Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据

远洋航空 · 发表于 2022-10-25 21:58:09

简述

   上周做的工作一半都是摸索如何使用mavros话题读取到Pixhawk飞控的IMU和GPS数据，分别体现于mavros发布的两个话题/mavros/imu/data和/mavros/local_position/pose。我们跑仿真想要读取这两个数据确定挺简单的，直接订阅这两个话题即可；但是真到了硬件读取数据，总会遇到各种各样的问题。此文前半部分介绍IMU数据的读取，后半部分介绍GPS数据的读取（差别其实不大，分开叙述更有条理）。
   几天的摸索浓缩为一篇文章，希望能够有更多的靓仔分享自己的经验，走过路过点个赞~
IMU数据 /imu/data

Tips：mavros发布的Imu数据主要有两个话题，/mavros/imu/data_raw和/mavros/imu/data。二者的区别在于，后者的数据中有px4自行生成的四元数数据，通过解算四元数数据我们可以获取到姿态角。只不过我的测试结果显示，imu解算得到的姿态角漂移很大。
   万事开头难，最近需要读取PixHawk2.4.8飞控的imu数据，用于cartographer的3D建图（把飞控当做IMU使用），结果连接上电脑一直没数据。也就是运行roslaunch mavros px4.launch之后，一直卡在 MAVROS started这里，如下图。

Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-1.jpg

最终成功获取到IMU数据的解决方案：引出飞控上的TELEM2端口，并通过USB转TTL模块连接电脑。我最开始一直是使用飞控的micro-USB端口连接电脑，但是穷尽各种方法也都未能成功获取IMU以及其他数据（探索出来一个奇怪的方式，后文叙述）。

Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-2.jpg

Pixhawk飞控上面有5个串口，分别为TELEM1、TELEM2、SERIAL4/5和micro-USB。其中TELEM1和TELEM2处的接线线序是相同的。一般而言，TELEM1连接数传模块，TELEM2连接外部计算机，而SERIAL 4/5则连接外部传感器。搭好飞机后，一般都通过micro-USB端口连接QGC进行传感器、遥控器校准、参数设置等操作（新版本的Pixhawk飞控是type-C端口）。所以，我选择TELEM2连接我的笔记本，并由此获取飞控的数据。当然，使用TELEM1和SERIAL4/5都是可以的。
1 硬件接线

我们需要将TELEM2端口通过USB转TTL连接到电脑，其接线如下图所示。TELEM2从上到下的线序为：GND、TXD、RXD、5V。GND往下的两根线不用接，更加详细的线序可以去参考官网的。

Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-3.jpg

2 QGC设置参数

我们不但需要连接好硬件，还需要通过micro-USB连接QGC并设置一下对应的参数。我这里使用TELEM2连接我的笔记本电脑，需要设置的参数如下（使用TELEM1需要的设置不同）。可以在Parameters界面搜索需要设置的参数，参数设置完成后，需要重启才能生效。点击Parameters界面右上角的Tools，然后选择最下面的&#34;Reboot Vehicle&#34;。对于一个新购买的飞控，我们需要先对其进行Sensors的校准之后，才能够搜索到下面的参数。此外，需要设置完参数MAV_1_CONFIG并reboot之后，才可以搜索到另外两个参数。

Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-4.jpg

MAV_1_CONFIG：配置可以运行mavlink的端口，需要将其配置为TELEM2。reboot后，可见后面两个参数。

SER_TEL2_BAUD：telem2的波特率，数值越大通信速率越快。默认为921600，但是如果你使用的USB转TTL的芯片为CH340，那么最大只能设置为115200，我上图中使用的便为CH340的串口芯片。其他的串口芯片或许可以支持921600，比如cp2102，试试就知道。

MAV_1_MODE：设置为Onboard即可，默认也为Onboard。

MAV_1_RATE参数不需要修改，让他默认为0即可。
3 运行mavros

首先将USB转TTL连接到自己的笔记本USB端口，然后我们需要确认一下设备的名称。使用micro-USB连接笔记本的USB端口，对应的设备名称和这里不一样，一般为ttyACMO。可以通过如下方式确认设备名：
# 将USB转TTL连接USB端口
ls /dev/
# 将USB转TTL拔掉
ls /dev/然后我们找不同就行了，如下图就可以发现我们这个设备名称为ttyUSB0。

Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-9.jpg

当然，其实我们是可以直接通过下面这个命令更方便的找到设备名的。如果检测不到类似名称的USB设备就会报错，如下图所示。
ls /dev/ttyUSB*
Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-10.jpg

得知我们的USB设备名称/dev/ttyUSB0之后，便可以运行mavros了。
# 给端口加权限（可以不加）
sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

# 启动launch文件后面的fcu_url很重要！
# fcu_url:=&#34;[设备名]:[波特率]&#34; 需要对应修改
# 使用ch340芯片的 USB转TTL 设置波特率 115200
roslaunch mavros px4.launch fcu_url:=&#34;/dev/ttyUSB0:115200&#34;
# 使用cp2102芯片的 UBS转TTL 设置波特率 921600
roslaunch mavros px4.launch fcu_url:=&#34;/dev/ttyUSB0:921600&#34;

# 如果不想每次都加一个 fcu_url 可以编辑一下 px4.launch文件
cd /opt/ros/melodic/share/mavros/launch
sudo gedit px4.launch

# 对应修改之后，就可以不用加 fcu_url了
roslaunch mavros px4.launch之后，如果你前面设置的参数和启动launch文件时加的参数一致，那就能够成功连接pixhawk飞控。

Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-11.jpg

此时，可以看看是否能够获取到IMU的数据。如果mavros卡在MAVROS started那里，是无法获取到IMU的数据的，经过rostopic list可以看见对应的话题。
rostopic echo /mavros/imu/data
Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-12.jpg

这里拓展一个小知识点。我们可以把前面运行的px4.launch放到launch文件中，如下：
<include file=&#34;$(find mavros)/launch/px4.launch&#34;>
</include>4 Micro-USB连接Ubuntu

   尽管尝试了很多的方法，最终还是未能直接通过micro-USB读取pixhawk飞控的IMU数据。不过依旧有一些内容值得记录一下。也方便后面对pixhawk飞控更加了解之后，得出相应的解决方案。如果通过micro-USB将飞控连接到Ubuntu，其设备名称默认为/dev/ttyACM0，可以使用前面提到的ls /dev/或者ls /dev/ttyACM*命令查询。QGC中暂未发现用于设置micro-USB的波特率等内容的参数，所以我尝试的内容主要就是围绕着运行mavros的那条指令。
# 围绕着这个
roslaunch mavros px4.launch fcu_url:=&#34;/dev/ttyACM0:[波特率]&#34;一个奇奇怪怪的，可以成功连接的方案为：先打开QGC连接上飞控，然后关闭QGC并运行roslaunch。之后基本上只要不动飞控连接到笔记本的USB端口，运行roslaunch都可以连接成功，并读取到IMU的数据。并且，波特率随便取，不管是设置为115200、921600还是57600都不影响连接。下面则是其他的一些尝试方案，最后都未成功（不借助QGC）。
1）修改fcu_url后面的波特率，115200、921600、57600都无效。
2）尝试修改启动的这个px4.launch文件：
cd /opt/ros/melodic/share/mavros/launch
sudo gedit px4.launch这个文件默认为下面的内容：
<launch>



<arg name=&#34;fcu_url&#34; default=&#34;/dev/ttyACM0:57600&#34; />
<arg name=&#34;gcs_url&#34; default=&#34;&#34; />
<arg name=&#34;tgt_system&#34; default=&#34;1&#34; />
<arg name=&#34;tgt_component&#34; default=&#34;1&#34; />
<arg name=&#34;log_output&#34; default=&#34;screen&#34; />
<arg name=&#34;fcu_protocol&#34; default=&#34;v2.0&#34; />
<arg name=&#34;respawn_mavros&#34; default=&#34;false&#34; />
<arg name=&#34;config_yaml&#34; default=&#34;$(find mavros)/launch/px4_config.yaml&#34; />

<include file=&#34;$(find mavros)/launch/node.launch&#34;>
      <arg name=&#34;pluginlists_yaml&#34; value=&#34;$(find mavros)/launch/px4_pluginlists.yaml&#34; />
      <arg name=&#34;config_yaml&#34; value=&#34;$(arg config_yaml)&#34; />

      <arg name=&#34;fcu_url&#34; value=&#34;$(arg fcu_url)&#34; />
      <arg name=&#34;gcs_url&#34; value=&#34;$(arg gcs_url)&#34; />
      <arg name=&#34;tgt_system&#34; value=&#34;$(arg tgt_system)&#34; />
      <arg name=&#34;tgt_component&#34; value=&#34;$(arg tgt_component)&#34; />
      <arg name=&#34;log_output&#34; value=&#34;$(arg log_output)&#34; />
      <arg name=&#34;fcu_protocol&#34; value=&#34;$(arg fcu_protocol)&#34; />
      <arg name=&#34;respawn_mavros&#34; default=&#34;$(arg respawn_mavros)&#34; />
</include>
</launch>按照网上的一些教程，新增了关于 hearbeat的参数设置，无效：
<launch>



<arg name=&#34;fcu_url&#34; default=&#34;/dev/ttyACM0:57600&#34; />
<arg name=&#34;gcs_url&#34; default=&#34;&#34; />
<arg name=&#34;tgt_system&#34; default=&#34;1&#34; />
<arg name=&#34;tgt_component&#34; default=&#34;1&#34; />
<arg name=&#34;log_output&#34; default=&#34;screen&#34; />
<arg name=&#34;fcu_protocol&#34; default=&#34;v2.0&#34; />
<arg name=&#34;respawn_mavros&#34; default=&#34;false&#34; />
<arg name=&#34;config_yaml&#34; default=&#34;$(find mavros)/launch/px4_config.yaml&#34; />

<include file=&#34;$(find mavros)/launch/node.launch&#34;>
      <arg name=&#34;pluginlists_yaml&#34; value=&#34;$(find mavros)/launch/px4_pluginlists.yaml&#34; />
      <arg name=&#34;config_yaml&#34; value=&#34;$(arg config_yaml)&#34; />

      <arg name=&#34;fcu_url&#34; value=&#34;$(arg fcu_url)&#34; />
      <arg name=&#34;gcs_url&#34; value=&#34;$(arg gcs_url)&#34; />
      <arg name=&#34;tgt_system&#34; value=&#34;$(arg tgt_system)&#34; />
      <arg name=&#34;tgt_component&#34; value=&#34;$(arg tgt_component)&#34; />
      <arg name=&#34;log_output&#34; value=&#34;$(arg log_output)&#34; />
      <arg name=&#34;fcu_protocol&#34; value=&#34;$(arg fcu_protocol)&#34; />
      <arg name=&#34;respawn_mavros&#34; default=&#34;$(arg respawn_mavros)&#34; />

      
      <param name=&#34;conn_heartbeat&#34; value=&#34;5.0&#34; />
      <param name=&#34;conn_timeout&#34; value=&#34;5.0&#34; />
      
      <param name=&#34;startup_px4_usb_quirk&#34; value=&#34;true&#34; />
      <param name=&#34;mocap/use_tf&#34; value=&#34;true&#34;/>
      <param name=&#34;mocap/use_pose&#34; value=&#34;false&#34;/>
</include>
</launch>3）更改相同路径下的px4_config.yaml，将其中的heartbeat_rate修改为10，也还是无效。
5 提高IMU数据发布频率

参考：https://blog.csdn.net/sinat_16643223/article/details/114698028
有两个imu数据，/mavros/imu/data_raw和/mavros/imu/data，前者没有orientation数据，后者有。
# 查看话题的发布频率
rostopic hz /mavros/imu/data_raw

# 调整发布频率 /mavros/imu/data_raw  100hz
rosrun mavros mavcmd long 511 105 10000 0 0 0 0 0

# 调整发布频率 /mavros/imu/data 100hz
rosrun mavros mavcmd long 511 31 10000 0 0 0 0 0
Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-13.jpg

GPS数据 /local_position/pose

Tips：mavro中发布的global_postion和local_positon等相关的话题的数据，都是通过融合GPS数据获取得到的，所以获取到GPS数据是很重要的一步，最好去空旷的室外。其中的/mavros/local_position/pose发布的数据为以GPS上电时刻为原点而建立的NED坐标系的位置数据和四元数数据。(这里不对NED坐标系进行介绍)
只要能够成功建立与PX4飞控的连接，我们就可以获取到mavros发布的关于imu的数据，但是却不一定能够获取到/mavros/local_position/pose以及其他相关话题的数据。正如前面所说的，我们需要获取到GPS信号才可以，为此我们需要带着飞控和GPS到比较空旷的室外。然后，我们通过micro-USB将飞控连接QGC，多等一会。等到左上角搜索到的卫星数目大于等于6之后，便可以关闭QGC，然后尝试运行px4.launch文件，看看能否获取到数据，即rostopic echo /mavros/local_position/pose。要点就一个，到空旷的室外等！

Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-14.jpg

一般情况下，就算卫星数目大于6他也不一定能获取到gps数据，需要多等一会。我这几天每次获取到GPS数据，都等了一二十分钟以上。如果开着QGC，运行px4.launch会直接报错的。但是同时，千万不能让pixhawk飞控和PX4断电，不然他又得重新搜索卫星。为此，建议将micro-USB和telem2引出的USBtoTTL都连接到电脑的USB，或者采用电池一直给飞控供电。或者直接买一个USB拓展，实现USB端口自由！像下面这种分线器，都是免驱的。不太建议买那种USB+网口的，那种Ubuntu不一定能用，当时问了好多家都说不能用或者让我自己试试。
此外，还有两个参数可以看一下是否设置正确（默认应该都是一样的）：

EKF2_AID_MASK：勾选使用GPS，&#34;use GPS&#34;
EKF2_GPS_CHECK：如下图勾选。

如果等来等去还是没有获取到rostopic echo /mavros/local_position/pose的数据，怎么办？换一个飞控试试。我之前便是使用新买的飞控，虽然读取到了imu数据，但是死活获取不到GPS数据，无奈之下换了一个飞控就可以了。当时那个飞控每次连接上QGC、刷完固件都会有个报错，不知道是不是这个原因导致不能获取到GPS数据。这个报错如下，网上搜来搜去都没有找到相关的解决方案。
最近又测试了一下，发现下面这个报错的原因是由飞控上插的TF卡导致的，只需要取下TF卡或者将TF卡格式化，之后再烧录一下固件就没有这个报错了。

Ubuntu读取PixHawk硬件的IMU&GPS数据-16.jpg

cnlcncn · 发表于 2022-10-25 22:04:09

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