无人机与无人车系统调试手册

无人机与无人车系统调试手册 | 完整现场故障排查指南

1. 文档目的

本文档说明如何在现场调试无人机和无人车系统。它不涉及仪表板界面，而是聚焦于实际车辆系统：

Windows 地面站
LQ3 通信网络
无人车上的树莓派 4B
Pixhawk 飞控
ArduPilot / ArduCopter / ArduRover
MAVProxy 或 MAVLink 桥接
无人车 UDP 电机代理
STM32 电机控制器
GPS 和 EKF 就绪状态
摄像头视频流

当无人机无法解锁、无人车无法移动、GPS 丢失、MAVLink 心跳丢失或视频/网络不稳定时，请使用本指南。

2. 系统架构

无人机路径

典型无人机任务流程：
心跳 → GPS OK → EKF OK → GUIDED 模式 → 解锁 → 起飞 → 前进速度指令 → 降落

无人车路径

无人车 Pixhawk： 用于心跳、GPS 和 EKF 就绪状态。
无人车电机： 不由 Pixhawk 驱动。命令通过树莓派 UDP 发送到 STM32 电机控制器。

典型无人车任务流程：
Pixhawk 心跳 → GPS OK → EKF OK → 无人车代理 UDP Ping OK → 任务开始同步 → UDP 移动命令 → STM32 串口电机命令 → 停止命令

3. 重要 IP 地址和端口

通用网络

Windows PC LQ3 侧 IP：192.168.1.234
Mac 调试 IP：192.168.1.10
典型子网：192.168.1.0/24
网关：192.168.1.1

无人车示例

ROVER_1 树莓派 IP：192.168.1.101
ROVER_2 树莓派 IP：192.168.1.102
ROVER_3 树莓派 IP：192.168.1.103
无人车 UDP 电机端口：15000

MAVLink 端口

DRONE_1：UDP 14501，sysid 1
DRONE_2：UDP 14502，sysid 2
DRONE_3：UDP 14503，sysid 3

ROVER_1：UDP 14511，sysid 11
ROVER_2：UDP 14512，sysid 12
ROVER_3：UDP 14513，sysid 13

UDP 端口和车辆 SYSID 必须与脚本配置匹配。

4. 现场调试顺序

警告不要从完整任务脚本开始。先逐层测试。

5. 电源检查

无人机

飞行电池已连接
Pixhawk 已供电
GPS 模块 LED 亮起
遥测 / LQ3 链路已供电
电调已供电
室内测试时拆除螺旋桨
仅室外飞行测试时安装螺旋桨

无人车

树莓派已供电
Pixhawk 已供电
STM32 电机控制器已供电
电机电池已连接
树莓派到 STM32 的 USB 线已连接
如 MAVProxy 桥接在树莓派上运行，树莓派到 Pixhawk 的 USB 线已连接
首次电机测试时抬高无人车轮子

6. 网络调试

检查树莓派 IP 地址

ip addr
hostname -I
ip route

预期：eth0 有 192.168.1.xxx，如 LQ3 为主要链路，默认路由使用 eth0。

如果 hostname -I 为空，树莓派没有活动的 IP 地址。

检查 Netplan

cat /etc/netplan/01-uav.yaml

network:
 version: 2
 ethernets:
 eth0:
 optional: true
 dhcp4: no
 addresses:
 - 192.168.1.102/24
 gateway4: 192.168.1.1
 nameservers:
 addresses: [8.8.8.8, 1.1.1.1]
 wifis:
 wlan0:
 optional: true
 dhcp4: no

sudo netplan generate
sudo netplan apply
ip addr
ip route

警告重要：
• addresses 缩进必须正确
• gateway4 应与 addresses 对齐
• 不要将 gateway4 放在地址列表内部

Ping 测试

# 从 Windows
ping 192.168.1.102

# 从树莓派
ping -c 3 192.168.1.234

如果 ping 失败：检查 LQ3 电源 · 网线 · IP 地址 · 子网 · Windows 防火墙 · IP 地址冲突

7. SSH 调试

# 从 Windows
ssh ubuntu@192.168.1.102

# 如果密码登录被禁用
ssh -o PreferredAuthentications=password -o PubkeyAuthentication=no ubuntu@192.168.1.102

# 在树莓派上
sudo vim /etc/ssh/sshd_config

有用的设置：
PasswordAuthentication yes
PubkeyAuthentication yes
KbdInteractiveAuthentication yes

sudo systemctl restart ssh

8. MAVLink 心跳调试

py -c "from pymavlink import mavutil; m=mavutil.mavlink_connection('udpin:0.0.0.0:14512'); print('等待心跳'); m.wait_heartbeat(); print('sysid', m.target_system, 'compid', m.target_component)"

预期：等待心跳 → sysid 12 compid 0

如果无心跳：确认 MAVProxy 服务 · UDP 输出 IP · Windows IP · 端口 · Pixhawk USB · Pixhawk 已供电 · ArduPilot 已启动

9. MAVProxy 桥接调试

sudo systemctl status mavlink-router.service
sudo systemctl status mavproxy.service
journalctl -u mavlink-router.service -n 50 --no-pager

mavproxy.py \
 --master=/dev/serial/by-id/usb-ArduPilot_fmuv2_xxxxx-if00 \
 --baudrate=115200 \
 --out=udp:192.168.1.234:14512

ls -l /dev/serial/by-id/

使用稳定的 USB 路径。如果连接了多个 USB 设备，不要依赖 /dev/ttyACM0 或 /dev/ttyACM1。

10. GPS 调试

py -c "from pymavlink import mavutil; m=mavutil.mavlink_connection('udpin:0.0.0.0:14512'); m.wait_heartbeat(); print('heartbeat', m.target_system); 
while True:
 msg=m.recv_match(type='GPS_RAW_INT', blocking=True, timeout=2)
 if msg:
 print('fix', msg.fix_type, 'sats', msg.satellites_visible, 'eph', msg.eph)"

良好 GPS：fix_type >= 3 · 卫星 >= 8 · HDOP 低，最好低于 2.0

如果 GPS 未被检测到：检查 GPS 线缆 · GPS 端口 · 波特率 · 串口协议 · GPS 模块电源 LED · 移到室外 · 等待几分钟首次锁定

Pixhawk 2.4.8 常见 GPS 串口设置：
SERIAL3_PROTOCOL = GPS
SERIAL3_BAUD = 115200 或 38400
GPS_TYPE = Auto

如果罗盘被检测到但 GPS 未被检测到，说明 I2C 罗盘工作而 UART GPS 不工作。检查 GPS UART 线缆、端口、波特率或 GPS 协议。

11. EKF 调试

任务通过检查 GLOBAL_POSITION_INT 等待 EKF 位置。

如果 GPS 有定位但 EKF 未就绪：在室外等待更长时间 · 检查罗盘校准 · 加速度计校准 · EKF 原点 · 车辆不在室内 · ArduPilot 预解锁警告

在 Mission Planner 中：消息选项卡 · 状态选项卡 · EKF 标志 · 预解锁消息

12. 无人机调试

无人机心跳测试

py -c "from pymavlink import mavutil; m=mavutil.mavlink_connection('udpin:0.0.0.0:14503'); m.wait_heartbeat(); print('connected sysid', m.target_system)"

无人机模式测试

master.set_mode_apm("GUIDED")
master.set_mode_apm("STABILIZE") # 室内无桨电机测试

无人机解锁测试

master.mav.command_long_send(
 master.target_system,
 master.target_component,
 mavutil.mavlink.MAV_CMD_COMPONENT_ARM_DISARM,
 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0
)

如果无人机无法解锁：预解锁消息 · GUIDED 任务的 GPS · 安全开关 · 遥控器校准 · 加速度计校准 · 罗盘校准 · 电池失效保护 · 有效模式

无人机前进运动

距离 = 速度 × 时间
示例：
0.2 m/s × 30 秒 ≈ 6 米
0.2 m/s × 50 秒 ≈ 10 米
0.5 m/s × 20 秒 ≈ 10 米

send_velocity(master, 0.2, 0, 0)

这是机身坐标系速度指令，不是真正的 GPS 航点任务。

13. 无人车调试

无人车有两个独立系统：
Pixhawk： GPS / EKF / 心跳
树莓派 + STM32： 电机控制
两者都必须工作。

无人车 Pixhawk 心跳

py -c "from pymavlink import mavutil; m=mavutil.mavlink_connection('udpin:0.0.0.0:14512'); m.wait_heartbeat(); print('rover sysid', m.target_system)"

无人车代理服务

sudo systemctl status acker-rover.service
journalctl -u acker-rover.service -n 50 --no-pager

无人车代理手动运行

sudo systemctl stop acker-rover.service
python3 ~/acker_rover/rover_agent.py

[ROVER] Connecting STM32...
[ROVER] STM32 OK
[ROVER] STOP
[ROVER] UDP listening on 0.0.0.0:15000

无人车 UDP Ping

py -c "import socket,json; s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM); s.settimeout(2); s.sendto(json.dumps(dict(cmd='ping')).encode(),('192.168.1.102',15000)); print(s.recvfrom(4096))"

预期：{"ok": true, "status": "alive"}

无人车移动测试

py -c "import socket,json; s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM); s.settimeout(2); s.sendto(json.dumps(dict(cmd='move',x=200,z=0,duration=2)).encode(),('192.168.1.102',15000)); print(s.recvfrom(4096))"

py -c "import socket,json; s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM); s.settimeout(2); s.sendto(json.dumps(dict(cmd='stop')).encode(),('192.168.1.102',15000)); print(s.recvfrom(4096))"

如果 UDP 回复说正在移动但轮子不转：STM32 USB 路径错误 · STM32 固件卡死 · 电机电池关闭 · 需要重启电机控制器 · 串行命令格式错误 · USB 串口设备错误

14. STM32 串口调试

ls -l /dev/serial/by-id/

预期电机控制器路径：
usb-1a86_USB_Single_Serial_xxxxx-if00
或 usb-WCH.CN_USB_Single_Serial_xxxxx-if00

python3 -c 'import serial,time; ser=serial.Serial("/dev/serial/by-id/usb-1a86_USB_Single_Serial_5C2C061781-if00",115200,timeout=1); f=bytes.fromhex("7B 00 00 00 64 00 00 00 00 1F 7D"); s=bytes.fromhex("7B 00 00 00 00 00 00 00 00 7B 7D"); print("forward"); ser.write(f); ser.flush(); time.sleep(2); print("stop"); ser.write(s); ser.flush(); ser.close()'

如果无反应：重启 STM32 · 重新插拔 USB · 检查电源 · 检查正确的 /dev/serial/by-id · 检查是否有其他进程占用串口

sudo lsof /dev/ttyACM0

15. 摄像头流调试

lsusb
ls -l /dev/video*
python3 -c "import cv2; cap=cv2.VideoCapture('/dev/video0'); print('opened', cap.isOpened()); ret, frame=cap.read(); print('ret', ret, 'shape', None if frame is None else frame.shape); cap.release()"

预期：opened True · ret True · shape (480, 640, 3)

python3 -m pip install --user flask opencv-python-headless
python3 capture_video.py

打开：http://PI_IP:8080/video

LQ3 低带宽设置：WIDTH=128 · HEIGHT=96 · FPS=3 · JPEG_QUALITY=20

16. 紧急停止

# 停止无人车代理任务
py -c "import socket,json; s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM); s.settimeout(2); s.sendto(json.dumps(dict(cmd='stop')).encode(),('192.168.1.102',15000)); print(s.recvfrom(4096))"

# 停止无人车服务
sudo systemctl stop acker-rover.service

# 通过 MAVLink 解除无人机锁定
master.mav.command_long_send(... 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)

# 杀死运行中的 Python 任务
pkill -f mission_script_name.py

# 杀死摄像头流
pkill -SIGTERM -f capture_video.py

17. 常见问题与解决方案

问题	解决方案
MAVLink 心跳丢失	检查 UDP 端口、Windows IP、Pixhawk USB、MAVProxy 服务、LQ3 链路、防火墙
SYSID 不匹配	修改脚本中的 `expected_sysid` 或 `SYSID_THISMAV` 参数
GPS fix_type 1，卫星 0	移到室外，等待更长时间，检查天线方向、GPS 接线
罗盘检测到但 GPS 未检测到	检查 GPS UART 线缆、串口、波特率、`SERIALx_PROTOCOL = GPS`
无人车 UDP 说移动但轮子不转	检查 STM32 电源、电机电池、USB 串口路径、无人车代理日志、重启 STM32
Ctrl+C 无法停止脚本	使用 STOP_EVENT、超时循环、信号处理器、解除所有 MAVLink 主机锁定
无人机无法解锁	检查预解锁消息：GPS、罗盘、加速度计、安全开关、遥控器校准、电池失效保护、模式
LQ3 视频卡顿	降低分辨率、帧率、JPEG 质量；使用一个高分辨率流；使用低分辨率缩略图

通过 18. 任务前检查清单

[ ] 所有车辆电池已充电
[ ] 仅室外安装螺旋桨
[ ] 无人车轮子已清理
[ ] LQ3 已连接
[ ] Windows 具有正确的 LQ3 IP
[ ] 所有 Pixhawk 已供电
[ ] MAVProxy 服务正在运行
[ ] MAVLink 心跳已确认
[ ] GPS 定位已确认
[ ] EKF / 全局位置已确认
[ ] 无人车代理正在运行
[ ] 无人车 UDP Ping 工作
[ ] 无人车移动测试工作
[ ] 紧急停止已测试

19. 推荐调试命令速查

# 树莓派网络
ip addr; ip route; hostname -I; cat /etc/netplan/01-uav.yaml

# 树莓派 USB 设备
lsusb; ls -l /dev/serial/by-id/; ls -l /dev/video*

# 树莓派服务
sudo systemctl status acker-rover.service
sudo systemctl status mavlink-router.service
journalctl -u acker-rover.service -n 50 --no-pager
journalctl -u mavlink-router.service -n 50 --no-pager

# Windows Ping
ping 192.168.1.102

# Windows MAVLink 心跳
py -c "from pymavlink import mavutil; m=mavutil.mavlink_connection('udpin:0.0.0.0:14512'); print('waiting'); m.wait_heartbeat(); print(m.target_system, m.target_component)"

# Windows 无人车 UDP Ping
py -c "import socket,json; s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM); s.settimeout(2); s.sendto(json.dumps(dict(cmd='ping')).encode(),('192.168.1.102',15000)); print(s.recvfrom(4096))"

# Windows 无人车移动
py -c "import socket,json; s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM); s.settimeout(2); s.sendto(json.dumps(dict(cmd='move',x=200,z=0,duration=2)).encode(),('192.168.1.102',15000)); print(s.recvfrom(4096))"

20. 最终说明

最重要的原则是逐层调试。

对于无人机，MAVLink 直接控制车辆。

对于无人车，MAVLink 检查 GPS/EKF，但树莓派 UDP 控制电机。

因此，无人车可能有良好的 GPS 但仍然无法移动，如果无人车代理、STM32、电机电池或串口路径不工作。

同样，无人车可以手动移动但仍然无法完成 GPS 任务，如果 Pixhawk GPS 或 EKF 未就绪。

平台：Windows · LQ3 · 树莓派 4B · Pixhawk · ArduPilot · MAVLink
(c) 卓博泰科技 · 无人机与无人车系统调试手册

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