樹莓派 Zero作為飛控圖傳

前言

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http://www.cnblogs.com/sjqlwy/p/zero_fpv.html

雖然可以買到商品成品，且會比我們做出來的東西更美觀，性能指標更強，但是在折騰中學習，按照自己的需求進行優化改動，享受創造的喜悅，不正是創客精神嘛。

本項目使用手頭現有的硬件，旨在將樹莓派Zero作為飛控圖傳使用，本以為會很簡單，但是軟件適配方面遇到一些問題，困擾了很久。

1. 硬件部分

我們首先來看看硬件列表：

• Raspberry Pi Zero v1.3
• otg table & usb wifi dongle (Xiaomi wifi)
• Raspberry Pi Camera Module v1.3
• LattePanda With LCD Display

1.1 RPi Zero介紹

Zero體積小巧 (可以當鑰匙扣)，性能足夠，兼容樹莓派軟硬件資源，這幾點讓它非常適合做一些硬件相關的創意項目。如果把它當做一個小號的樹莓派使用，那真是買櫝還珠？我們看看它的相關配置：

• 1GHz單核CPU
• 512MB 內存
• Micro-USB OTG 接口（可用於供電）
• Micro-USB 電源接口
• 樹莓派 40-pin GPIO引腳
• CSI 攝像頭接口 (僅支持 v1.3)

這里我們准備通過GPIO接口供電，OTG接口連接USB無線網卡與胖噠通訊，搭建Web服務器向LattePanda傳輸視頻流。寫這篇文章的時候新版的RPi Zero W(ireless)已經發布，增加了藍牙無線模塊，更加方便，但是我沒有，而且很難買T_T。

1.2 Zero 供電

“要有電——《創世紀》”

雖然官方僅說明使用Micro USB PWR接口供電，但是使用過程中可以發現OTG接口和GPIO引腳也可以但是不推薦（缺少保護電路）。OTG供電可以參考我之前寫的文章《一根數據線玩轉樹莓派Zero》，不再贅述。因為飛控上不能搞個充電寶弄根數據線，所以准備通過杜邦線連接GPIO接口進行反向供電，這里需要穩定的5v電壓，否則可能有損害zero的風險！

如圖所示，引腳2接+5v，引腳6接地。

更多討論與電路原理圖等請移步：

• How do I supply power through the GPIO?
• Power Through GPIO
• How do I power my Raspberry Pi?

當然也可以使用專門的供電拓展模塊，比如Pimoroni Zero LiPo：

1.3 RPi Camera Module

Zero僅支持RPi Camera v1.3，彼時zero發布時並沒有v2的攝像頭模塊。關於RPi攝像頭模塊的詳細信息務必閱讀eLinux的頁面。

v1.3采用OmniVision OV5647攝像頭組件，支持500萬像素，實測效果還不錯，比較清晰。

需要注意的是，RPi和RPi Zero CSI攝像頭接口大小是不一樣的，v1.3默認只有適用尺寸較大的RPi接口排線，相用在Zero上的話需要額外購買排線。我是在阿里巴巴上購買的，￥7.5供參考，並額外購買了亞克力支架。

1.4 Wireless Communication

因為在室外操作，信號衰減較小，這里我們的方案是otg線+小米隨身wifi(采用mt7601u芯片)進行無線傳輸。使用小米wifi的原因是因為mt7601u功耗很小，穩定性/發熱/傳輸速度距離都可以接受，后期可能會換用模塊或者加裝天線。

當然也可以選用現成的模塊，比如Red Bear IoT pHAT：

2. 軟件部分

2.1 Zero操作系統選擇

操作系統是相當於開車的司機，為zero選擇一個合適、方便的系統如虎添翼。由於項目需要，我們選擇headless模式進行操作，不需要圖形界面，這里講兩個系統：Raspbian和DietPi。

2.1.1 DietPi

一直以來使用的且十分推崇的樹莓派操作系統，有些過相關介紹，很久沒更新了，現在又增加了很多新特性。其特色包括性能優化，可以快速方便地自動安裝配置各種軟件，無痛學習上手樹莓派，另外作者的腳本寫的很棒，可以學到很多東西。

雖然DietPi支持Zero，但是對OTG 虛擬網卡支持並不好，所以最近一直在嘗試進行適配，也遇到了很多問題，卡在這里很久，記錄如下。

按照《一根數據線玩轉樹莓派Zero》的方法，分別更改boot分區下cmdline.txt和config.txt文件，啟用usb gadget ether功能，並在/etc/network/interfaces里預增加usb0虛擬網卡相關設置文件。使用MicroUSB連接Host后，正常上電可以識別到LAN連接，但是

• 使用ssh登錄zero，即使開啟了網絡共享zero也無法上網；
• windows可以ping通zero，反向ping則無響應。

以上問題在使用Raspbian Lite時並不存在，經群里楓大的提醒，使用Wireshark軟件進行局域網抓包分析和USB2TTL串口模塊直接調試的方式尋找分析問題。結果如下：Wireshark可以捕獲主機ping zero的ICMP協議包，反向無任何響應。最后嘗試關閉Windows防火牆解決，懷疑是Raspbian正常使用，沒有測試ping命令，所以默認為無需關閉防火牆，這里繞了很大彎路。

注意，開啟網卡混淆模式進行監聽數據包時，ping命令會返回(DUP!)，提示數據包重復。

此時仍然無法上網，ping www.baidu.com提示unknown host，直接ping IP地址ok，cat /etc/resolv.conf沒有發現正確的DNS服務器地址。手動在interfaces文件增加dns-nameservers 114.114.114.114后解決，可以正常聯網並更新系統。

注意，插拔zero后可能會無法聯網，此時關閉|重新開啟主機網卡網絡共享稍等即可。

完成以上設置之后，安裝Lighttpd網頁服務器、php等之后，重啟失敗，串口無任何輸出。如此這般，屢試不爽。長久的沉默與崩潰，遂放棄。經歷閱讀DietPi腳本源碼，完善修改相關設置，查看了很多Gadget相關驅動說明和其他文檔資料，都准備向github上提交commit了，然后又回到原點，個中滋味，百般無奈，於是怒打了幾把王者榮耀平復心情。。。話說之前玩DOTA的，對王者榮耀這種小學生游戲嗤之以鼻，某日和師弟們玩了下，發現我湊上癮了---

注意，使用otg時推薦使用Raspbian，在正式環境（GPIO供電+USB無線網卡），DietPi是沒問題的。

2.1.2 Raspbian Jessie Lite

平復一下心情之后，我們回到樹莓派基金會官方推薦的Raspbian Lite，無圖形界面，沒有預裝各種Bloatware。之前的文章是以此為基礎進行演示的，各方面比較完善。安裝使用過程中比較順利，這次沒有出什么幺蛾子了，淚目。。。

2.2 RPi Cam Web Interface

Camera 圖像傳輸與控制首先想到的是使用RPi Cam Web Interface來管理Camera和傳輸圖像：

Web based interface for controlling the Raspberry Pi Camera, includes motion detection, time lapse, and image and video recording。控制樹莓派攝像頭的網頁前端，支持motion運動檢測、定時拍攝以及圖像、視頻錄制。

• eLinux wiki 介紹：http://elinux.org/RPi-Cam-Web-Interface
• GitHub項目主頁：https://github.com/silvanmelchior/RPi_Cam_Web_Interface
• 相關討論：http://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?f=43&t=63276

項目架構如下，主要包括motion——負責運動檢測、raspimjpeg——圖像捕獲與視頻流傳輸、Web Server (Apcahe|Ngnix|Lighttpd)——網頁控制界面。受限於zero的性能，以及並不需要多少高級特性，這里Web Server選用更輕量的Lighttpd。

原本執着於DietPi就是因為可以一鍵安裝配置好各種軟件，RPi-Cam-Web-Interface也在其中。因為存在問題沒解決，所以按照Daniel Knight的腳本手動操作，仍然失敗。。。最終在Raspbian上按照官網的方法安裝成功。

1. 啟用RPi Camera：sudo raspi-config命令

2. 正確連接Camera：金手指朝下（LattePanda也是如此）

3. 安裝RCWI：

   # 更新系統並安裝git
   sudo  apt update && sudo apt dist-upgrade && sudo apt install git
   # 下載源碼並進行安裝
   git clone https://github.com/silvanmelchior/RPi_Cam_Web_Interface.git
   cd RPi_Cam_Web_Interface
   chmod u+x *.sh
   sudo ./install.sh
   

   期間會跳出一個命令行對話框：

   

   使用Backspace鍵刪除，無法使用Del。如圖所示，則可以通過在瀏覽器里輸入[pi_ip]:80/rcam訪問Web Interface，且開機自動運行。這里[pi_ip]填入樹莓派的ip地址，我這里是192.168.137.2。

   注意：

   • 關閉camera上的紅色led可以在/boot/config.txt文件增加disable_camera_led=1
   • 只想要最簡潔的圖像界面可以訪問[pi_ip]/rcam/min.php

Zero 圖像傳輸部分

分別是a. OTG線+USB無線網卡(RT3070為例，小米WIFI沒找着); b. Zero本體; c. RPi Camera + 排線; d. CH340G TTL轉USB模塊，可以進行調試同時通過GPIO引腳為樹莓派提供5v供電。正式版僅需要兩根線為Zero供電即可。

LattePanda 獲取Zero實時圖像（網頁）

幀率和清晰度都相當可以，拍得比較糊，大家湊合着看，看不清的想象一下。只需要在LattePanda里打開網頁，地址填[pi_ip/dietpicam]即可。注意在System里設置為Default Steam比MJPEG Steam流暢。

移動設備獲取Zero實時圖像（網頁）

和PC版基本相同，注意似乎同時只支持串流到一個設備。

移動設備獲取Zero實時圖像（APP）

這里可以使用免費版的IP Cam Viewer Lite（支持Android和iPhone），當然你也可以購買Pro版，不過Lite版足夠使用了。ICVL內置支持RPi-Cam-Web-Interface，如圖添加攝像頭，修改相關參數。

PC軟件獲取Zero實時圖像（待補充）

因為RPi-Cam-Web-Interface支持視頻串流，我們可以使用VLC或者自己寫軟件（比如QT編寫的圖形界面程序）直接播放視頻流，由於遇到一些問題，后面再完善相關內容。

總結

以上通過多種方式獲得樹莓派Zero傳輸過來的實時圖像，並且清晰度和幀率都相當不錯，符合我們的項目預期。在室外可以讓樹莓派或者LattePanda建立無線熱點，提供兩者通訊的手段，當然，WiFiDirect也可以，待求證。

進一步閱讀

• 模塊成品化比較高的Pi Cam by WMAGNER|hackmypi.com
• 給大家講講什么是FPV|tieba