WiFi数传图传实验

博大精深通古今 2016-08-21

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论坛上也有其他模友作一些相似的研究（最近才发现），我把链接放在最底下了，感兴趣的可以去看一下。我估计在多旋翼上应用这个方案应该说是比较成熟了，固定翼上最大的问题就是wifi通信距离。废话不多说，先看图。

好久没写程序了，努力捡了点Qt编程回来，写了个udp控制端，取代直接打命令。本是想集成开源的mavlink协议，然后就可以用开源的地面站直接控制就行了，搞了半天发现没啥意义，因为等这个方案验证了最终是要用apm之类的飞控来代替arduino开发板的，现在只需要验证一下wifi作为图传数传的可行性就行，换句话说就是能控制和传回数据就行。
总体思路是703n与arduino之间用串口通信，在703n上用socat将串口与一个UDP端口映射，然后在电脑上用这个程序去连接703n上的udp端口，这样就可以操作到arduino了。

把USB摇杆也整进来了，用USB摇杆可以多个通道同时控制。我到底在做什么？呵呵。。。貌似我要做的只是验证图传数传的可行性，而不是做wifi遥控器。。。今天把2.4g控和usb摇杆一起测试了，2.4g控制下发现动usb摇杆发现有很大的干扰，出身冷汗，以为真的是wifi和2.4g有干扰，后来证实是arduino上程序的问题，归根结底还是通信协议没设计好，看来集成mavlink协议还是有必要的。

设备清单：

舵机 x 3
电机 x 1
电调 x 1
电池 x 1
2.4g接收 x 1
2.4g遥控 x 1 （未显示在图中）
usb摄像头 x 1
tp-link wr703n mini无线路由器 x 1 （刷openwrt，升级了rom和ram,加了外置天线）
usb hub （4口） x 1
usb连接线 x 2
Arduino UNO + 传感器扩展板 x 1 （图中已经连在一块了）

硬件连接：

将2.4g信号线连接到Arduino指定数字引脚上，我的接收机是6通的，所以占用6个数字引脚。
电机，电调，电池正常连接（最后一步再上电），电调信号线和舵机信号线连接到Arduino指定数字引脚上，我这用了3个舵机和1个电调，所以占用4个数字引脚。
将Arduino与USB Hub用USB数据线连起来，作用是一方面给USB Hub供电，另一方面作为Arduino与路由器串口通信。
将无线路由器的电源口用USB线与USB Hub连接起来，作用是从USB Hub那里取电。
将USB Hub的USB接头插入无线路由器的USB口（非电源口，703n带一个USB接口的），作用是扩展路由器的USB口，因为我们要给路由器连接USB摄像头和Arduino开发板。
将USB摄像头插入USB Hub中。
通通连接好之后给电调插入锂电池上电，至此，所有硬件均已通电。

实验目的：

验证是否可以通过无线路由器+USB摄像头方案代替数传与图传模块。实验暂用Arduino作为飞控板，自己编写实验程序。实用方案可以采用Ardupilot-mega (APM 2.5)代替Arduino.

实验程序：
将控制分为两种模式：2.4g遥控器控制模式 + 串口终端控制模式。在任何模式下，另外一种模式均可取得控制权，但不能二者同时控制。

如果当前是串口终端控制模式，遥控器要想取得控制权只需拨动指定的空闲通道，我这里用的是襟翼通道，是个三向开关，只要随意拨动一档，遥控器马上取得控制权。此时，串口终端失去控制权。
如果当前是遥控器控制模式，串口终端要想取得控制权需要发送控制请求命令给无线路由器，路由器在成功应答后，串口终端马上取得控制权。此时，遥控器将失去控制权。

实验结果：

图像传回稳定，不受2.4g信号干扰。
遥控器模式控制精准，没有wifi信号干扰。
串口终端模式控制精准，不受2.4g信号干扰，遥测数据正常。

实验结论：

tp-link wr703n mini无线路由器 + USB摄像头方案从理论上讲，可以代替普通数传与图传模块。

遗留问题：

相较于普通数传与图传模块，这里代替它们的设备是USB Hub, wr703n, usb摄像头以及若干USB数据线。如何减重？这里先想到的有去掉所有设备外壳，包括摄像头和wifi天线外壳，选用较轻较短的USB数据线，必要时重新焊接定制的USB线等。
mini无线路由器信号发射距离和信号接收灵敏度如何？因为我们这里是需要遥控和测量+图像双向通信，即所谓的遥测再加一个图像，所以这两方面都需要考虑。增加了外置天线后效果如何？需要场测数据。另外，可以考虑连接大功率USB无线网卡（如8187l和rt3070）取代内置的无线模块。

To do list:

拉距测试，预期1KM覆盖半径。两端均使用rt3070大功率USB无线网卡（标称发射功率400mv，峰值功率1000mw，烧得脑袋疼啊，呵呵）。飞机端使用高增益全向天线或蘑菇天线（一般2.4G图传用多少dbi的？），地面站使用14dbi高增益大面积平板天线。（BJ限号不让买车，真是不太方便出去场测啊，郁闷）
在无线路由器上将Arduino串口映射成一个UDP端口，在网上找到的资料，看来是不用写代码了，Linux能复用的东西就是多啊。(已完成)

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

复制代码

研究mjpg-stream开源网络摄像头视频传输软件。一方面提高画面传输速率，目前画面传输的延迟大概在半秒左右（一般要求多少？FPV和UAV分开来说），在网上查到的资料是有一些udp,rtsp等协议的模块，但不稳定。另一方面，研究一下源码看看能不能直接在路由器上合成OSD（对于FPV有意义，对于UAV实际上没什么意义了，把遥测数据传回地面站在PC上合成肯定快得多，而且大部份地面站也支持这功能）。

相似研究：

最新想法：

实验程序：

上位机： WifiControl.zip (9.45 KB, 下载次数: 139)
下位机： arduino_pilot_control.ino (7.66 KB, 下载次数: 2126)

没错，最大的问题就是遥控距离太近，因为这个路由器的发射功率太小，室外空旷地实测120米左右。这个解决方案实际上已经用在wifi mini 四轴飞行器上了。
对于固定翼，现在最大的问题就是发射功率。但openwrt支持外挂大功率usb无线网卡（不太明白的就是现在这个路由器相当于这个路由器是个mini电脑，有一个usb口，这个usb口先接usb hub（要带电源的），通过hub再接飞控，usb免驱摄像头，usb大功率无线网卡，这回总懂了吧？）

重量的话因为数传图传模块加起来才一个路由器（路由器本身轻得可怜，用过的人应该清楚），一个usb hub（可选，但要轻！）再加一个免驱摄像头（要小，要轻！），还有可能外挂大功率usb无线网卡（要轻！！），这些设备加起来应该不会比传统的数传加图传模块重（话说传统的图传+数传两套发射系统两根天线两套接收着实讨厌啊）。

我自己已经测试过了，摄像头接在这个路由器上通过网页就能查看视频，实际上好多wifi监控摄像头也是基于这种解决方案。

至于跟飞控板连接负责数传这块，这个路由器可以通过usb口与飞控连接，也可以通过ttl串口与飞控连接（需要自己在路由器板子上焊ttl引脚），通信肯定没有问题。至于协议部份，大部份飞控都是基于开源的mavlink协议。
话说这张图片里也没有任何商业模块，uvc摄像头满大街都是，20到200的都有，飞控开源不开源的也一堆，几百到几千的都有（请注意，这个只是代替数传图传模块，绝不是代替飞控），tp-link 703n mini路由器就更不用说了，70元左右一个新的。

唯一有点嫌疑的就是703n路由器的改造，为什么要改造？因为703n自带的只有4m flash 和32m ram（即相当于电脑的4m硬盘和32m内存），但cpu还是很可观的（400mhz)。flash ram有点小，升级到8m flash/64m ram性能就很好了，另外可以焊接ttl引脚（与飞控通过串口通信，比直接用usb转串口可能要好一些，因为怕路由器usb接上飞控后驱不动，因为这里是需要驱动程序的，当然openwrt已经内置了对常见usb转ttl芯片的支持，另外就是当路由器刷坏了变砖后，可以通过串口烧写，如果只有usb口就没办法了），接sma可拆增益天线等。全改造好了的淘宝上卖150左右一个（声明本人不是做这个生意的），想要自己改的网上也有教程（需要焊工好啊！）。