對(duì)于像我這樣的普通愛好者而言，能接觸到無人機(jī)是令人興奮的。盡管我可以直接購買現(xiàn)成的無人機(jī)，但身為DIY愛好者，我更感興趣的是編寫?yīng)毺氐挠美绦?，或?qū)ψ越ǖ臒o人機(jī)進(jìn)行升級(jí)。因此，我的第一個(gè)問題是：我能否將樹莓派裝入無人機(jī)？

使用樹莓派打造無人機(jī)是可行的。樹莓派充當(dāng)無人機(jī)的“大腦”，將飛行控制器的數(shù)據(jù)與傳感器進(jìn)行集成。為無人機(jī)添加樹莓派，可使其適應(yīng)不同任務(wù)需求。

市面上的樹莓派無人機(jī)指南往往直接深入詳細(xì)步驟，卻未解釋背后的原因。而我則希望分享一些宏觀思路，這樣無論你是購買套件還是完全自己動(dòng)手，都能帶著這些知識(shí)翱翔天際。

目錄

概述：為何要打造樹莓派無人機(jī)？

樹莓派無人機(jī)硬件部件

樹莓派無人機(jī)軟件

最佳樹莓派無人機(jī)套件

借助引導(dǎo)教程更進(jìn)一步

樹莓派購買可以直接聯(lián)系我們，其它套件購買請(qǐng)?jiān)谖哪┰恼鲁鎏庍M(jìn)行查詢。

概述：為何要打造樹莓派無人機(jī)？

如果你只是想駕駛無人機(jī)，可以直接從大疆等品牌購買現(xiàn)成型號(hào)。但如果你對(duì)打造自己的無人機(jī)、將其定制成你想要的任何功能，并享受學(xué)習(xí)過程中的樂趣感興趣，那么打造樹莓派無人機(jī)將是一個(gè)絕佳的挑戰(zhàn)。

你可以體驗(yàn)成為先驅(qū)者的感覺，就像萊特兄弟一樣，運(yùn)用你的聰明才智實(shí)現(xiàn)飛行。這是一件美妙的事情。

樹莓派無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)即使沒有樹莓派也能飛行，那么加入樹莓派有什么好處呢？

為無人機(jī)添加樹莓派，你可以：

實(shí)時(shí)傳輸視頻。

捕獲GPS坐標(biāo)或紅外圖像等數(shù)據(jù)。

連接并控制各種傳感器、USB設(shè)備、攝像頭或其他硬件。

編程實(shí)現(xiàn)自主飛行，如連接激光雷達(dá)模塊以檢測(cè)和避開障礙物。

在飛行過程中使用普通攝像頭或更強(qiáng)大的樹莓派AI攝像頭對(duì)真實(shí)物體應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺。

協(xié)調(diào)無人機(jī)群共同飛行并執(zhí)行任務(wù)。

添加樹莓派后，你的無人機(jī)將能做的遠(yuǎn)不止飛行。

購買具有特殊功能的無人機(jī)可能價(jià)格昂貴，但你可以根據(jù)自己的需求定制無人機(jī)。

這些知識(shí)將教會(huì)你如何在無人機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)以更低的成本進(jìn)行修復(fù)，并且當(dāng)你想改變無人機(jī)的用途時(shí)，可以重新配置其功能。

打造無人機(jī)時(shí)需做出的重要決策

在購買部件之前，先確定你想要打造什么樣的無人機(jī)。以下是幾個(gè)需要自問的關(guān)鍵問題。

我希望我的無人機(jī)執(zhí)行什么任務(wù)？

沒有一種設(shè)計(jì)適用于所有場(chǎng)景。不同的無人機(jī)是為不同的功能而專門設(shè)計(jì)的。你的無人機(jī)是用于記錄第一人稱視角（FPV）視頻、參加競(jìng)賽，還是執(zhí)行搜索與救援任務(wù)？這個(gè)決定將影響你做出的所有其他選擇。

我將采用哪種無人機(jī)設(shè)計(jì)？

四軸飛行器設(shè)計(jì)因其構(gòu)建簡(jiǎn)單且易于控制而廣受歡迎。但還有其他選擇，如直升機(jī)或重型八軸飛行器。

你需要多大的飛行范圍？

顯然，能在空中停留的時(shí)間越長(zhǎng)越好！但在現(xiàn)實(shí)世界中，你需要權(quán)衡：你必須平衡無人機(jī)的功能、重量、電池壽命和構(gòu)建成本。

樹莓派無人機(jī)硬件部件

現(xiàn)在，你已經(jīng)確定了目標(biāo)，接下來我們來看看需要購買哪些硬件。在本節(jié)中，我將介紹關(guān)鍵部件及其在我們構(gòu)建中的用途。

下表總結(jié)了樹莓派無人機(jī)的常見硬件組件：

我為每個(gè)部件提供了以下說明。它們按你可能想要一起考慮的類別進(jìn)行了分組。

機(jī)身部件

機(jī)架和樹莓派構(gòu)成了無人機(jī)的機(jī)身和“大腦”。它們決定了你的無人機(jī)將執(zhí)行的具體任務(wù)。

機(jī)架——在合理范圍內(nèi)，你希望機(jī)架盡可能輕。

購買預(yù)制的機(jī)架是最簡(jiǎn)單的。以下是一個(gè)適用于全能型四軸飛行器的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的機(jī)架：F450無人機(jī)四軸飛行器機(jī)架套件?；蛘撸绻阆胍粋€(gè)速度快的飛行器，這里有一個(gè)專為四軸飛行器競(jìng)賽設(shè)計(jì)的碳纖維機(jī)架：競(jìng)速無人機(jī)碳纖維四軸飛行器機(jī)架套件。

你能在家用3D打印機(jī)打印機(jī)架嗎？當(dāng)然可以。但我認(rèn)為這是專業(yè)級(jí)別的操作，除非你想測(cè)試空氣動(dòng)力學(xué)和適配性，否則初學(xué)者不應(yīng)嘗試。

樹莓派

樹莓派是讓你的無人機(jī)所有不同部件協(xié)同工作的“大腦”。

你可能會(huì)認(rèn)為樹莓派5總是最佳選擇，因?yàn)榫妥珜懕疚臅r(shí)而言，它是最強(qiáng)大的板子。但它也消耗最多的電力，且成本最高。

一些構(gòu)建者使用Pi 4或Pi 3B+作為在功耗和成本之間的妥協(xié)。

然而，如果我們談?wù)摰氖浅p型無人機(jī)，可以考慮樹莓派Zero 2 W。Zero足夠處理一些四軸飛行器設(shè)計(jì)，且重量和體積都小得多。

下表總結(jié)了選擇樹莓派時(shí)需要考慮的不同因素：

請(qǐng)記住，如果你的目標(biāo)涉及高內(nèi)存使用，你將必須選擇樹莓派4或Pi 5，以獲得4GB、8GB或16GB的RAM。

要查看更詳細(xì)的規(guī)格，請(qǐng)查看我們的樹莓派對(duì)比表。

飛行部件

無人機(jī)的飛行能力將直接取決于飛行控制器、電機(jī)、電子調(diào)速器和螺旋槳。

飛行控制器——飛行控制器（FC）控制電機(jī)、螺旋槳和與操縱相關(guān)的任何部件。一些流行的多功能FC包括Pixhawk PX4或Navio2。這些FC通常包括GPS或陀螺儀以處理自動(dòng)駕駛。

但也有一些更實(shí)惠的飛行控制器，沒有所有花哨的功能，如SpeedyBee F405或Matek F405。

你可能會(huì)問：為什么我不能使用我的樹莓派作為FC？從技術(shù)上講，你可以，也有這樣的項(xiàng)目存在。但這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，最好等你成為該領(lǐng)域的專家后再嘗試。

對(duì)于大多數(shù)愛好者來說，使用專用的飛行控制器來負(fù)責(zé)飛行，而讓樹莓派處理傳感、通信或數(shù)據(jù)處理等功能會(huì)更好。

電機(jī)——電機(jī)是無人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。你需要的電機(jī)數(shù)量將取決于你選擇的設(shè)計(jì)。對(duì)于典型的四軸飛行器，你需要4個(gè)電機(jī)，通常選擇無刷直流電機(jī)（如這個(gè)）。

電子調(diào)速器（ESC）——電子調(diào)速器（ESC）接收來自FC的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為可變的電機(jī)速度。你需要與電機(jī)數(shù)量相同的ESC（例如，四軸飛行器將有4個(gè)ESC對(duì)應(yīng)4個(gè)電機(jī)）。

如今，許多構(gòu)建方案都通過使用4合1 ESC來簡(jiǎn)化操作，它將所有ESC集成在一塊板上，并集成了配電解決方案。我認(rèn)為對(duì)于初學(xué)者來說，4合1 ESC將是首選方案。

螺旋槳——電機(jī)旋轉(zhuǎn)螺旋槳，使你的無人機(jī)起飛。四軸飛行器的常見設(shè)計(jì)是安裝4對(duì)螺旋槳。

除了決定使用多少螺旋槳外，你還應(yīng)該決定想要多大尺寸的葉片。對(duì)于初學(xué)者來說，5英寸葉片是一個(gè)平衡的選擇，但螺旋槳也有7英寸葉片的長(zhǎng)距離無人機(jī)專用款，或小至2英寸葉片的微型構(gòu)建款。

單獨(dú)購買每個(gè)部件可以讓你選擇更高質(zhì)量的組件，但這需要研究且成本更高。如果你想要一個(gè)更簡(jiǎn)單、更具成本效益的方案，考慮購買電機(jī)、ESC和螺旋槳的套裝。至少你知道它們已經(jīng)經(jīng)過測(cè)試可以一起工作。

動(dòng)力部件

飛行需要能量，因此你需要為電機(jī)、樹莓派和其他部件供電。一個(gè)好的電池是關(guān)鍵，它將由配電板進(jìn)行管理。

電池——電池決定了你有多少能量用于飛行和執(zhí)行視頻錄制等任務(wù)。但電池越大，它就越重且越貴，因此這里有一個(gè)重要的權(quán)衡。

一個(gè)流行的選擇是使用可充電鋰聚合物（LiPo）電池，如這種1550毫安時(shí)的電池。你可能還需要一個(gè)LiPo充電器來充電。

你能在空中停留多久取決于你構(gòu)建的其他部件和你的預(yù)期用途。如果你自己動(dòng)手，這里有很多選擇，這里有一篇關(guān)于6S與4S LiPo電池區(qū)別的很好的文章。

配電板——配電板（PDB）管理發(fā)送到不同部件的適當(dāng)電量。話雖如此，你可能不需要一個(gè)獨(dú)立的PDB。

注意：一些無人機(jī)設(shè)計(jì)不再需要單獨(dú)的PDB。許多流行的構(gòu)建方案使用已經(jīng)集成了此功能的4合1 ESC。

然而，如果你正在構(gòu)建像八軸飛行器這樣的東西，其中有兩個(gè)單獨(dú)的4合1 ESC，你將需要添加一個(gè)PDB來協(xié)調(diào)它們之間的電力輸出。

遙控與功能部件

最后，你如何從地面告訴你的無人機(jī)該做什么？你將使用發(fā)射器通過Wi-Fi或RC向無人機(jī)發(fā)送信號(hào)。

發(fā)射器——這是你將用來控制無人機(jī)的手持遙控器。你將希望能夠與你的FC通信以處理飛行，并與你的樹莓派通信以執(zhí)行任務(wù)。

這里有幾個(gè)選擇。你可以使用：

兩者都用Wi-Fi。

兩者都用無線電（RC）。

飛行控制器用RC + 樹莓派用Wi-Fi。

Wi-Fi更方便，因?yàn)闃漭梢呀?jīng)支持Wi-Fi，你可以使用智能手機(jī)上的應(yīng)用程序作為發(fā)射器。盡管Wi-Fi更容易使用，但請(qǐng)準(zhǔn)備好面對(duì)有限范圍和更高延遲的挑戰(zhàn)。

使用無線電控制（RC）將為你提供卓越的范圍和可靠性。缺點(diǎn)是設(shè)置起來更復(fù)雜，且你需要購買一個(gè)RC發(fā)射器。你可以從BETAFPV購買一個(gè)簡(jiǎn)單的，或像這個(gè)RadioMaster一樣更復(fù)雜的。

傳感器與其他模塊——你想添加到無人機(jī)上的額外傳感器完全取決于你想讓你的無人機(jī)執(zhí)行什么任務(wù)。例如，你可以安裝樹莓派攝像頭來記錄鳥瞰圖。或者，你可能想讓你的無人機(jī)自主飛行，在這種情況下，你可能會(huì)連接一個(gè)GPS HAT。

樹莓派無人機(jī)軟件

好了，我們已經(jīng)介紹了打造樹莓派無人機(jī)所需的硬件，但軟件呢？以下是一個(gè)簡(jiǎn)短的清單，幫助你入門。

樹莓派操作系統(tǒng)：我推薦樹莓派OS Lite，因?yàn)樗€(wěn)定，且由于沒有圖形用戶界面（GUI）而需要較少的RAM，并且有很多教程可用。如果你是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的無人機(jī)操作員，考慮安裝帶有ROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)）的Ubuntu。

FC固件：與本清單上的其他軟件不同，這不是為樹莓派準(zhǔn)備的，而是需要刷入飛行控制器的。根據(jù)你的FC選擇，可能包括PX4、ArduPilot或MultiWii。

樹莓派與FC通信——DroneKit：你的樹莓派需要與飛行控制器交換數(shù)據(jù)以將所有部件連接在一起。Python庫DroneKit很擅長(zhǎng)這項(xiàng)工作，并允許你編寫自定義自動(dòng)化。

任務(wù)調(diào)度器——crontab：當(dāng)你啟動(dòng)無人機(jī)時(shí)，你希望樹莓派自動(dòng)啟動(dòng)它需要的程序。幸運(yùn)的是，大多數(shù)Linux系統(tǒng)都包括crontab來調(diào)度任務(wù)。

以上涵蓋了基本內(nèi)容。以下軟件包是可選的，你可能還需要其他軟件包，具體取決于你還想讓你的無人機(jī)做什么。

視頻流——GStreamer：如果你想要一個(gè)FPV無人機(jī)，GStreamer框架將允許你將攝像頭看到的畫面流式傳輸?shù)侥愕?a target="_blank">智能設(shè)備上。

圖像識(shí)別——OpenCV：如果你想做圖像處理，查看我們的OpenCV安裝指南。

Wi-Fi熱點(diǎn)——hostapd：這個(gè)軟件包僅在你想要使用Wi-Fi控制無人機(jī)時(shí)才需要。你將使用hostapd將你的樹莓派變成一個(gè)熱點(diǎn)，然后從你的智能手機(jī)或平板電腦上連接。

最佳樹莓派無人機(jī)套件

研究、購買硬件和安裝軟件是一項(xiàng)繁重的工作。我認(rèn)為這就是樂趣所在：從頭開始購買部件并在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行構(gòu)建。

但毫無疑問：打造DIY樹莓派無人機(jī)是具有挑戰(zhàn)性的。如果你覺得這太有壓力或風(fēng)險(xiǎn)太大，我建議你購買一個(gè)無人機(jī)套件。

使用零售無人機(jī)套件，所有部件都已經(jīng)被確認(rèn)可以構(gòu)建出一個(gè)可工作的無人機(jī)。

以下是我發(fā)現(xiàn)的一些不同價(jià)格范圍的套件，注：具體內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谠牟榭础?/p>

經(jīng)濟(jì)型套件

HolyBro S500 V2無人機(jī)套件——你需要添加一個(gè)FC和電池，并自己編程所有內(nèi)容

HolyBro X500 V2套件——附帶一個(gè)良好的硬件基礎(chǔ)。你必須添加一個(gè)FC并安裝你自己的軟件。

HAWK'S WORK F450無人機(jī)套件C——你將需要添加一些部件。我喜歡他們銷售這個(gè)套件的不同級(jí)別（A到E），所以你可以根據(jù)需要擴(kuò)大或縮小規(guī)模以定制你的構(gòu)建。

中檔套件

HAWK'S WORK F450無人機(jī)套件A——包括一個(gè)不錯(cuò)的Pixhawk飛行控制器、Pi安裝孔和一個(gè)對(duì)新手友好的指南。

Duckiedrone套件——附帶所有部件和說明，你可以從頭開始組裝所有東西。

Drone Dojo Pi Zero無人機(jī)套件——附帶完整的部件、說明和為初學(xué)者提供的構(gòu)建支持。

HolyBro X500 V2無人機(jī)PX4開發(fā)套件——附帶幾乎所有東西和一些額外的傳感器。適用于有一定進(jìn)階水平的用戶。

高端套件

Drone Dojo樹莓派Hawk無人機(jī)套件——一個(gè)更強(qiáng)大的無人機(jī)，包括40多個(gè)部件、說明和為初學(xué)者提供的構(gòu)建支持。

Holybro X650無人機(jī)開發(fā)套件——一個(gè)龐大的無人機(jī)，附帶所有東西和額外的傳感器。適用于有一定進(jìn)階水平的用戶。

借助引導(dǎo)教程更進(jìn)一步

現(xiàn)在，你已經(jīng)有了所有部件，是時(shí)候構(gòu)建你的無人機(jī)了。本文并非完整的教程，所以讓我通過鏈接一些指南來為你指明正確的方向。

大致步驟

以下是構(gòu)建樹莓派無人機(jī)所涉及的大致步驟：

1.組裝無人機(jī)機(jī)架并連接部件。

2.連接ESC和/或配電板以控制電力。

3.配置飛行控制器。

4.將傳感器連接到樹莓派。

5.在樹莓派和FC上安裝軟件和庫。

6.通過Wi-Fi或RC將發(fā)射器連接到無人機(jī)。

7.測(cè)試飛行并進(jìn)行校準(zhǔn)。