用树莓派打造无人机，你需注意的事项！

对于像我这样的普通爱好者而言，能接触到无人机是令人兴奋的。尽管我可以直接购买现成的无人机，但身为DIY爱好者，我更感兴趣的是编写独特的用例程序，或对自建的无人机进行升级。因此，我的第一个问题是：我能否将树莓派装入无人机？

使用树莓派打造无人机是可行的。树莓派充当无人机的“大脑”，将飞行控制器的数据与传感器进行集成。为无人机添加树莓派，可使其适应不同任务需求。

市面上的树莓派无人机指南往往直接深入详细步骤，却未解释背后的原因。而我则希望分享一些宏观思路，这样无论你是购买套件还是完全自己动手，都能带着这些知识翱翔天际。

目录

概述：为何要打造树莓派无人机？

树莓派无人机硬件部件

树莓派无人机软件

最佳树莓派无人机套件

借助引导教程更进一步

树莓派购买可以直接联系我们，其它套件购买请在文末原文章出处进行查询。

概述：为何要打造树莓派无人机？

如果你只是想驾驶无人机，可以直接从大疆等品牌购买现成型号。但如果你对打造自己的无人机、将其定制成你想要的任何功能，并享受学习过程中的乐趣感兴趣，那么打造树莓派无人机将是一个绝佳的挑战。

你可以体验成为先驱者的感觉，就像莱特兄弟一样，运用你的聪明才智实现飞行。这是一件美妙的事情。

树莓派无人机的优势

无人机即使没有树莓派也能飞行，那么加入树莓派有什么好处呢？

为无人机添加树莓派，你可以：

实时传输视频。

捕获GPS坐标或红外图像等数据。

连接并控制各种传感器、USB设备、摄像头或其他硬件。

编程实现自主飞行，如连接激光雷达模块以检测和避开障碍物。

在飞行过程中使用普通摄像头或更强大的树莓派AI摄像头对真实物体应用计算机视觉。

协调无人机群共同飞行并执行任务。

添加树莓派后，你的无人机将能做的远不止飞行。

购买具有特殊功能的无人机可能价格昂贵，但你可以根据自己的需求定制无人机。

这些知识将教会你如何在无人机出现问题时以更低的成本进行修复，并且当你想改变无人机的用途时，可以重新配置其功能。

打造无人机时需做出的重要决策

在购买部件之前，先确定你想要打造什么样的无人机。以下是几个需要自问的关键问题。

我希望我的无人机执行什么任务？

没有一种设计适用于所有场景。不同的无人机是为不同的功能而专门设计的。你的无人机是用于记录第一人称视角（FPV）视频、参加竞赛，还是执行搜索与救援任务？这个决定将影响你做出的所有其他选择。

我将采用哪种无人机设计？

四轴飞行器设计因其构建简单且易于控制而广受欢迎。但还有其他选择，如直升机或重型八轴飞行器。

你需要多大的飞行范围？

显然，能在空中停留的时间越长越好！但在现实世界中，你需要权衡：你必须平衡无人机的功能、重量、电池寿命和构建成本。

树莓派无人机硬件部件

现在，你已经确定了目标，接下来我们来看看需要购买哪些硬件。在本节中，我将介绍关键部件及其在我们构建中的用途。

下表总结了树莓派无人机的常见硬件组件：

组件	功能
机架	无人机的物理机身
树莓派	将所有硬件和软件组件连接在一起的“大脑”
飞行控制器	控制电机、加速和平衡
电机	向叶片提供旋转动力
电子调速器	调节电机速度和方向
螺旋桨	产生升力的旋转叶片
电池	能量储备
配电板	为不同部件供电
发射器	遥控方式
传感器	执行专门任务的模块，如摄像头或红外传感器

我为每个部件提供了以下说明。它们按你可能想要一起考虑的类别进行了分组。

机身部件

机架和树莓派构成了无人机的机身和“大脑”。它们决定了你的无人机将执行的具体任务。

机架——在合理范围内，你希望机架尽可能轻。

购买预制的机架是最简单的。以下是一个适用于全能型四轴飞行器的经济实惠的机架：F450无人机四轴飞行器机架套件。或者，如果你想要一个速度快的飞行器，这里有一个专为四轴飞行器竞赛设计的碳纤维机架：竞速无人机碳纤维四轴飞行器机架套件。

你能在家用3D打印机打印机架吗？当然可以。但我认为这是专业级别的操作，除非你想测试空气动力学和适配性，否则初学者不应尝试。

树莓派

树莓派是让你的无人机所有不同部件协同工作的“大脑”。

你可能会认为树莓派5总是最佳选择，因为就撰写本文时而言，它是最强大的板子。但它也消耗最多的电力，且成本最高。

一些构建者使用Pi 4或Pi 3B+作为在功耗和成本之间的妥协。

然而，如果我们谈论的是超轻型无人机，可以考虑树莓派Zero 2 W。Zero足够处理一些四轴飞行器设计，且重量和体积都小得多。

下表总结了选择树莓派时需要考虑的不同因素：

请记住，如果你的目标涉及高内存使用，你将必须选择树莓派4或Pi 5，以获得4GB、8GB或16GB的RAM。

要查看更详细的规格，请查看我们的树莓派对比表。

飞行部件

无人机的飞行能力将直接取决于飞行控制器、电机、电子调速器和螺旋桨。

飞行控制器——飞行控制器（FC）控制电机、螺旋桨和与操纵相关的任何部件。一些流行的多功能FC包括Pixhawk PX4或Navio2。这些FC通常包括GPS或陀螺仪以处理自动驾驶。

但也有一些更实惠的飞行控制器，没有所有花哨的功能，如SpeedyBee F405或Matek F405。

你可能会问：为什么我不能使用我的树莓派作为FC？从技术上讲，你可以，也有这样的项目存在。但这是一个巨大的挑战，最好等你成为该领域的专家后再尝试。

对于大多数爱好者来说，使用专用的飞行控制器来负责飞行，而让树莓派处理传感、通信或数据处理等功能会更好。

电机——电机是无人机的发动机。你需要的电机数量将取决于你选择的设计。对于典型的四轴飞行器，你需要4个电机，通常选择无刷直流电机（如这个）。

电子调速器（ESC）——电子调速器（ESC）接收来自FC的信号，并将其转换为可变的电机速度。你需要与电机数量相同的ESC（例如，四轴飞行器将有4个ESC对应4个电机）。

如今，许多构建方案都通过使用4合1 ESC来简化操作，它将所有ESC集成在一块板上，并集成了配电解决方案。我认为对于初学者来说，4合1 ESC将是首选方案。

螺旋桨——电机旋转螺旋桨，使你的无人机起飞。四轴飞行器的常见设计是安装4对螺旋桨。

除了决定使用多少螺旋桨外，你还应该决定想要多大尺寸的叶片。对于初学者来说，5英寸叶片是一个平衡的选择，但螺旋桨也有7英寸叶片的长距离无人机专用款，或小至2英寸叶片的微型构建款。

单独购买每个部件可以让你选择更高质量的组件，但这需要研究且成本更高。如果你想要一个更简单、更具成本效益的方案，考虑购买电机、ESC和螺旋桨的套装。至少你知道它们已经经过测试可以一起工作。

动力部件

飞行需要能量，因此你需要为电机、树莓派和其他部件供电。一个好的电池是关键，它将由配电板进行管理。

电池——电池决定了你有多少能量用于飞行和执行视频录制等任务。但电池越大，它就越重且越贵，因此这里有一个重要的权衡。

一个流行的选择是使用可充电锂聚合物（LiPo）电池，如这种1550毫安时的电池。你可能还需要一个LiPo充电器来充电。

你能在空中停留多久取决于你构建的其他部件和你的预期用途。如果你自己动手，这里有很多选择，这里有一篇关于6S与4S LiPo电池区别的很好的文章。

配电板——配电板（PDB）管理发送到不同部件的适当电量。话虽如此，你可能不需要一个独立的PDB。

注意：一些无人机设计不再需要单独的PDB。许多流行的构建方案使用已经集成了此功能的4合1 ESC。

然而，如果你正在构建像八轴飞行器这样的东西，其中有两个单独的4合1 ESC，你将需要添加一个PDB来协调它们之间的电力输出。

遥控与功能部件

最后，你如何从地面告诉你的无人机该做什么？你将使用发射器通过Wi-Fi或RC向无人机发送信号。

发射器——这是你将用来控制无人机的手持遥控器。你将希望能够与你的FC通信以处理飞行，并与你的树莓派通信以执行任务。

这里有几个选择。你可以使用：

两者都用Wi-Fi。

两者都用无线电（RC）。

飞行控制器用RC + 树莓派用Wi-Fi。

Wi-Fi更方便，因为树莓派已经支持Wi-Fi，你可以使用智能手机上的应用程序作为发射器。尽管Wi-Fi更容易使用，但请准备好面对有限范围和更高延迟的挑战。

使用无线电控制（RC）将为你提供卓越的范围和可靠性。缺点是设置起来更复杂，且你需要购买一个RC发射器。你可以从BETAFPV购买一个简单的，或像这个RadioMaster一样更复杂的。

传感器与其他模块——你想添加到无人机上的额外传感器完全取决于你想让你的无人机执行什么任务。例如，你可以安装树莓派摄像头来记录鸟瞰图。或者，你可能想让你的无人机自主飞行，在这种情况下，你可能会连接一个GPS HAT。

树莓派无人机软件

好了，我们已经介绍了打造树莓派无人机所需的硬件，但软件呢？以下是一个简短的清单，帮助你入门。

树莓派操作系统：我推荐树莓派OS Lite，因为它稳定，且由于没有图形用户界面（GUI）而需要较少的RAM，并且有很多教程可用。如果你是一位经验丰富的无人机操作员，考虑安装带有ROS（机器人操作系统）的Ubuntu。

FC固件：与本清单上的其他软件不同，这不是为树莓派准备的，而是需要刷入飞行控制器的。根据你的FC选择，可能包括PX4、ArduPilot或MultiWii。

树莓派与FC通信——DroneKit：你的树莓派需要与飞行控制器交换数据以将所有部件连接在一起。Python库DroneKit很擅长这项工作，并允许你编写自定义自动化。

任务调度器——crontab：当你启动无人机时，你希望树莓派自动启动它需要的程序。幸运的是，大多数Linux系统都包括crontab来调度任务。

以上涵盖了基本内容。以下软件包是可选的，你可能还需要其他软件包，具体取决于你还想让你的无人机做什么。

视频流——GStreamer：如果你想要一个FPV无人机，GStreamer框架将允许你将摄像头看到的画面流式传输到你的智能设备上。

图像识别——OpenCV：如果你想做图像处理，查看我们的OpenCV安装指南。

Wi-Fi热点——hostapd：这个软件包仅在你想要使用Wi-Fi控制无人机时才需要。你将使用hostapd将你的树莓派变成一个热点，然后从你的智能手机或平板电脑上连接。

最佳树莓派无人机套件

研究、购买硬件和安装软件是一项繁重的工作。我认为这就是乐趣所在：从头开始购买部件并在学习过程中进行构建。

但毫无疑问：打造DIY树莓派无人机是具有挑战性的。如果你觉得这太有压力或风险太大，我建议你购买一个无人机套件。

使用零售无人机套件，所有部件都已经被确认可以构建出一个可工作的无人机。

以下是我发现的一些不同价格范围的套件，注：具体内容，请在原文查看。

经济型套件

HolyBro S500 V2无人机套件——你需要添加一个FC和电池，并自己编程所有内容

HolyBro X500 V2套件——附带一个良好的硬件基础。你必须添加一个FC并安装你自己的软件。

HAWK'S WORK F450无人机套件C——你将需要添加一些部件。我喜欢他们销售这个套件的不同级别（A到E），所以你可以根据需要扩大或缩小规模以定制你的构建。

中档套件

HAWK'S WORK F450无人机套件A——包括一个不错的Pixhawk飞行控制器、Pi安装孔和一个对新手友好的指南。

Duckiedrone套件——附带所有部件和说明，你可以从头开始组装所有东西。

Drone Dojo Pi Zero无人机套件——附带完整的部件、说明和为初学者提供的构建支持。

HolyBro X500 V2无人机PX4开发套件——附带几乎所有东西和一些额外的传感器。适用于有一定进阶水平的用户。

高端套件

Drone Dojo树莓派Hawk无人机套件——一个更强大的无人机，包括40多个部件、说明和为初学者提供的构建支持。

Holybro X650无人机开发套件——一个庞大的无人机，附带所有东西和额外的传感器。适用于有一定进阶水平的用户。

借助引导教程更进一步

现在，你已经有了所有部件，是时候构建你的无人机了。本文并非完整的教程，所以让我通过链接一些指南来为你指明正确的方向。

大致步骤

以下是构建树莓派无人机所涉及的大致步骤：

1.组装无人机机架并连接部件。

2.连接ESC和/或配电板以控制电力。

3.配置飞行控制器。

4.将传感器连接到树莓派。

5.在树莓派和FC上安装软件和库。

6.通过Wi-Fi或RC将发射器连接到无人机。

7.测试飞行并进行校准。