线缆与布线

概述

本文是PX4开源自动驾驶系统官方指南中关于硬件设置的重要组成部分。正确的线缆布线对于避免电磁干扰（EMI）导致的飞行问题（如飞控、抽水马桶效应、控制异常）至关重要。

核心设计原则

原则	说明
分离布线	高功率线路（如电池到电调）和信号线路（如I2C, UART）应尽可能物理分离，以最大限度减少干扰。
长度最小化	线缆长度应以方便连接和留有适当余量为准，不应过长。禁止为了整齐而绕制大线圈，这会形成天线效应。
适当张力	线束应固定良好，能承受机架形变甚至坠撞的应力，而不能先于其他部件断裂。
速率与长度权衡	对于数字信号（如UART），在不需要高数据速率时，降低波特率可以增强抗干扰能力，并允许使用更长的线缆。

信号线布线规范

I2C总线

用于连接传感器（如空速计）。

颜色代码：

信号	Pixhawk 颜色	ThunderFly 颜色	CUAV 颜色 (I2C/CAN)
+5V
SCL	Black		White
SDA	Black
GND	Black	Black	Black

关键实践：

• 双绞线 (Twisted Pairs)： 强烈建议将 SCL 与 +5V 绞合，SDA 与 GND 绞合，以显著抑制串扰和EMI。
  • 推荐绞合密度：每30厘米电缆长度，每对线绞合10次。每30厘米再将两对线一起绞合4次。
• 上拉电阻 (Pull-up Resistors)： 必须在总线的两端安装上拉电阻（通常飞控上已有）。使用示波器检查，信号波形应清晰、陡峭（矩形方波），幅度为几伏特。波形圆滑说明电阻值过高，幅度过低说明电阻值过低。

UAVCAN总线

用于连接分布式设备（如CAN电调、GPS）。

颜色代码：

信号	Pixhawk 颜色	ThunderFly 颜色	Zubax 颜色	CUAV 颜色 (I2C/CAN)
+5V
CAN_H	Black	White	White	White
CAN_L	Black
GND	Black	Black	Black	Black

关键实践：

• 双绞线 (Twisted Pairs)： 建议将 GND 和 +5V 绞合，CAN_L 和 CAN_H （差分信号对）绞合。
  • 推荐绞合密度：每30厘米电缆长度，每对线绞合10次。每30厘米再将两对线一起绞合4次。

UART

用于连接数传电台、机载计算机等。

颜色代码：

信号	Pixhawk 颜色	ThunderFly 颜色
+5V
TX	Black	White
RX	Black
CTS	Black
RTS	Black
GND	Black	Black

关键说明：

• UART线缆是直通线，设备的交叉（RX接TX）应在设备内部完成。
• UART是低频EMI的常见来源，因此长度应尽可能短，且不需要绞合。
• CTS和RTS（硬件流控）信号如果设备不支持，可以不接。

模拟信号 (电源模块)

用于连接电源模块（PM）的电流和电压检测。

颜色代码：

信号	Pixhawk 颜色	ThunderFly 颜色	CUAV 颜色
VCC
Current	Black	White	White
Voltage	Black
GND	Black	Black	Black
GND	Black	Black	Black

注意： 此接口混合了高功率和低电平模拟信号，布线设计上难以完美避免对模拟量读取的噪声干扰。

高功率线路布线规范

• 核心要求：线径（截面积）。必须根据电流选择足够粗的线材。通用标准是：每8安培电流需要 1 mm² 的截面积。
• EMI管理：高功率线路是磁力计的主要干扰源，必须与导航磁罗盘保持足够大的物理距离。
• 布线技巧：虽然实践中较难实现，但将正极（+）和负极（-）电源线绞合在一起是有益的。
• 颜色代码'：通常'代表正极（VCC），Black（黑色）代表地（GND）。

线缆颜色编码规范

大多数制造商使用红色表示高压线，黑色表示地线。以下是一套旨在简化组装和维修的颜色编码最佳实践规则（由ThunderFly提出）：

颜色	首选用途
	电源正极 (Power voltage, VCC)
	通用信号 (General purpose signal)
White	通用信号 (General purpose signal)
	通用信号 (General purpose signal)
	电源回流、开集电极控制信号 (Power return, Open-collector control signal)
Black	地、电源回流 (GND, Power return ground)

规则：

1. 红色和黑色专用于电源。
2. 相同类型的信号使用相同颜色。
3. 同一连接器内相邻线的颜色不应重复。
4. 相同引脚数量的线束应有独特的颜色序列（便于通过照片识别线缆类型）。

参见

• PX4 Flight Controller Orientation - 飞控安装方向
• Vibration Isolation - 振动隔离
• Compass Calibration - 罗盘校准
• PX4 Power Modules - 电源模块

参考

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