ESC與飛行控制的通信協(xié)議有哪些？

在無人機(jī)中，飛行控制器與電子調(diào)速器之間的通信是確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的關(guān)鍵因素。良好的通信協(xié)議不僅決定了電機(jī)的響應(yīng)速度和控制精度，還影響到整個系統(tǒng)的可靠性和效率。隨著技術(shù)的發(fā)展，不同類型的通信協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生，每種協(xié)議都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和適用場景。

本文旨在深入探討ESC與飛控之間的通信協(xié)議，幫助讀者區(qū)分各種協(xié)議之間的差異，并了解如何根據(jù)具體應(yīng)用選擇最合適的協(xié)議。我們將詳細(xì)介紹PWM、Oneshot、Multishot、DShot和ProShot這五種常見協(xié)議。

01、為什么需要協(xié)議？

在無人機(jī)系統(tǒng)中，飛控負(fù)責(zé)接收來自遙控器或自動駕駛儀的指令，并將其轉(zhuǎn)換為具體的控制信號發(fā)送給ESC。ESC則根據(jù)接收到的信號調(diào)整電機(jī)的速度和方向。為了實(shí)現(xiàn)這一過程，必須有一套明確的規(guī)則來定義數(shù)據(jù)的傳輸方式，這就是通信協(xié)議的作用。一個高效的通信協(xié)議可以顯著提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度、降低延遲并增強(qiáng)抗干擾能力。

PWM, Oneshot, Multishot

PWM（Pulse Width Modulation），即脈寬調(diào)制，是最基礎(chǔ)也是最廣泛采用的一種通信方式。它通過改變高電平持續(xù)時間（脈沖寬度）來表示不同的控制值。標(biāo)準(zhǔn)PWM信號周期為20ms，其中脈寬范圍通常在1ms到2ms之間變化，對應(yīng)于不同的油門開度。PWM的優(yōu)點(diǎn)在于簡單易用，但刷新率較低（50Hz），分辨率有限，容易受到電磁干擾的影響，適用于對響應(yīng)速度要求不高的普通應(yīng)用。

為了克服PWM的局限性，開發(fā)了Oneshot系列協(xié)議，包括Oneshot42和Oneshot125。這些協(xié)議通過在一個PWM周期內(nèi)發(fā)送多個脈沖來顯著提高刷新率，分別可達(dá)420Hz和1250Hz。Oneshot協(xié)議適合需要快速響應(yīng)的應(yīng)用，如競速無人機(jī)。盡管它們提高了刷新率，但仍然是單向通信，僅支持從飛控到ESC的數(shù)據(jù)傳輸。

Multishot進(jìn)一步提高了刷新率，在每個PWM周期內(nèi)可以發(fā)送更多脈沖，理論上可以在同一時間內(nèi)發(fā)送多達(dá)125個命令。這種極高的刷新率非常適合追求極限性能的場合，但也增加了硬件同步的要求。Multishot的極高刷新率使得它成為競速無人機(jī)的理想選擇。

總的來說，PWM適用于普通應(yīng)用；Oneshot系列適合高性能需求；Multishot專為極限性能設(shè)計。所有這些協(xié)議都需要ESC中的MCU進(jìn)行解析，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

DShot, Proshot

DShot是一組全數(shù)字通信協(xié)議，具有多種比特率選擇（如DShot150, DShot300, DShot600, DShot1200）。DShot協(xié)議不僅提高了刷新率和分辨率，還支持雙向通信，允許ESC向飛控反饋信息。DShot提供非常高的控制精度，具備極低的傳輸延遲，數(shù)字信號不易受電磁干擾影響，支持ESC反饋，便于監(jiān)控和診斷。DShot適用于大多數(shù)高性能應(yīng)用，許多現(xiàn)代ESC都支持。

ProShot是由Betaflight團(tuán)隊開發(fā)的一種專為高性能應(yīng)用設(shè)計的高速通信協(xié)議。它提供了極高的刷新率和可靠的通信性能，特別適合競速無人機(jī)和其他對響應(yīng)速度有極高要求的應(yīng)用場景。ProShot理論刷新率可達(dá)數(shù)千次每秒，極大減少了信號傳輸的延遲。ProShot需要特定硬件支持，支持ESC反饋信息。ProShot專為極端性能需求設(shè)計，需要更高級別的硬件支持。

總的來說，DShot適用于大多數(shù)高性能應(yīng)用；ProShot則專為極端性能需求設(shè)計。DShot相對容易實(shí)現(xiàn)，許多現(xiàn)代ESC都支持；ProShot則需要更高級別的硬件支持。

02、BLHeli系列電調(diào)都支持什么協(xié)議？

無論選擇哪種協(xié)議，都需要確保ESC中的微控制器單元能夠正確解析和執(zhí)行該協(xié)議。通過表格來對比BLHeli、BLHeli_S和BLHeli_32這三個版本在通信協(xié)議上的區(qū)別，以便更好地理解它們的適用性和特性。

從上表可以看出，BLHeli_32不僅支持DShot協(xié)議，還支持ProShot協(xié)議，使其非常適合高性能應(yīng)用場景。BLHeli_S雖然也支持Multishot，但不具備雙向通信功能。而BLHeli僅支持基本的PWM和Oneshot協(xié)議，適用于較為簡單的應(yīng)用。

注意事項

● 硬件兼容性：確保所選ESC和飛控支持相應(yīng)的協(xié)議，特別是對于Multishot、DShot和ProShot等高級協(xié)議，可能需要更新固件或選擇特定型號。

● 同步問題：對于Multishot、DShot和ProShot等高刷新率協(xié)議，需確保所有ESC同步良好，避免因同步問題導(dǎo)致的性能下降。

● 布線：使用高質(zhì)量的線纜和連接器，以減少信號損失和干擾，特別是在長距離傳輸時。

● 固件更新：定期檢查并更新飛控和ESC的固件，以確保最佳性能和兼容性。

● 配置設(shè)置：對于支持雙向通信的協(xié)議（如DShot和ProShot），需要正確配置飛控以啟用這些功能。

● 調(diào)試工具：使用專用調(diào)試工具（如BLHeliSuite）可以幫助驗證通信狀態(tài)和優(yōu)化性能。

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選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議對于構(gòu)建高性能無人機(jī)系統(tǒng)至關(guān)重要。無論是傳統(tǒng)的PWM，還是先進(jìn)的DShot或ProShot，每種協(xié)議都有其獨(dú)特的應(yīng)用場景和技術(shù)特點(diǎn)。理解這些協(xié)議的差異，可以幫助工程師們根據(jù)具體需求做出最優(yōu)選擇，從而推動無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展。通過合理選擇和配置通信協(xié)議，不僅可以提升系統(tǒng)的整體性能，還能確保長期穩(wěn)定運(yùn)行，滿足各種復(fù)雜應(yīng)用的需求。