WiFi數(shù)傳圖傳實驗

博大精深通古今 2016-08-21

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論壇上也有其他模友作一些相似的研究（最近才發(fā)現(xiàn)），我把鏈接放在最底下了，感興趣的可以去看一下。我估計在多旋翼上應用這個方案應該說是比較成熟了，固定翼上最大的問題就是wifi通信距離。廢話不多說，先看圖。

好久沒寫程序了，努力撿了點Qt編程回來，寫了個udp控制端，取代直接打命令。本是想集成開源的mavlink協(xié)議，然后就可以用開源的地面站直接控制就行了，搞了半天發(fā)現(xiàn)沒啥意義，因為等這個方案驗證了最終是要用apm之類的飛控來代替arduino開發(fā)板的，現(xiàn)在只需要驗證一下wifi作為圖傳數(shù)傳的可行性就行，換句話說就是能控制和傳回數(shù)據(jù)就行。
總體思路是703n與arduino之間用串口通信，在703n上用socat將串口與一個UDP端口映射，然后在電腦上用這個程序去連接703n上的udp端口，這樣就可以操作到arduino了。

把USB搖桿也整進來了，用USB搖桿可以多個通道同時控制。我到底在做什么？呵呵。。。貌似我要做的只是驗證圖傳數(shù)傳的可行性，而不是做wifi遙控器。。。今天把2.4g控和usb搖桿一起測試了，2.4g控制下發(fā)現(xiàn)動usb搖桿發(fā)現(xiàn)有很大的干擾，出身冷汗，以為真的是wifi和2.4g有干擾，后來證實是arduino上程序的問題，歸根結底還是通信協(xié)議沒設計好，看來集成mavlink協(xié)議還是有必要的。

設備清單：

舵機 x 3
電機 x 1
電調 x 1
電池 x 1
2.4g接收 x 1
2.4g遙控 x 1 （未顯示在圖中）
usb攝像頭 x 1
tp-link wr703n mini無線路由器 x 1 （刷openwrt，升級了rom和ram,加了外置天線）
usb hub （4口） x 1
usb連接線 x 2
Arduino UNO + 傳感器擴展板 x 1 （圖中已經(jīng)連在一塊了）

硬件連接：

將2.4g信號線連接到Arduino指定數(shù)字引腳上，我的接收機是6通的，所以占用6個數(shù)字引腳。
電機，電調，電池正常連接（最后一步再上電），電調信號線和舵機信號線連接到Arduino指定數(shù)字引腳上，我這用了3個舵機和1個電調，所以占用4個數(shù)字引腳。
將Arduino與USB Hub用USB數(shù)據(jù)線連起來，作用是一方面給USB Hub供電，另一方面作為Arduino與路由器串口通信。
將無線路由器的電源口用USB線與USB Hub連接起來，作用是從USB Hub那里取電。
將USB Hub的USB接頭插入無線路由器的USB口（非電源口，703n帶一個USB接口的），作用是擴展路由器的USB口，因為我們要給路由器連接USB攝像頭和Arduino開發(fā)板。
將USB攝像頭插入USB Hub中。
通通連接好之后給電調插入鋰電池上電，至此，所有硬件均已通電。

實驗目的：

驗證是否可以通過無線路由器+USB攝像頭方案代替數(shù)傳與圖傳模塊。實驗暫用Arduino作為飛控板，自己編寫實驗程序。實用方案可以采用Ardupilot-mega (APM 2.5)代替Arduino.

實驗程序：
將控制分為兩種模式：2.4g遙控器控制模式 + 串口終端控制模式。在任何模式下，另外一種模式均可取得控制權，但不能二者同時控制。

如果當前是串口終端控制模式，遙控器要想取得控制權只需撥動指定的空閑通道，我這里用的是襟翼通道，是個三向開關，只要隨意撥動一檔，遙控器馬上取得控制權。此時，串口終端失去控制權。
如果當前是遙控器控制模式，串口終端要想取得控制權需要發(fā)送控制請求命令給無線路由器，路由器在成功應答后，串口終端馬上取得控制權。此時，遙控器將失去控制權。

實驗結果：

圖像傳回穩(wěn)定，不受2.4g信號干擾。
遙控器模式控制精準，沒有wifi信號干擾。
串口終端模式控制精準，不受2.4g信號干擾，遙測數(shù)據(jù)正常。

實驗結論：

tp-link wr703n mini無線路由器 + USB攝像頭方案從理論上講，可以代替普通數(shù)傳與圖傳模塊。

遺留問題：

相較于普通數(shù)傳與圖傳模塊，這里代替它們的設備是USB Hub, wr703n, usb攝像頭以及若干USB數(shù)據(jù)線。如何減重？這里先想到的有去掉所有設備外殼，包括攝像頭和wifi天線外殼，選用較輕較短的USB數(shù)據(jù)線，必要時重新焊接定制的USB線等。
mini無線路由器信號發(fā)射距離和信號接收靈敏度如何？因為我們這里是需要遙控和測量+圖像雙向通信，即所謂的遙測再加一個圖像，所以這兩方面都需要考慮。增加了外置天線后效果如何？需要場測數(shù)據(jù)。另外，可以考慮連接大功率USB無線網(wǎng)卡（如8187l和rt3070）取代內(nèi)置的無線模塊。

To do list:

拉距測試，預期1KM覆蓋半徑。兩端均使用rt3070大功率USB無線網(wǎng)卡（標稱發(fā)射功率400mv，峰值功率1000mw，燒得腦袋疼啊，呵呵）。飛機端使用高增益全向天線或蘑菇天線（一般2.4G圖傳用多少dbi的？），地面站使用14dbi高增益大面積平板天線。（BJ限號不讓買車，真是不太方便出去場測啊，郁悶）
在無線路由器上將Arduino串口映射成一個UDP端口，在網(wǎng)上找到的資料，看來是不用寫代碼了，Linux能復用的東西就是多啊。(已完成)

socat udp-l:14551,reuseaddr file:/dev/ttyACM0,nonblock,raw,echo=0,waitlock=/var/run/tty,b115200

復制代碼

研究mjpg-stream開源網(wǎng)絡攝像頭視頻傳輸軟件。一方面提高畫面?zhèn)鬏斔俾?，目前畫面?zhèn)鬏數(shù)难舆t大概在半秒左右（一般要求多少？FPV和UAV分開來說），在網(wǎng)上查到的資料是有一些udp,rtsp等協(xié)議的模塊，但不穩(wěn)定。另一方面，研究一下源碼看看能不能直接在路由器上合成OSD（對于FPV有意義，對于UAV實際上沒什么意義了，把遙測數(shù)據(jù)傳回地面站在PC上合成肯定快得多，而且大部份地面站也支持這功能）。

相似研究：

最新想法：

實驗程序：

上位機： WifiControl.zip (9.45 KB, 下載次數(shù): 139)
下位機： arduino_pilot_control.ino (7.66 KB, 下載次數(shù): 2126)

沒錯，最大的問題就是遙控距離太近，因為這個路由器的發(fā)射功率太小，室外空曠地實測120米左右。這個解決方案實際上已經(jīng)用在wifi mini 四軸飛行器上了。
對于固定翼，現(xiàn)在最大的問題就是發(fā)射功率。但openwrt支持外掛大功率usb無線網(wǎng)卡（不太明白的就是現(xiàn)在這個路由器相當于這個路由器是個mini電腦，有一個usb口，這個usb口先接usb hub（要帶電源的），通過hub再接飛控，usb免驅攝像頭，usb大功率無線網(wǎng)卡，這回總懂了吧？）

重量的話因為數(shù)傳圖傳模塊加起來才一個路由器（路由器本身輕得可憐，用過的人應該清楚），一個usb hub（可選，但要輕?。┰偌右粋€免驅攝像頭（要小，要輕?。?，還有可能外掛大功率usb無線網(wǎng)卡（要輕?。。?，這些設備加起來應該不會比傳統(tǒng)的數(shù)傳加圖傳模塊重（話說傳統(tǒng)的圖傳+數(shù)傳兩套發(fā)射系統(tǒng)兩根天線兩套接收著實討厭啊）。

我自己已經(jīng)測試過了，攝像頭接在這個路由器上通過網(wǎng)頁就能查看視頻，實際上好多wifi監(jiān)控攝像頭也是基于這種解決方案。

至于跟飛控板連接負責數(shù)傳這塊，這個路由器可以通過usb口與飛控連接，也可以通過ttl串口與飛控連接（需要自己在路由器板子上焊ttl引腳），通信肯定沒有問題。至于協(xié)議部份，大部份飛控都是基于開源的mavlink協(xié)議。
話說這張圖片里也沒有任何商業(yè)模塊，uvc攝像頭滿大街都是，20到200的都有，飛控開源不開源的也一堆，幾百到幾千的都有（請注意，這個只是代替數(shù)傳圖傳模塊，絕不是代替飛控），tp-link 703n mini路由器就更不用說了，70元左右一個新的。

唯一有點嫌疑的就是703n路由器的改造，為什么要改造？因為703n自帶的只有4m flash 和32m ram（即相當于電腦的4m硬盤和32m內(nèi)存），但cpu還是很可觀的（400mhz)。flash ram有點小，升級到8m flash/64m ram性能就很好了，另外可以焊接ttl引腳（與飛控通過串口通信，比直接用usb轉串口可能要好一些，因為怕路由器usb接上飛控后驅不動，因為這里是需要驅動程序的，當然openwrt已經(jīng)內(nèi)置了對常見usb轉ttl芯片的支持，另外就是當路由器刷壞了變磚后，可以通過串口燒寫，如果只有usb口就沒辦法了），接sma可拆增益天線等。全改造好了的淘寶上賣150左右一個（聲明本人不是做這個生意的），想要自己改的網(wǎng)上也有教程（需要焊工好?。。?。