感谢科创基金，感谢科创基金，感谢科创基金(重要的事情说三遍)以及百度文科，百度图片，APM官网XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/ardupilot/XXXXXXXXml。周末上图和测试（最近没空，学校补课）

前言
随着自制固体火箭的发展，数据的记录与回收以成为固体火箭最关键的技术所在，尤其是一些大型的固体探空火箭必不可少的一部分。可是一般使用的开伞系统都是由arduino设定的定时开伞和姿态或高度开伞，但是数据的记录和降落后的找回工作很难开展。即使找到了火箭的降落位置，有些数据也可能丢失难以修复，造成无法挽回的后果。能否有一种可是实现数据，视频，位置远程传输且易于编程的航电系统？在远征一号探空火箭回收失败后，远征系列探空火箭设计组选择对APM飞控进行开发研究。（图少了点，请笑纳！）
一.APM的简介
（1）.APM发展历史
引/XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/XXXXXXXXXXXXXXXXml的介绍
2007年5月 – 克里斯·安德森用乐高 mindstorm搭建无人机时，建立了 XXXXXXXXXXXXX .

2008年9月– Jordi 制作了一个可以自动飞行的传统直升机无人机并赢得了第一届Sparkfun AVC大赛.

2009年 – 克里斯·安德森和Jordi Munoz 成立了3D Robotics（3DR）

2009年5月 – Jordi/3DRobotics 发布了第一款Ardupilot板子 (使用红外温度传感器)

2009年11月 – Jordi创建了ardupilot代码仓库

2009年11月 – Jordi, Doug Weibel, Jose Julio编写了第一版使用William Premerlani的DCM算法的ArduIMU

2009年11月 至 2010年2月 – Jason从头开始重写了 (v2.5)，包括了使用中断驱动的遥控信号输入, 遥控油门保护, 返航, 悬停, 绕圈, 垂直航路修正, 更佳的稳定性, 全数字电传操纵, 系统事件, 四通道RC输出, 2线通信的数传. (Post)

2009年12月 – Doug 推出了改善了的 Ardupilot v2.4，第一次支持基于IMU的飞行器任务飞行

2010年 – 3d Robotics 推出了APM1

2010年初 – Doug and Jason 发布了Ardupilot 2.6 ，改善了油门控制, 支持ArduIMU

2010年夏天 – APM Code development:
• Jason – 任务脚本, 飞行模式, 导航
• Jose – 代码库, DCM, and 硬件传感器支持
• Doug – 高级飞行控制, 飞行日志记录, DCM
• MikeS – 参数, CLI, 高速串口, 高级硬件优化




2010年5月 – Ardupilot合并了AeroQuad (包括Jani Hirvinen) ，开始在ArduCopterNG（海盗）进行工作。

2010年6月 – APM 1 在SW上实现了自主任务脚本飞行。

2010年6月 – APM1首次让固定翼飞机实现了自主飞行。






二、性能特点
1.免费的开源程序，ArduRover模式支持地面车辆
2.体积小，重量轻，有八个输出电路，更加强大的控制程序
2.人性化的图形地面站控制软件，通过一根Micro_USB线，一套无线数传连接或使用lz的GPRS数传，鼠标点击操作就可以进行设置和下载程序到控制板的MCU中，无需编程知识和下载线等其它硬件设备。但如果你想更深入的了解APM的代码的话，你仍旧可以使用Arduino来手动编程下载
3.基于MAVLink 协议，支持双向遥测和实时传输命令
4.多种免费地面站可选，包括Mission Planner ，HK GCS等，还可以使用手机上的地面站软件，地面站中空中视频显示，语音合成和查看飞行记录等

三、硬件构成
o 核心MCU采用ATMEL的8bit ATMEGA2560
o 整合三轴陀螺仪与三轴加速度的六轴MEMS传感器MPU6000
o 高度测量采用高精度数字空气压力传感器MS-5611
o 板载16MB的AT45DB161D存储器
o 三轴磁力计HMC5883
o 8路PWM控制输入
o 11路模拟传感器输入
o 11路PWM输出（8路电源输出+3路云台增稳）
o GPS 模块可选MTK 3329及支持ublox输出的NEO-6M、7M、LEA-6H等
o 可屏蔽板载PPM解码功能，外接PPM解码板或者外接PPM接收机
o 可屏蔽板载罗盘通过I2C接口使用外置扩展罗盘
o OSD模块，将无人机姿态、模式、速度、位置等重要数据叠加到图像上实时回传
o 电流电压传感器 （控制电流电压的输入）
o （可扩展）其它UART、I2C、SPI设备
五、飞控板概览 （图片摘自网络）
正面图

1、数传接口
2、模拟传感器接口
3、增稳云台输出接口
4、ATMEGA2560 SPI在线编程接口（可用于光流传感器）
5、USB接口
6、遥控输入
7、功能选择跳线(最下的为内置，外置罗盘选择)
8、GPS接口
9、I2C外接罗盘接口
10、ATMEGA32U2 SPI在线编程接口
11、多功能可配置MUX接口（默认为OSD输出）
12、电流电压接口
13、电调供电选择跳线(插上用电流计供电)
14、电调输出接口
背面图

1、SPI的MISO电压选择
2、PPM输入选择
3、MUX接口功能选择

介绍到此结束更多教程上网百度。

四，APM飞控系统主程序安排。
是固定翼飞机的。
在XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/ardupilot/XXXXXXXXml找到的。

<code class="lang-">
void loop()
{
	// We want this to execute at 50Hz if possible
	// -------------------------------------------
	if (millis()-fast_loopTimer > 19)                                       1
{
		delta_ms_fast_loop	= millis() - fast_loopTimer;                    2
		load= (float)(fast_loopTimeStamp - fast_loopTimer)/delta_ms_fast_loop; //cpu使用率                                                                   3
		G_Dt=(float)delta_ms_fast_loop/1000.f; //陀螺仪积分时间（DCM算法） 4
		fast_loopTimer  = millis();                                       5

		mainLoop_count++;                                             6

		// Execute the fast loop
		// ---------------------
		fast_loop();                                                    7

		// Execute the medium loop
		// -----------------------
		medium_loop();                                                8

		counter_one_herz++;                                            9
		if(counter_one_herz == 50)                                       10
{
			one_second_loop();                                         11
			counter_one_herz = 0;                                       12
		}

		if(millis()-perf_mon_timer>20000)                                 13
{       //性能监控时间到，执行性能监控
			if (mainLoop_count != 0)                                     14
{
				gcs.send_message(MSG_PERF_REPORT);                   15
				if (g.log_bitmask & MASK_LOG_PM)                      16
					Log_Write_Performance();                            17
				resetPerfData();                                         18
			}
		}

		fast_loopTimeStamp = millis();                                    19
	}
}
</code>

以上是飞控系统的主循环程序，有19条语句，我在右侧标了语句号。循环的频率是50Hz，与标准舵机控制频率相同，这是通过第一条语句if (millis()-fast_loopTimer > 19)实现的，这个语句中millis( )函数在程序开始运行后开始执行，中间不停顿，返回的是从程序开始一直到当前的时间（毫秒），在第5条语句有fast_loopTimer = millis(); 所以if (millis()-fast_loopTimer > 19)的意思就是如果现在的时间距离上一次执行时间超过了19ms，也就是20ms的时候，就会执行一次下面所有的程序，如果不满足条件，就一直等待。
接下来从第2条语句到第6条，除了第三条语句是计算主程序执行一次的时间外（可以认为是CPU使用率），其他的都是做标记用。
接下来的程序是执行fast_loop()、medium_loop()、one_second_loop()以及20秒一次的性能监视。此外，在medium_loop( )中还会调用slow_loop( )（执行周期1/3s）。其他语句是辅助作用。飞控系统的主程序执行的就是这几个子程序。以下一一说明功能。
（1） fast_loop( ) ： 这是飞控系统控制的控制核心之一。执行频率50Hz。程序如下：

<code class="lang-">
void fast_loop()
{
	// This is the fast loop - we want it to execute at 50Hz if possible
	// -----------------------------------------------------------------
	if (delta_ms_fast_loop > G_Dt_max)
		G_Dt_max = delta_ms_fast_loop;

	// Read radio         ////读取遥控信号
	// ----------
	read_radio(); //APM_RC.InputCh(CH_ROLL)-> ch1_temp-> g.channel_roll.set_pwm(ch1_temp)（即转为control_in)
	                //油门还有control_failsafe(g.channel_throttle.radio_in);
                    //g.channel_throttle.servo_out = g.channel_throttle.control_in;
                    //airspeed_nudge,throttle_nudge,

	// check for loss of control signal failsafe condition    ////检查丢失控制信号故障安
	// ------------------------------------
	check_short_failsafe();           //关于failsafe和ch3_failsafe的处理
	
		// Read Airspeed        ///读取空速
		// -------------
	if (g.airspeed_enabled == true && HIL_MODE != HIL_MODE_ATTITUDE) 
{  		//使能空速计真实飞行时为1
read_airspeed();     //读取空速，并calc_airspeed_errors();
	} 
else if (g.airspeed_enabled == true && HIL_MODE == HIL_MODE_ATTITUDE) 
{   //真实飞行时为0
		calc_airspeed_errors();
	}

	#if HIL_MODE == HIL_MODE_SENSORS    //飞行模式时为0
		// update hil before dcm update
		hil.update();
	#endif

	dcm.update_DCM(G_Dt);             ////更新DCM

	// uses the yaw from the DCM to give more accurate turns    ///使用从DCM获得的偏航数据，进行更精确的转弯
	calc_bearing_error();        //计算得出bearing_error

	# if HIL_MODE == HIL_MODE_DISABLED     //飞行模式时为1
		if (g.log_bitmask & MASK_LOG_ATTITUDE_FAST)
			Log_Write_Attitude((int)dcm.roll_sensor, (int)dcm.pitch_sensor, (uint16_t)dcm.yaw_sensor);

		if (g.log_bitmask & MASK_LOG_RAW)
			Log_Write_Raw();
	#endif

	// inertial navigation          ////惯性导航
	// ------------------
	#if INERTIAL_NAVIGATION == ENABLED      //这个不执行。本程序的捷联惯性导航算法只能计算飞机飞行姿态，无法结算三维位置，，所以，不能实施完全的惯性导航。或者程序作者正在进行相关试验，或者程序作者的惯性导航不是这个意思，仅是调试时调用这个。
		// TODO: implement inertial nav function  //实施惯性导航功能
		inertialNavigation();       
	#endif

	// custom code/exceptions for flight modes     ///飞行模式的自定义代码/异常
	// ---------------------------------------
	update_current_flight_mode();   //  导航级PID

	// apply desired roll, pitch and yaw to the plane   ////控制飞机的副翼，升降，方向      	if (control_mode > MANUAL)                                                                                                                  		stabilize();               //  控制级PID                                                                                                                                                                                                                                                                    	//write out the servo PWM values 
//
	set_servos_4();     
                                                                                                                            
	// XXX is it appropriate to be doing the comms below on the fast loop?   ////现在适合做快速环路上的COMMS吗？

	#if HIL_MODE != HIL_MODE_DISABLED && HIL_PORT != GCS_PORT  //飞行模式时为0
		// kick the HIL to process incoming sensor packets //使用HIL处理传入的传感器数据包
		hil.update();

		#if HIL_PROTOCOL == HIL_PROTOCOL_MAVLINK
			hil.data_stream_send(45,1000);
		#else
			hil.send_message(MSG_SERVO_OUT);
		#endif
	#elif HIL_PROTOCOL == HIL_PROTOCOL_MAVLINK && HIL_MODE == HIL_MODE_DISABLED && HIL_PORT == 0   //飞行模式时为1
		// Case for hil object on port 0 just for mission planning  //HIL端口的对象，只是用来进行任务规划
		hil.update();
		hil.data_stream_send(45,1000);
	#endif

	// kick the GCS to process uplink data      ////让GCS处理上行数据
	gcs.update();
	#if GCS_PROTOCOL == GCS_PROTOCOL_MAVLINK  //飞行模式时为
		gcs.data_stream_send(45,1000);
	#endif
	// XXX this should be absorbed into the above,
	// or be a "GCS fast loop" interface
}
</code>

这是fast_loop程序。语句后含有对程序的解释说明。
（2） medium_loop( )，这是飞控系统的另外一个核心，执行频率10Hz。用于执行GPS数据和磁力计数据的更新、根据GPS数据进行导航计算、更新高度信息和命令、向地面发送无线数传数据、控制slow_loop( )执行和其他。其中对导航起很重要作用的导航航向的计算就再medium_loop( )中执行。
（3） slow_loop( )，执行周期是1/3s。主要执行长时间故障安全检查、读取三段开关、读取舵面正方向及混控开关、读取地面站指令等操作。
（4） one_second_loop( )，执行周期1s。主要执行记录电池电压、发送CPU使用时间等操作。
五，APM飞控系统在远征2号的改进之处

（1）. 3DR无线数传。
3DR无线数传是APM的一个数传模块，我们用的数传模块发射接收频率是433MHz，功率是100mw，有效距离大约是500米左右。但基于中大型固体探空火箭，回收半径大，所有传输信号很可能无法接收。
改进方法：推荐使用GPRS数传，基于网络服务器的远程传输，以下就不再细说。
（2）.地面站的手机端连接方式与支持的系统。
前面有介绍APM的地面端包括手机端，可是要运行手机端手机必须有谷歌的通信协议，额且连接方式不是GPRS链接。参照网友在APM论坛上发送的资源，取消了对谷歌的依赖，且添加了GPRS的服务器终端的连接。
（3）.arduion的程序改写。
APM的元程序可以通过ardoion改写，团队已经整理出了一个比较乱的代码，用于控制8路输出端为火箭开伞，整理完毕就发上论坛。
内容持续更新……