Часть 0. Сборка квадрокоптера с нуля на базе Raspberry Pi и полётного контроллера Navio2, с настройкой Ardupilot

5. Настройка Raspberry Pi и Ardupilot

Что настраиваем

В этом разделе собраны шаги программной настройки и подключения: подготовка аппаратной связки Navio2 + Raspberry Pi, запись операционной системы на карту MicroSD, настройка сети (Ethernet или Wi‑Fi), подключение по SSH с помощью PuTTY, установка и включение Ardupilot через emlidtool, а также одноразовая настройка параметров связи для подключения к наземной станции управления (GCS) через UDP или телеметрию.

На этапе калибровок удобнее питать Raspberry Pi от аккумулятора через модуль питания, а на ранних этапах настройки можно временно использовать питание через microUSB.

Настройка оборудования Navio2

Первый шаг — настройка Raspberry Pi 3 для работы с Ardupilot.

1. Плата расширения Navio2 устанавливается поверх Raspberry Pi 3.
2. Винты фиксируют две платы вместе для надёжного соединения.
3. Navio2 вместе с Raspberry Pi 3 будет выполнять функцию полётного контроллера (FC) для собранного квадрокоптера.

Дополнительно:

• Распечатана 3D‑модель держателя, через которую полётный контроллер будет закреплён на раму квадрокоптера.
• Две части держателя соединяются через 8 амортизирующих шариков (демпферы).
• Ссылка на компоненты в файле «Drone BOM List» также включает эти амортизаторы.

Документация по настройке оборудования Navio2: ССЫЛКА

Ссылки на файлы для 3D‑печати держателя:

• Верхняя часть: https://github.com/emlid/hardware/blob/master/VibroNavio2top_rev_A.STL
• Нижняя часть: https://github.com/emlid/hardware/blob/master/VibroNavio2bot_rev_A.STL

Установка амортизирующих шариков

• Используйте тонкие инструменты (например, маленький шестигранный ключ), чтобы протолкнуть концы шарика так, чтобы они зафиксировались в шейках отверстий между двумя напечатанными частями.
• Убедитесь, что части правильно ориентированы, как показано на рисунке.
• Повторите для остальных 7 шариков (по 2 в каждом углу).

Затем прикрепите заднюю часть Raspberry Pi к верхней поверхности напечатанного держателя (той, что имеет большую площадь поверхности) с помощью предоставленных винтов.

Важно: амортизация критически важна для защиты чувствительных датчиков IMU от вибраций, которые могут негативно повлиять на стабильность полёта и точность навигации.

Drone Hardware Setups: сборка аппаратной части дрона

После настройки связки Raspberry Pi и платы расширения Navio2 отложите полётный контроллер с держателем и перейдите к настройке рамы. Можно сначала собрать раму для ознакомления, но затем ее обычно приходится частично разбирать для пайки моторов и электронных регуляторов скорости.

Практический вывод: заранее продумайте маршруты проводки и точки ее крепления стяжками; это снижает риск перетирания проводов и случайных коротких замыканий.

Подготовка платы распределения питания

1. Найдите на плате распределения питания поверхность с круглыми медными контактами, помеченными знаками «+» и «–», предназначенными для пайки компонентов.
2. Используйте мультиметр в режиме проверки целостности цепи, чтобы убедиться, что все положительные контакты соединены между собой, и то же самое для отрицательных контактов.
3. Если вы используете паяльную поверхность, обращённую вверх, убедитесь, что при пайке кабелей они не будут перекрывать отверстия для винтов, соединяющих верхний центральный крестовой разъём.

Пайка соединений

1. Найдите подходящие положительные и заземляющие контакты на плате распределения питания для пайки:
   • модуля питания;
   • всех четырёх электронных регуляторов скорости по углам платы распределения питания.
2. Все четыре электронных регулятора скорости и моторы одинаковы и могут быть подключены к любому углу — не имеет значения, какой из них куда подключать.
3. Припаяйте красные провода к положительным контактам на плате.
4. Припаяйте чёрные провода к отрицательным контактам на плате.
5. Центральный провод (обычно) — это сигнальный кабель, который будет подключён к полётному контроллеру.

Проверки перед подачей питания

# 1) Нет короткого замыкания между «+» и «−» (проверить мультиметром)
# 2) Все «+» прозваниваются между собой, все «−» прозваниваются между собой
# 3) Провода держатся механически: пайка не «холодная», провод не отрывается при лёгком натяжении

Внимание: каждый из силовых компонентов подключается двумя проводами — красным для положительного и чёрным для отрицательного. Переполюсовка опасна.

Сборка рамы

1. Соберите верхний центральный крестовой разъём с лучами квадрокоптера с помощью шестигранных ключей подходящего размера.
2. Соедините полученную конструкцию с платой распределения питания.
3. Отрегулируйте проводку электронных регуляторов скорости так, чтобы она не перекрывала точки соединения и не попадала под винты.

Установка полётного контроллера

1. Закрепите держатель с Raspberry Pi и Navio2 на центральном крестовом разъёме с помощью толстой двусторонней ленты.

Установка моторов

1. Установите мотор на конце каждого луча квадрокоптера вместе с защитой пропеллеров (опционально).
2. Расположите трёхфазные провода так, чтобы они были направлены от мотора к центру рамы, параллельно каждому лучу квадрокоптера.
3. Надёжно закрепите моторы предоставленными винтами.

Пайка разъёмов моторов и изоляция

Если моторы не имеют готовых пулевых разъёмов:

1. Используйте тонкогубцы для фиксации "пулевого" разъёма (во время пайки он может быть очень горячим).
2. Расплавьте припой в цилиндрическое отверстие разъёма.
3. До затвердевания припоя вставьте залуженный провод от мотора в "пулевой" разъём.
4. Удерживайте несколько секунд до полного затвердевания припоя.
5. Проверьте прочность соединения, приложив усилие.

Важно: ненадёжные соединения могут привести к отказу мотора в полёте и падению квадрокоптера.

Изоляция:

• Если есть термоусадочные трубки — наденьте их на открытый металл и усадите теплом.
• В противном случае используйте электроизоляционную ленту.

Крепление электронных регуляторов скорости

1. Закрепите каждый электронный регулятор скорости на верхней (или нижней) поверхности каждого луча квадрокоптера с помощью кабельных стяжек.
2. На данном этапе подключите трёхфазные провода бесщёточных двигателей постоянного тока к трём выходам электронных регуляторов скорости.

Как работает бесщёточный мотор: последовательность трёхфазного квазипеременного тока определяет направление вращения; поэтому для смены направления достаточно переставить местами любые два из трёх проводов.

Проверка направления вращения моторов

Когда вы впервые вооружите квадрокоптер (после выполнения всех последующих шагов), сняв все пропеллеры, убедитесь, что направление вращения каждого мотора соответствует следующему:

Позиция мотора	Направление вращения
Передний правый	Против часовой стрелки
Задний левый	Против часовой стрелки
Передний левый	По часовой стрелке
Задний правый	По часовой стрелке

Важно: если любой мотор вращается в неправильном направлении, поменяйте местами любые два провода между этим мотором и его электронным регулятором скорости.

Подключение электронных регуляторов скорости к сервисной шине полётного контроллера

Подключите электронные регуляторы скорости к сервисным шинам полётного контроллера согласно схеме производителя: https://docs.emlid.com/navio2/hardware-setup/

Текущее состояние:

• Положительные и отрицательные входы электронных регуляторов скорости припаяны к плате распределения питания.
• Центральный сигнальный кабель каждого электронного регулятора скорости должен быть подключён к сервисной шине.

Важно: продумайте подключение каждого электронного регулятора скорости.

Слева на сервисной шине контроллера Navio2:

• левый пин — линия связи последовательной шины (рассмотрим ниже);
• второй, третий, четвёртый и пятый пины — предназначены для первого, второго, третьего и четвёртого электронного регулятора скорости соответственно.

Пин	Нумерация ESC	Позиция ESC
2	1	Верхний правый
3	2	Задний левый
4	3	Верхний левый
5	4	Задний правый

Подключение сигнальных проводов и питание по сервисной шине

Сигнальные провода электронного регулятора скорости обычно включают: фактический сигнальный провод, провод питания (+) и провод земли (-).

Для электронных регуляторов скорости со встроенным питанием бортовой электроники (три провода по центру):

• подключите провод питания только у одного электронного регулятора скорости (первого или любого одного);
• для остальных электронных регуляторов скорости провод питания обрезается и изолируется (обрезайте только провод питания).

Для электронных регуляторов скорости без встроенного питания(два провода по центру):

• ничего не нужно обрезать или добавлять.

Правило: чаще всего чёрный или тёмный провод — это земля. Если моторы не реагируют корректно, проверьте соответствие сигнала и земли на разъёме.

Подключение приёмника к полётному контроллеру

Для подключения приёмника к полётному контроллеру потребуются три перемычки «мама‑мама» для соединения проводов сигнала, питания и земли линии последовательной шины.

Первый (левый) столбец пинов сервисной шины контроллера, помеченный как «PPM/SB», предоставляет контакты сигнала, положительного и отрицательного полюсов питания для связи последовательной шины на первой, второй и третьей строке соответственно.

Совет: закрепите приёмник кабельной стяжкой и используйте короткие перемычки для аккуратного монтажа.

Подключение телеметрии и антенны глобальной навигационной спутниковой системы

После соединения и монтажа ESC, моторов, силового модуля и приемника на раму квадрокоптера у нас остаются модуль телеметрии, GPS-антенна и аккумулятор.

Модуль телеметрии

Модуль телеметрии поставляется в паре — один воздушный модуль и другой наземный модуль. Воздушный модуль обычно поставляется с микроразъемом UART для подключения к порту UART navio2, как показано ниже, тогда как наземный модуль оснащен разъемом USB для подключения к компьютеру.

(Пропустите следующий раздел, если вы подключаете его обычным способом.) В противном случае, вы можете поменять местами воздушный и заземляющий модуль, подключив заземляющий модуль (с разъемом USB) к Raspberry Pi, а воздушный модуль (с разъемом UART) к вашему компьютеру (ПК). Последнему потребуется дополнительный преобразователь USB-TTL CP2102 для того, чтобы воздушный модуль можно было подключить к COM-порту вашего ПК. Соединение воздушного модуля с преобразователем потребует пайки или возможности соединения через разъемы, как показано на рисунке ниже.

При подключении контактов 5 В и заземления (GND) светодиоды на воздушном модуле начнут мигать, обозначая подачу питания. Убедитесь, что вывод RX конвертера был подключен к TX воздушного модуля телеметрии, а вывод TX конвертера был подключен к RX воздушного модуля. Завершение соединения будет сопровождаться постоянным свечением светодиода, когда воздушный и наземный модуль начинают обмениваются данными друг с другом. Это не означает, что телеметрия обязательно должна работать с точки зрения передачи данных для GCS. Для этого необходимо выполнить незначительные настройки через RPi3, войдя в ОС микрокомпьютера.
В файле «etc/default/arducopter» была обновлена ​​конфигурация подключения, позволяющая это сделать. Подробности об этом показаны на последующих этапах, когда вы перейдете к настройке в разделе «Подключение к наземной станции управления (GCS)». 

Антенна глобальной навигационной спутниковой системы

Стойка для антенны — это место, на которое монтируется антенна, а другой конец подключается к приёмнику через микрокоаксиальный разъём.

Подключение аккумулятора и индикация

1. Аккумулятор надёжно закрепляется под держателем аккумулятора с помощью стяжки.
2. Аккумулятор подключается к модулю питания.
3. Один из выходов модуля питания подсоединен к плате распределения питания.
4. Другой выход — микро‑разъём — подключается к порту питания на полётном контроллере.

При подключении аккумулятора вы подаёте питание на:

• Raspberry Pi;
• Navio2;
• приёмник;
• телеметрию.

Индикация:

• на Navio2 будут мигать светодиоды, цвет которых указывает на различные состояния;
• на модуле телеметрии мигающий светодиод станет постоянным при установлении связи;
• на приёмнике будут индикаторы питания.

Важно: обязательно надёжно закрепите все свободные компоненты и провода кабельными стяжками.

 

Общая схема соединений квадрокоптера

 

Блочная системная архитектура ⇓

Запись операционной системы на карту MicroSD

Карта MicroSD, которая будет использоваться в качестве хранилища для микрокомпьютера Raspberry Pi 3, должна иметь установленную операционную систему Raspbian.

Выбор карты:

• Рекомендуемый объём: 16 ГБ или 32 ГБ.
• Класс скорости: 10 или выше.

Шаги по записи ОС:

1. Посетите документацию разработчика Navio2: https://docs.emlid.com/navio2/configuring-raspberry-pi/
2. Скачайте образ ОС на свой компьютер.
3. Запомните, где вы сохранили файл — этот архив будет «записан» на карту MicroSD.
4. Скачайте и установите программу Etcher с сайта: https://etcher.io/
5. Распакуйте и запустите файл Etcher на вашем ПК.

1. Подключите новую или отформатированную карту MicroSD к ПК с помощью подходящего кард‑ридера или адаптера.
2. Обычно Etcher автоматически выбирает карту MicroSD в качестве устройства для записи. В противном случае измените устройство на вашу карту MicroSD перед выбором образа ОС.
3. Выберите файл образа ОС (архив) из места загрузки.

1. Нажмите кнопку «Flash», когда она станет активной.

Примечание: Процесс записи может быть несовместим с некоторыми ПК — в таком случае попробуйте использовать другой компьютер.

После записи

• Образ ОС от Ardupilot — это простая система без графического интерфейса, удобная в использовании.
• Ваша карта MicroSD теперь разбита на разделы для использования с полётным контроллером Navio2.
• Если вы захотите отформатировать карту (в случае повреждения после записи или после нескольких загрузок), не забудьте удалить разделы после форматирования.
• Для управления разделами можно использовать программы, такие как AOMEI Partition Manager.

После «записи» ваша карта MicroSD может быть вставлена в Raspberry Pi 3, после чего можно приступать к настройке сети и последующему подключению к ноутбуку через SSH с использованием PuTTY.

Настройка Wi‑Fi‑сети Raspberry Pi

Для подключения к Raspberry Pi с ноутбука через SSH необходимо, чтобы оба устройства были подключены к одной локальной сети — либо по беспроводной связи (Wi‑Fi), либо по кабелю (Ethernet).

Подключение через Ethernet (LAN‑кабель)

1. Подключите и Raspberry Pi, и ноутбук к одному порту LAN‑кабеля.
2. Для этого потребуется разветвитель LAN‑порта на два кабеля.
3. Один кабель подключается к ноутбуку, другой — к Raspberry Pi.

Преимущество: При использовании Ethernet‑кабеля не требуется настройка безопасности сети WPA на Raspberry Pi — этот шаг можно пропустить.

Настройка беспроводного подключения (Wi‑Fi)

Важно: Эта настройка сети предназначена только для подключения Raspberry Pi к Wi‑Fi, чтобы он разделял с вашим ПК ту же сеть. Это отличается от настройки сети для связи с наземной станцией управления (GCS) через модуль телеметрии.

Если вы используете Ethernet‑кабель, пропустите шаги Wi‑Fi и переходите к подключению по SSH. В противном случае требуется настройка сети. Поскольку этот шаг предназначен для включения SSH‑подключения к Raspberry Pi с ноутбука, до этого момента вы можете войти в Raspberry Pi только с использованием внешнего HDMI‑монитора и клавиатуры.

Вход в систему через монитор

1. Подключите Raspberry Pi к HDMI‑монитору.
2. Подайте питание на Raspberry Pi: через кабель microUSB или через аккумулятор Li‑Po через модуль питания.
3. При использовании аккумулятора всегда подключайте звуковой сигнализатор (BB Alarm) для контроля напряжения и избежания необратимого повреждения при падении напряжения ниже 3 В на ячейку.
4. В командной строке введите имя пользователя и пароль по умолчанию. Имя пользователя по умолчанию — «pi», а пароль — «raspberry». Пароль может не отображаться, но в любом случае нажимайте Enter для каждой введенной команды.

В тот момент, когда вы войдете в ОС, вас встретит страница следующего содержания:

Настройка конфигурации сети

Далее выполните редактирование файла конфигурации Wi‑Fi:

sudo nano /boot/wpa_supplicant.conf

1. Нажмите Enter для открытия файла настройки параметров Wi‑Fi.
2. Введите имя сети и пароль, к которой будут подключаться и Raspberry Pi 3, и ваш ноутбук:
   • Заполните имя сети между кавычками в строке ssid как "НАЗВАНИЕ_СЕТИ".
   • Введите пароль вашей сети в строке psk.
   • Если ваша локальная сеть не защищена паролем, оставьте psk пустым.

1. Нажмите Ctrl+X для выхода.
2. Нажмите клавишу Y, затем Enter для сохранения изменений.
3. Перезагрузите систему командой:

sudo reboot

Альтернативный способ редактирования (без монитора)

1. Извлеките карту MicroSD из Raspberry Pi.
2. Подключите её к ноутбуку или ПК.
3. Найдите текстовый файл wpa_supplicant.conf и отредактируйте настройки ssid и psk.
4. Откройте файл подходящей программой, например WordPad.
5. Сохраните файл после редактирования.

После перезагрузки устройства ваш Raspberry Pi сможет автоматически подключаться к настроенной сети Wi‑Fi при загрузке (хотя подключение может занять некоторое время).

Важно: Подключение и Raspberry Pi, и ноутбука к одной и той же локальной сети (Wi‑Fi или Ethernet) необходимо для установления соединения через SSH на следующем шаге.

Использование точки доступа с мобильного телефона или ПК аналогично использованию обычного Wi‑Fi.

Вы можете отслеживать подключённые устройства с телефона или компьютера. Если подключение не удаётся:

• Перезапустите Raspberry Pi 3.
• Проверьте настройки конфигурации сети (имя и пароль чувствительны к регистру, не должно быть лишних пробелов).
• Подождите, пока оба устройства подключатся и отобразятся в списке.

Подключение к Raspberry Pi по SSH с использованием PuTTY

PuTTY — это одна из программ‑эмуляторов сетевого терминала, позволяющая войти в Raspberry Pi с вашего ноутбука.

Примечание: Если вы не хотите подключаться к Raspberry Pi через ноутбук, это потребует подключения монитора и клавиатуры каждый раз при выполнении настроек. В этом случае вам не нужно выполнять настройку сети и не требуется подключение к интернету. Просто выполняйте настройки через монитор.

Установка PuTTY

1. Скачайте PuTTY по ссылке: https://www.chiark.greenend.org.uk/~sgtatham/putty/latest.html
2. Следуйте шагам установки.
3. Найдите приложение PuTTY в меню ПК и запустите его.

Настройка подключения

1. В поле «Host Name (or IP address)» введите: navio.local.
2. Убедитесь, что порт установлен на значение по умолчанию: 22.
3. Нажмите кнопку «Open».

Решение проблем с подключением

• Если появляется ошибка «Local host does not exist», перезапустите PuTTY и попробуйте несколько раз.
• Если проблема сохраняется, отключите питание от Raspberry Pi и снова подключите его (перезагрузите).
• Повторяйте действия, пока PuTTY не запустится и не появится предупреждающее сообщение; разрешите подключение, нажав «Yes».

Вход в систему

• Имя пользователя по умолчанию: pi.
• Пароль по умолчанию: raspberry.

Если ошибка «Local host does not exist» сохраняется: это означает, что вам не удалось подключить ноутбук и Raspberry Pi к одной и той же рабочей сети. Попробуйте использовать точку доступа мобильного телефона и проверьте, отображаются ли оба устройства в списке подключённых устройств.

Полная документация: https://docs.emlid.com/navio2/ardupilot/installation-and-running/

Настройка Ardupilot

Если вы питаете Raspberry Pi от аккумулятора через модуль питания, который также питает ваши ESC, регуляторы будут непрерывно пищать до завершения калибровки оборудования. Если звук раздражает, можно запитать плату через кабель microUSB. Однако на следующем этапе это не рекомендуется, так как использование кабеля microUSB создаст физические трудности при процессе калибровки. Переключитесь на питание от аккумулятора на этапе калибровки полёта — это упростит процесс.

Настройка Ardupilot через emlidtool

После установления соединения ввод имени пользователя «pi» и пароля  «raspberry», по умолчанию, откроет тот же простой интерфейс. Как уже упоминалось, вы можете подключиться к этому интерфейсу либо через SSH на своем ноутбуке (где вам необходимо подключить ноутбук и RPi к одной и той же локальной сети), либо напрямую подключив монитор.

Для настройки Ardupilot выберите тип дрона, версию и плату через команду:

sudo emlidtool ardupilot

Примечание: Используйте щелчок правой кнопкой мыши (не Ctrl‑C и Ctrl‑V) для копирования и вставки, затем нажмите Enter для выполнения команды.

Далее выполните выборы в интерфейсе:

1. Следуйте выбору типа транспортного средства: Copter.
2. Выберите версию Ardupilot.
3. Выберите тип рамы: Arducopter.
4. Выберите, хотите ли вы запускать Ardupilot при загрузке: Enable.
5. Запустите Arducopter и нажмите Apply.
6. Нажмите клавишу q для выхода.

Проверка автозапуска

Чтобы проверить, запустится ли ardupilot при загрузке Raspberry Pi, введите команду:

systemctl is-enabled arducopter

Перезагрузка настроек

Изменение настроек дрона требует перезагрузки и перезапуска через команды (одна за другой):

sudo systemctl stop arducopter
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start arducopter

Или, менее предпочтительно, прямая перезагрузка:

sudo reboot

Подключение к наземной станции управления (нсу)/ (GCS)

Наземная станция управления (Ground Control Station, GCS) — это ваш ноутбук с программным обеспечением, таким как Mission Planner, используемым для мониторинга полёта в реальном времени.

Способы подключения:

1. Через локальную сеть (UDP‑соединение):
   • Полезно для простых задач: предполётная проверка, постполётный анализ или извлечение данных полёта.
   • Для мониторинга полёта рекомендуется использовать телеметрию, так как она более надёжна и проще в подключении.
2. Через пару модулей телеметрии (рекомендуется).

Одноразовая настройка конфигурации

Для обоих способов требуется одноразовая настройка конфигурации для связи с наземной станцией.

sudo nano /etc/default/arducopter

Настройка для UDP‑подключения (через локальную сеть)

Если наземная станция будет подключаться к Arducopter через UDP, укажите IP‑адрес сети и стандартную скорость передачи данных UDP: 14550.

Получение сетевого адреса:

1. Откройте «Центр управления сетями и общим доступом».
2. Выберите общую локальную сеть, к которой подключены и Raspberry Pi, и ваш ноутбук.
3. Адрес НСУ берётся из показанного в окне детализации сетевых настроек адреса IPv4.

Подробно:

Пример замены строки TELEM1

Замените сетевой адрес на актуальный адрес вашей локальной сети:

# было:
TELEM1="-A udp:10.122.12.111:14550"

# стало (пример):
TELEM1="-A udp:192.168.43.94:14550"

Настройка для подключения через телеметрию

1. Раскомментируйте строку с TELEM2, удалив символ #:

   TELEM2="-C /dev/ttyAMA0"

2. Если используется модуль телеметрии с USB, добавьте строку TELEM3, заменив AMA на USB:

   TELEM3="-D /dev/ttyUSB0"

3. Нажмите Ctrl+X для выхода.
4. Нажмите Y, затем Enter для сохранения изменений.
5. Перезагрузите Raspberry Pi:

sudo reboot

Преимущество: Указав параметры TELEM1 → TELEM3, можно устанавливать любой из упомянутых типов подключения без необходимости повторного изменения настроек в этом файле.

Установка Mission Planner 

Скачайте последнюю версию Mission Planner: http://ardupilot.org/planner/docs/common-install-mission-planner.html

Подключение через локальную сеть (UDP)

1. Выберите в правом верхнем углу подключение UDP.
2. Нажмите кнопку «Connect».
3. Скорость передачи данных отобразится автоматически, и параметры будут загружены.
4. Изменения значений данных полёта в Mission Planner будут сигнализировать об успешном подключении.

Важно: Подключение не произойдёт, если изменился сетевой адрес, а вы не обновили конфигурацию в /etc/default/arducopter. Проверьте IPv4‑адрес в «Центре управления сетями и общим доступом».

Подключение через модуль телеметрии

1. Подключите воздушный модуль к порту UART на Navio2.
2. Подключите наземный модуль к ноутбуку через USB.
3. Дождитесь, пока светодиоды на обоих модулях перестанут мигать (будут гореть постоянно).
4. В Mission Planner перейдите: Initial Setup > Optional Hardware > Sik Radio.
5. Нажмите «Load settings» и дождитесь автоматической загрузки параметров.
6. Сохраните настройки.
7. Выберите COM‑порт (например, COM4) и нажмите «Connect».

Телеметрическое соединение обычно требует больше времени для загрузки параметров. В случае большой задежки повторите попытку после перезагрузки RPi.

Типичные ошибки в настройке

Ошибка: редактирование не того файла Wi‑Fi

Настройки сети меняют в другом месте или сохраняют файл с неправильной кодировкой/форматом, из‑за чего Raspberry Pi не подключается к Wi‑Fi.

Как проверить: убедитесь, что редактируете именно /boot/wpa_supplicant.conf, и что ssid/psk введены без лишних пробелов и с учётом регистра.

Ошибка: забыли включить автозапуск Arducopter

Ardupilot настроили через emlidtool, но не включили запуск при старте или не перезапустили сервис после изменений.

Как исправить: проверьте systemctl is-enabled arducopter и выполните последовательность stop → daemon-reload → start.

Ошибка: Mission Planner “не коннектится” из‑за изменившегося IP

UDP‑подключение настраивалось один раз, а потом сеть/роутер выдал другой IPv4‑адрес, и строка TELEM1 стала неверной.

Симптом: долгий таймаут подключения Mavlink (например, после 30‑секундного отсчёта).

Ошибка: перепутали порты при телеметрии (TX/RX)

При использовании UART‑линий путают направление: RX должен идти на TX и наоборот.

Правило: провод, подключённый к RX на UART, должен вести к TX на модуле, и наоборот.

↑ К оглавлению

6. Полёты, калибровки, миссии, логи, избегание препятствий

Что делаем после установки Ardupilot

После того как Raspberry Pi и программное обеспечение автопилота настроены, следующий обязательный этап — подключение к наземной станции управления и калибровки в Mission Planner: выбор типа рамы, калибровка акселерометра, калибровка магнитометра, калибровка радиоканалов, калибровка электронных регуляторов скорости и моторов, настройка аварийных режимов, настройка режимов полёта, а затем — безопасные тесты (первый запуск только без пропеллеров), ручной полёт, автономная миссия, выгрузка и анализ журналов полёта, и при необходимости — реализация избегания препятствий.

Калибровка полёта в Mission Planner

Если питание Raspberry Pi подаётся через модуль питания от аккумулятора, а не через кабель microUSB, электронные регуляторы скорости могут непрерывно пищать, сигнализируя, что процедура настройки ещё не завершена и электронный регулятор скорости не распознаёт полётный контроллер. Только после завершения всех калибровок писк прекращается.

Калибровка полёта — критически важный и обязательный шаг, который необходимо выполнить перед тем, как квадрокоптер сможет быть активирован для полёта. Для начала подключите Mission Planner наземной станции управления к дрону — либо через соединение по протоколу пользовательских датаграмм, либо через пару модулей телеметрии.

Шаг 2: калибровка акселерометра

1. Положите дрон на ровную поверхность и нажмите Calibrate Accel.
2. Держите дрон неподвижно при записи уровня.
3. Выполните калибровку для разных ориентаций, которые просит Mission Planner: на ровной поверхности, на правом боку, на левом боку, носом вверх, носом вниз, на спине.

Совет: этот процесс проще выполнять при питании от аккумулятора и связи по телеметрии, потому что кабели меньше мешают поворачивать дрон.

Шаг 3: калибровка магнитометра

Калибровка магнитометра крайне необходима для точного определения курса квадрокоптера и выполняется перемещением квадрокоптера так, чтобы охватить все направления трёхосевых плоскостей.

1. Нажмите кнопку Start.
2. Перемещайте квадрокоптер в разных ориентациях, пока полоса прогресса не завершится.
3. В конце появится сообщение о завершении и предложение перезапустить.

Особенности Navio2: в полётном контроллере встроено два магнитометра. Если используются оба, оба должны быть откалиброваны. Если прогресс калибровки одного из магнитометров постоянно перезапускается, можно снять отметку с проблемного магнитометра и использовать второй.

После завершения калибровки нажмите Ctrl+F, чтобы открыть «temp», и перезагрузите pixhawk, как показано ниже.

После перезагрузки, чтобы увидеть новое откалиброванное значение смещения компаса, перейдите на любую другую вкладку Mission Planner, а затем снова вернитесь на вкладку калибровки компаса (Compass). Значения смещения (OFFSETS) должны быть меньше 150 (все направления при этом считаются приемлемыми (значения показаны зеленым цветом)). Если значения больше 150 (цвет желтый или красный), повторите калибровку.

Слишком высокое значение смещения может привести к тому, что квадрокоптер не пройдет проверку по предварительному контрольному списку (арма не будет).

Критерий успешной калибровки: значения смещения предпочтительно должны быть менее 150 по всем направлениям; если больше — повторите калибровку, убрав рядом металлические предметы.

Отключение проверки магнитометра при невозможности арма (опционально)

1. Перейдите на вкладку Configuring > Standard Params.
2. Нажмите Find и найдите параметр arm checks.
3. Снимите отметку All, затем выберите все компоненты кроме магнитометра.
4. Нажмите Write для сохранения.

Внимание: делайте это только после того, как убедились, что проблема не связана с реальной опасностью (например, сильные помехи рядом с силовой проводкой).

Шаг 5: калибровка электронных регуляторов скорости

(не требуется при использовании протокола Dshot)

Чтобы выполнить калибровку ESC, нажмите кнопку Calibrate ESC в Mission Planner.

• Полностью выдвинув стик газа передатчика (левый стик) вверх, перезапустите полетный контроллер (отключив и включив батарею).
• Через некоторое время, опустите стик газа вниз.
• Калибровка ESC завершится после того, как прекратится длинный звуковой сигнал. Если звуковой сигнал не прекращается, прекратите калибровку и перезапустите квадрокоптер в обычном режиме с минимальным значением газа.

Калибровка ESC выполняется каждый раз при первом подключении к источнику питания и сопровождается длинными звуковыми сигналами. Светодиод FC при этом моргает синим цветом.

Если звуковой сигнал продолжается бесконечно: отмените калибровку и перезапустите квадрокоптер обычным способом с минимальным газом.

Изменение режима полёта в Mission Planner в соответствии с каналом радиопередатчика

Основные каналы (каналы 1–4) фиксированы для функций крена, тангажа, газа и рыскания. Вспомогательные каналы можно переназначать.

Все, что нам нужно сделать, это изменить переключатель канала на конкретный физический переключатель, которым мы будем осуществлять управление.

В Mission Planner настройка режимов полёта обычно использует стандартный канал 5.

1. Подключите наземную станцию управления к квадрокоптеру.
2. Перейдите: Configuring > Flight Modes (для версии 1.3.56).
3. Назначьте режимы полёта на диапазоны широтно‑импульсной модуляции канала 5.
4. На передатчике назначьте канал 5 на трёхпозиционный переключатель, если он есть.
5. Проверьте в Mission Planner поле Current Mode, что режимы реально переключаются.

Наш трехпозиционный переключатель на канале 5 включает режим полета 1 (когда положение переключателя находится внизу), режим полета 4 (когда положение переключателя среднее) и режим полета 6 (когда положение переключателя вверху). В Mission Planner, режимы выбираются из раскрывающегося списка. Т.е. в нашем случае, выбрая режимы полета 1, 4 и 6 мы активируем переключателем режимы Stabilize (нижнее положение), Altitude Hold (Среднее) и Loiter (Верхнее).

Если ваш радиопередатчик оснащен только двухпозиционными переключателями, используйте наиболее важные для вас режимы. Рекомендуется «Стабилизация» (базовый режим) и «Удержание высоты» / Altitude Hold (важно, если вы пока не умеете уверенно управлять газом).

Посадить квадрокоптер не менее сложная процедура, и вы, возможно, захотите задействовать и этот режим.  Настройте режим Land на другом канале. Просто перейдите в раздел «Configuring» > «Extended Tuning».

Важно. Сравните настройки вашего радиопередатчика с настройками в Mission Planner.

Некоторые радиопередатчики допускают логическое управление переключателями для управления одним каналом. Это означает, что для управления, скажем, каналом 5 можно использовать логику второго переключателя (включен / выключен)  для получения большего количества выходов. Пример показан ниже для лучшей иллюстрации. Эту настройку можно выполнить на вашем радиопередатчике (если он имеет эту функцию). Потратьте немного времени, чтобы разобраться, как выполнить настройку.

Однако не рекомендуется использовать логический переключатель, если вы в себе пока уверены, поскольку это может легко вызвать путаницу из-за сложности переключения и может быть опасным в периоды паники. На всякий случай всегда используйте один трехпозиционный переключатель и делайте на своих радиопередатчиках четкие метки для различных режимов, которые будут включаться разными переключателями. Это поможет вам немедленно реагировать на экстренные ситуации, например, посадить квадрокоптер или отключить неисправный режим, вместо того, чтобы вспоминать, каким переключателем управлять в том или ином случае.

После того, как режимы полета установлены как на вашем передатчике, так в Mission Planner (подключенном к вашему дрону), вам больше не потребуется подключение к Mission Planner для начала полета. Убедитесь, что вы разбираетесь в режимах, в которые собираетесь переключиться!

Установка кнопки выключения на Raspberry Pi 3

Для корректного выключения системы используется команда sudo halt. Правильное выключение микрокомпьютера Raspberry Pi может быть так же важно, как и правильное выключение любого домашнего персонального компьютера. Выключение можно выполнить только после связи с ОС Raspberry Pi либо через правильное соединение непосредственно используя клавиатуру или мышь и монитор, либо через безопасную оболочку (SSH) используя PuTTY. Принудительное выключение путем отключения питания может в конечном итоге привести к повреждению SD-карты.

Raspberry Pi начнет загружаться, как только получит питание от аккумулятора. Однако возникают некоторые проблемы, когда дело доходит до его правильного отключения.

Для целей отключения используется один из свободных портов GPIO Raspberry Pi, который остается не занятым логикой контроллера полета Navio2, и к которому подключается выключатель Raspberry Pi. Можно использовать только 3 свободных порта GPIO: GPIO 17 (контакт 11), GPIO18 (контакт 12) и GPIO 26 (контакт 37). Идея состоит в том, чтобы написать программу, которая будет запускаться при загрузке Raspberry Pi и которая, всякий раз, когда GPIO 17 (контакт 11) будет замыкаться на землю (с помощью мгновенного нажатия кнопки), будет запускать команду на автоматическое выключение Raspberry Pi.

Свободные контакты, которые не используются платой Navio2:

• Контакт ввода‑вывода общего назначения 17 (контакт 11).
• Контакт ввода‑вывода общего назначения 18 (контакт 12).
• Контакт ввода‑вывода общего назначения 26 (контакт 37).

Пример добавления кнопки выключения на Raspberry Pi, можно посмотреть в видео (англ.).
Это очень просто и легко для каждого.

import os
import time

try:
    import RPi.GPIO as GPIO
except ImportError:
    raise SystemExit("Библиотека RPi.GPIO не установлена.")

PIN = 17  # контакт ввода-вывода общего назначения 17, физический контакт 11

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

def shutdown():
    os.system("sudo halt")

try:
    while True:
        if GPIO.input(PIN) == GPIO.LOW:
            time.sleep(0.2)
            if GPIO.input(PIN) == GPIO.LOW:
                shutdown()
                break
        time.sleep(0.05)
finally:
    GPIO.cleanup()

Выполнение автономной миссии

Примечание: Если это первый раз, когда вы активируете квадрокоптер, сначала ознакомьтесь с ручным управлением и выполните все калибровки.

Подготовка к тесту

1. Найдите широкое и свободное открытое поле с минимальными препятствиями.
2. Возьмите с собой ноутбук с Mission Planner, дрон и необходимое оборудование.
3. Подключите модули телеметрии и дождитесь стабильной индикации связи (постоянно светящиеся светодиоды).
4. Нажмите кнопку «Connect» в Mission Planner после установления связи.

Планирование миссии

1. В Планировщике миссий перейдите на вкладку «Режим полета». Используйте мышь, чтобы легче перемещаться по карте. Колесо прокрутки мыши можно использовать для увеличения и уменьшения масштаба карты, а затем перетаскивать карту левой кнопкой мыши для интерактивной навигации в любом направлении.
2. Всплывающее диалоговое окно спросит, хотите ли вы установить текущую координату вашего дрона в качестве домашнего местоположения (точку взлета вашего дрона). Нажмите «Да», чтобы сделать это. При этом значок квадрокоптера (местоположение вашего дрона) на карте сольется со значком «H» (домашнее местоположение) на карте.
3. Если антенна GPS правильно подключена к разъему MCX на контроллере полета (см. настройку компонента), автоматически загрузится Google карта, на которой в данный момент находится ваш дрон. Обратите внимание, что кнопка «Home» (значок «H») загружается как текущее местоположение вашего дрона (значок квадрокоптера), т. е. значок «H» должен совпадать со значком квадрокоптера. В противном случае для этого нажмите "Home location / «Домашнее местоположение», как показано ниже.

Затем на карте выполните планирование пути (миссии), щелкая точки маршрута (WP - way point), через которые вы хотите, чтобы ваш дрон следовал, как показано ниже, одну WP за другой.

Во время планирования пути автоматически создается таблица WayPoint. Таблица WP содержит координаты местоположения каждой из выбранных WP и команды, которые мы хотим, чтобы дрон выполнял на конкретных WP. Переместите курсор на линию, разделяющую карту и таблицу, и потяните вниз, чтобы увеличить карту по отношению к таблице.

Чтобы позволить дрону выполнить полную миссию, добавьте еще один WP над первой строкой в таблице WP и измените команду для новой первой точуки на "TakeOff" / «Взлет». Чтобы добавить WP, щелкните строку, ниже которой вы хотите последовательно вставить WP, а затем нажмите "Add below" / «Добавить ниже». Новый WP будет добавлен. Нажмите стрелку ВВЕРХ или ВНИЗ, чтобы поменять последовательность WP. Переместите WP «TakeOff» наверх. Затем добавьте в самом конце таблицы еще одну новую точку WP и установите для новой последней команды WP значение "Land" / «Земля». Пример таблицы WP показан ниже. 
Чтобы удалить WP, нажмите «X», и вся строка будет удалена.

Убедитесь, что ваш дрон не заденет какие-либо объекты, деревья, столбы и т. д., которые находятся вблизи запланированного пути, и вообще избегайте планирования WP близко к подобным объектам. Установите подходящие значения желаемых высот. Хорошая практика планирования высот, чтобы автономный полет имел просвет над препятствиями не менее 5 метров.

На панели Action, показанной ниже, есть 4 важных действия:

• сохранение файла в архив Save WP File
• загрузка файла из архива Load WP File
• чтение настроек из Mission Planner полетным контроллером Read WPs
• запись настроек маршрута в Mission PlannerWrite WPs

Любые таблицы WP, созданные в Mission Planner, можно сохранить на вашем компьютере в виде текстового файла (файл WP), чтобы их можно было просто загружать в Mission Planner, когда вы захотите повторить миссию.

Чтобы загрузить сохраненный файл WP, нажмите кнопку «Load WP File», перейдите туда, где вы сохранили файл WP, и откройте его. Таблица WP будет загружена в ваш Mission Planner. Дважды проверьте, действительно ли загруженная миссия является той, которую вы собираетесь выполнить.

Нажмите кнопку «Write WPs», чтобы сохранить таблицу WP в Mission Planner. После этого нажмите «Read WPs», чтобы отправить файл WP в полетный контроллер, чтобы дрон следовал по маршруту. Для этого необходимо, чтобы дрон был подключен к НСУ через модуль телеметрии. После «Чтения» / "Read WPs" Mission Planner еще раз спросит, хотите ли вы установить исходное местоположение (место запуска) / Home location (Launch location) по текущим координатам загруженного дрона. Нажмите «Нет», чтобы сохранить файл WP. Выполните чтение несколько раз, чтобы убедиться, что маршрут реально заведен в квадрокоптер.

Когда выполнение команды Read завершится, взведите (ARM) дрон с пульта управления: при нулевом газе переведите левый стик газа полностью вправо и удерживайте. Дрон должен быть установлен так, как было указано ранее, чтобы загруженные координаты совпадали с точкой Home Location (при необходимости нажмите кнопку Home Location, чтобы совместить их, если на карте они отображаются в разных местах).

Дрон не армится в режимах Autonomous или Land. Перед армом сначала переключитесь в режим Stabilise. Подробности переключения режимов см. в разделе “change the flight mode on the Mission Planner”.

Сразу после взведения включите режим Autonomous, затем слегка и плавно прибавьте газ, чтобы запустить автономный полёт. Дрон автоматически взлетит на выбранную высоту, после чего начнёт движение к первой и последующим точкам маршрута (WP).

Скорость, с которой дрон будет лететь между точками маршрута (WP), можно задать в Full Parameter List. Найдите и измените параметр WPNAV_SPEED. Проще сделать это на вкладке Config/Tuning → Extended Tuning (как показано ниже). Значение Speed 400.000 означает, что дрон настроен на горизонтальную скорость 4 м/с. Если вы не уверены в точности GPS, установите скорость меньше 3 м/с. Скорость посадки также очень важна. Land speed можно задать в полном списке параметров, найдя и изменив LAND_SPEED. Скорость посадки — это вертикальная скорость финального касания (в момент, когда дрон почти касается земли). Рекомендуется выставить её как можно ниже — например 10 см/с. Вертикальная скорость снижения (до этапа финального касания) задаётся параметром WPNAV_SPEED_DN в полном списке параметров / Full Parameter List. Если вы не уверены в настройках или есть ошибки измерения барометра, установите скорость снижения также до 10 см/с. Это тоже удобнее менять на вкладке Extended Tuning, где параметр Speed Dn на рисунке ниже означает, что квадрокоптер будет снижаться со скоростью 1,5 м/с, прежде чем уменьшит её до скорости финального касания, заданной в LAND_SPEED. Не забудьте нажать кнопку Write Params, чтобы сохранить изменения.

Отключить автономный режим во время полёта может быть непросто. Если вы новичок и у вас мало опыта, лучше этого не делать. Тем не менее, такая необходимость может возникнуть при ошибках в полёте — например, если дрон летит слишком медленно, вы понимаете, что выбрали точку маршрута (WP), на которой возможен контакт с препятствиями, или вы не задали посадку (Land) в последней точке либо в подходящем месте и т.п. Не переключайтесь в режим Land, так как дрон может упасть. Перед переключением в режим Stabilise поднимите газ выше среднего положения. Будьте готовы взять управление газом на себя, чтобы дрон не начал резко падать. Отведите его в безопасное место и только затем выполняйте посадку. Если у вас на аппаратуре заранее настроен режим Loiter, включите его, чтобы забрать управление из auto-mode: в Loiter управлять проще, так как он включает удержание высоты (Altitude Hold). После завершения маршрута дрон приземлится в последней точке WP, и газ автоматически отключится, как только он коснётся земли. Если этого не произошло, опустите газ полностью вниз и включите режим Stabilise, затем вручную деактивируйте (disarm) дрон. Дизарм выполняется так: при нулевом газе переведите стик газа полностью влево и удерживайте.

Ручное управление полётом

Убедитесь, что вы выполнили все калибровки и настройки на предыдущих шагах. Также проверьте, что на передатчике и в Mission Planner заранее настроены и доступны основные необходимые режимы, такие как Stabilise, Altitude Hold и Land.

1. Поставьте квадрокоптер на ровную поверхность в просторном открытом месте, затем подключите аккумулятор.
2. Дождитесь, пока не прекратится длинный звуковой сигнал.
3. Взведите (ARM) квадрокоптер, переведя стик газа при нулевом газе полностью вправо. Если вы взводите квадрокоптер впервые, необходимо убедиться, что направления вращения моторов правильные. Взведите аппарат со снятыми пропеллерами, затем аккуратно проверьте пальцем направление вращения каждого мотора. Если направление неверное — поменяйте местами любые два провода (bullet-коннектора) между соответствующим ESC и мотором.

Если квадрокоптер не взводится (не ARM), подключите дрон к Mission Planner, чтобы увидеть, какая именно проверка pre-arm блокирует взведение. Например, если слишком большое смещение компаса (compass offset), необходимо заново откалибровать магнитометр. Компоненты pre-arm check можно выборочно отключать: зайдите на вкладку Configuring → Standard Params, нажмите Find и выполните поиск по arm checks. Снимите галочку All, затем по отдельности включите все проверки, кроме проблемных, и нажмите Write Params для сохранения. Делайте это только после того, как убедитесь, что отключение неисправных/проблемных проверок не приведёт к аварии.

После взведения (ARM) квадрокоптера, то есть когда моторы вращаются на минимальных оборотах, плавно и медленно увеличивайте газ, пока не увидите, что дрон начинает приподниматься. Добавьте тяги, чтобы помочь ему оторваться от земли и набрать высоту. На нужной высоте переключитесь в режим Altitude Hold, чтобы удерживать высоту.

Переключитесь в режим Loiter, если хотите, чтобы дрон оставался в текущей GPS-точке, сохраняя при этом ту же высоту. При переключении в эти режимы дрон должен сохранять последнюю высоту. Если он падает или снижается, вы всё равно можете добавить газ, чтобы контролировать полёт.

Если вы не планируете использовать режим Altitude Hold, убедитесь, что уверенно умеете контролировать высоту вручную: постоянно добавляйте газ, когда дрон снижается, и убирайте газ, когда он поднимается, одновременно управляя тангажом (pitch), креном (roll) и рысканьем (yaw) квадрокоптера.

Начинать горизонтальное перемещение можно после того, как дрон находится в воздухе и имеет достаточный запас по высоте над землёй. Дрон перемещается за счёт вращения вокруг трёх осей:

1. Крен (Roll) — наклон влево и наклон вправо (см. схему управления на передатчике)
2. Тангаж (Pitch) — наклон носом вниз и наклон носом вверх
3. Рысканье (Yaw) — поворот влево (против часовой стрелки) и поворот вправо (по часовой стрелке)

Анализ журнала данных полёта

Послеполётный анализ даёт полную информацию о полёте: высота по барометру, GPS-координаты, приём спутников, напряжение аккумулятора, реакции и фактическое положение (attitude), заданное положение (desired attitude), радиосвязь, скорость, ток моторов, а также 3D-визуализацию траектории и режимов полёта.

Чтобы загрузить DataFlash log через Mission Planner, не подключайтесь к дрону по радиотелеметрии. Вместо этого нужно установить UDP‑подключение, подключив оба устройства (RPi3 и ноутбук) к одной LAN‑сети, и выполнить необходимую настройку сети, как указывалось ранее.

Откройте вкладку DataFlash Logs (как показано ниже) → Download DataFlash Log via Mavlink → выберите файлы логов нужных полётов (ориентируясь на точные дату и время) → Download selected files. Загруженные лог‑файлы будут сохранены на вашем ПК.

Загруженные бинарные файлы логов можно открыть в Mission Planner для анализа без подключения к дрону. Просто нажмите “Review a Log”, затем выберите и откройте нужный файл, ориентируясь на записанные дату и время полёта.

При попытке просмотреть логи вы автоматически перейдёте в папку, где они сохранены. Если нет, их можно найти по пути:

C:\Users\Username\Mission Planner\logs\QUADROTOR\1

Дважды щёлкните по выбранному бинарному файлу лога, чтобы открыть flash log. В flash‑логах среди наиболее популярных и полезных параметров можно выделить:

Чтобы построить график нужного параметра, просто поставьте галочку напротив него в правой нижней панели — соответствующий график будет сгенерирован. Перед анализом нового параметра рекомендуется снять галочки с не относящихся к делу параметров, чтобы корректно сбросился масштаб графика.

Чтобы увеличить размер графика, наведите курсор на двойную пунктирную линию и перетащите её вниз, расширяя область графика (за счёт пространства под ним).

Если нужно сохранить график, нажмите правой кнопкой мыши и выберите “save image as”. Ещё проще — используйте Snipping Tool, чтобы вырезать и сохранить/скопировать нужную область. Ссылка на загрузку Snipping Tool:

https://snipping-tool-plus-plus.en.softonic.com/download

Для работы требуется Java. Скачать Java можно здесь:
https://www.java.com/en/

Полётные данные полезны для поиска причин аварий, неисправностей или невозможности выполнения отдельных функций. Например, если квадрокоптер постоянно теряет высоту в режиме Altitude Hold, посмотрите данные барометра, чтобы проверить, корректно ли он измеряет высоту.

Другие примеры анализа данных

Высота по барометру и скорость по GPS для обеспечения стабильной скорости в среднем 3 метра/с.

HDOP

HDOP (Horizontal Dilution of Precision) — это показатель геометрической точности GPS по горизонтали (в плоскости широта/долгота). Он отражает, насколько удачно расположены спутники на небе: при хорошей геометрии ошибка меньше, при плохой — больше. Единиц измерения у HDOP нет.

 График широтных координат на протяжении всего полета автономной миссии

График продольных координат на протяжении всего полета второй миссии

Сравнение с координатами автономной миссии из таблицы WP

График потребления тока двигателем

Вместе со скачанными бинарными лог‑файлами сохраняется и KMZ‑файл полёта. KMZ‑файлы можно открыть с помощью программы Google Earth Pro. Перейдите на ПК по пути:

C:\Users\Username\Mission Planner\logs\QUADROTOR\1

и откройте KMZ‑файл в Google Earth Pro.

В Google Earth Pro вы сможете анализировать полёт в 3D (вплоть до режима Street View).

Реальная траектория полета, по которой следовал квадрокоптер, из KMZ файла миссии.

Трехмерное изображение траекторий полета второй миссии в режиме просмотра улиц.

Просмотр 3D‑изображения в режиме Street View возможен с помощью Google Earth Pro. Разные участки траектории различаются в зависимости от переключения режимов полёта, как показано на левой панели выше. Траектории можно выборочно отключать в списке на левой панели: если снять галочку с режима, соответствующий участок исчезнет с 3D‑карты, и останутся только отмеченные траектории.

На схеме выше зелёная линия — это первый круг траектории в режиме Auto, по которому летел квадрокоптер, а накладывающаяся фиолетовая линия — второй круг, тоже в режиме Auto.

Измерить горизонтальную дистанцию по траектории можно с помощью инструмента Ruler (линейка) в программе.  

Реализация системы избегания препятствий

Система избегания препятствий (APM) в нашем случае поддерживает обход препятствий максимум в двух направлениях. С использованием высокопроизводительного сонара LV‑MaxSonar‑EZ0 от Maxbotix квадрокоптер способен обнаруживать препятствия на расстоянии до 6,45 м. Этот дорогой датчик EZ0 используется только для обнаружения объектов над квадрокоптером, чтобы избежать столкновений при взлёте или наборе высоты.

Подключение MaxSonar к полётному контроллеру Navio2 выполняется через выводы АЦП (ADC): как показано ниже, с FC на сонар подключаются питание (voltage), земля (ground) и аналоговый сигнал (analog pin).

Для физического подключения необходима микро-гребёнка (micro-header pin) под 6‑пиновый ADC‑разъём, используемый в Navio2. Эти штырьковые разъёмы также подходят и для других портов Navio2, если количество пинов совпадает.

Для стабилизации питания в моменты высокого потребления тока к линии питания параллельно добавлен конденсатор 100 мкФ. Также резистор 100 Ω подключён последовательно, чтобы скорректировать уровень логической «1» в состоянии простоя (idle). В совокупности такая схема обеспечивает стабильные и повторяемые показания датчика MaxSonar.

В Mission Planner на вкладке “Full Parameter List” выполнены настройки для включения дальномера (rangefinder) и задания направления, в котором он должен работать. Ориентация rangefinder установлена в значение 24 (направление UP, вверх), а параметр пина дальномера установлен в 5 при подключении к ADC 3 на Navio2, как показано ниже. Остальные необходимые параметры в списке также приведены — найдите их с помощью функции “Find”.

 Ориентация и установка пинов дальномера⇑

 Указываем, что Sonar не является логометрическим датчиком ⇑

Выбирается Тип дальномера ⇑

Указано максимальное и минимальное расстояние обнаружения сонара ⇑

Выбирается тип используемого датчика приближения ⇑

Данные датчика в реальном времени при первоначальной настройке не отображались на вкладке Rangefinder для всех ориентаций, кроме Down (значения 25). Однако они отображались в круговом радаре (radius radar), который открывается кнопкой Proximity в меню Tuning, вызываемом сочетанием клавиш Ctrl+F.

Обратите внимание: двумерный радар (2D) не будет показывать дистанцию, если ориентация датчика установлена вверх (Up) или вниз (Down).

Окно радара для обнаружения объектов

После того как работоспособность сонара была подтверждена (через наблюдение в окне радара и проверку показаний на разных расстояниях), квадрокоптер можно считать готовым к полётам с обходом препятствий.

Датчик установлен в соответствии с заданной ориентацией; при этом важно убедиться, что никакие элементы самого квадрокоптера (например, проводка или стойка GPS) не попадают на пути прохождения ультразвуковых «пингов». Квадрокоптер взводится (ARM), после чего для работы обхода препятствий переключается только в режим Guided или Altitude Hold.

У существующей системы обхода препятствий есть ряд недостатков. Среди них высокая стоимость ультразвуковых датчиков, ограничения по режимам обхода препятствий, и  направлениям, по которым он может срабатывать.

Есть решение с использованием ультразвуковых датчиков HC‑SR04; пример показан на его YouTube‑канале:
https://www.youtube.com/watch?v=kmpxkKq3zNA

Как показано на схеме ниже, пять недорогих датчиков HC‑SR04 используются для обнаружения препятствий спереди, справа, сзади, слева и снизу. Микроконтроллер Arduino выступает в роли процессора: он принимает данные с датчиков и формирует соответствующие реакции. Выбран Arduino Nano из‑за компактности и относительно малого веса. Ниже полная принципиальная схема.

 В этот раз система подключена к полётному контроллеру (FC) через последовательный порт UART. Питание 5V и GND замыкают цепь питания для Arduino Nano, при этом вывод TX полётного контроллера подключается к выводу RX Arduino Nano. Аналогично, вывод RX полётного контроллера подключается к TX Arduino.

Изначально UART‑порт использовался для «воздушного» модуля телеметрии, чтобы обеспечивать связь с «наземным» модулем на станции управления (GCS). Чтобы освободить UART под систему обхода препятствий, потребовались небольшая доработка и дополнительный компонент.

Приём заключается в том, чтобы поменять местами наземный и воздушный модули телеметрии: теперь наземный модуль подключается к FC через USB‑порт, а воздушный модуль подключается к GCS / НСУ. 

Необходимые точки подключения были аккуратно и надёжно пропаяны на медной плате. Для упрощения соединений использовались джамперы, а для установки ультразвуковых датчиков в каждом направлении были припаяны гнездовые штырьковые разъёмы (female header pins), как показано ниже. Также, для повышения стабильности показаний каждого датчика, снова были добавлены конденсаторы и резисторы.

 Программная часть системы обхода препятствий была разработана в Arduino Software (IDE). Для измерения расстояния использовалась библиотека NewPing, которая позволяет получать «сырые» данные датчиков напрямую в сантиметрах. Чтобы повысить общую стабильность показаний, брали усреднённое значение из 5 измерений каждого датчика.

Было отмечено, что для сонара нередка ситуация, когда он выдаёт нулевую дистанцию. Это происходит, когда объект находится вне диапазона обнаружения, либо при неопределённости по направлению. Чтобы такие ошибки не искажали среднее значение, усреднение выполняли только если из 5 измерений минимум 4 — ненулевые; иначе результат отбрасывался.

Реакции по тангажу (pitch) и крену (roll) можно реализовать, отправляя MAVLink‑пакеты, содержащие сигналы для override (переопределения) текущих значений roll и pitch. По логам DataFlash видно, что при стабильном висении входные значения каналов RC для pitch и roll находятся примерно около 1500. Когда квадрокоптер наклоняется носом вниз, значение в канале pitch падает ниже 1500, а при наклоне носом вверх — поднимается выше 1500. Аналогично, при наклоне вправо значение в канале roll становится выше 1500, а при наклоне влево — ниже 1500.

Эта информация критически важна, потому что MAVLink‑сообщения, отправляемые с микроконтроллера Arduino на полётный контроллер (FC), будут перезаписывать (override) значения соответствующих радиоканалов. Код Arduino был написан так, что величина изменения roll/pitch растёт по мере уменьшения минимальной обнаруженной дистанции.

Override крена и тангажа в зависимости от расстояния до объекта

При этом реакции не запускаются сразу же, как только выполнен критерий из таблицы выше. Должны одновременно выполняться и другие условия — чтобы вмешательство происходило только при необходимости и когда это безопасно.

1. Условие по высоте (датчик “down”)
   Квадрокоптер начинает обход препятствий (в любых режимах полёта) только когда нижний ультразвуковой датчик (“down”) показывает высоту выше заданного порога. Это стабилизирует взлёт: ненужный наклон в этот момент может привести к касанию земли частями квадрокоптера. Только убедившись, что есть достаточный клиренс для выполнения наклона по pitch/roll, система обхода берёт управление.

2. Условие “близко” (near)
   Дистанция, измеренная конкретным датчиком, должна быть «близкой», то есть меньше заданного значения, например 100 см. В данном контексте «близко» определено как ненулевое значение (на случай, если препятствие слишком далеко и датчик выдаёт 0) и при этом меньше 100 см.

3. Согласование по одной оси (проверка свободного направления манёвра)
   Датчики на одной оси должны подтверждать, что направление, в которое будет выполняться уклонение, свободно от препятствий. Иными словами, если разница между дистанцией по переднему датчику и по заднему датчику не превышает заданный безопасный порог, квадрокоптер не будет наклоняться назад, даже если препятствие спереди формально удовлетворяет первым двум условиям.

Во время загрузки скетча (sketch) в Arduino Nano выводы TX и RX должны быть отсоединены от линий связи Arduino ↔ FC. Мигающие светодиоды на Arduino означают определённый обмен данными между двумя устройствами. Например, Arduino запрограммирована принимать на вход RX heartbeat‑сигнал от FC каждую секунду. В обратном направлении вывод TX Arduino отправляет на FC override‑сигналы каждый раз, когда выполняются условия для запуска заданной реакции.

Когда все условия выполнены, Arduino отправляет MAVLink‑сообщение RC override с новыми значениями RollOut и PitchOut (обычной функцией отправки по UART). Поскольку программа работает в цикле, как только препятствие удаляется от соответствующего датчика, реакция должна прекратиться и значения должны вернуться к исходным (нулевой наклон), то есть примерно к 1500.

Испытания системы обхода препятствий проводились, зафиксировав квадрокоптер с четырёх сторон внутри прямоугольной конструкции из ПВХ‑труб, собранной как показано ниже.

Типичные ошибки при калибровке и полётах

↑ К оглавлению 

sudo emlidtool ardupilot

systemctl is-enabled arducopter

sudo systemctl stop arducopter
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start arducopter

sudo nano /etc/default/arducopter

# пример строки:
TELEM1="-A udp:192.168.43.94:14550"