1、载荷挂载基础：无人机载荷类型概述

大家好，我是老张。干无人机飞控这行十几年了，今天咱们聊聊载荷挂载这个事儿。说实话，很多新手甚至一些老飞手，都觉得挂个载荷不就是拧几个螺丝、插几根线吗？其实没那么简单。载荷挂上去，飞机的重心变了、惯量变了、气动外形也变了，飞控如果不做相应调整，轻则飞不稳，重则炸机。

所以这第一节课，我们先打好基础。搞清楚无人机到底能挂什么、怎么挂、怎么连。这些搞明白了，后面讲飞控调参才有意义。

1.1 常见的无人机载荷类型

我这些年经手的项目，载荷种类少说也有几十种。但归纳起来，无非是以下几大类。我挑几个典型的说说。

光电吊舱

这个大家最熟悉。安防、巡检、搜救，基本都靠它。光电吊舱集成了可见光相机和红外热成像，有的还带激光测距。我印象最深的是有一次在山区做搜救测试，大雾天可见光啥也看不见，全靠红外找到了目标。嗯，从那以后我对光电吊舱的稳定性要求就特别高。

光电吊舱对飞控的影响主要在两方面：一是重量大，通常1-5公斤，重心变化明显；二是它内部有伺服电机，转动时会产生反作用力矩，飞控得能补偿这个扰动。

多光谱相机

农业植保、环境监测用得最多。多光谱相机能拍几个特定波段的光，比如近红外、红边等，用来分析植被健康度。我建议大家在挂多光谱相机时，一定要注意它的触发方式。很多相机需要飞控给一个PWM信号或者串口指令才能拍照，不是通电就能自动拍的。

激光雷达

LiDAR，测绘和自动驾驶领域的宠儿。激光雷达重，功耗也大。我记得有个项目，客户非要挂一个32线的激光雷达，结果飞机续航直接从40分钟掉到18分钟。所以挂LiDAR之前，一定要算好功率预算。

另外，激光雷达的数据量非常大，通常走以太网口。飞控如果要做实时建图，那算力得跟上。不然飞控光处理雷达数据就卡死了，还怎么控飞机？

倾斜摄影相机

做三维建模用的。一个相机里集成了5个甚至更多镜头，同时拍不同角度的照片。这种载荷最大的问题是——重。而且它通常需要飞控在特定位置触发拍照，对飞控的航线规划能力要求高。

气体检测仪

化工厂巡检、环保执法常用。气体检测仪一般比较轻，几百克。但它有个坑：很多气体传感器需要预热时间，有的长达几分钟。你想想看，飞机都起飞了，传感器还没准备好，那这趟飞行就白费了。所以我一般建议，在地面通电后先等传感器预热完成，再解锁起飞。

喊话器与投掷器

这两个放在一起说，因为它们都是「动作型」载荷。喊话器用于应急广播，投掷器用于投放救生圈、灭火弹等。它们对飞控的影响主要是瞬间的负载变化。投掷器一扔东西，飞机重量突然减轻，飞控如果不及时补偿，飞机会猛地抬头。我曾经遇到过投掷后飞机差点翻过去的情况，后来在飞控里加了前馈补偿才解决。

载荷类型	典型重量	主要接口	对飞控的主要影响
光电吊舱	1-5 kg	PWM、串口、以太网	重心变化、伺服反作用力矩
多光谱相机	0.3-1 kg	PWM、串口	触发时序要求高
激光雷达	1-3 kg	以太网、串口	功耗大、数据量大
倾斜摄影相机	2-6 kg	PWM、串口	重量大、航线规划复杂
气体检测仪	0.2-0.8 kg	串口、I2C	预热时间、数据延迟
喊话器/投掷器	0.5-3 kg	PWM	瞬间负载变化

1.2 载荷挂载方式

挂载方式这事儿，说白了就是怎么把载荷固定在飞机上。别小看这一步，挂得不好，飞控再怎么调也没用。

硬挂载

硬挂载就是载荷直接刚性固定在机身上。比如用螺丝把光电吊舱底座拧在飞机底板上。优点是结构简单、刚度好。缺点是——没有减震。我见过一个项目，客户用硬挂载挂了个高精度IMU，结果飞机一震动，IMU数据全废了。所以硬挂载只适合本身抗振的载荷，或者飞机振动很小的场合。

软挂载

软挂载就是在载荷和机身之间加了减震材料，比如橡胶球、减震板、甚至弹簧。多光谱相机、激光雷达这些对振动敏感的载荷，我建议都用软挂载。但软挂载也有问题：减震材料会老化，用久了弹性变差。我曾经遇到过一架飞机，飞了半年后减震球老化了，相机拍出来的照片全是模糊的。所以软挂载要定期检查，该换就换。

快拆接口

快拆接口是最近几年流行起来的。说白了就是设计一个标准接口，几秒钟就能换一个载荷。比如大疆的SkyPort就是典型的快拆。快拆接口的好处是方便，但电气连接的可靠性是个隐患。我建议大家在用快拆时，一定要检查触点有没有氧化、有没有松动。不然飞着飞着供电断了，那可不是闹着玩的。

1.3 载荷与飞控的电气连接

电气连接是很多人的盲区。总觉得线接上就行，其实不然。供电、数据通信、PWM控制，这三样搞不清楚，飞控和载荷就没法好好配合。

供电

载荷的供电一般有两种方式：直接从飞控的电源模块取电，或者用独立的电池。我建议，功耗超过10W的载荷，最好用独立电池。为什么？因为飞控的电源模块通常只设计了给飞控本身和几个小外设供电，你挂个大功率激光雷达上去，电压一掉，飞控自己先重启了。

另外，供电的滤波也很重要。电机转动时会产生很大的电磁干扰，如果载荷的电源线没有滤波，干扰会串进去。我见过多光谱相机因为电源干扰，拍出来的照片有条纹。后来加了LC滤波电路才解决。

数据通信

载荷和飞控之间怎么通信？常见的有串口（UART）、I2C、SPI、CAN、以太网。串口最简单，但速度慢。以太网速度快，但需要飞控有网口。我个人的经验是：能用串口就用串口，简单可靠。只有激光雷达这种数据量大的，才不得不用以太网。

这里有个坑：串口的波特率要匹配。飞控和载荷的波特率必须设成一样，不然数据全是乱码。我曾经调试一个气体检测仪，折腾了半天才发现是波特率设错了。嗯，这种低级错误，犯过一次就记住了。

PWM控制

很多载荷需要PWM信号来控制，比如触发拍照、控制云台角度、投掷器释放等。飞控一般都有多个PWM输出通道。但要注意，PWM的频率和脉宽范围，载荷和飞控要匹配。有的载荷要求50Hz的PWM，有的要求400Hz。脉宽范围也不一样，有的是1000-2000us，有的是500-2500us。不匹配的话，载荷要么不工作，要么乱动。

好了，这一章的内容就到这里。载荷挂载看起来是基础，但基础不牢，后面全是坑。下一章我们讲载荷挂载后，飞控的数学模型会怎么变。说白了，就是飞机挂上东西后，它的动力学特性会变成什么样。到时候我会用公式和代码给大家讲清楚。

有什么问题，欢迎在课后交流。我是老张，咱们下节课见。