MAVLink基础：消息结构、心跳包与常用消息集
各位好，欢迎来到第二章。这一章我们聊聊MAVLink——说白了，它就是飞控和地面站之间的“通用语言”。没有它，你调参再牛，数据也传不上来。
我记得刚入行那会儿，第一次用Mission Planner连飞控，看到一堆十六进制数在串口里跳，完全不知道它们在说什么。后来才明白，MAVLink其实没那么玄乎，它就是一套结构化的消息协议。
2.1 消息结构：一帧数据长什么样？
MAVLink的消息帧，就像一封信。信封上有收件人地址、发件人签名，里面才是真正的数据。我习惯把它的结构拆成三部分来看：
- 帧头（Header）：固定以
0xFE（MAVLink 1.0）或0xFD（MAVLink 2.0）开头。后面跟着消息长度、序列号、系统ID、组件ID。 - 有效载荷（Payload）：真正的数据区。比如姿态数据、GPS坐标，都塞在这里。
- 校验（Checksum）：CRC16校验，确保数据在传输过程中没被篡改。
你想想看，如果帧头错了，地面站根本不知道这包数据该给谁。如果校验错了，数据再漂亮也是废的。
核心要点：MAVLink 1.0 帧最小8字节，最大263字节。有效载荷最长255字节。实际项目中，大部分消息都在30字节以内。
下面是我常用的一张消息结构图，帮你把帧格式理清楚：
2.2 心跳包：飞控的“我还活着”信号
心跳包（HEARTBEAT，消息ID #0）是MAVLink里最重要的消息，没有之一。飞控每隔1秒发一次，告诉地面站：我还活着，我的状态是啥。
我曾经在调试一架六旋翼时，地面站突然收不到心跳了。当时第一反应不是查飞控，而是查串口线——果然，USB转串口模块松了。嗯，心跳包就是你的“生命线”。
实战技巧：地面站如果连续3秒没收到心跳，就应该触发“连接丢失”报警。我一般把超时阈值设在5秒，避免偶尔丢包导致误报。
心跳包的核心字段如下：
| 字段名 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
type |
uint8_t | 飞控类型（如MAV_TYPE_QUADROTOR = 2） |
autopilot |
uint8_t | 自驾仪类型（如MAV_AUTOPILOT_ARDUPILOTMEGA = 3） |
base_mode |
uint8_t | 位掩码，表示是否已解锁、是否在自动模式等 |
custom_mode |
uint32_t | 自定义模式（如Loiter、RTL、Stabilize） |
system_status |
uint8_t | 系统状态（如MAV_STATE_STANDBY = 3） |
举个例子，如果你看到 base_mode 的 bit 0 为 1，说明飞控已解锁。bit 2 为 1，说明在自动模式。这些位掩码，我建议你背下来，调试时非常有用。
2.3 常用消息集：姿态、IMU、GPS
调参时，你盯着最多的就是这三个消息。我一个个说。
2.3.1 ATTITUDE（消息ID #30）
这个消息告诉你飞机当前的三轴姿态：横滚（roll）、俯仰（pitch）、偏航（yaw），单位是弧度。还附带角速度。
我记得有一次，飞机在空中突然横滚角跳到 90 度，但IMU数据正常。后来发现是姿态解算的协方差矩阵没更新——说白了，就是滤波器“卡住”了。ATTITUDE 消息里的角速度数据，就是用来诊断这类问题的。
ATTITUDE 消息结构：
uint32_t time_boot_ms // 系统启动时间（毫秒）
float roll // 横滚角（弧度）
float pitch // 俯仰角（弧度）
float yaw // 偏航角（弧度）
float rollspeed // 横滚角速度（弧度/秒）
float pitchspeed // 俯仰角速度（弧度/秒）
float yawspeed // 偏航角速度（弧度/秒）2.3.2 IMU（消息ID #27，RAW_IMU）
IMU 消息直接输出加速度计、陀螺仪、磁力计的原始值。注意，是原始值，不是经过滤波的。
我一般用这个消息来检查传感器是否“饱和”。比如加速度计如果超过 ±16g，说明飞机可能已经失控了。陀螺仪如果超过 ±2000°/s，嗯，那飞机大概率在自旋。
| 字段 | 单位 | 典型范围 | 说明 |
|---|---|---|---|
xacc / yacc / zacc |
mG | ±16000 | 加速度计原始值（1G = 1000 mG） |
xgyro / ygyro / zgyro |
mrad/s | ±2000000 | 陀螺仪原始值（1°/s ≈ 17453 mrad/s） |
xmag / ymag / zmag |
mGauss | ±8000 | 磁力计原始值 |
避坑指南：我曾经在调试时发现IMU数据跳变，以为是传感器坏了。后来发现是USB线缆的电磁干扰。所以，用MAVLink看IMU数据时，尽量用无线数传，别用USB线。
2.3.3 GPS_RAW_INT（消息ID #24）
这个消息输出GPS的原始数据，包括经纬度、海拔、地面速度、航向角等。注意，经纬度是 int32_t 类型，单位是 1e-7 度。也就是说，你需要除以 10,000,000 才能得到常规的度数。
举个例子，如果 lat 是 373800000，那实际纬度就是 37.38°。我刚开始做飞控时，忘了这个换算，结果飞机定位偏了半个中国——嗯，那画面太美不敢看。
实用换算：
- 纬度 =
lat/ 1e7 - 经度 =
lon/ 1e7 - 海拔 =
alt/ 1000（单位：米） - 地面速度 =
vel/ 100（单位：m/s）
2.4 消息流与实时监控
在实际调参时，你不会只看一条消息。地面站会同时接收心跳、姿态、IMU、GPS等多条消息。我习惯把消息流画成下面这张图：
你想想看，如果地面站同时收到这些消息，你就能实时看到飞机的姿态变化、传感器原始值、GPS定位精度。调参时，我一般把ATTITUDE和RAW_IMU放在同一个图表里，对比看——如果姿态变化了但IMU没变，那肯定是姿态解算出了问题。