把树莓派当作无人机的数传和图传

macheng0824

使用树莓派作为数传和图传，把飞控的遥测(Mavlink)数据和摄像头视频通过WIFI网络转送到远端的地面站。这种应用方式是基于Rpanion-server软件实现的。Rpanion-server是一款开源软件，可以安装在任何具有Linux（或者基于Linux开发的操作系统，如Ubuntu，raspberry）操作系统的电脑上，它提供了一个基于Web的界面，在界面上可以配置树莓派网络、遥测路由参数、摄像头视频参数和从连接的飞行控制器进行日志记录。在树莓派上安装了这个软件之后，你可以在地面用电脑去连接树莓派的WIFI网络，从而去获取无人机的遥测信息，并控制飞机起降，航线规划等；还可以查看无人机上摄像头的视频。Rpanion-server的逻辑拓扑结构如下图：

硬件准备

（1）树莓派3或4，Pi2可能也可以,手头没有，没试过。
（2）树莓派CSI摄像头
（3）USB读卡器
（4）Pixhawk系列飞控一套，目前最新的型号是FMUV6X,这里用Pixhawk4-Mini来举例。
（5）电脑

软件准备

（1）集成Rpanion-server软件的树莓派操作系统镜像，下载地址如下：
https://github.com/stephendade/Rpanion-server/releases/download/v0.7.0/Rpanion-Server-0.7.0-RasPiOS.img.xz
有志于研究的读者，可以从GitHub下载源码，在树莓派上编译安装。
（2）镜像烧写软件Balena etcher, 下载地址如下：
https://www.balena.io/etcher/
（3）gstreamer-1.0-msvc-x86_64-1.18.4，一个创建流媒体应用程序的插件，想要在地面站上显示摄像头视频，需在运行地面站的电脑上安装此插件。无人机端的树莓派镜像已包含此插件，不需用户自己安装。
（4）QgroundControl地面站软件Rpanion-server的安装和设置

（1）准备一张8G MicroSD卡，通过读卡器接到电脑；
（2）安装并打开Balena etcher，点击“Flash from file”选择之前下载的树莓派操作系统镜像，烧写设备(Select target)选择接入的8G卡，点击“Flash”开始烧写；

（3）等待烧写完成后，把卡插入树莓派，接USB TypeC线上电，等待1~2分钟，树莓将启动完毕。你可以通过树莓派的MicroHDMI接口连接一个显示器来看是否启动完成。如果正常启动，你会在显示器上可以看到系统启动到登录界面，如下图：

（4）在电脑上搜索WIFI，你会看到一个SSID为rpanion的网络，密码为rpanion123。

（5）连上它之后在浏览器访问http://10.0.2.100:3000地址，你将登录到Rpanion-server的设置页面。

（6）点击Flight Logs页面，设置树莓派如何处理飞控发出的遥测数据。Telemetry Logs是记录全部遥测数据，Bin Logs是只记录飞行日志，飞行日志包含在遥测数据包里面，默认就自动记录。如果你希望在树莓派上把全部遥测数据存下来，可以勾选Enable Telemetry Logging，在File Name那一栏将看到记录的日志文件。

（7）点击Flight Controller页面，设置树莓派串口的参数，从而能够正确接收飞控发出的遥测数据。
Serial Device指定树莓派的串口号，当前版本镜像只支持serial0一个串口；
Baud Rate设置串口波特率，尽量选择921600，速率越高连接速度越快；
MAVLink Version选择2.0，除了非常老版本固件的飞控，这两年的版本几乎全部都已经支持到2.0了；MAVLink dialect选Ardupilot；
UDP Outputs这里要新增加一个连接，用于地面站和树莓派的互联。点击Add,在弹出的窗口输入“运行QGroundControl地面站”的电脑的IP地址（电脑连接树莓派网络后，在命令行窗口用ipconfig可获得IP地址），端口号固定14550。




设置好了之后点击Start Telemetry即开始遥测数据的记录和转发。需注意的是，这些设置会保存在SD卡上，下次上电启动会自动运行，不需要再次设置。（8）点击NetWork Config可以进行网络设置，包括WIFI网络SSID,密码，树莓派的IP地址等，这里不再详述。

（9）点击Video Streaming进行摄像头和视频传输设置。
https://make.quwj.com/storage/uploads/images/16160/1616080872comje39gzt.png到此，树莓派的软件安装和设置就结束了，断电进入下一步。飞控设置

在电脑上安装好QgroundControl和gstreamer之后，用USB数据线把飞控连接到电脑，然后打开QgroundControl对飞控进行设置。
（1）设置飞控遥测数据接口参数
飞控要跟树莓派连接成功，需保证两边的串口参数设置一致。在本例中我们用的是飞控的Telemetry1接口，使用其它Telemetry接口设置方法类似。
使用默认的1200B MAVlink数据包发送速率会导致带宽不足而频繁报错，所以先要把数据包发送速率设置到9600B以上；

在parameters-》MAVlink页面下设置数据包速率

然后在parameters-》serial页面把Telemetry1串口波特率设置到921600.

设置完了之后，要重启飞控（断电或软重启都可以），使参数生效。（2）设置视频输入源
Qgroundcontrol支持RSTP视频流输入，只需要在general页面去设置Video参数即可。
Video Source选择RTSP Video Stream方式
RSTP URL填入树莓派Video Streaming设置页面给出的链接“rstp://10.0.2.100:8554/video”
Aspect Ratio是视频宽高比，大部分摄像头都是16：9宽屏，使用默认的1.7777即可。如果你的摄像头不是16：9宽高比，请按实际值填入，否则画面比例会失真。

到这里，飞控的设置就结束了，从飞控拔下USB线，进入下一步。5，装机和连线
先把各个模块装到机架上，再按下图的连线关系把各模块连接起来。



装机完成图

连接QGC地面站

装机完成后，接上电池上电，等飞控和树莓派启动完毕后，电脑连接树莓派的WiFi，然后打开QGC软件，你会发现飞控会自动连接，等连接进度条走完后，你会看到飞控的一个摘要信息，如下画面：

鼠标点击切换到飞行页面，你将看到摄像头视频已经叠加显示在地图上，用手动一下飞机，你会看到飞机的姿态会跟着变化。

到此，基于树莓派的图传和数传就完成了。不过由于树莓派上的WIFI模块发射功率不大，且天线集成在板上增益也不大，所以通讯距离有限，笔者在城市空旷地测试过树莓派3B和4B,通讯距离都只有50米左右，可能在电磁环境好的野外，通讯距离会增加。这只是树莓派的一个简单应用，能够完成自主避障是下一步的目标。


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