树莓派机载电脑

一款基于树莓派的机载电脑

huangsuo

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项目状态:填坑进行中
开放度:公开
所属分类:电子
发布时间:2021-02-21
最近更新:2021-06-17

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描述

在视觉避障的应用场景中,往往需要一个机载电脑作为算力单元。Nvidia针对此类应用场景推出了Jetson系列AI开发平台,有强大的浮点计算能力和软件堆栈以及超低得能耗,但是价格较为昂贵,不利于推广。国内各种山寨"PI"价格是便宜了,但是软件支持极为不好,系统和驱动的更新常常严重滞后。树莓派能提供一定的算力,价格适中,软件的支持很好,适用于小型低成本的视觉避障系统中。


详细说明

近年来无人机技术已进入高速发展阶段,已从过去执行单一任务、完成简单功能的初级无人机发展到如今集自主化、智能化等功能于一体的多功能综合无人机。随着实时信息网络和人工智能技术的发展,未来先进无人机最终要达到有权限的自主和完全自主控制.

   目前在开源飞控领域比较流行的是pixhawk系列飞控,这种飞控的源代码是完全公开的,用户可以从GitHub上免费下载,用于学习研究和二次开发。流行的开源飞控源代码有PX4和Ardupilot两大阵营,这两种代码编译生成的固件都能运行在Pixhawk飞控硬件上(类似于你买了一个电脑,可以安装Windows操作系统也可以安装Linux操作系统)。Pixhawk系列飞控大多采用STM32系列单片机作为主控器。STM32单片机运算能力是比较弱的,完成各类必需的传感器(比如运动传感器,电子罗盘,GPS定位信息等)的信号读取并完成姿态解算,然后去控制电机,这几个步骤已经消耗了大部分的单片机算力,完全没有多余的算力来满足智能化要求。因而增加一个机载电脑来提供额外算力是业界通行的方法。
   
   树莓派CM4是很有性价比的计算模块,几百块就能拥有一个机载电脑,4核心64位 ARM Cortex-A72 CPU性能也还可以。树莓派的软件更新很正规和及时,用户基数也很多,各种应用场景多少都能找到一些例程,这点对开发者来说也很重要。
   
   使用CM4计算模块,需要自行设计对应的底板。不过在设计的底板上,接口可以做成直接跟飞控对接;通过集成DC-DC芯片,也可以做到直接从动力电池供电。整体来说,采用CM4+底板的方式会大大优化接线和体积。本产品的原理框图设计如下:

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USB device用于树莓派烧写镜像。这里选用带EMMC的CM4型号,因为在震动中SD卡座并不是那么可靠。
通过VL805芯片从PCIE转出4路USB接口,用于各种USB外设,比如USB摄像头,4G网卡,调试键盘等等。
MicroHDMI接口可用于外接显示器。
CSI接口用于连接树莓派支持的各种高清摄像头,做视频采集。
串口0用于连接飞控,接入飞控的遥测数据。
串口3预留,暂不使用,可当普通IO口使用。
SPI接口预留,暂不使用,可当普通IO口使用。
千兆以太网接口可提供更高的网络带宽。

实物:
经过3个月的努力,一共打了两次板,目前产品的功能已经全部正常。为产品设计了铝合金外壳和包装盒,已经比较产品化了。
更详细的说明请参看“jpRobotics-CM4机载电脑产品简介”和“jpRobotics-CM4用户手册”
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目前做了如下测试:
1)系统老化24小时无死机重机
2)有线网测试正常
3)WIFI测试正常
4)4个USB端口测试正常
5)I2C接口测试正常
6)程序烧写功能正常
7)串口0连接飞控正常
8)串口3和SPI按GPIO测试连通性,各个PIN连接正常。
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链接表


文件库

jpRobotics-CM4机载电脑产品简介.pdf
[2723619 Bytes at 2021-06-15, 0 次下载]

jpRobotics-CM4用户手册.pdf
[1430542 Bytes at 2021-06-15, 0 次下载]

Rpanion-Server安装步骤.pdf
[1462143 Bytes at 2021-06-17, 0 次下载]



教程

树莓派机载电脑的第一种应用是当作数传和图传,把飞控的遥测(Mavlink)数据和摄像头视频通过WIFI网络转送到远端的地面站。这种应用方式是基于Rpanion-server软件实现的。

   
 详细安装步骤请参看文档《 Rpanion-server安装步骤》。