方案介紹

在視覺避障的應用場景中，往往需要一個機載電腦作為算力單元。Nvidia針對此類應用場景推出了Jetson系列AI開發平臺，有強大的浮點計算能力和軟件堆棧以及超低得能耗，但是價格較為昂貴，不利于推廣。國內各種山寨"PI"價格是便宜了，但是軟件支持極為不好，系統和驅動的更新常常嚴重滯后。樹莓派能提供一定的算力，價格適中，軟件的支持很好，適用于小型低成本的視覺避障系統中。
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近年來無人機技術已進入高速發展階段,已從過去執行單一任務、完成簡單功能的初級無人機發展到如今集自主化、智能化等功能于一體的多功能綜合無人機。隨著實時信息網絡和人工智能技術的發展,未來先進無人機最終要達到有權限的自主和完全自主控制.

目前在開源飛控領域比較流行的是pixhawk系列飛控，這種飛控的源代碼是完全公開的，用戶可以從GitHub上免費下載，用于學習研究和二次開發。流行的開源飛控源代碼有PX4和Ardupilot兩大陣營,這兩種代碼編譯生成的固件都能運行在Pixhawk飛控硬件上（類似于你買了一個電腦，可以安裝Windows操作系統也可以安裝Linux操作系統）。Pixhawk系列飛控大多采用STM32系列單片機作為主控器。STM32單片機運算能力是比較弱的，完成各類必需的傳感器（比如運動傳感器，電子羅盤，GPS定位信息等）的信號讀取并完成姿態解算，然后去控制電機，這幾個步驟已經消耗了大部分的單片機算力，完全沒有多余的算力來滿足智能化要求。因而增加一個機載電腦來提供額外算力是業界通行的方法。
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樹莓派CM4是很有性價比的計算模塊，幾百塊就能擁有一個機載電腦，4核心64位 ARM Cortex-A72 CPU性能也還可以。樹莓派的軟件更新很正規和及時，用戶基數也很多，各種應用場景多少都能找到一些例程，這點對開發者來說也很重要。
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使用CM4計算模塊，需要自行設計對應的底板。不過在設計的底板上，接口可以做成直接跟飛控對接；通過集成DC-DC芯片，也可以做到直接從動力電池供電。整體來說，采用CM4+底板的方式會大大優化接線和體積。本產品的原理框圖設計如下：

USB device用于樹莓派燒寫鏡像。這里選用帶EMMC的CM4型號，因為在震動中SD卡座并不是那么可靠。

• 通過VL805芯片從PCIE轉出4路USB接口，用于各種USB外設，比如USB攝像頭，4G網卡，調試鍵盤等等。
• MicroHDMI接口可用于外接顯示器。
• CSI接口用于連接樹莓派支持的各種高清攝像頭，做視頻采集。
• 串口0用于連接飛控，接入飛控的遙測數據。
• 串口3預留，暫不使用，可當普通IO口使用。
• SPI接口預留，暫不使用，可當普通IO口使用。
• 千兆以太網接口可提供更高的網絡帶寬。

實物：經過3個月的努力，一共打了兩次板，目前產品的功能已經全部正常。為產品設計了鋁合金外殼和包裝盒，已經比較產品化了。

目前做了如下測試：
1）系統老化24小時無死機重機
2）有線網測試正常
3）WIFI測試正常
4）4個USB端口測試正常
5）I2C接口測試正常
6）程序燒寫功能正常
7）串口0連接飛控正常
8）串口3和SPI按GPIO測試連通性，各個PIN連接正常。

該項目第一種應用是當作數傳和圖傳，把飛控的遙測(Mavlink)數據和攝像頭視頻通過WIFI網絡轉送到遠端的地面站。這種應用方式是基于Rpanion-server軟件實現的。