PX4与树莓派串口通信实战

📚 共计 30 章节

课程导论与硬件准备

课程目标、硬件清单、串口原理、树莓派与PX4连接

树莓派环境搭建：系统烧录与SSH

烧录系统、WiFi配置、SSH登录、基础Linux命令

树莓派串口配置：启用UART

raspi-config、config.txt、禁用蓝牙串口、验证ttyAMA0

PX4飞控固件与MAVLink协议

MAVLink消息结构、CRC、常见消息ID、串口数据发送

PX4串口参数配置

QGC修改SER_TEL1_BAUD、PROTOCOL，波特率匹配

Python串口编程：pyserial入门

安装、串口对象、参数设置、read/write/readline

树莓派接收PX4原始字节流

读取原始串口数据，打印十六进制，验证连接

调试字节流

MAVLink数据解析：pymavlink

安装pymavlink、创建连接、解析HEARTBEAT等

pymavlink解析

实战：读取飞控姿态数据

ATTITUDE消息，提取roll/pitch/yaw，终端输出

实战：读取GPS位置数据

GLOBAL_POSITION_INT，经纬度、海拔、地面速度

实战：读取电池状态数据

BATTERY_STATUS，电压、电流、剩余电量

树莓派发送MAVLink指令

构造COMMAND_LONG，模式切换、解锁/上锁

实战：切换飞行模式

手动→定高/悬停模式，MAVLink命令实现

实战：控制无人机解锁

MAV_CMD_COMPONENT_ARM_DISARM，解锁/上锁

数据记录与存储：CSV文件

实时写入姿态、位置、电池数据到CSV

数据可视化：Matplotlib实时绘图

姿态角曲线、GPS轨迹动态绘制

可视化Matplotlib

多线程编程：串口读取与处理分离

独立线程读取，主线程数据处理/显示

多线程并发

异常处理与断线重连

超时、断开、数据错误，自动重连机制

健壮性重连

自定义消息协议扩展

在MAVLink基础上定义私有消息ID

自定义协议

双向通信：握手协议

请求-确认机制，保证链路可靠

实战：控制舵机/云台

RC_CHANNELS_OVERRIDE，PWM通道控制

数据转发到云端 (MQTT)

阿里云IoT/AWS IoT，MQTT协议转发

性能优化：缓冲区与丢包处理

缓冲区设置、帧同步、丢包重传

日志系统：调试与记录

分级日志(DEBUG/INFO/ERROR)，关键事件记录

树莓派作为MAVLink代理

同时连接PX4与QGC，数据中继

多机通信：树莓派与多架无人机

串口分时复用/多串口，多PX4通信

安全机制：加密与校验

XOR加密、CRC校验，防篡改

无人机状态监测系统

综合显示姿态、位置、电池、GPS星数

常见问题排查与调试技巧

波特率、TX/RX接反、权限、电平不匹配

课程总结与进阶方向

核心回顾、最佳实践、ROS2/视觉/集群