[系统运维]Raspberry Pi 4B 通过 MAVROS 实现从地面站远程连接飞控板

0x00 为 RPi 刷写系统

1. 准备好您的 MicroSD 卡和读卡器
2. 从 https://ubuntu.com/download/raspberry-pi 下载 Ubuntu Server 20.04.3 64-bit 的镜像文件
3. 从 https://www.balena.io/etcher/ 下载 Etcher for Windows (x86|x64) (Portable) 的 exe 文件
4. 使用 Etcher 向 MicroSD 卡中刷写下载好的 .img.xz 文件

0x01 启动 Ubuntu

1. 准备好刷写完毕的 MicroSD 卡、Micro-HDMI to HDMI 转接线、电源及 Type-C 电源线、显示屏等
2. 将 MicroSD 卡插入 RPi
3. 将 RPi 接上显示屏
4. 上电
5. 等待 RPi 启动
6. 默认用户名 ubuntu 密码 ubuntu
7. 按照提示设置新的密码
8. 输入 ip addr 查看 eth0 的 IP 地址

0x02 使用 SSH 连接至 RPi

1. 使用带有 SSH 功能的 Windows 操作系统（Windows 10 开始自带此功能）
2. 打开 Windows Terminal 或 Powershell 或 CMD
3. 输入 ssh ubuntu@ip，其中 ip 为 0x01 第 8 步获取到的地址
4. 输入 0x01 第 7 步 的密码
5. 此时应该已经连接成功

0x03 更换软件源

sudo sed -i 's#ports.ubuntu.com#mirrors.aliyun.com#g' /etc/apt/sources.list
sudo apt update

0x04 安装桌面环境（可选）

sudo apt install ubuntu-desktop

0x05 安装 ROS

此处参照官方文档 http://wiki.ros.org/cn/noetic/Installation/Ubuntu，以下内容做了一些修改以提高舒适性

sudo sh -c 'echo "deb http://mirrors.aliyun.com/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
sudo apt update
sudo apt install ros-noetic-desktop-full

# 设置环境
echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

0x06 配置 ROS

此处操作相对较为复杂，由于众所周知的网络环境，需要修改一些源代码以正常安装。

此方案是目前全网相对完美的解决方法之一，由本文作者参考众多资料、实践多次得出。

sudo apt install python3-rosdep

此时应替换源码中的 URL 至 GitHub 镜像，特别感谢 FastGit UK 提供的镜像。

sudo sed -i 's#raw.githubusercontent.com#raw.fastgit.org#g' /usr/lib/python3/dist-packages/rosdep2/rep3.py
sudo sed -i 's#raw.githubusercontent.com#raw.fastgit.org#g' /usr/lib/python3/dist-packages/rosdistro/__init__.py
sudo sed -i 's#raw.githubusercontent.com#raw.fastgit.org#g' /usr/lib/python3/dist-packages/rosdep2/sources_list.py

此时执行 ROS 初始化，并替换源。

sudo rosdep init
sudo sed -i 's#raw.githubusercontent.com#raw.fastgit.org#g' /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list

此时，ROS 初始化完成，可以执行 rosdep update 来更新源。

到此 ROS 基本配置完毕。

0x07 安装 MAVROS

cd ~
sudo apt install ros-noetic-mavros ros-noetic-mavros-extras
wget https://raw.fastgit.org/mavlink/mavros/master/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh
chmod a+x install_geographiclib_datasets.sh
sudo ./install_geographiclib_datasets.sh

0x08 启用 MAVROS 节点

# 安装 Catkin Tools
sudo apt install python3-catkin-tools

mkdir -p ~/ardupilot_ws/src && cd ~/ardupilot_ws
catkin init
cd src && mkdir launch && cd launch

roscp mavros apm.launch apm.launch

使用 Vim 修改 apm.launch 中的内容，如果没有 Vim，请先安装它。（可选，你也可以用 nano 代替）

Vim 使用方法不再赘述。

sudo apt install vim

按以下示例修改文件中的两行

    <arg name="fcu_url" default="/dev/ttyUSB0:57600" />
    <arg name="gcs_url" default="udp://:14550@" />

此时请将飞控板的串口通信频率设置为 57600，将 USB to TTL 线接入飞控板的 UART0 接口，并正确连接 RX 和 TX 两线。

将 USB 口接入 RPi 的 USB 口，并给予串口可读写权限。

sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

注意：请根据实际情况修改上文中的 /dev/ttyUSB0。

通过外置电源给飞控板上电。此时可启动 MAVROS 节点。

roslaunch apm.launch

若连接成功，飞控板会作出相应提示。

0x09 通过地面站连接飞控板

使用地面站新建一个连接，协议选择 UDP，端口号填入 14550，服务器填入 0x01 第 8 步中的 IP 地址，并附带端口号 14550，如 192.168.1.101:14550。此时应该可以通过地面站连接至飞控板。

0x10 常见问题

1. RPi 和地面站不处于同一个局域网：无论你采取何种方案，请确保地面站和 RPi 可以互相通信。
2. 所有配置都正确但始终无法连接到 RPi：请尝试关闭 RPi 的防火墙

   sudo systemctl stop ufw