开源自制的6通道航模遥控器(二)-Arduino接收机增加SBUS输出

前言

前几天开源了自制的6通道航模遥控器（开源自制的6通道航模遥控器，超简单不超过100行代码），受到许多粉丝的关注，美中不足的是只实现了6个通道的PWM输出，没有SBUS输出，接线太复杂。经过一段时间的查阅资料和开发，终于实现了SBUS输出，这样就可以用三根线实现16个伺服通道和2个数字通道的输出了！

1. 新增元件

1k电阻一个，10k电阻一个，SS8050三极管一个(贴片体积更小)

2. 电路连接

原理图如下，基本和之前的原理图相同，只是加上了SBUS的取反电路。

如果使用Arduino UNO或者NANO开发板，请将原理图中的11脚和12脚调换位置，因为UNO和NANO的11和12正好与PRO MINI相反！

元件连接图如下：

3. 软件部分

SBUS协议使用波特率为100000、8个数据位，偶数奇偶校验位和2个停止位的反向串行逻辑。SBUS数据包的长度为25个字节，包括：
字节[0]：SBUS头，0x0F
字节[1-22]：16个伺服通道，每个伺服通道采用11位编码
字节[23]：
位7：数字通道17（0x80）
位6：数字通道18（0x40）
位5：丢帧（0x20）
位4：用来激活故障安全（0x10）
位0-3：n/a
字节[24]：SBUS结束字节，0x00

S.Bus协议通过硬件电路取反，如果没有反相电路，Arduino将无法直接与其他SBUS设备通信。F1和F4飞控根本没有内置反相器，因此任何UART都可以直接使用；对于F3和F7飞控，INAV / Betaflight固件可以禁用软件中的反相。
程序中采用“ FASSTest 18CH”协议的Futaba S.Bus 编码16个RC通道和2个数字通道（ON / OFF）。

SBUS的每个RC通道值映射为：
-100％= 173（相当于PWM伺服信号中的1000）
0％= 992（相当于PWM伺服信号中的1500）
100％= 1811（相当于PMW伺服信号中的2000）

Arduino的串行端口必须配置为100000bps, SERIAL_8E2（8个数据位，偶校验，2个停止位）。

/* ArduinoProMini-6通道接收机+SBUS输出*     by Bilibili 蔡子CaiZi* 参考链接https://quadmeup.com/generate-s-bus-with-arduino-in-a-simple-way
S.Bus用11位编码每个RC通道
在内部，通道值映射为：
-100％= 173（相当于PWM伺服信号中的1000）
0％= 992（相当于PWM伺服信号中的1500）
100％= 1811（相当于PMW伺服信号中的2000）
串行端口必须配置为100000bps SERIAL_8E2（8位，偶数，2个停止位）
故障安全状态通过单个标志字节传输
一个S.Bus数据包占用25个字节
每9ms发送一帧（FASSTest 18CH模式）
*/
#define RC_CHANNEL_MIN 1000
#define RC_CHANNEL_MAX 2000
#define SBUS_MIN_OFFSET 173
#define SBUS_MID_OFFSET 992
#define SBUS_MAX_OFFSET 1811
#define SBUS_CHANNEL_NUMBER 16
#define SBUS_PACKET_LENGTH 25
#define SBUS_FRAME_HEADER 0x0f
#define SBUS_FRAME_FOOTER 0x00
#define SBUS_FRAME_FOOTER_V2 0x04
#define SBUS_STATE_FAILSAFE 0x08
#define SBUS_STATE_SIGNALLOSS 0x04
#define SBUS_UPDATE_RATE 4 //ms#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h> // 安装RF24库
#include <RF24.h>
#include <Servo.h>
Servo ch1;
Servo ch2;
Servo ch3;
Servo ch4;
Servo ch5;
Servo ch6;
struct Signal {    byte roll;byte pitch;byte throttle;  byte yaw;byte gyr;byte pit;
};
Signal data; // 定义一个结构体，用来存储信号
const uint64_t pipeIn = 0xBBBBBBBBB; // 与发射端地址相同
RF24 radio(7, 8);     // SPI通信，引脚对应关系：CE ->7,CSN ->8
void ResetData()
{data.roll = 127;    // 横滚通道中心点（254/2 = 127）data.pitch = 127;   // 俯仰通道data.throttle = 0;  // 信号丢失时，关闭油门data.yaw = 127;     // 航向通道data.gyr = 0;       //第五通道data.pit = 0;       //第六通道
}
void sbusPreparePacket(uint8_t packet[], int channels[], bool isSignalLoss, bool isFailsafe){static int output[SBUS_CHANNEL_NUMBER] = {0};//这里一定要16个元素的数组，不然其他通道会干扰/*将chanel值1000-2000映射到SBUS协议的173-1811*/for (uint8_t i = 0; i < SBUS_CHANNEL_NUMBER; i++) {output[i] = map(channels[i], RC_CHANNEL_MIN, RC_CHANNEL_MAX, SBUS_MIN_OFFSET, SBUS_MAX_OFFSET);}uint8_t stateByte = 0x00;if (isSignalLoss) {stateByte |= SBUS_STATE_SIGNALLOSS; // 丢失信号标志}if (isFailsafe) {stateByte |= SBUS_STATE_FAILSAFE;   // 激活故障安全标志}packet[0] = SBUS_FRAME_HEADER; //SBUS头，0x0Fpacket[1] = (uint8_t) (output[0] & 0x07FF);packet[2] = (uint8_t) ((output[0] & 0x07FF)>>8 | (output[1] & 0x07FF)<<3);packet[3] = (uint8_t) ((output[1] & 0x07FF)>>5 | (output[2] & 0x07FF)<<6);packet[4] = (uint8_t) ((output[2] & 0x07FF)>>2);packet[5] = (uint8_t) ((output[2] & 0x07FF)>>10 | (output[3] & 0x07FF)<<1);packet[6] = (uint8_t) ((output[3] & 0x07FF)>>7 | (output[4] & 0x07FF)<<4);packet[7] = (uint8_t) ((output[4] & 0x07FF)>>4 | (output[5] & 0x07FF)<<7);packet[8] = (uint8_t) ((output[5] & 0x07FF)>>1);packet[9] = (uint8_t) ((output[5] & 0x07FF)>>9 | (output[6] & 0x07FF)<<2);packet[10] = (uint8_t) ((output[6] & 0x07FF)>>6 | (output[7] & 0x07FF)<<5);packet[11] = (uint8_t) ((output[7] & 0x07FF)>>3);packet[12] = (uint8_t) ((output[8] & 0x07FF));packet[13] = (uint8_t) ((output[8] & 0x07FF)>>8 | (output[9] & 0x07FF)<<3);packet[14] = (uint8_t) ((output[9] & 0x07FF)>>5 | (output[10] & 0x07FF)<<6);  packet[15] = (uint8_t) ((output[10] & 0x07FF)>>2);packet[16] = (uint8_t) ((output[10] & 0x07FF)>>10 | (output[11] & 0x07FF)<<1);packet[17] = (uint8_t) ((output[11] & 0x07FF)>>7 | (output[12] & 0x07FF)<<4);packet[18] = (uint8_t) ((output[12] & 0x07FF)>>4 | (output[13] & 0x07FF)<<7);packet[19] = (uint8_t) ((output[13] & 0x07FF)>>1);packet[20] = (uint8_t) ((output[13] & 0x07FF)>>9 | (output[14] & 0x07FF)<<2);packet[21] = (uint8_t) ((output[14] & 0x07FF)>>6 | (output[15] & 0x07FF)<<5);packet[22] = (uint8_t) ((output[15] & 0x07FF)>>3);packet[23] = stateByte;         // 标志位packet[24] = SBUS_FRAME_FOOTER; // SBUS结束字节
}uint8_t sbusPacket[SBUS_PACKET_LENGTH];// 25个字节的数据包
int rcChannels[SBUS_CHANNEL_NUMBER];   // 6通道信号，可以增加
uint32_t sbusTime = 0;
bool signalLoss = false;  // true时表示丢失信号void setup() {//设置PWM信号输出引脚ch1.attach(2);ch2.attach(3);ch3.attach(4);ch4.attach(5);ch5.attach(6);ch6.attach(9);//配置NRF24L01模块ResetData();radio.begin();radio.openReadingPipe(1,pipeIn); // 与发射端地址相同radio.startListening(); // 接收模式pinMode(10,OUTPUT);     // LED推挽输出digitalWrite(10,HIGH);Serial.begin(100000, SERIAL_8E2); // 将串口波特率设为100000，数据位8，偶校验，停止位2
}
unsigned long lastRecvTime = 0;
void recvData()
{while ( radio.available() ) {radio.read(&data, sizeof(Signal)); // 接收数据lastRecvTime = millis();           // 当前时间ms}
}
void loop() {recvData();unsigned long now = millis();if ( now - lastRecvTime > 1000 ) {ResetData(); // 两次接收超过1s表示失去信号，输出reset值signalLoss = true;
//    Serial.print("无信号");digitalWrite(10,HIGH);}else{digitalWrite(10,LOW);}rcChannels[0] = map(data.roll,     0, 255, 1000, 2000);// 将0~255映射到1000~2000，即(1ms~2ms)/20ms的PWM输出rcChannels[1] = map(data.pitch,    0, 255, 1000, 2000);rcChannels[2] = map(data.throttle, 0, 255, 1000, 2000);rcChannels[3] = map(data.yaw,      0, 255, 1000, 2000);rcChannels[4] = map(data.gyr,      0, 255, 1000, 2000);rcChannels[5] = map(data.pit,      0, 255, 1000, 2000);for (uint8_t i = 6; i < 16; i++) {rcChannels[i] = 1500;}//未用到的通道全部置中uint32_t currentMillis = millis();if (currentMillis > sbusTime) {sbusPreparePacket(sbusPacket, rcChannels, signalLoss, false); // 6通道数值转换为SBUS数据包Serial.write(sbusPacket, SBUS_PACKET_LENGTH); // 将SBUS数据包通过串口TX0输出sbusTime = currentMillis + SBUS_UPDATE_RATE;}ch1.writeMicroseconds(rcChannels[0]);//写入us值，PWM输出ch2.writeMicroseconds(rcChannels[1]);ch3.writeMicroseconds(rcChannels[2]);ch4.writeMicroseconds(rcChannels[3]);ch5.writeMicroseconds(rcChannels[4]);ch6.writeMicroseconds(rcChannels[5]);
}

4. 实现效果

笔者将Arduino接收机连接F3飞控，已经可以在betaflight-configurator软件中看到接收到信号了。

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[DIY] 开源自制的航模遥控器(二)-接收机增加SBUS输出，最大支持18通道！

参考链接

Generate S.Bus with Arduino in a simple way | QuadMeUp