HD FPV на Raspberry Pi

    Малиновый HD FPV пенолет



    Детально ознакомившись со статьей коллег Проба железа для HD FPV было принято решение повторить подвиг на базе Raspberry Pi + Pi Camera.

    Введение


    С главной идеей хабраюзера Gol насчет аналогового FPV, полностью согласен! В цифровой век наслаждаться PAL сигналом, сродни вдыханию аромата цветов в противогазе (ИМХО). Вооружившись малиновым комплектом было решено снять противогаз видео высокого разрешения, транслировать его в реалтайме на землю, а на земле насладиться ароматом цветов полетать глядя в монитор, а в перспективе в HD очки.
    Raspberry Pi
    Pi Camera

    Для вайфай моста использовали проверенные ubiquiti bullet m2 hp.

    Данный вайфай модуль замечательно подходит для мобильных платформ т.к. легко запитывается с помощью POE от бортовой АКБ, достаточно подать питание на две пары (7-24В, синяя пара+, коричневая пара-), имеет малые размеры, обладает хорошей мощностью и промышленным исполнением. Так же приятным бонусом идет модель на 5.8 ггц в аналогичном форм факторе, что позволяет не меняя конструкцию платформы перейти на другой диапазон частот, просто заменив вайфай модуль и антенну.

    В качестве экспериментального носителя безумных идей тестируемого оборудования мы давно используем пенолет (пенопласт летающий) приобретенный на хоббикинге. На данном аппарате практически отрабатываются все возникающие идеи связанные с БПЛА.

    Достоинства данного аппарата — это легкость установки необходимого оборудования, простота пилотирования, грузоподъемность и колоссальная ремонтопригодность. Последняя особенность не раз выручала после крашей, все собирается на эпоксидном клее и наш бронепоезд пенолет снова готов к краштесту полету.

    Полезная нагрузка пенолета





    • Камера
    • Малина под управлением Raspbian
    • Вайфай модуль с антенной
    • Индикатор напряжения
    • Главный тумблер
    • Блок питания малины
    • Разъем АКБ

    В качестве антенн использовался самодельный клевер на 2.4 ггц от аналогового FPV и обыкновенный вайфай штырь.

    Земля







    • Ноутбук под управлением Ubuntu 12.04 LTS с солнечным козырьком
    • Атена D-Link ANT24-0801
    • Вайфай модуль
    • АКБ питания модуля

    Антенна была выбрана из расчета широкой диаграммы направленности 70 град по вертикали, 70 град по горизонтали.

    Софт


    Трансляция осуществлялась с помощью Gstreamer.

    Первый важный момент. Настройку софта мне делал коллега, за что ему спасибо. Я просто приведу использованные скрипты для запуска трансляции на малине и приема видеопотока на ноутбук.

    Борт

    raspivid -n -w 1280 -h 720 -b 4500000 -fps 30 -vf -hf -t 0 -o - | \
    gst-launch-1.0 -v fdsrc ! h264parse ! rtph264pay config-interval=10 pt=96 ! \
    udpsink host=192.168.4.204 port=9000


    Земля

    gst-launch-1.0 -v udpsrc port=9000 caps='application/x-rtp, media=(string)video, clock-rate=(int)90000, encoding-name=(string)H264' ! rtph264depay ! avdec_h264 ! videoconvert ! autovideosink sync=false

    Поехали...


    Второй важный момент. Я не являюсь пилотом. Управлял пенолетом опытный пилот, за что ему отдельная благодарность. Летаем мы давно и успешно на разных аппаратах. На данном этапе я выступал в качестве стартового разгонного блока.





    … Приехали


    С полетами сложилось ровно три раза, т.к. все таки, самолет мы перегрузили, запихав в него ну очень большую АКБ в надежде ну очень долго полетать. Из-за этого и так тихоходный аппарат стал совсем неповоротливым. При заходе на посадку не удалось побороть боковой порыв ветра, аппарат завалился на крыло и ткнулся носом в землю. Большой и тяжелый АКБ решил вырваться наружу и таки вырвался, слегка разворотив пенопластовый фюзеляж (про ремонтопригодность я писал, эпоксидка уже высохла, бронепоезд пенолет уже готов к бою полету). В целом оборудование не пострадало. Но нет худа без добра… HD FPV БЫЛО!




    Вот ради чего все затевалось!


    HD FPV было… только вот не далеко. Реально удавалось получить видео без лагов на очень малом участке поля.


    Штыревая антенна согласно своей диаграмме направленности (горизонтальный бублик) ведет себя… как штыревая антенна, т.е. на высоте и при сильных наклонах/виражах, когда лепесток не попадает в приемную антенну начинаются лаги.
    Видео со штыревой антенны, писал с экрана монитора 15 fps… некоторую картину происходящего дает.


    В дальнейшем будет настроена прямая запись принимаемого потока.

    Антенна «клевер» имеет шарообразную диаграмму направленности, но не очень высокую дальность для нашего канала, поэтому при «дальних» пролетах также вылезали грабли на изображении. Видео к сожалению нет.

    После краша были проведены два похода пешком по полю с разными антеннами и как говорится, результат немного предсказуем: дальность оставляет желать лучшего, штыревая антенна работает чуть дальше 300-400 метров, если плоскость лепестка (бублика) попадает в приемную антенну, «клевер» можно вертеть как угодно, но т.к. вещает он во все стороны одинаково дальность еще меньше чем у «штыря» до 300 метров.

    Выводы


    Полеты HD FPV — это реальность! РАБОТАЕТ!

    В остальном выводы такие же как и у Gol. Слабое место вайфай, точнее бортовая антенна, если на земле можно развернуть поворотную станцию слежения за БПЛА с узконаправленной антенной, то вот с бортом надо изобретать что то еще. Оптимизировать работу вайфай канала, используемые модули имеют много настроек, надо более детально покопать там. Оптимизировать (минимизировать) поток с борта. И естественно продумать решение с бортовой антенной.

    P.S. Обнаружил в настройках вайфай модуля «Земля», что была выставлена малая мощность сигнала 10dBm вместо положенных 28dBm. Это провалЕсть над чем работать.

    Планы на ближайшее будущее


    • Поставить на борт высокоинтеллектуальные мозги Ardupilot 2.0 (ссылка на немного позднюю модель), благо они есть и на данном пенолете уже давно обкатаны — это позволит не нервничать пилоту и улетать далеко, т.к. мозги по команде возвращают на автопилоте пенолет в место старта и, что важно, стабилизируют планер в горизонтальной плоскости даже при разворотах — это позволит более эффективно протестировать штыревую антеннy.
    • Установить (уже в пути из Китая) и протестировать потолочную антенну 2.4 ггц. У неё диаграмма направленности полусфера обращенная вниз, как говорится будем посмотреть.
    • Протестировать модули на 5.8 ггц.
    • Организовать на земле запись потока в файл, а то как то не по человечески получается.
    • P.S. И таки включить выжигатель мозга излучатор на полную мощность!


    Третий важный момент и благодарность моей супруге за моральную поддержку и умелое владение фотоаппаратом, без чего не получились бы отличные фотки всего процесса.

    Следующая часть
    Share post
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 61

      +1
      Очень круто, а если на ДВС модели собрать, то и летать можно будет долго.
      Давно заглядываюсь на fpv и назрел вопрос, почему никто даже не рассматривает возможность установки на модели такой же, пусть и поменьше, направленной антенны, что и на земле, которую можно вращать сервоприводами? Камеру же на подвесе крутить умудряются, а у антенны и парусность поменьше будет.
        +1
        Это потребует 3-х осевой гиростабилизированной поворотной платформы, GPS, системы определения ориентации в пространстве и математического аппарата наведения на точку на земле. Все вместе — это серьезный пласт работы.
          0
          Не понимаю, в чём проблема?
          На всех нормальных FPV моделях всё это есть (GPS, системы определения ориентации в пространстве и математического аппарата наведения на точку на земле, подключённые, или уже реализованные в прошивке, к OSD-автопилоту).
            0
            Я не говорю что это проблема.
            0
            Это потребует 3-х осевой гиростабилизированной поворотной платформы, GPS, системы определения ориентации в пространстве и математического аппарата наведения на точку на земле.
            Кстати, все это вместе — возможность перехода к оптическим системам передачи данных, и с точки зрения легальности (в России) по проще (оптика никому не мешает по факту, в отличии от радиоканала), и по дальше (сотни метров и километры), особенно если сколхозить гибридные системы на базе gprs/3g/… модема и обычного светодиода-передатчика (правда найти компактный и дешевый модем, тот еще вопрос).
          0
          попробуйте еще организовать запись потока на самой малинке
            0
            Это будет в следующий раз, я в статье написал.
              0
              я про запись в воздухе, в статье увидел только про запись на земле
                0
                Да я понял идею… разик можно будет и совместить в результате видео с 2-х экранов.
            0
            когда тестировали клевер, у вас на земле тоже клевер стоял или dlink'овская антенна (та, что на картинке)?
              0
              Все тесты на антенну D-Link
                0
                тогда в принципе понятно, почему на клеверах получилась меньшая дальность
                у них разная поляризация: у клевера круговая, у штыря/dlink — линейная.
                  0
                  Т.е. надо принимать тоже на клевер, я это учту при следующих тестах, второй «клевер» имеется в наличии.
                    +1
                    В идеале, Вам нужна на земле направленная с круговой поляризацией

                    image
                      0
                      Это при «клевере» на борту?
                        0
                        Да, если планируете летать далеко, ниже пишу большой комментарий…
                          0
                          Пока хотим не далеко, но в HD. И для такой антенны нужна станция наведения на борт, об этом уже есть мысли.
                            0
                            У ubiquiti Rocket MIMO 2х2. Напервый канал ставится клевер на модели и клевер на земле поляризация левая. На вророй канал клевер на модели и направленная на земле — поляризация правая.

                            Рядом летаете на первом канале, далеко на втором, направленную антенну наводите на глаз.
              0
              А никто не пробовал вместо wifi ставить 3g/lte передатчик?
              По идее, проблема ограничения расстояния должна исчезнуть. Лаг будет большой, и пропускная способность меньше, но картинку можно передавать и в меньшем разрешении, а если стоит Ardupilot, то можно ж указывать просто ключевые точки полета, постоянное управление и контроль не нужны.
                0
                Это похоронит идею HD, для нашей задачи разрешение уменьшать нельзя. Увеличение лага, хоронит идею FPV — при большей задержке управлять аппаратом невозможно.
                0
                А откуда лаги? По идее, через udp должны быть не лаги, а дропы…

                По хорошему, для вашей цели нужно свой кодер писать. Причём имеет смысл поставить 3g «свисток» (или аналоговый передатчик), в который писать картинку с низким разрешением (если, конечно, собираетесь реально летать по видео).
                  +1
                  Я не совсем точно выразился там все в перемешку и лаги и дропы. При падении линка вайфай модуль накапливает в буффер пакеты а потом их выплевывает… как я писал надо более детально курить настройки вайфай модулей.

                  Уменьшать разрешение — это отказ от идеи HD FPV. Теряется смысл затеи.
                  0
                  Я строю похожий прожект, только на коптер. Камеру использую: Logitech® HD Pro Webcam C920 USB в малину.

                  У ubiquiti есть серия мостов Rocket. Она легче, чем используемая Вами bullet из-за разъемов, плюс есть серия на 900 МГц, что дает очень хорошую дальность и актуально в Вашем случае с пенолетом. И там TDM протокол, который дает меньше потерь.

                  Единственное, я пока не доконца понял законность использования диапазона 915-925МГц в России. Может кто подскажет?

                  Какова задержка в Вашем случае.
                    0
                    Точно не замерял, но по ощущениям 0.2-0.3 сек.
                      0
                      Дискомфорта при полете пилот не испытывает?
                        +1
                        Для первого полета — это был один сплошной дискомфорт. Пока о комфорте говорить рано. Планируется к следующим тестам поставить мозги, которые будут его стабилизировать в горизонте, и в случае потери возвращать на базу. Тогда пилоту будет более комфортно.
                        0
                        в случае самолета задержка не так критична, по сравнению с коптером, я считаю. Её можно было померить и на земле. Чаще всего идея цифрового FPV хоронится именно из-за неё, как автор выше и написал, собственно
                          0
                          Вы правы, но есть маленькое замечание: если поверх видео накладывается телеметрия, в частности авиагоризонт, то задержка между изменением авиагоризонта и горизонта на видео очень мешает.
                            0
                            Имхо, на самолёте критичнее, т.к. коптер может «зависнуть». А самолёт — увы, нет, постоянно летит вперёд.
                              0
                              я из-за большей манёвренности коптера так считаю
                                +1
                                В коптере уже есть стабилизация, бросил ручки (у нас NAZA) и он застыл в пространстве.
                                  0
                                  Тут дело не в потере управления, а в манёвренности. вписаться в поворот, окно, дверной проём. Если FPV будет лагать… сами понимаете.
                                0
                                Пилот такого же мнения. Когда летали по FPV я отслеживал визуально борт и держал темную штору куртку, фото прилагается в посте. Когда происходили проблемы с видео, он моментально выныривал из под куртки и я ему показывал где борт, чтобы он успел сориентироваться и продолжить пилотирование. В общем нервное это занятие было для него. По этому будем ставить мозги.
                                  0
                                  Можно и без мозгов — две аппы, соединённых тренерским кабелем. Один — в очках (ну или по монику), второй страхует с дублирующей. Мы вот вчера про такое поздно сообразили :-)
                                    +1
                                    Я сам не летаю, все никак не собраться начать. Дублера нет. Но с мозгами все значительно спокойнее, можно бросить управление оно само летит ровно, проверяли и не раз. Второй положительный момент у аппарата появляются плоские развороты без особого крена. И третий в случае потери визуального контакта, с пульта включается режим «дуй домой».

                                    Зимой тестировали аналоговое фпв, уткнулись оба в монитор, а борт упархал в неизвестном направлении. Потеряли. Видео есть, управление есть, а где борт неизвестно. По картинке все хорошо… летит. Включили режим, вернулся и закружил над базой, красота. Правда есть нюанс, главное не забыть задать координаты базы.
                                      0
                                      Вроде в большинстве прошивок «гыде мине включили, туды я и вернус!»???
                            0
                            USB камерой вы увеличиваете нагрузку на CPU, а следовательно добавляете лаг.
                            ИМХО, для FPV на малине единственный вариант — родная камера через CSI.
                            И много-много плясок с бубном над настройкой gstreamer'а :)

                            915-925МГц в России нельзя. То есть вообще. Даже с радиолюбительской категорией и бумажкой об образовании позывного.
                            0
                            del
                              0
                              Вот две статьи, которые сподвигли меня на постройку похожего решения

                              diydrones.com/profiles/blog/show?id=705844%3ABlogPost%3A1604812
                              diydrones.com/profiles/blog/show?id=705844%3ABlogPost%3A1433488
                                +1
                                Вот вариант через 3G, но пока только телеметрия. Лагов вроде нет.
                                www.youtube.com/watch?v=0oiH_DOr5mg
                                Я уже закупил комплектующие на SparkFun. Буду делать передачу видео и телеметрии через 3G.
                                  0
                                  Поток телеметрии в сравнении с HD видеопотоком — это как ручеек и Москва река. Задачи совершенно разного порядка.
                                  0
                                  В следующий раз берите спиральную узконаправленную, но дальнобойную антенну и зовите человека который будет направлять её на самолёт, и ещё лучше будет сделать в хвосту ещё одну антеннку для лучшего коннекта.
                                    0
                                    Ух, круто! У нас тож испытания буквально вчера были на самолёте. Но на земле только штырь был, так что результаты пока совсем фиговые. Так что всё ожидаемо упирается в радиотракт (вайфай, шоп его), в основном, именно в антенны.

                                    На отдельный пост не тянет, но тут комментом, думаю, пойдёт
                                      0
                                      Да я смотрел отчет на сайте. Считаю что результаты очень схожи. Выше уже дали правильных советов, что нужно сделать и опробовать. За неделю я думаю подготовлюсь.
                                        0
                                        Кстати, а аппа на какой частоте работала? Как обычно, на 2.4?? И вайфай его не забивает? А то я это всё никак не проверю.
                                          0
                                          Используем аппу 40мгц (длинная антенна из пульта). Пересечений по частотам никаких. В городе помех не ловит.
                                            0
                                            А, блин, я уж обрадовался что 2.4 прокатит. Хотя можно дальнобойную аппу на 433 МГц, а видео по вифи на 2.4. Короче, веселухи ещё много предстоит :-)
                                              0
                                              Мы в свое время включали аналоговое FPV видео 2.4 и радиоаппаратуру на 2.4… видео падало тут же. Больше не экспериментируем.

                                              Планируемые полетные мозги с телеметрией на 915 мгц.
                                          0
                                          Блин, вот хотел я пулю на борт поставить, но флоатер мой её не поднимет :-(
                                        0
                                        Не понял, а зачем на борту индикатор цифровой? Напряжение батареи? Не лучше его на ADC завести и на землю по каналу телеметрии гнать, тем же UDP? Я именно так и проверял — отлично всё гонится.
                                          0
                                          Делал на скорую руку, два провода и два шурупа и визуальная индикация готова. В дальнейшем естественно будет в телеметрии.
                                          0
                                          Установить (уже в пути из Китая) и протестировать потолочную антенну 2.4 ггц. У неё диаграмма направленности полусфера обращенная вниз, как говорится будем посмотреть.

                                          Стоит у меня дома потолочная точка wi-fi, которая ubiquiti unifi lr, там внутри две антенны F-образной формы. Хоть мощность и 28дб, но дальность никакая. Любая другая точка со штыркём и меньшей мощностью работает также.
                                            0
                                            Аналогично, UniFi AP LR разочаровала конкретно
                                            0
                                            Вы молодцы, что ковыряетесь с этим, но мне кажется, что вы пытаетесь очень сильно опередить время.

                                            Возможно вам прийдется лезть на уровень ниже к wifi, изучать svc (это может быть ключом) и т.п. что бы добиться результатов. Пока между двумя концами кошки слишком много абстракции, вам будет очень сложно.

                                              0
                                              «миллионы леммингов не могут ошибаться!» :-) Мы тоже аналогичные штуки ковыряем, так что мож сообща чего и получится.
                                                0
                                                Насколько вы готовы влезть в WiFi что бы найти в нём какие-нибудь секретные примочки для контроля QoS?
                                                  0
                                                  Насколько я понимаю, QoS нужен для выделения приоритета нужному виду трафика. У нас же только видео прёт, QoS вообще на обоих роутерах отключён. В «идеальных» условиях (по земле с неизменяемой ориентацией антенн) уже проверено — всё ништяг, проблемы начинаются лишь в воздухе, когда ориентация антенны меняется из-за крена/тангажа борта. Вот тут пока роем, разные типы антенн проверяем.
                                              0
                                              Если еще не разобрали железки, измерьте лаг, пожалуйста.
                                                0
                                                Будет вторая часть с работой над ошибками и дополнениями.
                                                0

                                              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.