玩過用 4G 連線 Parrot DISCO，感受過無距離限制的FPV飛行後，很想以 Ardupilot 做同樣事：
- 以 4G 網絡連結無人機與 ground station，實時控制無人機，獲取飛行數據
- 以 4G 網絡傳送無人機鏡頭的實時影像
- 1小時或以上的飛行時間，30公里或以上的飛行距離
便在倉底找回2015年買下的NAVIO+，就以它來製作一部 4G 連線的定翼無人機，以下就是我的製作筆記。
使用的硬件
- NAVIO+（現在出產的是 NAVIO2）
- Raspberry Pi 2 Model B
- SD card（8GB 或以上）
- Raspberry Pi camera module
- WiFi USB（方便連線做設定，但非必須）
- HUAWEI E3372 (4G USB)
- FX61機架
- Panasonic NCR18650B Li-ion 電池（4S3P）
軟件設定
開始時，跟著 NAVIO 的官方文件做，由於我使用 ZeroTier 建 VPN，連結無人機與 ground station，NAVIO沒有這方面的資料，這部分設定要自己處理，以下就是軟件設定部分的筆記。
Raspberry Pi 基本設定
- 下載預先配置的 Raspbian image (md5)，這是NAVIO廠方提供的專用 image
- 把下載的 image file 燒錄到 SC card，在 Mac 的 Terminal 執行以下程序（使用其他 OS 可參考官方文件）：
// show the SD card disk path {diskx}
diskutil list
// unmount SD card, remember replace the {diskx}
diskutil unmountDisk /dev/{diskx}
// format SD card
sudo newfs_msdos -F 16 /dev/{diskx}
// restore image file to SD card, remember replace the {/path/of/image/xxx.dmg} to the image file path
sudo dd if={/path/of/image/xxx.dmg} of=/dev/{diskx}
- 把 SD card 裝入 Raspberry Pi 後啓動。在 Raspberry Pi 以預設戶口登入（注意，此 image 沒有圖型介面，所有操作都是通過 command line 進行）
user: pi
password: raspberry
- 跟據官方文件進行安全設定。以下是我的快速設定：
passwd // change password
sudo adduser {new-username} sudo // create new user
sudo su // make sure the new-user has been setup correctly
sudo deluser -remove-home pi // remove default user and the home directoty
sudo nano /etc/sudoers.d/010_pi-nopasswd //
{new-username} ALL=(ALL) PASSWD: ALL // Make sudo require a password
- 把 WiFi USB 安裝到 Raspberry Pi後，修改 WiFi config 文件
sudo pico /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
把這段加入（修改 your-wifi-network-name 和 your-wifi-network password）
network={
ssid="your-wifi-network-name"
psk="your-wifi-network password"
key_mgmt=WPA-PSK
}
- 啓動WiFi
sudo ifdown wlan0 && sudo ifup wlan0
- 重新啓動 Raspberry Pi
- 以後可以用 PC/Mac 登入 Raspberry Pi
ssh your-user-name@raspberry-pi-ip
e.g. [email protected]
NAOVIO+, Arduplane 和 QGroundControl 設定
1. 更新 arduplane firmware：
由於廠方提供的 image 的 arduplane firmware 不是最新的，因為 image 不會像 firmware 般更新得也，最好就自己做一次更新。
sudo curl http://firmware.ardupilot.org/Plane/stable/navio/arduplane -o /opt/ardupilot/navio/arduplane-3.8/bin/arduplane
sudo chmod 775 arduplane
2. 安裝與設定 ZeroTier：
ZeroTier 提供了一個十分方便的途徑，使我們可以輕易地把無人機和 ground station 透過 4G 網絡連結，而不需自己架建 VPN。 整個設定過程包括：
- 登記及設定 ZeroTier 戶口
- 在 Raspberry Pi 安裝 zerotier-one 客戶端
- 在 ground station 安裝 ZeroTier One 客戶端
- 在 ZeroTier 戶口批准 Raspberry Pi 及 ground station 的連線
2.1 登記 ZeroTier 戶口：
到此網站登記一個新戶口（免費的）：http://zerotier.com/
2.1a 登入後按 Networks，Create 建立一個新網絡：
2.1b 進入新網絡的設定頁面：
- 記下 Network ID
- 在 Name 下，改一個你喜歡的名稱，例如：NAVIO Network
- 在 Managed Routes > Easy 下，選一個你覺得易記的 IP range
- 其他的設定請如下圖一樣
2.2 安裝 zerotier-one 到 Raspberry Pi：
通過此軟件，Raspberry Pi 無人機就能自動找上我們剛剛建立的網絡，與 ground station 連線。
執行以下 shell command 下載ZeroTier：
curl -s 'https://pgp.mit.edu/pks/lookup?op=get&search=0x1657198823E52A61' | gpg --import && \ if z=$(curl -s 'https://install.zerotier.com/' | gpg); then echo "$z" | sudo bash; fi
確保 ZeroTier 在 root 上執行
sudo systemctl enable zerotier-one
執行 sudo zerotier-cli status 如果看到 200 info [ID] [version] ONLINE 就成功了。
2.2a 連結 ZeroTier 網絡，執行：
sudo zerotier-cli join [Network ID]
（Network ID 是剛剛建立 ZeroTier 網絡時那個 Network ID）
2.3 安裝 Zerotier One 到 ground station：
2.3a 到此下載 ZeroTier One，安裝到 ground station。
2.3b 安裝後，選取 Join Network，輸入 Network ID：
2.4 認證 Raspberry Pi 與 ground station 的連線請求
返回 ZeroTier 的網絡設定頁面，你會看到兩行新的記錄在頁面下方。
- 在 “Auth?” 選取
- 在 “Name” 加入名稱方便識認
- 記下 Raspberry Pi 與 ground station 的 “Managed IPs”
2.5 更新 arduplane 的連線設定
arduplane 需要知道如何及那裡傳送資料到 ground station，我們要修改 Raspberry Pi 裡這個文件 /etc/default/arduplane。
udo nano /etc/default/arduplane
// Add the IP of ground station:
TELEM1="-A udp:192.168.192.100:14550"
上面的意思是，把資料以 UDP 傳送到 192.168.192.100 port 14550。192.168.192.100 是 ZeroTier 裡 ground station 的 IP，14450 是 ground station 預設的 port 位。
由於 arduplane 要等待 zerotier-one 完成後提供 IP，才能把數據回傳給 ground station。我修改了 /etc/systemd/system/arduplane.service 檔以達到此要求：
sudo nano /etc/systemd/system/arduplane.service
把這兩行加入 [Unit] 之下：
After=network-online.target
Wants=network-online.target
修改後重新載入設定檔：
sudo systemctl daemon-reload
開啓 arduplane：
sudo systemctl start arduplane
讓 arduplane 在開機時能自動開啓：
sudo systemctl enable arduplane
NAVIO官方文件提供更詳細的設定解析
再深入一點，需要看 systemd 的文件。很多開機的問題（為什麼 xxx 沒有啓動？）都與它有關。
2.6 連結 Raspberry Pi 與 ground station
文章整理中…
Bellergy RC
