障记录仪，硬盘保护，运输和处理监视器。
震动侦测主要收集加速度计的原始数据并进行阈值选择。
一般按照被测量对象的减速度决定了震动检测所需的加速传感器的规则选取。
•振动侦测振动侦测可用于地震活动监视器，家电平衡和监测。
振动侦测需要考虑的因素包括：分析振动频率的多少，确定g值的范围及最适当的加速传感器安装位置。
借助于快速傅立叶变换对加速度资料的分析可得到振动频率的情况，快速傅立叶变换允许振动信号被分解成它的谐波分量，而每个电机振动都有它自己的谐波分量信号。
•自由下落侦测自由落下侦测可用于自由落体保护，下降记录，下降检测，运动控制和认知等。
自由落下侦测包含线性落下、旋转型落下和抛射落下。
1.4.1 加速度计原始数据采集MPU6050是一个六轴运动处理传感器，包含了三轴加速度和三轴陀螺仪以及一个可扩展的数字运动处理器DMP（DigitalMotionProcessor）。
MPU-60X0对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。
1：陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps）2：加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g3：上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有±1%变动的振荡器，温度传感器可以实时感知传感器所处的环境温度，以便对传感器进行温度补偿校准1.4.2 加速度计校准加速度计的原理特性，它的误差模型为：a m=R a S a(a m′+b a′)其中a m′是校准前的原始测量值，由于芯片生产和装配的因素该值一般都会有零点偏移误差，在公式中用b a′=[b ax′b ay′b az′]来表示零点偏移补偿，此外还有量程比例的缩放导致的尺度准确性，公式中用尺度因子S a=[S ax00 0S ay0 00S az]来补偿，最后由于安装误差和芯片内部感应器件轴的扭曲因素，还需要一个旋转因子矩阵R a=[1Δψ−Δθ−Δψ1ΔϕΔθ−Δϕ1]来补偿。
