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1、本项目基本遵循苍穹四轴DIY给出的教程，但是由于各个库的版本更新，在环境配置过程中遇到了很多问题，原有教程难以解决，所以整理出一份资料。

2、由于环境配置过于复杂且繁琐，我只在Dronekit环境搭建还有SITL仿真环境搭建这两步进行了全过程的记录，只要对ubuntu系统足够熟悉，配置起来很快。不熟悉ubuntu也没关系，ubuntu使用上的关键部分我都贴出了相应教程。

3、dwc老师原本建议用ROS控制无人机，但是我为了光速毕业主打一个方便快捷且省事，最后还是采用了Dronekit的方案。

4、树莓派上的ubuntu系统用户名我设置为HDUASL，密码hduasl（小写）。

5、在这个项目之前我从未接触过无人机，仅为自身经验总结，如有错误，欢迎指正。（邮箱：Vc_Ri@outlook.com）

代码：

https://github.com/VcRi/F450-Dronekit-Aruco.git

演示视频：

（F450+Dronekit）SITL + MavProxy 仿真演示

F450+树莓派Ubuntu24.04+Dronekit 悬停、移动测试

综述：

1、无人机组装

2、无人机调试（需要下载地面站软件MissionPlanner）

3、树莓派5搭载Ubuntu24.04系统，使用GPIO对机械爪的PWM舵机进行控制以实现开合；使用Dronekit库对无人机进行飞行控制

4、仿真使用SITL+MAVProxy（仿真环境在笔记本虚拟机里的Ubuntu18.04系统上）

5、两个Ubuntu系统下载的都是带图形界面的版本，平时使用让树莓派接上显示器及键盘鼠标，用vscode写代码。户外飞行时用笔记本SSH远程连接树莓派（两台都连接手机热点，或者连接同一wifi，总之在同一网络下），通过命令行的方式运行代码。也可以通过VNC连接让笔记本获取到树莓派的桌面。

硬件准备：

1、F450无人机 (2000r左右，我使用的这台是pixhawk2.4.8飞控 + AT9s Pro遥控器)

苍穹四轴DIY 处购买，出厂已经调试好。我们有三台无人机是在这家购买的，提供订单链接可以被拉到售后群

2、树莓派5 （4G） （500r左右）

• 树莓派5是23年新发售的，教程不多。我买它是因为买的时候什么也不知道，随便选了个最新的，不过使用上大差不差。
• 买的是带csi摄像头版本的。raspberry pi os自带了对这个csi摄像头支持的库，但是ubuntu系统下我始终没搞定这个库，且这个摄像头似乎不具备完成这个项目的能力
• 还额外购买了32G的SD存储卡装在树莓派上
• 这一套使用下来偶有死机或者卡顿现象，不知道是内存小了还是树莓派本身性能的问题。

3、机械爪 （100r左右）

我购买的是下图这一款：

安装在无人机上的方式也很潦草，直接用轧带绑在无人机下面的。
机械爪资料-百度网盘分享 店家提供的机械爪资料我没细看，实际上就三根线，接到树莓派上就完事了，如何接线及使用详见文章后面。

4、摄像头 （400r左右）

• 选择全局快门（而非卷帘快门），我描述了一下我要在离地两三米高度对地面上A4大小左右二维码进行识别的需求后，店家推荐我使用50-60度的摄像头:
  

• 该摄像头是USB口，在win上和ubuntu上即插即用，无需安装驱动。Ubuntu命令行里输入以下两个命令可以调用该摄像头看看效果：

• #ffmpeg是一个多媒体处理库，也是sudo apt install ffmpeg一行命令就能下载好
            
  #录制一段10s的视频
  ffmpeg -f v4l2 -input_format mjpeg -framerate 30 -video_size 1920x1200 -i /dev/video0 -t 10 -c:v copy output.mp4
            
  #拍摄一张照片
  ffmpeg -f v4l2 -input_format mjpeg -video_size 1920x1200 -i /dev/video0 -frames:v 1 -q:v 2 image.jpg
  

• 但是这款摄像头的拍摄素质有点感人，我只能说完成该二维码识别任务还是可以成功的

• 店家提供的调试软件：摄像头资料-百度网盘分享

无人机桨叶等都是耗材（我的遥控技术实在太烂了），桨叶上有标型号，买的时候注意正桨反桨，可以各买一两副备用。

M8n GPS模块的支架容易摔断，如果断的地方靠底部，把螺丝拧开，支架重新插进去再拧上螺丝还可以继续用，只是会短一截。淘宝上也有单支架可以买，型号基本上是通用的。

苍穹四轴DIY教程整理：

点击可直接跳转：

图文并茂详细教程之–用pixhawk飞控组装一台F450四轴无人机（上）

图文并茂详细教程之-- 用pixhawk飞控组装一台F450无人机（中）

图文并茂详细教程之-- 用pixhawk飞控组装一台F450无人机（下）

Pixhawk无人机扩展教程（1）—树莓派与pixhawk连接

Pixhawk无人机扩展教程(2)—树莓派安装ubuntu-mate系统及必要设置

Pixhawk无人机扩展教程(3)—树莓派安装Dronekit及读取飞控数据

Pixhawk无人机扩展教程(4)—使用Dronekit编写一个控制程序

Pixhawk无人机扩展教程(5)—SITL仿真模拟飞行：开发环境搭建

Pixhawk无人机扩展教程(6)—启动SITL+MAVProxy

Pixhawk无人机扩展教程(7)—SITL+MP/QGC运行

Pixhawk无人机扩展教程(8)—使用键盘控制无人机飞行

Pixhawk无人机扩展教程(9)—树莓派安装opencv

本文是对这份教程的补充和扩展，飞行控制部分也主要参考教程里的代码，只是额外加上了机械爪控制和二维码检测部分。

其中扩展教程（7）和扩展教程（9）我完全没有用到。

温馨提示：

和安全性有关的问题，一定注意注意再注意，不要对自己太自信。

这一小段的内容即使暂时不理解也没有关系，放在前面是因为它非常重要。

祝愿大家都不要炸机。

1、每次安装好桨叶后，都仔细核对一遍桨叶安装是否正确

初次接触无人机的我：不是，这么简单谁能装反

某次起飞侧翻了三次才发现是桨叶装错后的我：我是**

2、锂电池是一个比较危险的东西。电池不要过充及过放，充电时保证有人在场。我的是3s锂电池，即有三片电芯，只要其中有一片坏了就不要再用了，电压会有问题；电池鼓包也不要再用了。每次飞行完毕后，无人机的动力锂电池和遥控器里的电池都及时取下，放进电池防爆袋里，废电池更是需要妥善处理

有次遥控器里的电池忘记取下，隔了一晚上发现电池鼓包，没法用了。

3、针对本项目，需要熟悉定高模式、悬停模式和降落模式，三种模式都要手飞过，并且学会判断GPS信号。

上锁、解锁、BB响使用演示:

YH远航科技-F450无人机PIXHAWK飞控起飞教程(定点+自稳操作）

这个视频里的遥控器设置和我们的不一样。关注使用过程就行。

苍穹四轴DIY提供的飞行教程：

定高模式（F450福斯遥控版）

悬停模式（F450机型乐迪遥控版）

降落模式（F450机型乐迪遥控版）

定高模式: 定高模式不需要GPS。飞上去后，高度虽然能固定，但是水平方向上会有较大偏移，要不断调整位置

悬停模式： 悬停模式需要GPS，飞上去后会定点悬停住。如果GPS信号不足，遥控器是解锁不了的。

降落模式： 降落模式下，无人机会自动降落。

在代码里面使用的都是GUIDED模式，降落时才会切换RTL返航或者LAND降落模式实现降落。

RTL模式下，会先回到航点上空固定高度（在missionplanner里可以查到RTL_ALT这个参数），然后再执行降落。这是教程里的代码提供的降落模式。

Land模式下，会让无人机直接降落。这是在我的项目采用的降落模式。

对于GUIDED模式，想让它飞上去定的住不漂移，也是需要足够的GPS信号的。

我的个人使用经验是，即使GPS信号不充足，在GUIDED模式下也会解锁。

那次的使用体验很恐怖， 我没有检查GPS灯，也没有在悬停模式下试验能否用遥控器解锁，结果无人机起飞后直接大漂移，最后撞到东西摔了。

在那次之后，我还遇到过代码运行中、等待无人机起飞时，LED灯忽然从绿变黄绿的情况。如果没及时暂停代码，恐怕就要梅开二度了。

当然如果你的场地足够空旷，就不用像我这么小心翼翼。我设置的飞行高度一般两三米，飞行时间也很短暂。

检查GPS信号我认为有两种方式：

1、直接连MissionPlanner，可以查到GPS信号是否充足。（实际上直接在遥控器里也能查到GPS搜星数量）

2、通过飞控上的LED灯判断GPS信号

我的数传用不了，每次地面站连飞控都要接线，很麻烦，所以我都用第二种方法，扫一眼就知道能不能起飞了。

如何识别LED灯？

LED灯在飞控上，这里仅说明明如何辨别pix的灯

我这里找到的是pix4的官方教程，与我使用的pixhawk2.4.8还是有点区别的

参考官方教程：LED灯含义 · PX4 User Guide

解锁： 在手飞情况下，遥控器“油门最低 + 方向舵右”这一步就是解锁操作，解锁完后，电机会转动，此时推油门无人机才会起飞。呈现在代码里，就是vehicle.armed = True这一句。（注意，拨动安全开关那一步只是解锁的前置条件，但还不是解锁）

GPS锁定： 这里锁定的意思是GPS模块会输出有效的全球定位数据，所以GPS锁定才是我们需要的。

蓝色，意味着GPS未锁定，即GPS信号不足。解锁操作会使灯从蓝色闪烁状态变成蓝色常亮状态。

绿色，意味着GPS锁定，即GPS信号充足。解锁操作会使灯从绿色闪烁状态变成绿色常亮状态。

但是！实际上我最常遇到的是另外一种快速闪烁的黄绿色灯（毕竟这只是Pixhawk4的教程）

这个灯的意思我猜测是介于蓝色和绿色之间，代表有GPS信号，但是仍然不足，譬如悬停模式下是无法解锁的

等待一段时间后，当GPS信号充足时，黄绿色灯才会转变成为绿色。M8N GPS性能不是很好，无人机附近不要有遮挡物，包括人也离得远一点。


黄绿色灯：

绿色灯：

代码控制飞行时，请保证LED灯一定是绿色的。

4、据无人机售后描述，用代码控制飞行时，使用遥控器切换飞行模式可以剥夺控制权。例如飞行中使用悬停模式，遥控器来回拨动一下模式开关就可以得到控制权了。但是在切换时油门需要保持中位，低位会掉下来。

5、如果真的炸机，可以看这篇教程查一下飞行日志检查原因：APM/Pixhawk飞行日志分析入门（苍穹四轴）

一、组装

组装见教程：图文并茂详细教程之–用pixhawk飞控组装一台F450四轴无人机（上）

这一步我没有经验可以分享，我拿到的无人机是已经组装好的，但是想熟悉一下所有结构的话可以参考这个视频：

F450装机教程PIX2.4.8版本

二、调试

图文并茂详细教程之-- 用pixhawk飞控组装一台F450无人机（中）

图文并茂详细教程之-- 用pixhawk飞控组装一台F450无人机（下）

调试过程完全遵循教程。 即使是已经安装使用过的无人机，在长期不用后一些仪器也需要校准。

一些注意事项如下：

1、推荐一个视频PIXHAWK2.4.8飞控调试教程，非常直观地展示了调试的步骤和一些细节。视频仅供参考，调试过程中所有的设置仍然以卖家的教程为准。

2、调试使用的软件是Mission Planner地面站，官网下载即可，教程里用的是版本1.3.62（archive文件夹里有历史版本）。注意下载.msi版本，前者安装完后能帮你装上驱动，后续用数据线连接时电脑可以成功识别到飞控

3、飞控和笔记本之间连接使用的是micro线，如果插上线后识别不到正确的端口，很有可能是线的问题。短的micro线极有可能只提供充电功能，无法进行数据传输；三合一充电线也不够稳定。这两种线我都试过，用不了。

4、第一次安装的无人机跟着教程一步步设置即可。已经安装使用过的无人机，跳过更新固件这一步（除非有特殊需求）

5、指南针校准这一步，只要三百六十度无死角来回晃让进度条走满就可以，不需要有严格的旋转方向

三、电池使用

如果实验室的电池或者充电器换新设备了，使用方式可能会略有不同。仅以我拿到手的为例：

共有两块锂电池，小的是控电，装在遥控器里；大的是动力锂电池，给无人机供电

电池接口：

左边白色的是平衡头，右边黄色的是XT60头。

不同充电器需要用到的接口可能不同，使用B3平衡充的话，将平衡头接到充电器上进行充电即可。放一个电池充电的教程：［航模入门］B3、B6充电器使用方法 航模锂电池充电教程（锂电池易燃，不耐摔，使用务必注意安全，充电时需有人在场）

遥控器电池安装方式：

打开遥控器后侧电池槽

将遥控器电池供电头（红色那个头，有红黑两条电线分别对应正极和负极）插在遥控器的电池槽最左侧的二口排插上，保证正极（红色电线）朝上。

四、起飞

在温馨提示部分，已经列出了手飞可以参考的教程。顺便再把温馨提示看一遍。

五、树莓派与Pixhawk连接

见教程：Pixhawk无人机扩展教程（1）—树莓派与pixhawk连接

六、树莓派镜像烧录器烧录Ubuntu24.04系统

对应教程：Pixhawk无人机扩展教程(2)—树莓派安装ubuntu-mate系统及必要设置

在系统选择上，我并没有遵循扩展教程（2）的配置。树莓派5是2023年发售的，买的时候没考虑太多，买完后发现关于树莓派5的使用教程比较少。而且用树莓派镜像烧录器烧录系统的时候，发现能选择的ubuntu系统都比较新（没有教程里的那么古老）。中途系统还被我搞坏了一两次，总之最后配置好环境的Ubuntu系统是24.04 LTS （是一个相当新的Ubuntu版本）

因此，针对这一步骤，我简单描述下我是如何进行配置的：

1、使用树莓派镜像烧录器烧录24.04 LTS系统。
参考教程： 【树莓派5】树莓派5安装Ubuntu 23.10桌面系统


2、安装vim编辑器。
忘了24.04有没有自带vim了，虽然平时用vscode写代码，看文件也是直接用图形界面操作多，但是vim偶尔还是会用到的。

 sudo apt-get install vim

vim编辑器的基础用法是需要额外学一下的。

3、对Ubuntu进行换源。
ubuntu下载好时，官方源使用的是国外服务器，下载速度感人，要换成我们国内的源。常见的有清华源、阿里源、淘宝源等等，都可以使用（简单来说换源就是更改Ubuntu系统里某个文件里的某几行）。

换源教程：Ubuntu24.04换源方法（新版源更换方式，包含Arm64） 注意，树莓派是arm架构，要看最后的Arm64-ubuntu配置，即换源时要额外加上ports。

4、我没有用远程桌面的方案。我室内写代码时树莓派外接显示器鼠标键盘，户外测试时直接使用ssh连接树莓派。

• 扩展教程（2）提到要在笔记本上提前下载好ubuntu系统，让两个ubuntu系统互连。我觉得没有必要。笔记本之后确实需要下载ubuntu系统（下载在虚拟机里），但这个系统我只用来配置仿真环境。现在用ssh连接只是保证在没有显示器和鼠标键盘的户外时，仍然可以运行树莓派里的代码，所以在win上使用MobaXterm这个软件远程ssh连接到树莓派就可以了。
• 在笔记本windows系统上下载好MobaXterm（亲测很好用，推荐），树莓派上开启ssh远程服务，需要保证笔记本和树莓派在同一网络下（同一手机热点也可以），之后就可以连接到树莓派用命令行的方式对树莓派进行控制了。

对ubuntu24.04使用的提示：

ubuntu24.04下载好是自带python3的，下面两个命令可以查看python版本

python2 --version
python3 --version

本项目的代码都是在python3环境下运行的，在命令行里运行python代码使用的命令也是 python3 test.py（不加3会默认使用Python2环境）

苍穹四轴DIY里给出的教程应该是在python2环境下，Dronekit库也是Python2版本的。因此用教程里的方法去配置Dronekit完全不成功。这点在讲到Dronekit配置时再展开。

在环境配置阶段，除了Dronekit库下载和SITL仿真环境搭建这两步我卡了很久之外，其他所有的下载靠下面的命令基本就可以完成：

sudo apt install xxxx（你需要的包的名称）

sudo pip3 install xxxx（你需要的包的名称） #pip默认为Python 2使用，而pip3则专门为Python 3使用

总之环境配置就是看提示信息，提示缺什么就下载什么，大部分问题一两个命令就可以解决。下载不成就问GPT。

有时候回车了一个命令后会提示权限不足，这种情况一般是命令开头忘记加sudo了。sudo是临时提升权限的方式，不想频繁输入sudo也可以查下永久提升权限的方式。

在ubuntu命令行下输入密码，密码是被隐藏掉的，没有*号占位，光标也不会后移。放心大胆的输完然后敲回车，输错了会提示你重来的。

在室内使用时，树莓派是接树莓派官方电源使用的（比较稳定，卡顿较少）

在户外测试时，树莓派和无人机都使用电池供电，无人机上有一根Type-C接口的线就是给树莓派供电用的

七、机械爪安装

机械爪上的舵机是PWM舵机，总共有三根线，一根接5V电源，一根接地（Ground），还有一根是信号线，不同功能的线可以根据颜色区分。

查阅树莓派引脚图可发现，树莓派上总共40个引脚，每个引脚功能不同。

其中我接的是4号（5V电源）、6号（接地）和32号引脚（PWM信号），在图中已圈出。

引脚参考文章：树莓派5-GPIO和40针引脚_树莓派5引脚定义-CSDN博客

里面有提到“GPIO12、GPIO13、GPIO18、GPIO19 上提供硬件 PWM。”

总之我选择了GPIO12（即32号引脚），测试下来可以正常使用。

RPI.GPIO这个库是要下载的，网上查一下ubuntu安装树莓派GPIO库的命令是什么，不赘述。

机械爪测试代码：control.py

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# 设置GPIO模式为BCM
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# 定义GPIO引脚
PWM_PIN = 12  # GPIO12（对应32号引脚）
# 设置GPIO引脚为输出模式
GPIO.setup(PWM_PIN, GPIO.OUT)
# 创建PWM实例，频率设置为50Hz（适用于大多数舵机）
pwm = GPIO.PWM(PWM_PIN, 50)
# 启动PWM，初始占空比为0（电机停止）
pwm.start(0)

# 定义函数：打开爪子
def open_claw():
    print("打开爪子")
    pwm.ChangeDutyCycle(8)  # 8%占空比（假设对应爪子打开）
    time.sleep(1)  # 等待1秒，确保动作完成

# 定义函数：闭合爪子
def close_claw():
    print("闭合爪子")
    pwm.ChangeDutyCycle(5)  # 5%占空比（假设对应爪子闭合）
    time.sleep(1)  # 等待1秒，确保动作完成
    
try:
    while True:
        open_claw()  # 打开爪子
        time.sleep(5)  # 等待5秒

        close_claw()  # 闭合爪子
        time.sleep(5)  # 等待5秒

except KeyboardInterrupt:
    # 捕获Ctrl+C，停止程序
    print("程序停止")

finally:
    # 停止PWM并清理GPIO设置
    pwm.stop()
    GPIO.cleanup()
    print("GPIO已清理")

八、树莓派安装Dronekit（修改Dronekit源码）

参考教程：Pixhawk无人机扩展教程(3)—树莓派安装Dronekit及读取飞控数据

之前提到过，我们的树莓派上安装的是Ubuntu24.04，自带python2和python3。

从教程里的Dronekit使用流程里看下来，它使用的应该是python2环境

python2实在太古老，我之后还要控制机械爪，还要使用OpenCV，所以Dronekit也必须在python3环境下使用

按照教程里的方式去下载Dronekit时，遇到了相当多的问题，查阅资料，甚至发现Dronekit 不支持Python3.0。不过都是比较古老的教程，2025年Dronekit还是支持python3的。

在树莓派里我也是误打误撞才装下来Dronekit，不可能为了复刻而重装一遍系统，所以决定在我的笔记本虚拟机里装一个Ubuntu24.04 LTS，复刻一下Dronekit安装流程（但树莓派是arm架构毕竟和笔记本还是有区别，不清楚会不会有影响）

1、查看python版本

python3 --version

输出Python 3.12.3，说明ubuntu24.04确实自带python3

2、下载pip3，下载完后查看

sudo apt install python3 python3-pip python3-dev
pip3 --version #查看pip3版本

3、下载dronekit

sudo pip3 install dronekit

报错：

言下之意就是和环境有冲突，但如果硬要下载，可以在后面加上–break-system-packages

sudo pip3 install dronekit --break-system-packages

下载成功，下一步测试一下这个库能不能在python代码里正常使用

我已经提前下载安装好vscode，ubuntu自带的火狐浏览器默认搜索引擎是谷歌，没开vpn是用不了的，初次使用记得去设置里改一下。如果不想额外下载代码编辑器，直接在命令行里用命令创建python文件然后写代码进去也行。就是真的难用。

from dronekit import connect, VehicleMode, LocationGlobalRelative #代码里放这一句就够了。

运行一下测试代码，发现出现了报错。看起来Dronekit确实下载并且引入成功了，问题出在Dronekit内部。

大致原因是，python3的高版本中，MutableMapping已经被弃用。解决方法要么给python版本降级，要么修改Dronekit源代码。

我们使用修改源代码的方式

其实并不复杂，仔细观察报错可以发现，问题出在文件的第2689行，改掉这一行里的一点内容就可以。
我们使用vim编辑器打开这个文件：

#注意，要给sudo权限，不然改不了这个文件
sudo vim /usr/local/lib/python3.12/dist-packages/dronekit/__init__.py

打开之后会发现vim编辑器没显示行号的，先按esc键，然后输入冒号，再输入set number，回车后会显示行号。

：set number

既然讲到这就多写一句，vim编辑器有保存退出和不保存退出，不小心改掉了不该改的记得不保存退出：

:wq #保存退出
:wq #强制保存退出
:q #不保存退出
:wq! #强制不保存退出

我们直接跳转2689行。同样是先按esc，再输入：

:2689 

键盘上敲一个a，进入插入模式

把2689行的 class Parameters(collections.MutableMapping, HasObservers):这一句替换成：

from collections.abc import MutableMapping
class Parameters(MutableMapping, HasObservers): 

然后:wq保存退出。

此时再运行测试代码，成功

接下来就是按照教程的步骤赋予端口权限。

需要提到的是，教程里面永久改写USB口读写权限我一直没有成功，因此每次都用下面这个命令临时赋予权限：

sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

如果环境配置都成功了话，给无人机供上电，在树莓派上运行connect.py代码看下是否能正常输出信息。

connect.py代码：

from dronekit import connect

# Connect to the Vehicle (in this case a UDP endpoint)
#vehicle = connect('/dev/ttyUSB0', wait_ready=True, baud=921600)
vehicle = connect('/dev/ttyUSB0', wait_ready=True, baud=57600) #降低波特率后成功

# vehicle is an instance of the Vehicle class
print("Autopilot Firmware version: %s" % vehicle.version)
print("Autopilot capabilities (supports ftp): %s" % vehicle.capabilities.ftp)
print("Global Location: %s" % vehicle.location.global_frame)
print("Global Location (relative altitude): %s" % vehicle.location.global_relative_frame)
print("Local Location: %s" % vehicle.location.local_frame)
print("Attitude: %s" % vehicle.attitude)
print("Velocity: %s" % vehicle.velocity)
print("GPS: %s" % vehicle.gps_0)
print("Groundspeed: %s" % vehicle.groundspeed)
print("Airspeed: %s" % vehicle.airspeed)
print("Gimbal status: %s" % vehicle.gimbal)
print("Battery: %s" % vehicle.battery)
print("EKF OK?: %s" % vehicle.ekf_ok)
print("Last Heartbeat: %s" % vehicle.last_heartbeat)
print("Rangefinder: %s" % vehicle.rangefinder)
print("Rangefinder distance: %s" % vehicle.rangefinder.distance)
print("Rangefinder voltage: %s" % vehicle.rangefinder.voltage)
print("Heading: %s" % vehicle.heading)
print("Is Armable?: %s" % vehicle.is_armable)
print("System status: %s" % vehicle.system_status.state)
print("Mode: %s" % vehicle.mode.name) 
print("Armed: %s" % vehicle.armed)  

对于波特率这一点我很迷惑。常见的波特率有1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600和115200，我改了几次最后发现我的无人机波特率设置为57600时可以正常连接。至于为什么改成57600就可以不清楚。

注意，无人机记得接上电源。未接电源，仅连接地面站的情况下运行代码，我这里出现no heartbeat的报错

WARNING:dronekit:Link timeout, no heartbeat in last 5 seconds
ERROR:dronekit.mavlink:Exception in MAVLink input loop

九、使用Dronekit编写代码

参考教程：Pixhawk无人机扩展教程(4)—使用Dronekit编写一个控制程序

到这一步就可以编写自己需要的功能控制无人机移动了。

再放一下我的代码的实地测试视频：F450+树莓派Ubuntu24.04+Dronekit 悬停、移动测试

代码不能直接上无人机运行！ 只要是控制飞行的代码都要提前做好仿真，下一部分才会讲解到仿真如何做。

hover.py：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from __future__ import print_function
import time
from dronekit import connect, VehicleMode, LocationGlobalRelative
import RPi.GPIO as GPIO

# 设置GPIO模式为BCM
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# 定义GPIO引脚
PWM_PIN = 12  # GPIO12（32号引脚）
# 设置GPIO引脚为输出模式
GPIO.setup(PWM_PIN, GPIO.OUT)
# 创建PWM实例，频率设置为50Hz（适用于大多数舵机）
pwm = GPIO.PWM(PWM_PIN, 50)
# 启动PWM，初始占空比为0（电机停止）
pwm.start(0)
# 定义函数：打开爪子
def open_claw():
    print("爪子已打开")
    pwm.ChangeDutyCycle(8)  # 8%占空比（打开）
    time.sleep(1)  # 等待1秒s

# 定义函数：闭合爪子
def close_claw():
    print("爪子已闭合")
    pwm.ChangeDutyCycle(5)  # 5%占空比（闭合）
    time.sleep(1)  # 等待1s

# 在起飞之前，打开爪子5秒，然后合上，等待3秒
print("起飞前操作：抓取物品")
open_claw()  # 打开爪子
print("爪子已打开，请在5s内放上物品")
time.sleep(5)  # 等待5秒
close_claw()  # 闭合爪子
print("闭合后等待3秒")
time.sleep(3)  # 等待3s


# 当前连接的 Pixhawk 飞控的端口
connection_string = '/dev/ttyUSB0'  # 现在使用的是 USB 转 TTL 接口，连接 Pixhawk 飞控
print('连接到设备: %s' % connection_string)
vehicle = connect('/dev/ttyUSB0', wait_ready=True, baud=57600) #降低波特率后成功

# 定义 arm_and_takeoff 函数，使无人机解锁并起飞到目标高度
# 参数 aTargetAltitude 即为目标高度，单位为米
def arm_and_takeoff(aTargetAltitude):
    # 起飞前检查
    print("进行起飞前检查")
    # vehicle.is_armable 会检查飞控是否启动完成
    while not vehicle.is_armable:
        print(" 等待设备初始化...")
        time.sleep(1)

    # 解锁无人机（电机将开始旋转）
    print("解锁电机")
    # 将无人机的飞行模式切换成 "GUIDED"（一般在 GUIDED 模式下控制无人机）
    vehicle.mode = VehicleMode("GUIDED")
    # 通过设置 vehicle.armed 状态变量为 True，解锁无人机
    vehicle.armed = True

    # 在无人机起飞之前，确认电机已经解锁
    while not vehicle.armed:
        print(" 等待解锁...")
        time.sleep(1)

    # 发送起飞指令
    print("起飞！")
    # simple_takeoff 将发送指令，使无人机起飞并上升到目标高度
    vehicle.simple_takeoff(aTargetAltitude)

    # 在无人机上升到目标高度之前，阻塞程序
    while True:
        print(" 当前高度: ", vehicle.location.global_relative_frame.alt)
        # 当高度上升到目标高度的 0.95 倍时，即认为达到了目标高度，退出循环
        if vehicle.location.global_relative_frame.alt >= aTargetAltitude * 0.95:
            print("达到目标高度")
            break
        time.sleep(1)

# 调用上面声明的 arm_and_takeoff 函数，目标高度 3 米
arm_and_takeoff(2)

# 悬停 5 秒，并不断输出“正在悬停”和一些信息
# 这里是为了在悬停的时候输出信息才这么写。如果不需要输出信息，直接time.sleep(5)就可以
print("开始悬停")
start_time = time.time()
while time.time() - start_time < 5: 
    # 打印高度和完整GPS信息
    print(" 正在悬停，当前高度: ", vehicle.location.global_relative_frame.alt)
    print("当前模式：",vehicle.mode.name)
    print("当前GPS：", vehicle.location.global_frame)
    time.sleep(1)

# 发送 "降落" 指令
print("降落")
#这里根据需要选择降落的方式
# RTL模式，无人机会自动返回home点的正上方（RTL高度可以在地面站里更改），之后自动降落。但我不需要无人机返回航点，所以改用Land模式降落。
# vehicle.mode = VehicleMode("RTL")
vehicle.mode = VehicleMode("LAND")  # 直接降落

# 在降落过程中，不断输出当前高度
print("开始降落")
while vehicle.armed:  # 当无人机未降落完成时（电机仍在旋转）
    print(" 正在降落，当前高度: ", vehicle.location.global_relative_frame.alt)
    print("当前模式：",vehicle.mode.name)
    print("当前GPS：", vehicle.location.global_frame)
    time.sleep(1)

# 降落完成后，退出之前，打开爪子
print("降落完成，打开爪子")
open_claw()  # 打开爪子
time.sleep(1)  # 等待1秒，确保动作完成

# 退出之前，清除 vehicle 对象
print("关闭设备连接")
vehicle.close()

# 停止PWM并清理GPIO设置
pwm.stop()
GPIO.cleanup()
print("GPIO已清理")

代码中凡是涉及到GPIO、PWM、Claw相关的代码，都是与机械爪有关的，可以直接删掉。不影响无人机控制部分的使用。

move.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from __future__ import print_function
import time
from dronekit import connect, VehicleMode, LocationGlobalRelative
import RPi.GPIO as GPIO
from pymavlink import mavutil 

# 设置GPIO模式为BCM
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# 定义GPIO引脚
PWM_PIN = 12  # GPIO12（32号引脚）
# 设置GPIO引脚为输出模式
GPIO.setup(PWM_PIN, GPIO.OUT)
# 创建PWM实例，频率设置为50Hz（适用于大多数舵机）
pwm = GPIO.PWM(PWM_PIN, 50)
# 启动PWM，初始占空比为0（电机停止）
pwm.start(0)

# 定义函数：打开爪子
def open_claw():
    print("爪子已打开，请在5s内放上物品")
    pwm.ChangeDutyCycle(8)  # 8%占空比（打开）
    time.sleep(1)  # 等待1秒，确保动作完成

# 定义函数：闭合爪子
def close_claw():
    print("爪子已闭合")
    pwm.ChangeDutyCycle(5)  # 5%占空比（闭合）
    time.sleep(1)  # 等待1秒，确保动作完成

# 在起飞之前，打开爪子5秒，然后合上爪子，等待3秒
print("起飞前操作：抓取物品")
open_claw()  # 打开爪子
time.sleep(5)  # 等待5秒
close_claw()  # 闭合爪子
print("等待3秒，开始连接设备")
time.sleep(3)  # 等待3秒


# 当前连接的 Pixhawk 飞控的端口
connection_string = '/dev/ttyUSB0'  # 现在使用的是 USB 转 TTL 接口，连接 Pixhawk 飞控
print('连接到设备: %s' % connection_string)
vehicle = connect('/dev/ttyUSB0', wait_ready=True, baud=57600) #降低波特率后成功


# 定义 arm_and_takeoff 函数，使无人机解锁并起飞到目标高度
# 参数 aTargetAltitude 即为目标高度，单位为米
def arm_and_takeoff(aTargetAltitude):
    # 起飞前检查
    print("进行起飞前检查")
    # vehicle.is_armable 会检查飞控是否启动完成
    while not vehicle.is_armable:
        print(" 等待设备初始化...")
        time.sleep(1)

    # 解锁无人机（电机将开始旋转）
    print("解锁电机")
    # 将无人机的飞行模式切换成 "GUIDED"（一般在 GUIDED 模式下控制无人机）
    vehicle.mode = VehicleMode("GUIDED")
    # 通过设置 vehicle.armed 状态变量为 True，解锁无人机
    vehicle.armed = True

    # 在无人机起飞之前，确认电机已经解锁
    while not vehicle.armed:
        print(" 等待解锁...")
        time.sleep(1)

    # 发送起飞指令
    print("起飞！")
    # simple_takeoff 将发送指令，使无人机起飞并上升到目标高度
    vehicle.simple_takeoff(aTargetAltitude)

    # 在无人机上升到目标高度之前，阻塞程序
    while True:
        print(" 当前高度: ", vehicle.location.global_relative_frame.alt)
        # 当高度上升到目标高度的 0.95 倍时，即认为达到了目标高度，退出循环
        if vehicle.location.global_relative_frame.alt >= aTargetAltitude * 0.95:
            print("达到目标高度")
            break
        time.sleep(1)

# 调用上面声明的 arm_and_takeoff 函数，目标高度 3 米
arm_and_takeoff(2)

# 悬停 5 秒，并不断输出“正在悬停”和一些信息
# 这里是为了在悬停的时候输出信息才这么写。如果不需要输出信息，直接time.sleep(5)就可以
print("开始悬停")
start_time = time.time()
while time.time() - start_time < 5: 
    # 打印高度和完整GPS信息
    print(" 正在悬停，当前高度: ", vehicle.location.global_relative_frame.alt)
    print("当前模式：",vehicle.mode.name)
    time.sleep(1)

print("向左缓慢飞行")
left_speed = 0.5  # 设置向左飞行速度为0.5m/s
flight_time = 2    # 飞行时间4秒（0.5m/s × 4s = 2米）

# 获取起始位置
start_position = vehicle.location.global_relative_frame

# 发送向左速度指令
msg = vehicle.message_factory.set_position_target_local_ned_encode(
    0,       # 时间戳
    0, 0,    # 目标系统ID和目标组件ID
    mavutil.mavlink.MAV_FRAME_BODY_NED,  # 坐标系
    0b0000111111000111, # 控制速度的位掩码
    0, 0, 0, # 位置参数（忽略）
    0, -left_speed, 0, # 速度参数（X,Y,Z）- Y为负表示向左
    0, 0, 0, # 加速度参数（忽略）
    0, 0)    # 偏航参数（忽略）

# 发送指令并保持飞行状态
start_time = time.time()
while time.time() - start_time < flight_time:
    vehicle.send_mavlink(msg)
    vehicle.flush()
    print(" 正在向左飞行，当前高度: ", vehicle.location.global_relative_frame.alt)
    print("当前GPS：", vehicle.location.global_frame)
    time.sleep(0.1)

# 停止移动（发送零速度指令）
msg = vehicle.message_factory.set_position_target_local_ned_encode(
    0, 0, 0,
    mavutil.mavlink.MAV_FRAME_BODY_NED,
    0b0000111111000111,
    0, 0, 0,
    0, 0, 0,
    0, 0, 0,
    0, 0)
vehicle.send_mavlink(msg)
vehicle.flush()
print("向左飞行完成，准备降落")


# 发送 "降落" 指令
print("降落")
#这里根据需要选择降落的方式
# RTL模式，无人机会自动返回home点的正上方（RTL高度可以在地面站里更改），之后自动降落。但我不需要无人机返回航点，所以改用Land模式降落。
# vehicle.mode = VehicleMode("RTL")
vehicle.mode = VehicleMode("LAND")  # 直接降落

# 在降落过程中，不断输出当前高度
print("开始降落")
while vehicle.armed:  # 当无人机未降落完成时（电机仍在旋转）
    print(" 正在降落，当前高度: ", vehicle.location.global_relative_frame.alt)
    print("当前模式：",vehicle.mode.name)
    time.sleep(1)

# 降落完成后，退出之前，打开爪子
print("降落完成，打开爪子")
open_claw()  # 打开爪子
time.sleep(1)  # 等待1秒，确保动作完成

# 先停止PWM
pwm.stop()
# 然后清理GPIO设置
GPIO.cleanup()
print("GPIO已清理")

# 最后退出之前，清除 vehicle 对象
print("关闭设备连接")
vehicle.close()

十、SITL仿真

仿真环境的搭建还是耗了我不少时间的，所以扩展教程（5）和（6）两篇教程里配置环境的步骤我会重新在文章里写一遍

之前已经说过了，仿真环境是需要搭建在另一台电脑上的Ubuntu系统上。

教程里用的是16.04系统。

我最后在笔记本Vmware虚拟机里配置了18.04系统（18.04本身就够古老了）

双系统是在一台计算机上装两个操作系统，每次开机时选择一个操作系统，两个系统是平级的。

虚拟机是在一个操作系统上通过虚拟机软件（如Vmware）模拟出1台或N台计算机，每台计算机上都可以装一个系统。

Vmware虚拟机安装ubuntu系统的帖子网上的教程很多，流程并不复杂，没有什么困难点。

唯一要注意的是，安装好系统后，如果虚拟机和主机之前无法复制粘贴，可以参考这篇：

Vmware虚拟机和主机之间复制、粘贴内容、拖拽文件的详细方法_主机如何复制粘贴到vmware虚拟机上-CSDN博客

我一般都是用这篇最后的三条命令解决这个问题：

sudo apt-get autoremove open-vm-tools
sudo apt-get install open-vm-tools
sudo apt-get install open-vm-tools-desktop

以下没有特别说明，默认是在笔记本端的ubuntu系统进行操作。

搭建Ardupilot开发环境

Pixhawk无人机扩展教程(5)—SITL仿真模拟飞行：开发环境搭建

更新系统，安装git：

sudo apt-get update

sudo apt-get install git

sudo apt-get install gitk git-gui

印象中这三个命令都是可以顺利运行的。不顺利的话自己找下原因

git clone这一步：

git clone https://github.com/ArduPilot/ardupilot #github服务器在国外，不会魔法的还是老实使用下面的镜像站吧

git clone https://kkgithub.com/ArduPilot/ardupilot #使用这个命令

这里的github.com换成镜像站kkgithub.com。镜像站的下载会很慢，请耐心等待一下，有能力也可以选择科学上网。

进入ardupilot文件夹：

cd ardupilot

之后，按照教程原本是要用git submodule update --init --recursive这个命令的

git clone那一步只是下载了仓库，还需要通过submodule 把module里的一些模块给下载下来。

但是我下载的时候总是下载不全，有时候提示下载完了，但是点进modules文件夹里，发现里面好多文件夹是空的。

查阅了很多资料，试了很多方法，最后成功的方法依然是换源。

以下是换源步骤：

首先在ardupilot文件夹下，用ls -a 查看所有文件，其中有一个.gitmodules文件

我们用vim编辑器打开这个文件：

vim .gitmodules

把文件里面所有的github.com换成kkgithub.com，然后保存退出。

输入：

git submodule sync

因为少输了这一句我卡了两天…

此时，镜像站已经更换完成。我们可以回到正常方式下载模块了：

git submodule update --init --recursive

完毕后点进modules文件夹，里面文件夹一个一个查看，发现全部下载成功。

接下来就按照教程，依次输入这几句就可以：

chmod +x Tools/environment_install/install-prereqs-ubuntu.sh
    
Tools/environment_install/install-prereqs-ubuntu.sh -y
    
. ~/.profile

到此环境配置成功了。

对于教程里接下来提到的例子，说实话我没明白它的作用，但还是把命令放上来：

cd ardupilot

./waf configure--board Pixhawk1

./waf copter

印象中我一开始以为我的飞控是pixhwak4，所以对pixhwak4也编译过一次，反而没有针对pixhawk2.4.8进行编译。但是可以正常使用。

启动仿真环境

Pixhawk无人机扩展教程(6)—启动SITL+MAVProxy

首先进入ArduCopter目录：

cd ardupilot/ArduCopter

接下来，教程里直接在ArduCopter目录下输入sim_vehicle.py -w（第一次仿真的时候一般先输入这个命令，初始化一些设置）

但是实际上这个文件挪到别的文件夹去了，所以在ArduCopter目录下应当输入的是：

../Tools/autotest/sim_vehicle.py -w

正式仿真的时候，运行的是下面的命令：

../Tools/autotest/sim_vehicle.py --console --map

正常情况下会弹出一个terminal，一个console，和一个map

console和map没有弹出来？正常。

在一堆输出里面我找到了一些信息：

Failed to load module: No module named 'console'. Use 'set moddebug 3' in the MAVProxy console to enable traceback
Failed to load module: No module named 'map'. Use 'set moddebug 3' in the MAVProxy console to enable traceback

言下之意就是这两个模块加载不出来。

教程里面给出的解决方法是这个：

sudo -H pip2 install --upgrade MAVProxy pymavlink future lxml

但是运行后，问题并没有解决

看下面这个帖子最终解决了

Pixhawk无人机-ArduPilot 软件SITL仿真模拟飞行（SITL+MAVProxy）_sitl仿真找不到’mavproxy.exe-CSDN博客

我是先试了解决方法二，没用，卡了好几天，回过头来又找到这个帖子，试了下解决方法一，最后成功了。

除了上述console和map模块的两个failed信息之外，我记得当时上面一行还有一行warning，言下之意是要卸载一个什么manager。当时网上搜了一下，反正最后sudo uninstall掉了。

再放一次自己录的演示视频：（F450+Dronekit）SITL + MavProxy 仿真演示

这里主要做两件事：

1、在笔记本端，启动仿真后，把树莓派的IP接口加进去

教程里的做法是使用output add命令增加树莓派IP接口。提醒一下，添加接口是每一次重启系统后都要重新做的。

但是有时候仿真启动后，需要等半天才能输入output add命令，不想等的话可以使用这个命令，将启动仿真+添加接口一次性完成：

# 记得把命令里的ip改成自己的树莓派的ip
# 冒号是英文冒号，不要打成中文冒号
../Tools/autotest/sim_vehicle.py -v ArduCopter --console --map --out=udp:192.168.2.239:14550

2、在树莓派端，运行仿真代码

其中仿真代码与实际代码相比，仅仅只是三行有改变而已。

左为hover.py代码示例，右边为配套的hover_sitl.py代码示例

connection_string = '192.168.2.239:14550'  # 这里的ip地址记得改为你的树莓派的地址
print('连接到设备: %s' % connection_string)
vehicle = connect(connection_string, wait_ready=True)

树莓派运行仿真代码后，在笔记本端的仿真界面里就会出现相应的变化了。

十一、（openCV)Aruco二维码降落

Aruco二维码实现无人机降落是一个比较成熟的方案了，需要下载opencv库

扩展教程（9）里提供了下载openCV的方法，但它选择的是从源码编译安装，非常繁琐。

我没记错的话，我直接使用万能的sudo apt install就下载成功了，同时openCV下载好后自带Aruco模块，无需再额外下载Aruco。

下载好后到python代码里用一行import cv2测试一下，没报错就说明安装成功。

Aruco二维码生成网站：Online ArUco markers generator

我用的是它默认的配置，可以根据需要自行更改：

字典选择4*4，ID选择0，size选择100

import cv2
import numpy as np
import time

# 摄像头参数
CAMERA_DEVICE = "/dev/video0"
FRAME_WIDTH = 1920
FRAME_HEIGHT = 1200
FPS = 30

# ArUco参数
DICTIONARY = cv2.aruco.DICT_4X4_50
MARKER_ID = 0

# 初始化摄像头
cap = cv2.VideoCapture(CAMERA_DEVICE)
if not cap.isOpened():
    print(f"无法打开摄像头 {CAMERA_DEVICE}！")
    exit()

cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, FRAME_WIDTH)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, FRAME_HEIGHT)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FPS, FPS)

# ArUco初始化
aruco_dict = cv2.aruco.Dictionary_get(DICTIONARY)
parameters = cv2.aruco.DetectorParameters_create()

def get_frame_center(frame):
    h, w = frame.shape[:2]
    return (w // 2, h // 2)

# 主程序
try:
    last_detection_time = 0
    detection_interval = 2.5  # 检测间隔(秒)
    
    while True:
        ret, frame = cap.read()
        if not ret:
            print("摄像头读取失败！")
            break

        # 显示画面
        cv2.imshow("Camera View - 按ESC退出", frame)
        
        # 按固定间隔检测
        current_time = time.time()
        if current_time - last_detection_time >= detection_interval:
            last_detection_time = current_time
            
            # 检测ArUco标记
            corners, ids, _ = cv2.aruco.detectMarkers(frame, aruco_dict, parameters=parameters)
            
            if ids is not None and MARKER_ID in ids:
                idx = np.where(ids == MARKER_ID)[0][0]
                frame_center = get_frame_center(frame)
                marker_center = np.mean(corners[idx][0], axis=0).astype(int)
                
                offset_x = marker_center[0] - frame_center[0]
                offset_y = marker_center[1] - frame_center[1]

                # 输出调整指令
                if abs(offset_x) > 100:
                    print(f"[{time.strftime('%H:%M:%S')}] 向右移动" if offset_x > 0 else f"[{time.strftime('%H:%M:%S')}] 向左移动")
                if abs(offset_y) > 100:
                    print(f"[{time.strftime('%H:%M:%S')}] 向上移动" if offset_y < 0 else f"[{time.strftime('%H:%M:%S')}] 向下移动")
                if abs(offset_x) <= 100 and abs(offset_y) <= 100:
                    print(f"[{time.strftime('%H:%M:%S')}] 已居中，准备降落")
            else:
                print(f"[{time.strftime('%H:%M:%S')}] 未检测到标记")

        # 按ESC退出
        if cv2.waitKey(1) == 27:
            break

finally:
    # 确保资源被正确释放
    cap.release()
    cv2.destroyAllWindows()
    print("程序结束")