光流模塊在無 GPS 環(huán)境下，課實時檢測飛機水平移動距離，實現(xiàn)對四軸無人機長時間的穩(wěn)定懸停。圖1顯示的是湖南優(yōu)象LC-302光流模塊的功能框圖，光流攝像頭拍攝無人機垂直向下的畫面，輸入光流主板，主板通過光流懸停智能算法進行光流計算，從而獲取無人機位移信息，并轉化為懸停控制指令，懸停控制指令通過 UART 輸出給飛控，以便控制飛機水平移動距離，達到懸停的目的。

圖 1 UPIXELS LC-302光流模塊功能框圖

LC-302外形尺寸結構圖
LC-302的硬件部分主要為主板。如圖2所示，主板尺寸結構示意圖，尺寸分別為：長22mm、寬14mm。主板上主要的芯片為湖南優(yōu)象公司研發(fā)的光流芯片U30。除了LC-302這款型號外，還有LC-306、LC-307和LC-309，其中LC-309尺寸最小，含U30、CMOS感光芯片和鏡頭一起，總共也只有10mm*10mm大小。

LC-302使用的是30萬像素的CMOS作為感光器件，所有的配置使用U30芯片的默認配置，所以，模塊一上電就可輸出光流數(shù)據(jù)，不需要額外其他配置。

圖 2 UP-FLOW-LC-302-3C產(chǎn)品結構圖

LC-302接入飛控的方法/光流坐標系定義
光流模塊可以用UART接口連接飛控，UART數(shù)據(jù)格式為1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無校驗位，波特率為19200。光流模塊和飛控的接口線序如圖3，其中UART_TXD，UART_RXD是以模塊為參考， VCC為3.0V—5.0V供電電源輸入。3.0V供電時最大功耗為90mW，5.0V供電時最大功耗150mW。

光流模塊接線說明:光流和飛控的 RX TX交叉連接，GND和VCC對應連接即可。

光流的坐標系如圖4所示，最終飛控獲取數(shù)據(jù)，需根據(jù)飛控坐標系及光流的坐標系，做坐標轉換。

圖 3 光流模塊坐標系/接線方式

光流模塊初始化
光流模塊上電后需由上位機通過UART接口初始化才能正常工作，光流模塊上電到上位機初始化之間需至少延時100ms。

LC-302光流模塊對外輸出數(shù)據(jù)結構定義
光流模塊對外輸出的數(shù)據(jù)結構定義如下：

typedef struct optical_flow_data

{
int16_t flow_x_integral; // X像素點累計時間內的累加位移(radians*10000)

// [除以10000乘以高度(mm)后為實際位移(mm)]

int16_t flow_y_integral; // Y像素點累計時間內的累加位移(radians*10000)

// [除以10000乘以高度(mm)后為實際位移(mm)]

uint16_t integration_timespan; // 上一次發(fā)送光流數(shù)據(jù)到本次發(fā)送的累計時間（us）

uint16_t ground_distance; // 預留。默認為999（0x03E7）

uint8_t valid; // 狀態(tài)值:0(0x00)為光流數(shù)據(jù)不可用

//245(0xF5)為光流數(shù)據(jù)可用

uint8_t version; //版本號

} Upixels_OpticalFlow;

通過串口向飛控發(fā)送數(shù)據(jù)前，光流模塊會對數(shù)據(jù)結構進行封包，實際發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式如圖6:

圖 6 數(shù)據(jù)包協(xié)議圖

光流調試注意事項
1.安裝前注意鏡頭清理，確保鏡頭無污垢和保護膜遮擋。

2.安裝時注意，光流板與地面水平，并與機體（飛控板）垂直，不能有偏角，固定后確保鏡頭無遮擋，比如連接線與起落架等。

3.若要考慮與加速度計融合，則需確保光流與加速度計物理方向的一致性。

3.當姿態(tài)變化較劇烈時應減少光流的比重，并用陀螺儀做好對光流的補償，并注意光流與陀螺儀同步問題。

4.光流輸出有少許毛刺，需要對數(shù)據(jù)進行低通慮波

5.PID控制上采用位置+速度的雙環(huán)控制，并要加大i的作用。

6.在自主懸停時才啟動光流，飛機起飛與打搖桿時，光流無效。

LC-302懸停問題速查小技巧
自主懸停是光流模塊支持飛控實現(xiàn)的一種典型功能。也是調試光流需要首先調試的功能，懸停的質量往往直接決定光流與飛控配合質量。調試懸停問題時有如下小技巧。

7.1 完全沒有懸停效果，現(xiàn)象與沒接光流是一樣的。首先應檢查板子上電是否正常，硬件線是否連接好，鏡頭是否被遮擋，如果都沒發(fā)現(xiàn)問題，再用上位機檢查是否有數(shù)據(jù)輸出。

7.2 飛機往某個方向亂飛，漂移更快，像失控的感覺，而沒有加光流時反而漂移慢一些。可能是：

7.2.1 鏡頭安裝方向與程序里寫的方向不一致；

7.2.2 環(huán)境光線明暗變化比較大，比如有閃光燈；

7.2.3 光流鏡頭下地面上有大片的運動物體，比如在有風時的水面上；

7.2.4 程序中光流控制部分有些數(shù)據(jù)沒清零，比如起飛時與打搖桿后積分量沒清零；

7.3 飛機緩慢飄，方向隨機，但又比沒光流時要好，表現(xiàn)為無操作時，往一個方向飄后，還會往回飄。可能是地面環(huán)境紋理太差，比如純凈的木地板、水泥地面、反光大理石地面等，或者是環(huán)境光線太暗。

7.4 飛機開始時能夠正常懸停，懸停一段時間后開始震蕩，可能是：

7.4.1 氣壓計數(shù)據(jù)漂移很大，高度嚴重失真，導致光流數(shù)據(jù)與該高度相乘后輸出值變大，控制超調；

7.4.2 光流與加速度計有融合，可能是溫度變化比較大或飛機震動大，導致加速度計漂移嚴重；

7.5 飛機開始時能夠正常懸停，懸停一段時間后開始一直往一個方向漂移，可能是：

7.5.1 程序算法處理上光流的權重是動態(tài)的，某些原因導致懸停時間長后，光流權重減弱，無法抑制漂移；

7.5.2 姿態(tài)解算的歐拉角由于震動或溫度等出現(xiàn)較大誤差，時間久后飛機本身姿態(tài)傾斜，光流最大輸出后也補償不了該誤差；

7.6 飛機一開始就開始震蕩，可能是：

7.6.1 PID控制參數(shù)太大了；

7.6.2 濾波比較厲害，使得輸出數(shù)據(jù)有延時，造成低頻震蕩；

7.6.3 輸入數(shù)據(jù)不平滑，PID控制中又有D項，使得飛機高頻震蕩；

7.6.4飛機的性能變差，比如電機、槳葉磨損，震動大，使得輸入數(shù)據(jù)噪聲變大；

7.6.5光流旋轉補償沒有做好，尤其是數(shù)據(jù)同步與限幅。

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