# uav-sh

**Repository Path**: icr2022/uav-sh

## Basic Information

- **Project Name**: uav-sh
- **Description**: 山西太原无人机巡检项目code

- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-07-12
- **Last Updated**: 2026-03-06

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

## 无人机巡检项目代码简述

### 开机自启动

山西太原电力巡检项目，涉及两个场地。分别对应的树莓派自启动脚本为`xj_sh`文件夹中的两个脚本&服务。

- 1）多彩城望府：`uav-init.service`

```bash
ssh huawei@192.168.50.246
```

- 2）悦府（地面掉高）：`uav-init-uav2.service`

```bash
ssh huawei@192.168.50.229
```

使能树莓派服务的操作如下，以`uav-init.service`为例：

```bash
# 1）给可执行脚本加权限
cd xj_sh
sudo chmod a+x uav_init.sh

# 2) 拷贝服务至系统路径
cp uav-init.service /etc/systemd/system
cp uav-init.service /lib/systemd/system
# 加权限
sudo chmod 777 /etc/systemd/system/uav-init.service
sudo chmod 777 /lib/systemd/system/uav-init.service

# 3）建立链接
sudo ln -fs /lib/systemd/system/uav-init.service /etc/systemd/system/uav-init.service

# 4) 启用服务 设置后才能开机启动
sudo systemctl enable uav-init
# disable # 可以取消服务的开机自启动
# 其他一些操作
start | stop | restart | status
```

其中，自启动脚本的**基本格式**如下(省略部分内容)，挑其中的一些要点进行简单论述。

- 1）每次启动程序前，先`rosclean`，清除缓存
- 2）针对某个程序无法一次正常启动，而需要多次启动的问题，设计了指令判断。

```bash
while true; do
  b="frame_id:"
  echo "Checking /scan topic.."
  # timeout # 执行命令的设定时间达到限制则停止
  # awk '{print $1}' 将打印字符串的第一个字符，默认分割符为 空格
  a="$(timeout 3s rostopic echo -n 1 /scan | grep frame_id | awk '{print $1}' )"
  if [ ${a} = ${b} ]; then
    echo "Data received on /scan topic, continuing... "
    break;
  else
    echo "No data on /scan topic, restarting"
    # 在重启程序前，先杀掉对应的ros节点
    rosnode kill /LD06
    sleep 1
    # 清除掉无效的ros节点（kill 不一定有效清除）
    rosnode cleanup
    sleep 1
    screen -d -m -S scan bash -c 'roslaunch ldlidar_stl_ros stl27_.launch; exec /bin/bash'
    sleep 6
  fi
  sleep 1
done
```

- 3）脚本最后需要有`while true; do sleep 1; done`。不然脚本启动一次之后就会死掉，对应的程序也是如此。当然有特例，如果最后是直接启动python脚本文件，无需添加该内容也能保证前面的程序一直活着，代价是无法正常执行后续的程序内容，将python文件利用roslaunch启动则能消除该bug。

```bash
#!/bin/bash
echo "start ~"

. /opt/ros/melodic/setup.bash
screen -d -m -S roscore bash -c 'roscore ; exec /bin/bash'
while true; do
  if [ "$(rosnode list)" ]; then
    echo "has core"
    break
  fi
  sleep 1
  echo "wait core start ~"
done
echo "roscore success"

rosclean purge -y

sleep 3
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
screen -d -m -S scan bash -c 'roslaunch ldlidar_stl_ros stl27_.launch; exec /bin/bash'
sleep 4
while true; do
  b="frame_id:"
  echo "Checking /scan topic.."
  # timeout # 执行命令的设定时间达到限制则停止
  # lidar 数据较多，1s不够
  a="$(timeout 3s rostopic echo -n 1 /scan | grep frame_id | awk '{print $1}' )"
  if [ ${a} = ${b} ]; then
    echo "Data received on /scan topic, continuing... "
    break;
  else
    echo "No data on /scan topic, restarting"
    rosnode kill /LD06
    sleep 1
    rosnode cleanup
    sleep 1
    screen -d -m -S scan bash -c 'roslaunch ldlidar_stl_ros stl27_.launch; exec /bin/bash'
    sleep 6
  fi
  sleep 1
done
echo "lidar start"

while true; do sleep 1; done
```



树莓派的`~/.config/autostart`下，创建`xxx.desktop`文件，**可以设置开机自启动**。但是这个启动**需要树莓派连接屏幕**，其将自动打开一个终端并执行命令。



### 涉及功能包介绍

正常运行逻辑如下：

```bash
远程服务器发送上电指令 --> 机巢(esp8266)控制继电器下电 --> 无人机上电，开始启动程序 --> 远程服务器发送任务指令 --> net_con收到指令 --> offboard接收航点任务&起飞指令 --> uav_dwa连接fcu并自动解锁切入offboard，接收offboard的航点并进行无人机控制 --> 任务执行完毕，无人机返回机巢并降落 --> 机巢接收上电指令后便开始4min记时，时间一到控制继电器上电 --> 无人机延时通电模块触发，无人机下电，电池开始充电
# 无人机飞行过程中，远程服务器可以发送任务终止指令... 
```

涉及到的主要功能包：

- net_con：负责与服务器&offboard进行通讯。接收服务器下发的指令、反馈无人机状态、向服务器发送到达标志位后的拍照指令；给offboard转发服务器端任务航点设置、转发无人机工作模式设置、接收到达位置的拍照指令。
- offboard： **主控程序**，负责接收任务、检测无人机当前状态、发送无人机运动目标及指令，与多个模块进行交互。内置的scripts文件夹下包含python脚本文件，利用树莓派引脚控制舵机运动。
- aruco_localization： 利用摄像头图像进行aruco降落码的检测，由offboard触发检测标志位，将输出aruco码的中心位置(目前舍弃了三维位姿估计，因为识别效果不佳)。

- uav_dwa： 接收offboard发送到无人机运动目标及指令，该功能包将与mavros进行交互，进行无人机运动控制。
- cartographer： 利用2d雷达、imu、先验地图进行重定位，为无人机提供定位数据。

其他配件功能包：

- mavros：建立与飞控之间的通讯，对启动mavros时的两个配置文件进行了修改
- uvc_camera：启动树莓派上的排线摄像头
- ldliar_stl_ros：乐动雷达的驱动。



### 其他内容

#### 1）carto地图

- 多彩城悦府: stategrid_localization_1.launch 
- 望府: stategrid_localization_2.launch

先建图，然后再重定位。重定位时如果能多等一会，即使初始位置和建图时位置略不同，cartographer也能够将雷达点云匹配上环境地图，目前的树莓派参数情况下，大约2min左右可以。（自启动脚本中，也是先启动定位再启动其他内容）

```bash
# mavros
roslaunch mavros stategrid_qgc.launch
# lidar
roslaunch ldlidar_stl_ros stl27.launch
# carto
roslaunch cartographer_ros stategrid_explore.launch

# 差不多之后，保存地图至 ~/xunjian
rosservice call /finish_trajectory 0

# map_1 for 多彩城悦府  map_2 for 望府
rosservice call /write_state "{filename: '${HOME}/xunjian/map_1.pbstream', include_unfinished_submaps: "true"}"

rosrun cartographer_ros cartographer_pbstream_to_ros_map -map_filestem=${HOME}/xunjian/040_040 -pbstream_filename=${HOME}/xunjian/map_1.pbstream -resolution=0.05
```

cartographer的重定位参数会影响定位效果，因为**树莓派本身算力不够**，所以当前的参数设置上都比较小，**搜索窗口比较小**。对于算力强大的机载电脑，可以将搜索窗口、线程数等都改大。

cartographer重定位时，如果启动**重定位的位姿与初始建图不一致**，也可以修改代码，通过launch参数传入相对的位姿，以便于cartographer更快的进行有效的重定位。

>参考： https://blog.csdn.net/weixin_44923488/article/details/115279437





#### 2）相机标定

进行aruco检测时，对于传入的摄像头数据话题，其将会**自动获取对应话题下的camera_info**，利用其中的相机内参解算aruco码相对相机的位置。为此，进行aruco检测前，需要对相机进行标定。

> PS：**当前的相机是反向安装的**，aruco输出的marker检测结果也是进行了处理的。要用于其他无人机设备，需要对其进行修改。

树莓派的那个排线相机模块输出受限，`1280*720`的图像只能5hz左右，为保证实时性，进行降落检测时将使用15hz的`640*480`。 **标定工具推荐使用matlab**，kalibar难以标定成功...  步骤如下：

```bash
# 1) 准备checkboard，启动相机节点，进行bag录制
roslaunch uvc_camera camera_land_1.launch

# 2）播放bag包，从中截取出图像（记得杀掉相机节点 or 直接实时截取图像）
# 将保存图片至运行命令的当前文件夹下，建议新建一个文件夹
rosrun image_view  extract_images _sec_per_frame:=0.5 image:=/image_raw # 0.5s截取一张图片

# 3）将图片导入matlab进行标定，需要设置标定板类型和大小

# 4）将标定得到的内参矩阵填入 uvc_camera/config 的某个 .yaml文件中
```

#### 3）飞控连接

uav1中采用`usb`连接树莓派，采用硬件串口连接雷达。将`usb`端口接线5v、GND、TXD&RXD至usb端口后，树莓派下将多一个设备`/dev/ttyACM0`，通过该端口启动mavros时，**波特率随便设置**。接线时，**只接TXD&RXD树莓派无法正常检测到设备号**，尽管两个设备皆使用同一块电池供电。而连接雷达时，只需要接雷达的TX至机载电脑的RX即可。



### 树莓派...

#### 1）树莓派网络设置

目前的树莓派网络设置**只需要修改yaml文件即可**。 修改其中的**wifi账号、wifi密码**、以及网络网段(实际上不改也行)。可以连接屏幕，也可以选择通过读卡器直接修改sd卡中的内容。

```bash
sudo nano /etc/netplan/50-cloud-init.yaml
```



#### 2）排线相机设置

与树莓派连接的**排线相机默认关闭**，需要设置后才能正常使用。如果更换了新的摄像头模组，可能也需要重新进行设置后才能正常使用。此外，在进行摄像头插拔时，需要将树莓派断电，否则将导致系统崩溃...  如果树莓派上面没有raspi-config，需要先进行安装。

```bash
# 下载 .deb
wget http://mirrors.ustc.edu.cn/archive.raspberrypi.org/debian/pool/main/r/raspi-config/raspi-config_20201108_all.deb
# 安装相关依赖包
sudo apt install lua5.1 libatopology2 libfftw3-single3 libsamplerate0 alsa-utils
# 安装 raspi-config
sudo dpkg -i raspi-config_20201108_all.deb
```

摄像头设置指令如下：

```bash
# 挂载
sudo mount /dev/mmcblk0p1 /boot
# 添加至用户群组
sudo usermod -aG video huawei # 用户名
# 进行配置
# 上下键选择3 --> 选择P1 Camera --> 回车使能
sudo raspi-config

# 使用 v4l2查看是否检测到 video0
sudo apt-get install v4l-utils  # 没有需要安装
# 会显示很多内容，如果最下面有 /dev/video0, 则说明成功检测到摄像头
# 反之，可能需要检测一下排线是否插入正确
v4l2-ctl --list-devices

# 下面的指令也能检测是否连接上摄像头
vcgencmd get_camera
# 正常的输出结果为
supported=1 detected=1

# 拍照测试
raspistill -v -o test.jpg

# 之后，便可以正常使用 uvc_camera 功能包打开摄像头并发布数据
```



#### 3）舵机控制

要使用树莓派的硬件引脚进行舵机控制，需要安装一些依赖库文件。目前使用5V针脚下面的12(GPIO 18, PCM_CLK)进行舵机控制。

```bash
# 1）安装 WiringPi 
# 建议直接拷贝提前下载好的 wringpi 文件
git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi.git
cd WiringPi
# 安装
./build 
# ./build uninstall # 卸载

# 查看 WiringPi 版本
gpio -v

# 2）安装python依赖
sudo apt-get install python3-rpi.gpio
```

目前使用的python控制舵机脚本位于offboard/scripts文件夹下。可以通过修改 `def Controller(rotate_msg)`函数中的`time_list`调整舵机转动的角度。`time_list`中，**两个时间相加的和为19.5**。



#### 4）开启串口

我们需要使用树莓派的**硬件串口连接飞控or雷达**，使用5V下面的8&10(GPIO14 & GPIO 15, TXD&TXD)。其中，uav1用于连接雷达，uav2用于连接飞控。硬件串口**默认关闭**，如果在**没有开启硬件串口的情况下将串口设备连接硬件串口引脚**，并给树莓派上电，**树莓派大概率无法正常开机**。

> 参考博客：https://blog.csdn.net/benchuspx/article/details/112571880
>
> 此处仅简述操作，更多详细内容参见博客。

操作步骤：让树莓派开机时**进入 u-boot** 界面，然后使用**串口助手连接其硬件串口进行设置**。

- 开机进入 u-boot界面：当时选择将飞控串口线连接硬件串口，连接外部屏幕并给树莓派开机，屏幕上将输出一堆乱码，不用管。
- 串口助手进行设置：使用usb转ttl模块连接其硬件串口，并使用串口调试助手打开对应的端口。然后，给其发送指令，以取消其u-boot的等待时间。

```bash
# 设置
setenv bootdelay -2 # 执行命令后没有输出
# 保存
saveenv # 执行命令后应该会有输出
# 比如： Saving Environment to FAI...
```

> 推荐[使用windows下的安信可串口调试助手](https://docs.ai-thinker.com/tools)。



#### 5）编译时间不对

将笔记本上面的程序拷贝至树莓派上进行编译，可能会遇到时间不同步问题而无法正常编译（nvidia xavier有时候也会遇到该问题）。

```bash
find . -type f -exec touch {} \;

# 单独编译某个功能包
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES=offboard

# 拷贝文件夹用 scp -r , 拷贝文件使用 scp
# 从本地拷贝文件至其他设备
scp -r /xunjian huawei@192.168.50.xxx:~/
# 从其他设备拷贝文件
scp -r huawei@192.168.50.xxx:~/xunjian 
```