基于MSP的无人机通信协议开发设计

基于ＭＳＰ的无人机通信协议开发设计　计算机技术　赵旭　彭克勘　北京信患科技大学计算机学院　摘要：在无人机应用趋向广泛的今天，无人机发展已成为一股潮流，随之而来的是大量爱好者的涌入，以及开源飞控的热门。本文从基　于Ｍｕｌｔｉｗｉｉ飞控的通信协议的讲解，说明ＭＳＰ（Ｍｕｌｔｉｗｉｉ　Ｓｅｒｉａｌ　ＰｒｏＺｏｃｏ１）的开发设计模式。　关奠词：无人机开源飞控Ｍｕｌｔｉｗｉｉ通信协议　

１　ＭＳＰ的简介　ＭＳＰ（Ｍｕｌｔｉｗｉｉ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｐｒｏｔｏｃｏ１）是用于上位机与基于　Ｍｕｌｔｉｗｉｉ飞控通讯的协议。使用ＭＳＰ可使操作端更轻便，更具　有通用性（例如使用ＧＵＩ，ＯＳＤ，遥控或是自制遥控装置控制无　人机或从无人机中获取信息）；ＭＳＰ具有以下特征：　（１）．效率更高：传输数据为２进制代码　（２）．更安全：数据传输伴随校验和，避免无人机被劫持　（３）．对代码升级依赖更少：代码升级对ＧＵＩ等控制端影响　更小　使用ＭＳＰ将大大拓展与无人机的通讯方式，而不仅仅局限　于２．４Ｇ信号（大多数移动设备，或是ＰＣ都没有配备２．４Ｇ模块），　也就大大拓宽了无人机上位机开发的方向。　注：１．无人机专指基于Ｍｕｌｔｉｗｉｉ飞控的无人机。　２．Ｍｕｌｔｉｗｉｉ版本在２．３之后（包含２．３）无需在ｃｏｎｆｉｇ．ｈ　中选择ＲＣＳＥＲＩＡＬ（ＲＣ　Ｓｅｒｉａ１）预编译选项。　２ＭＳＰ的工作流程　串口通讯均有ＴＸ，ＲＸ两端口，其中ＴＸ用于发送数据，　ＲＸ用于接收数据。在实际应用时只需把相应传输模块（ｗｉｆｉ，　蓝牙）ＴＸ端与飞控板的ＲＸ连接，ＲＸ端与飞控板的ＴＸ连接，　若是蓝牙模块，需设置传输波特率为１１５２００。上位机连接上传　输模块后，编写符合传输格式的指令计算指令，即可接收或是　发送数据。　３　ＭＳＰ的传输格式及数据类型　ＭＳＰ的数据传输格式包含数据头（ｈｅａｄｅｒ），方向（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）　

（２）转子大轴校正，有条件的校静平衡或动平衡；　（３）皮带轮或联轴器找中心、轴线找正、校平衡；　（４）更换风扇或更换叶片。　（５）因轴承过度磨损或装配不良，造成定、转子相擦铁芯表　面损伤的，应用细锉等工具去除损伤面毛刺，清除干净后涂上绝　缘漆，加热烘干。　（６）校正端盖的位置，使受力平衡。　３轴承故障检．．｜　转轴通过轴承支撑转动，是负载最重的部分，又是容易磨损　的部件。在电动机运行中，一般滚动轴承缺油时，会听到骨碌骨碌　的声音，若听到不连续的异常声音，可能是轴承钢圈破裂。轴承内　混有沙土等杂物或轴承零件有轻度磨损时，会产生轻微的杂音。　拆卸后检查：先察看轴承滚动体、内外钢圈是否有破损、锈蚀、　疤痕等，一只手固定轴承外钢圈，另一只手用力推内钢圈，观察活　动间隙是否明显，如感到很松，就是磨损严重，需要更换轴承了ａ　轴承外表面上的锈斑可用００号砂纸擦除，然后放入汽油中　清洗或轴承有裂纹内外圈碎裂或轴承过度磨损时应更换新轴承。　更换新轴承时，要选用与原来型号相同的轴承。　４大轴故障检修　４．１轴弯曲　若弯曲不大，可通过磨光轴颈、滑环的方法进行修复；若弯曲　超过Ｏ．２ｒａｍ，可将轴放于压力机下，在拍弯曲处加压矫正，矫正　后的轴表面用车床切削磨光；如弯曲过大则需另换新轴。　４．２轴颈磨损　轴颈磨损不大时，可以用錾子打毛，再套上轴承，也可在轴颈　上镀一层铬再磨削至需要尺　磨损较多时，可在轴颈上进行堆焊，　再到车床上切削磨光；如果成本较高或修复工艺代价较高，则考　虑重新更换。　５机壳和端董的检修　机壳和端盖若有裂纹应进行堆焊修复若遇到轴承镗孔间隙　过大，造成轴承端盖配合过松，一般可用錾子将轴承孔壁均匀打　出毛刺，然后再将轴承打入端盖，对于功率较大的电动机，也可采　用镶补或电镀的方法最后加工出轴承所需要的尺寸。　６结束语　随着电动机在工矿的广泛使用，电动机的维修和保养各级　领导和技术人员也是高度重视，只有加强电动机的日常维修和　保养才能够安全的创造更多财富。总之，无论是从事电气的工　作人员或是管理人员，都要从实际出发，切实落实好设备的维　护与维修，以保证生产的正常运行，促进社会经济建设的顺利发　展。　计算机技术　大小（ｓｉｚｅ），类型（ｔｙｐｅ），数据包（ｄａｔａ），校验和（ｃｈｅｃｋｓｕｍ）。　一条ＭＳＰ消息中，每一个元素都是使用ｂｙｔｅ类型来存储数据。　（１）ｈｅａｄｅｒ：数据头，包含两个ｂｙｔｅ，￥，Ｍ，表示这条数据　是一条Ｍｕｌｔｉｗｉｉ传输用数据，所有指令必须包含这一部分。　（２）ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：方向，包含一个ｂｙｔｅ，＜或＞。向飞控发送　指令时，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ为＜；从飞控获取信息时，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ为＞。　（３）ｓｉｚｅ：数据大小，包含一个ｂｙｔｅ，用来描述ｄａｔａ的个数，　例如，ｄａｔａ有４个字符，那ｓｉｚｅ就为０ｘ０４，但是注意数据的总　长度不能超过６４　ｔｙｐｅ：类型，标明这条指令的目的，填人内容根据ＭＳＰ官　方文档中的ｍｅｓｓａｇｅ—ｉｄ来定义　一一　…　一　’　～１一’一　～一一一一　—　轴嘲　瞳　ｉ　蜡　｛拍　嘲ｍ　由健　姆Ｉ　洚　罐稽　ｉ碲彝　呻　诺爨蒜　辅　毒　ｒ　蠛　蜻　§　鞲骈　韩　瑚　描嗲　毒　………｛　ｉ渊　耱　｛　三　一～　…　…　ｊ　例：如需获取无人机身份信息，ｍｅｓｓａｇｅ＿ｉｄ查表可知为　１００，则ｔｙｐｅ为ＡＳＣＩＩ码为１００的ｂｙｔｅ（或用十六进制表示为　０ｘ６４（数据类型为ｂｙｔｅ））。　注：官方文档链接ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｕｌｔｉｗｉｉ．ｃｏｍ／ｗｉｋｉ／　ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ？ｔｉｔｌｅ＝Ｍｕｌｔｉｗｉｉ—Ｓｅｒｉａｌ—Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　（４）ｄａｔａ：传输数据，包含ｎ个ｂｙｔｅ类型数据（数量根据　ＭＳＰ文档中不同Ｃｏｍｍａｎｄ所需要传输的数据个数来定）。当　传输是８一ｂｉｔ数据时，可直接将８一ｂ　数据加入数据链中，若传　输数据为１６－ｂｉｔ或是３２－ｂｉｔ数据时，需要将数据拆分为２个　８－ｂｉｔ或四个８－ｂｉｔ数据，且低八位在前，高八位在后，例如：　传输的ｄａｔａ中的一个ｉｎｔ型１６－ｂｉｔ数据为１１９２，十六进　制表示为０ｘ４Ａ８，在加入数据链之前需拆分为两个８一ｂｉｔ数据：　Ｏｘ０４（高八位），０ｘＡ８（低八位），然后加入顺序为０ｘＡ８（低八位），　Ｏｘ０４（高八位）。　３２－ｂｉｔ数据亦然，拆分后，最先加入数据链的是位级最低　的八位数据，越后加入，位级越高。　（５）ｃｈｅｃｋｓｕｍ（ｃｒｃ）：校验和，包含一个ｂｙｔｅ数据，用来　保证通信中数据的完整性和准确性。算法：初始化一个校验和　为零后，依次从数据链中从ｓｉｚｅ开始的每一个元素与Ｏｘｆｆ作与　运算的结果作异或运算，直至ｄａｔａ中的最后一个元素，与Ｏｘｆｆ　作或运算保证了每一个元素的二进制数据的一致性。　数码世界Ｒ６２　例如：初始化校验和（ｃｈｅｃｋｓｕｍ）为ＯｘＯ０后，与ｓｉｚｅ（假　设为０ｘ０４）作与运算表示为　ｃｈｅｃｋｓｕｍ　：（ｓｉｚｅ＆Ｏｘｆｆ）　若只需从ＦＣ获取信息，ｄａｔａ即为空，ｓｉｚｅ为０，所以校验　和ｃｏｍｍａｎｄ一致，如下图。　

ｊ　～　４具体实现　发送消息：　ＭＳＰ消息中比较固定的信息可以使用一个类中的静态变　量（数据类型为ｂｙｔｅ）来表示，例如：ＭＳＰ消息中的ｈｅａｄｅｒ，　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，和ｔｙｐｅ部分。　ｄａｔａ部分若添加８－ｂｉｔ数据时，直接向ｄａｔａ链中添加　ｂｙｔｅ类型数据即可，若为１６一ｂｉｔ需将数据拆分为两个８－ｂｙｔｅ　数据，　具体方法：　拆分目标：ｉｎｔ　ｔａｒｇｅｔ＝０ｘ４Ａ８，二进制表示：００００　０１００，　１０１０　１０００　拆分时高八位为ｂｙｔｅ　ｌｏｗｅｒ＿ｂｙｔｅ＝（ｂｙｔｅ）（ｔａｒｇｅｔ＞＞８）　低八位为ｂｙｔｅ　ｕｐｐｅｒ＿ｂｙｔｅ＝（ｂｙｔｅ）ｔａｒｇｅｔ　根据Ｍｕｌｔｉｗｉｉ源码决定，ＭＳＰ消息中，如遇到需发送１６－　ｂｉｔ数据时，低八位在前，后八位在后。　拆分原理：ｊａｖａ语言中高位数据向低位数类型转换时仅会　保留高位数据的低位数，例如１６一ｂｉｔ向８－ｂｉｔ数据转换时，１６－　ｂｉｔ数据保留低八位，赋值给８－ｂｉｔ数据，且最高位保存为符号位。　数据右移时，低位数据被高位数据占据，原本高位数据变为０，　右移后可将原本在高位的数据移到低位。结合以上两点，使用高　位数据向低位数据转换可获得高位数据的低位部分，使用移位　后，再配合类型转换即可获取高位数据的高位部分。　校验和（ｃｈｅｃｋｓｕｍ）：根据ＭＳＰ规定的校验和算法，需要　初始话一个ｂｙｔｅ类型，初值为０的数据，先与ｓｉｚｅ，ｔｙｐｅ分别　作异或运算，随后再逐一与ｄａｔａ里的数据作异或运算（　＝）直到　ｄａｔａ的最后一位（包含最后一位）。　ｂｙｔｅ　ｃｈｅｃｋｓｕｍ＝０ｘ００；　ｃｈｅｃｋｓｕｍ　＝ｓｉｚｅ；　ｃｈｅｃｋｓｕｍ　：ｔｙｐｅ￣　

接收消息　接收到的消息格式如下　ｈ∞姗４■“ｔ曲　忡　

验证数据：接收到消息后因为ｈｅａｄｅｒ和ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ是固定　部分，所以我们开始从ｓｉｚｅ开始分析。在使用这条消息之前，需　验证数据是否有丢失情况，具体方法：计算这条消息的校验和，　然后再判断是否与消息自带的校验和相等。若相等，说明数据无　丢失，可以使用；若不想等则丢弃数据，重新发起请求。　使用数据：可以根据ｔｙｐｅ来确定ＭＳＰ消息的目的，从而确　定ＭＳＰ的功能，再根据ＭＳＰ用列表去分析ｄａｔａ中的数据。　图中的ｍｅｓｓａｇｅ—ｉｄ为ＭＳＰ消息中的ｔｙｐｅ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ中　ＦＣ—－＞说明消息来自飞控。＿＞ＦＣ说明消息发往飞控。图中ｔｙｐｅ　说明接收到的数据类型。ｃｏｍｍｅｎｔ为对数据的解释。ＵＩＮＴ　８：　８－ｂｉｔ　ｉｎｔ型数据。ＵＩＮＴ　１６：１６－ｂｉｔ　ｉｎｔ型数据类型。ＵＩＮＴ　３２：３２－ｂｉｔ　ｉｎｔ型数据类型。　■●●＿　…　１Ｈ■■■■■　■‘■■ｋＨ，■‘＾■＾■■■日■■　日嘶　ｑ＾＾　ａｇｕｑ＾■　●ｔ■　，ａ　■　■ｕ　■■　■＃Ｅ　ｑ■目＾　，催　Ｉ－●　■●＿●■●　■　■－Ｉ　ｃ■　■－●＾＾■－自＿　…　－　ｑｌ岫　啊　￥■■　－●‘■●■■　●　●●■■＇峨一　目●■＿　●・●…■■■■■■’●■叶　一　一＝．一　…’　＿＿‘●●嚷－杯＿…●■■－　＾■●忡　■０¨“ＨＨ●　■Ｉ呕帅ｉ●‘，－，■ｄ■＾ｑ峨ｌ●■０■“，■　ｕ　Ｊ■』　神薯，‘　目目●ｈ靠ｊＬ＇●删．．１，‘ａｄ＊冉　当接收到的ｄａｔａ为８－ｂｉｔ（图中的ＵＩＮＴ　８）时，每个数　据即为接收到的消息的ｄａｔａ链中的一个ｂｙｔｅ，如果为１６－ｂｉｔ　（３２－ｂｉｔ），每个数据就由ｄａｔａ数据链中的两个ｂｙｔｅ（四个　ｂｙｔｅ）组成，与发送时的规则一致，两个（四个）组成元素中，前　面的是低数据位，后面的是高数据位，获取到组成元素之后先　将高位数据赋值给目标数据，再将目标数据左移，再将低位数　据加到目标数据上。　例：发送０ｘ２４　０ｘ４Ｄ　０ｘ３Ｃ　０ｘ００　０ｘ６４　０ｘ６４（对应图中　ＭＳＰ－ＩＤＥＮＴＩ获取飞控信息）后　接收到的消息为：０ｘ２４　０ｘ４Ｄ　０ｘ３Ｅ　Ｏｘ０７　０ｘ６４　０ｘＥ６　ＯｘＯ３　０ｘ００　０ｘ００　ＯｘＯ０　０ｘ００　ＯｘＯ０　０ｘ８６　将消息分解后０ｘ２４　０ｘ４Ｄ（ｈｅａｄｅｒ）　０ｘ３Ｅ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）　Ｏｘ０７（ｓｉｚｅ）　０ｘ６４（ｔｙｐｅ）　ＯｘＥ６　Ｏｘ０３　０ｘ００　０ｘ００　ＯｘＯ０　０ｘ００　０ｘ００（ｄａｔａ）　计算机技术　０ｘ８６（ｃｈｅｃｋｓｕｍ）　有ＭＳＰ样例表（上图）可知，ｄａｔａ部分包含四个数据：　ＶＥＲＳＩＯＮ（ＵＩＮＴ　８），ＭＵＬＴＩＴＹＰＥ（ＵＩＮＴ　８），ＭＳＰ－＿　ＶＥＲｓＩＯＮ（ＵＩＮＴ　８），ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ（ＵＩＮＴ　３２）　根据规则：　ＶＥＲＳＩＯＮ（ＵＩＮＴ　８）　＝０ｘＥ６＝２３０（版本为２．３）　ＭＵＩＪ１、ＩＴＹＰＥ（ＵＩＮＴ　８）　＝０ｘ０３＝３（ＱＵＡＤ　Ｘ）　ＭＳＰ．　ＶＥＲＳＩＯＮ（ＵＩＮＴ　８）＝０ｘ００　Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ（ＵＩＮＴ　３２）　为了区分，四个部分分别改为：　０ｘ０１　０ｘ０２　０ｘ０３　０ｘ０４拼装后：０ｘ４３２１＝１７１８５　５结语　完成了对ＭＳＰ的设计，就可以和Ｍｕｌｔｉｗｉｉ无人机进行通　讯，也就可以对无人机进行开发。使用串口通讯控制无人机除了　距离不如２．４Ｇｈｚ，其他方面都与２．４Ｇｈｚ无异。而且使用串口　通讯之后，就可以使用掌上设备来控制无人机，就可以使无人机　的应用大大拓宽。