2024年5月9日发(作者：伏友易)
基于Arduino的无人机飞行摇杆控制器设计
【摘要】飞行摇杆控制无人机更具有真实感，有传统遥控器无法比拟的优点，且拥有
较多的通道数。本文使用Arduino开发板设计了一套无人机飞行摇杆控制器，该控制器不
需要电脑，成本低廉，携带方便，是理想的无人机控制平台。
【关键词】Arduino；无人机；飞行摇杆
一、引言
随着无人机正在成为新的经济增长点和国民收入水平的提高，近年来在高校和民间都
得到了更多的关注。无人机是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控（含远程驾驶）、预
设程序控制和（或）基于机载传感器自主飞行的可重复使用不载人飞机。无人机已有近百
年发展历程，目前世界上有30多个国家在发展和制造无人机，全球现役无人机已有12万
架，市场规模达到1000亿美元左右。[1]
目前用无线电遥控的无人机大部分使用JR或者Futaba公司出品的专用遥控器，这些
遥控器优点是手感好，方便携带，但是价格高昂，通道数较少，难以满足无人机执行任务
时需要较多通道数的要求。少部分使用PC作为控制平台，使用了飞行摇杆作为控制器，
能实现更专业的功能，通道数也多，但是携带不方便，需要携带手提电脑或者PC到外场
调试，还必须考虑电池续航问题，造价也比较高昂，且需要专业的计算机软件知识进行编
程。
为解决上述不便，本人提出了一种基于Arduino的无人机控制器设计方案。Arduino
是2005年1月由米兰交互设计学院的两位教师David Cuartielles和Massimo Banzi联
合创建，是一块基于开放原始代码的Simple I/O平台[2-3]。Arduino具有类似java、C
语言的开发环境，将AVR单片机相关的一些寄存器参数设置等都函数化了[4]，即使不太
了解AVR单片机的朋友也能轻松上手，设计出各种实用的电路开发系统，是一款价格低廉、
易于开发做应用的电子平台。Arduino包括硬件和软件在内的整个平台是完全开源的。
该方案由于采用Arduino平台，能快速开发出用较低成本的飞行摇杆来进行操纵航模，
体验真实飞行的感觉。由于接口较多，可以实现高达20通道以上，能执行各种扩展任务，
且不需要携带电脑。
二、系统原理与架构设计
系统框图如图1所示，分为两大部分，分别是地面控制部分和控制执行部分。地面控
制部分是由单片机读取飞行遥杆的数据，即可获得飞行摇杆各个通道的即时电压，通过模
式转换后，得到各个通道的值。将上述值经过编码后通过无线数传模块发送出去。
空中指令执行部分：
由空中无线数传接收到信号后将指令发送到单片机，单片机将指令解析，并转换为飞
控系统常用的PPM信号，该PPM信号可以直接驱动飞控系统做出响应动作，从而控制无
人机。
三、模块原理、设计与制作
1.摇杆信号获取原理
2024年5月9日发(作者：伏友易)
基于Arduino的无人机飞行摇杆控制器设计
【摘要】飞行摇杆控制无人机更具有真实感，有传统遥控器无法比拟的优点，且拥有
较多的通道数。本文使用Arduino开发板设计了一套无人机飞行摇杆控制器，该控制器不
需要电脑，成本低廉，携带方便，是理想的无人机控制平台。
【关键词】Arduino；无人机；飞行摇杆
一、引言
随着无人机正在成为新的经济增长点和国民收入水平的提高，近年来在高校和民间都
得到了更多的关注。无人机是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控（含远程驾驶）、预
设程序控制和（或）基于机载传感器自主飞行的可重复使用不载人飞机。无人机已有近百
年发展历程，目前世界上有30多个国家在发展和制造无人机，全球现役无人机已有12万
架，市场规模达到1000亿美元左右。[1]
目前用无线电遥控的无人机大部分使用JR或者Futaba公司出品的专用遥控器，这些
遥控器优点是手感好，方便携带，但是价格高昂，通道数较少，难以满足无人机执行任务
时需要较多通道数的要求。少部分使用PC作为控制平台，使用了飞行摇杆作为控制器，
能实现更专业的功能，通道数也多，但是携带不方便，需要携带手提电脑或者PC到外场
调试，还必须考虑电池续航问题，造价也比较高昂，且需要专业的计算机软件知识进行编
程。
为解决上述不便，本人提出了一种基于Arduino的无人机控制器设计方案。Arduino
是2005年1月由米兰交互设计学院的两位教师David Cuartielles和Massimo Banzi联
合创建，是一块基于开放原始代码的Simple I/O平台[2-3]。Arduino具有类似java、C
语言的开发环境，将AVR单片机相关的一些寄存器参数设置等都函数化了[4]，即使不太
了解AVR单片机的朋友也能轻松上手，设计出各种实用的电路开发系统，是一款价格低廉、
易于开发做应用的电子平台。Arduino包括硬件和软件在内的整个平台是完全开源的。
该方案由于采用Arduino平台，能快速开发出用较低成本的飞行摇杆来进行操纵航模，
体验真实飞行的感觉。由于接口较多，可以实现高达20通道以上，能执行各种扩展任务，
且不需要携带电脑。
二、系统原理与架构设计
系统框图如图1所示，分为两大部分，分别是地面控制部分和控制执行部分。地面控
制部分是由单片机读取飞行遥杆的数据，即可获得飞行摇杆各个通道的即时电压，通过模
式转换后，得到各个通道的值。将上述值经过编码后通过无线数传模块发送出去。
空中指令执行部分：
由空中无线数传接收到信号后将指令发送到单片机，单片机将指令解析，并转换为飞
控系统常用的PPM信号，该PPM信号可以直接驱动飞控系统做出响应动作，从而控制无
人机。
三、模块原理、设计与制作
1.摇杆信号获取原理