Z410-4B 单目版教程¶

Z410 单目版在基础版配置上，扩展了树莓派 4B机载电脑。目前该系统集成了数据遥测转发，高清视频回传，ROS，mavros，Dronekit-python 等。我们需要先配置好网络，通过PC远程连接到树莓派，进而实现对无人机的操作。

Hint

这个是提示树莓派能做什么，为什么要扩展树莓派？树莓派是一款基于ARM的微型电脑主板，英文名：RaspberryPi。是一款入门及的机载电脑。它能够通过串口连接使用 MAVLink协议与飞控进行通信这可用于执行额外的任务，

Important

例如：通过 python、ROS编程实现对无人机的飞行控制；通过安装单目相机实现图像识别，由于存储图像的内存要求，单靠飞控根本无法完成这些任务。

如何对无人机的树莓派进行操作？

1. 建立网络连接：¶

将电池插上 BB响报警器，绑扎在底板上。无人机连接电池插口，即可启动。

Hint

启动后先不要挪动无人机，等待飞控和树莓派启动系统，大概2 分钟左右。

系统启动后自动启动 WIFI 热点。 WIFI 名称：ACopter密码：12345678 将笔记本 WIFI 连接到树莓派热点。

Attention

注意：因 WIFI信号范围最大 30 米左右

2. 使用树莓派遥测转发功能，将无人机与地面站进行连接¶

树莓派集成了飞控数据遥测转发的功能，相当于一个路由器。这样我们可以通过 WIFI 网络远程连接飞控和PC 端地面站软件。

具体操作参考视频：

Attention

注意：如果不能通过 UDP 连接，请先关闭 windows 防火墙。

3. 使用树莓派的图传功能，可实时回传视频到地面站¶

树莓派集成了高清图传回传功能，可以将 USB摄像头拍摄的实时高清信号图像回传到 PC端地面站软件、或则图像播放软件，如：VLC media player。

（下载链接：https://www.videolan.org/）

MP地面站软件显示高清视频需要先安装 GStreamer，下载链接及教程：

https://pan.baidu.com/s/1AyvQNj2m4E4fMHS6JYnpJA 提取码:f7c3

安装好 GStreamer 以后，视频回传操作参考以下视频：

4. PC 访问树莓派的 3 种方式：¶

方法 1：windows 系统下通过远程桌面访问树莓派：¶

4.2.1 打开 windows 远程桌面；

4.2.2 填入树莓派 IP：10.42.0.10，点连接；

4.2.3 在终端输入用户名：ubuntu，密码：123456abc；

4.2.4 确认后即可连接到树莓派桌面(注意：远程桌面连接占用带宽比较大，速度略有卡顿是正常的。

Tip

方法 1 优点：有桌面系统，直观可看。对初学者来说比较容易接受；

Attention

方法 1 缺点：远程桌面会占用很多资源，导致卡顿；

方法 2：windows 系统下通过PUTTY 访问树莓派：¶

4.2 在 PC 端安装 PuTTY，下载链接:

https://the.earth.li/~sgtatham/putty/latest/w64/putty-64bit-0.75-installer.msi

4.2.6 启动 PuTTY，填写树莓派 IP：10.42.0.10，密码：123456abc

Tip

方法2 优点：访问执行速度快，需要同时使用 MP 地面站和终端命令行比较方便；

Attention

方法2 缺点：命令行显示，对初学者来说不直观；需要远程调用 ubuntu 系统下的窗口不能用这个方法。

方法 3：ubuntu 系统下远程访问树莓派：¶

4.2.8 笔记本打开一个终端，使用下面的命令修改笔记本上的 hosts 文件：将树莓派 4b 的 IP 地址（10.42.0.10）加入到hosts 文件中，并保存退出;

关于 vim 编辑器的使用，可以参考以下教程的部分内容：

https://mp.weixin.qq.com/s/GekdU6_kTDcfvTBq9jVJFQ

Tip

方法 3 优点：执行速度快，ubuntu 系统下可以做更多的开发

Attention

方法 3 缺点：不能同时使用 MP 地面站

树莓派的关机操作¶

树莓派是机载电脑，突然断电有可能造成系统损坏无法开机。建议大家使用以下 2 种方式进行正常的关机操作。

方法 1: 在命令行终端，输入关机命令
方法 2：通过web 管理界面关机

树莓派关机以后，等待大概 1分钟左右，树莓派电源指示灯熄灭，再断开无人机电池。

5. 使用 Dronekit 测试连接飞控并读取状态数据¶

Dronekit 介绍： Dronekit 也叫 DroneKit-Python，是一个用于控制无人机的 Python库。有了它你就可以在机载电脑上通过 Python编程实现对无人机的控制。

Tip

Dronekit 可以显着增强自动驾驶性能，为飞行器增加更多智能，以及执行计算密集或时间敏感的任务（例如，计算机视觉，路径规划或3D建模）。

除了 DroneKit-Python 以外，还有 DroneKit-Android 以及 DroneKit-Cloud 的 API 供不同的开发者使用。API 通过 MAVLink与飞控通信。它提供对连接飞控的遥测，状态和参数信息的编程访问，并实现任务管理和对飞行器运动和操作的直接控制。

Attention

相比之下，Dronekit 比搭建 ros 来控制无人机更容易上手一些。对于Dronekit，PX4(原生固件)被支持的较少，目前不可以进行模式切换。而对Ardupilot(APM固件)支持的比较多，可调用的函数也比较多。

单目版机型我们已经在树莓派上安装好 Dronekit，并且在根目录下有一个 test文件夹，存放了几个演示示例，大家可以根据下面的教程操作。

第一节：https://mp.weixin.qq.com/s/t0ur7p8Q-xN2qAHnjo2p4A

第二节：https://mp.weixin.qq.com/s/GekdU6_kTDcfvTBq9jVJFQ

5.1 运行连接示例¶

使用 Dronekit 代码读取飞控当前状态，测试树莓派与飞控之间通讯是否正常：

5.1.1 无人机连接电池，笔记本开启一个终端窗口；

5.1.2 通过 ssh命令，连接无人机上的树莓派；

5.1.3 将路径切换到 test 文件夹：

5.1.4 运行 connect.py 脚本：

成功运行后,会显示如下信息:

说明树莓派通过 Dronekit

这样就成功运行了第一个DroneKit-Python 脚本。

Attention

注意：如若出现连接异常超时警报，请检查物理连接(usb 转 TTL 模块)是否连接好；或则打开 connect.py 程序查看连接端口是否为ttyUSB0；无人机通电后如果长时间没有使用串口，串口有可能关闭，无人机重新启动，再执行以上程序。

5.1.5 如果想查看 connect.py 脚本，可通过 vim 编辑器查看，执行如下命令：

其中脚本注释如下：

# 飞控软件版本
print "Autopilot Firmware version: %s" % vehicle.version
# 全球定位信息（经纬度，高度相对于平均海平面）
print "Global Location: %s" % vehicle.location.global_frame
# 全球定位信息（经纬度，高度相对于 home 点）
print "Global Location (relative altitude): %s" %vehicle.location.global_relative_frame
# 相对 home 点的位置信息（向北、向东、向下）；解锁之前返回 None
print "Local Location: %s" % vehicle.location.local_frame
# 无人机朝向（欧拉角：roll，pitch，yaw，单位为 rad，范围-π 到+π）
print "Attitude: %s" % vehicle.attitude
# 三维速度（m/s）
print "Velocity: %s" % vehicle.velocity
# GPS 信息
print "GPS: %s" % vehicle.gps_0
# 地速（m/s）
print "Groundspeed: %s" % vehicle.groundspeed
# 空速（m/s）
print "Airspeed: %s" % vehicle.airspeed
# 云台信息（得到的为当前目标的 roll, pitch, yaw，而非测量值。单位为度）
print "Gimbal status: %s" % vehicle.gimbal
# 电池信息
print "Battery: %s" % vehicle.battery
# EKF（拓展卡曼滤波器）状态
print "EKF OK?: %s" % vehicle.ekf_ok
# 超声波或激光雷达传感器状态
print "Rangefinder: %s" % vehicle.rangefinder
# 无人机朝向（度）
print "Heading: %s" % vehicle.heading
# 是否可以解锁
print "Is Armable?: %s" % vehicle.is_armable
# 系统状态
print "System status: %s" % vehicle.system_status.state
# 当前飞行模式
print "Mode: %s" % vehicle.mode.name
# 解锁状态
print "Armed: %s" % vehicle.armed

6. 启动 SITL 仿真环境并运行 python 示例¶

在 test文件夹下我们有几个演示脚本，如果单纯的运行脚本新手没有直观的感受。我们可以结合无人机仿真环境，来学习脚本具体的执行过程。前面笔记本上安装好 ubuntu 系统镜像，里面已经搭建好了 ardupilot开发环境。SITL 仿真也就包含其中。需要注意：DroneKit-SITL

6.1 树莓派端，进入 test 目录¶

6.2 编辑 example2.py¶

将其中连接端口改为

connection_string = '10.42.0.10:14550'

6.3 笔记本端，首先要进入需要仿真的多旋翼无人机的目录下：¶

第一次运行，需要执行下面的命令对仿真环境进行初始化

或则是仿真参数被改的乱七八糟的时候，也可用这个命令恢复初始参数。启动完毕，使用 Ctrl+C 终止正在运行的

6.4 接下来就可以启动模拟器了：¶

正常启动后，就会看到三个窗口：Terminal, Console,Map，这样最基本的软件在环仿真程序就运行起来了。

6.5 启动后通过 output 命令列出 MAVProxy 转发数据的接口，如下所示：¶

6.6 使用 output add 命令增加树莓派 IP 接口：¶

output add 10.42.0.10:14550

与 example2.py 代码中端口地址一致。

6.7 树莓派端执行：¶

运行 example2.py 代码

6.8 我们还可以将航点文件导入 SITL 进行演示¶

7. SITL 仿真结合MP 地面站运行 python 示例¶

首先，将树莓派无人机接上电池，确保 ubuntu 电脑，MP 地面站电脑都连接到树莓派WIFI 热点。

Attention

MP 地面站电脑：要在 MP上显示仿真，遥测连接务必断开。因为遥测连接的是实际的飞控，做仿真需要连接仿真数据。

ubuntu 笔记本端：启动 SITL 仿真

使用 output add 命令，增加树莓派的 IP：

再使用 output add 命令，增加 MP 地面站的 IPMP 地面站 IP地址在遥测页面查看：

树莓派端：运行示例代码：

以下视频演示 SITL 仿真如何结合 MP 地面站运行

SITL 与 MP 地面站结合运行，那么我们可以直接在 MP地面站的全部参数列表里，查找需要修改的参数进行修改。

有关 SITL 仿真的详细介绍，可查看以下链接：

https://ardupilot.org/dev/docs/using-sitl-for-ardupilot-testing.html

8. 使用 Python 脚本控制无人机飞行¶

根据 dronekit 的官方示例，我们编写了几个简单的程序控制无人机飞行。

example5.py 控制无人机起飞到 3 米高度，然后悬停 5 秒，再自动降落；大家可根据我们提供的示例，结合自己的实际情况，编写控制程序。

Dronekit 室外控制无人机起飞降落演示：

example4.py 在室外空旷处，此脚本控制无人机起飞到 3 米高度，然后飞出一个 2 米*2 米的正方形，再自动降落。

Dronekit 室外控制无人机飞出一个正方形演示：

设置示例：

锁定无人机：

切换到 GUIDED 模式：

设置航点模式下，无人机飞行的地速为 3.2m/s（注意：读、写 groundspeed 的意义不同）

读取参数参数以字典（dictionary）的形式，存储在 vehicle.parameters 变量中。具体参数的名称即为相应的键值（key）。

例如，在屏幕上显示 THR_MIN 参数（THR_MIN 代表油门处于最低时的电机怠速，以PWM 值表示）：

显示全部参数：

设置参数使用读取参数类似的方法，即可设置参数：

关于dronekit 的一些参考资料：有关项目文档，请访问（这包括指南，示例和API 参考资料）

https://readthedocs.org/projects/dronekit-python/。

示例源代码托管在 Github 上，作为/ dronekit-python /examples 的子文件夹。

DroneKit论坛是寻求有关如何使用该库的技术支持的最佳场所。也可以查看 Gitter channel

说明文件：https://dronekit-python.readthedocs.io/en/latest/about/index.html
指南：https://dronekit-python.readthedocs.io/en/latest/guide/index.html

参考：https://dronekit-python.readthedocs.io/en/latest/automodule.html
例子：/dronekit-python/examples
论坛：https://github.com/dronekit/dronekit-python/issues Gitter:
https://gitter.im/dronekit/dronekit-python