通过Socket通信实现局域网下Amov无人机连接与数据传输

1.局域网下的通信

1.1 局域网

厂家提供的方式是通过Homer图数传工具(硬件)构建的amov局域网实现通信连接.

好处是通信距离足够长,支持150m;坏处是"局部",无法访问互联网.

[IMAGE:homer连接]

根据这个原理,我尝试了通过个人局域网(即热点),建立通信连接.

[ 因为无人机本身带有机载电脑,而主机正常也就能连接热点和wifi ]

1.2个人热点[互联网下的局域网]

优点:便捷,且可访问互联网:

个人热点通常使用的确实是 WLAN(无线局域网)技术,它利用了无线技术(如Wi-Fi)来创建一个局域网络;

关键在于个人热点设备本身已经通过移动运营商的网络(如4G、5G)连接了互联网。

个人热点在此过程中扮演了中介的角色:

它将其他设备发出的请求转发给移动运营商的网络,并将响应返回给这些设备

[这意味着对于任何的报错输出你都可以去线上寻找答案(尤其是大模型AI)];

缺点是通信距离短,无人机飞远了数据传输有大延迟 ;

2.远程控制主机

2.1 GUi图形化界面--Nomachine

基于X11协议的远程桌面工具;

2.2 SSH 连接--命令行操控

连接:ssh建立连接需要账号和密码IP

[输入密码];

连接成功(如红框所示):

3.实操 --个人热点下实现ros无人机与PC传输gps经纬度

3.1实现局域网下的通信

开启手机热点,连接设备至少2个(个人PC和amov无人机机载电脑主机)

点击查看其配置(即IP):

知道ip,即可ping 查看是否能够通信;

比如我发现amov的IP地址为192.168.63.a;

1) ping尝试

ping 192.168.163.a

应有输出[代表ping通]:

Reply from 127.0.0.1: bytes=32 time<1ms TTL=128        
Reply from 127.0.0.1: bytes=32 time<1ms TTL=128
Reply from 127.0.0.1: bytes=32 time<1ms TTL=128 
Reply from 127.0.0.1: bytes=32 time<1ms TTL=128

3.2连接无人机机载电脑(通过ssh)

[2.2 SSH 连接--命令行操控]

命令行下输入:

ssh amov@ 192.168.x.a 
#amov 为账户名 后面为其ip地址

输入密码;

登录成功;

3.3 启动节点[同时顺便连接qgc]

连接qgc流程:进入对应路径-更改脚本-启动脚本;

cd home/amov/p600_experiment/src/p600_experiment/launch_basicvim p600_gps_onboard.launch

3.3.1将上图红框的ip改为要使用QGC的个人PC主机IP[如此才能实现与qgc的连接]

3.3.2随后执行该.launch脚本以启动节点:

roslaunch p600_gps_onboard.launch

脚本如下:

<!-- 本launch为使用px4_sender进行机载控制时的机载端启动脚本 -->
<launch><!-- 启动MAVROS --><!-- 不同机载电脑,注意修改fcu_url至正确的端口号及波特率 --><node pkg="mavros" type="mavros_node" name="mavros" output="screen"><param name="fcu_url" value="/dev/ttyTHS0:921600" /><!--param name="gcs_url" value="udp://@192.168.31.46" / --><param name="gcs_url" value="" /><param name="target_system_id" value="1" /><param name="target_component_id" value="1" /><rosparam command="load" file="$(find p600_experiment)/config/mavros_config/px4_pluginlists_gps.yaml" /><rosparam command="load" file="$(find p600_experiment)/config/mavros_config/px4_config_gps.yaml" /></node><!-- 启动Prometheus代码 --><!-- run the px4_pos_estimator.cpp --><arg name="input_source" default="9"/><arg name="rate_hz" default="30"/><node pkg="prometheus_control" type="px4_pos_estimator" name="px4_pos_estimator" output="screen"><!-- 定位数据输入源 0 for vicon, 1 for 激光SLAM, 2 for gazebo ground truth, 3 for T265 --><param name="input_source" value="$(arg input_source)" /><param name="rate_hz" value="$(arg rate_hz)" /></node><!-- run the px4_sender.cpp --><node pkg="prometheus_control" type="px4_sender" name="px4_sender" output="screen"><rosparam command="load" file="$(find p600_experiment)/config/prometheus_control_config/px4_sender_outdoor.yaml"/></node><!-- run the ground_station.cpp --><node pkg="prometheus_station" type="ground_station" name="ground_station" output="screen" launch-prefix="gnome-terminal --tab --">	</node><!-- run the ground_station_msg.cpp --><node pkg="prometheus_station" type="ground_station_msg" name="ground_station_msg" output="screen" launch-prefix="gnome-terminal --tab --">	</node>
</launch>

3.3.3预期输出:

该cmd窗口顶端应该如下:

3.3.4 rostopic list 查看已启动节点:

白框即为涉及到gps的节点:

3.3.5 qgc成功连接:

(红框处应显示为连接成功)

3.3.6关于节点:

在ROS(Robot Operating System)中,节点(Nodes)是实现机器人功能的基本组成单元。

每个节点通常执行一个特定的任务,并且可以通过ROS的通信机制与其他节点进行数据交换。

以下是关于ROS节点的详细介绍以及一个简单的实例:

节点的基本概念:

  1. 节点定义

    • ROS节点是一个执行特定任务的进程,可以理解为ROS应用程序中的一个模块或者组件。
    • 每个节点都是一个独立的进程,可以通过ROS的通信机制与其他节点进行数据交换。
  2. 节点之间的通信

    • ROS节点通过话题(Topics)、服务(Services)、参数服务器(Parameter Server)以及动态重配置(Dynamic Reconfigure)进行通信。
    • 话题:是一种发布者-订阅者模型,节点可以发布(publish)消息到话题或者订阅(subscribe)话题接收消息。
    • 服务:允许节点请求某种特定的计算或操作,其他节点可以提供服务以响应这些请求。
    • 参数服务器:用于存储和获取ROS参数,节点可以动态地获取和修改这些参数。
    • 动态重配置:允许节点在运行时调整其参数,而不需要重启节点。
  3. 节点的编写

    • ROS节点可以使用多种编程语言编写,包括C++和Python。
    • 通常使用ROS提供的官方库(如roscpp和rospy)来编写节点,这些库提供了与ROS通信机制的高级接口。

示例:移动机器人中的ROS节点

假设有一个简单的移动机器人系统,包括以下几个ROS节点:

  1. 传感器数据获取节点

    • 功能:从机器人的传感器(例如激光雷达、相机)获取数据。
    • 通信方式:通过发布者(Publisher)发布激光数据到名为/scan的话题。
    • 实现:可以使用C++编写,订阅激光雷达数据并发布到/scan话题。
  2. 路径规划节点

    • 功能:根据机器人的当前位置和目标位置计算最优路径。
    • 通信方式:订阅机器人当前位置和目标位置的话题,并将路径信息发布到名为/path的话题。
    • 实现:可以使用Python编写,订阅/initial_pose/goal_pose话题,使用路径规划算法(如A*或Dijkstra算法)计算路径,并发布到/path话题。
  3. 运动控制节点

    • 功能:接收路径信息,并控制机器人实现运动。
    • 通信方式:订阅/path话题,控制机器人的底盘或运动执行器。
    • 实现:可以使用C++编写,订阅/path话题,调用运动控制库(如ROS MoveBase等)实现机器人的运动控制。
  4. 用户界面节点

    • 功能:提供交互界面,允许用户设定目标位置或查看机器人状态。
    • 通信方式:通过ROS服务接收用户设定的目标位置,并可以通过话题发布机器人的状态信息。
    • 实现:可以使用Python编写,提供简单的图形用户界面(GUI),通过ROS服务与其他节点进行通信。

3.3.7节点实例(p600_gps_onboard.launch):

<!-- 本launch为使用px4_sender进行机载控制时的机载端启动脚本 -->
<launch><!-- 启动MAVROS --><!-- 不同机载电脑,注意修改fcu_url至正确的端口号及波特率 --><node pkg="mavros" type="mavros_node" name="mavros" output="screen"><param name="fcu_url" value="/dev/ttyTHS0:921600" /><!--param name="gcs_url" value="udp://@192.168.31.46" / --><param name="gcs_url" value="" /><param name="target_system_id" value="1" /><param name="target_component_id" value="1" /><rosparam command="load" file="$(find p600_experiment)/config/mavros_config/px4_pluginlists_gps.yaml" /><rosparam command="load" file="$(find p600_experiment)/config/mavros_config/px4_config_gps.yaml" /></node><!-- 启动Prometheus代码 --><!-- run the px4_pos_estimator.cpp --><arg name="input_source" default="9"/><arg name="rate_hz" default="30"/><node pkg="prometheus_control" type="px4_pos_estimator" name="px4_pos_estimator" output="screen"><!-- 定位数据输入源 0 for vicon, 1 for 激光SLAM, 2 for gazebo ground truth, 3 for T265 --><param name="input_source" value="$(arg input_source)" /><param name="rate_hz" value="$(arg rate_hz)" /></node><!-- run the px4_sender.cpp --><node pkg="prometheus_control" type="px4_sender" name="px4_sender" output="screen"><rosparam command="load" file="$(find p600_experiment)/config/prometheus_control_config/px4_sender_outdoor.yaml"/></node><!-- run the ground_station.cpp --><node pkg="prometheus_station" type="ground_station" name="ground_station" output="screen" launch-prefix="gnome-terminal --tab --">	</node><!-- run the ground_station_msg.cpp --><node pkg="prometheus_station" type="ground_station_msg" name="ground_station_msg" output="screen" launch-prefix="gnome-terminal --tab --">	</node>
</launch>

这是一个ROS launch文件,用于启动与机载控制相关的节点和程序。让我们逐个节点和参数来详细解释:

1. 启动 MAVROS

<node pkg="mavros" type="mavros_node" name="mavros" output="screen"> 
<param name="fcu_url" value="/dev/ttyTHS0:921600" /> 
<param name="gcs_url" value="" /> 
<param name="target_system_id" value="1" /> 
<param name="target_component_id" value="1" /> 
<rosparam command="load" file="$(find p600_experiment)/config/mavros_config/px4_pluginlists_gps.yaml" /> 
<rosparam command="load" file="$(find p600_experiment)/config/mavros_config/px4_config_gps.yaml" /> 
</node>
  • mavros_node: 这个节点来自 mavros 包,它与 PX4 Autopilot 系统通信,充当 ROS 和飞控单元之间的接口。
  • fcu_url: 指定飞控单元的串口设备及波特率,这里设置为 /dev/ttyTHS0:921600
  • gcs_url: 地面站 URL,如果有需要可以填入对应的值,但在这里是空白的。
  • target_system_id 和 target_component_id: 分别指定飞控单元的系统 ID 和组件 ID。
  • px4_pluginlists_gps.yaml 和 px4_config_gps.yaml: 加载了用于 MAVROS 的配置文件,配置 PX4 插件和参数。

2. 启动 Promethues 代码

<node pkg="prometheus_control" type="px4_pos_estimator" name="px4_pos_estimator" output="screen"> 
<param name="input_source" value="9" /> 
<param name="rate_hz" value="30" /> 
</node>
  • px4_pos_estimator: 这个节点估计无人机的位置,根据参数设置从不同的数据源获取位置数据,这里使用参数 input_source 来指定输入源为 9,可能代表特定的传感器或系统。
  • rate_hz: 设置节点运行的频率为 30Hz。
<node pkg="prometheus_control" type="px4_sender" name="px4_sender" output="screen"> 
<rosparam command="load" file="$(find p600_experiment)/config/prometheus_control_config/px4_sender_outdoor.yaml"/> 
</node>
  • px4_sender: 这个节点负责向 PX4 发送控制命令或数据。通过加载 px4_sender_outdoor.yaml 文件来配置节点所需的参数。

3. 启动地面站相关节点

<node pkg="prometheus_station" type="ground_station" name="ground_station" output="screen" launch-prefix="gnome-terminal --tab --"> 
</node> <node pkg="prometheus_station" type="ground_station_msg" name="ground_station_msg" output="screen" launch-prefix="gnome-terminal --tab --"> 
</node>
  • ground_station: 这个节点可能是一个地面站程序的一部分,用于与无人机或系统进行通信和控制。launch-prefix 设置了在新标签页中启动该节点。
  • ground_station_msg: 这个节点可能是用来处理地面站的消息传递和交互的程序。

3.2 订阅话题

GimbalBasic::GimbalBasic(ros::NodeHandle &nh)
{nh.param<std::string>("multicast_udp_ip", multicast_udp_ip, "224.0.0.88");this->communication_ = new Communication(nh);//【订阅】吊舱状态数据this->gimbal_state_sub_ = nh.subscribe("/gimbal/state", 10, &GimbalBasic::stateCb, this);//【订阅】跟踪误差this->vision_diff_sub_ = nh.subscribe("/gimbal/track", 10, &GimbalBasic::trackCb, this);//【发布】框选 点击 目标this->window_position_pub_ = nh.advertise<ground_station_bridge::WindowPosition>("/detection/bbox_draw", 1000);//【发布】吊舱控制this->gimbal_control_pub_ = nh.advertise<ground_station_bridge::GimbalControl>("/gimbal/control", 1000);
}

3.2.1 订阅(sub)话题实例 :

this->gimbal_state_sub_ = nh.subscribe("/gimbal/state", 10, &GimbalBasic::stateCb, this); 
this->vision_diff_sub_ = nh.subscribe("/gimbal/track", 10, &GimbalBasic::trackCb, this);
  • 这两行代码分别用来订阅两个不同的ROS话题。
  • gimbal_state_sub_ 订阅 /gimbal/state 话题,每次缓存10个消息,当有新消息时调用 GimbalBasic::stateCb 成员函数处理。
  • vision_diff_sub_ 订阅 /gimbal/track 话题,同样每次缓存10个消息,当有新消息时调用 GimbalBasic::trackCb 成员函数处理。
  • &GimbalBasic::stateCb 和 &GimbalBasic::trackCb 是成员函数指针,指向处理收到消息的回调函数。

3.2.2 查看所有话题:

rostopic list 是一个命令行工具命令,用于列出当前ROS系统中所有可用的话题(topics);

3.2.3 命令行终端获得gps话题的输出:

e.g.

rostopic echo /mavros/gpsstatus/gps1/raw

预期输出:

关于话题:

话题(topics)是一种基础的通信机制,用于在ROS节点之间传递消息。话题是一种发布者-订阅者(publisher-subscriber)模型的实现,允许节点(ROS程序)以异步的方式进行通信。以下是关于ROS话题的一些重要信息和特性:

1. 定义和命名

  • 话题名称: 每个话题都有一个唯一的名称,用于在整个ROS系统中标识该话题。话题名称以斜杠 / 开头,例如 /odom/scan 等。
  • 消息类型: 每个话题传递的消息具有特定的数据类型,如传感器数据、控制命令等。消息类型由 ROS 消息定义文件(.msg 文件)定义,并且在编译时生成。

2. 通信模式

  • 发布者(Publishers): 发布者节点向话题发布消息。多个节点可以同时发布到同一个话题。
  • 订阅者(Subscribers): 订阅者节点从话题订阅消息。多个节点可以同时订阅同一个话题。

3. 异步通信

  • ROS话题的通信是异步的,即发布者和订阅者之间不需要直接建立连接。发布者发布消息后,所有订阅该话题的节点都能接收到这些消息,而不需要发布者和订阅者同时在线。

3.3 通过socket传回[+内容筛选]

socket代码如下:

server:
# -*- coding: utf-8 -*-
#!/usr/bin/env python
import socket# 设置服务器的 IP 地址和端口号
SERVER_IP ='192.168.79.60' #'10.128.72.152'#'192.168.1.134'#'192.168.231.77'
SERVER_PORT = 8082# 创建一个 TCP socket
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 连接服务器
client_socket.connect((SERVER_IP, SERVER_PORT))# 设置超时时间为 5 秒
client_socket.settimeout(10)while True:# # 发送 "rostopic echo" 命令给服务器# message = "rostopic echo"# client_socket.sendall(message.encode())# 手动输入消息message = input("请输入要发送的消息 ('q' to quit): ")if message == 'q':break# 发送消息给服务器client_socket.sendall(message.encode())# 接收服务器的响应try:response = client_socket.recv(4096)  # 增加缓冲区大小以确保完整接收响应if response:response_str = response.decode('gbk')print("从服务器收到的响应:", response_str)# 截取以“lat:”开头的行lat_lines = [line for line in response_str.split('\n') if line.startswith('lat:')]print("截取的 lat 行:")if lat_lines:for line in lat_lines:print(line)else:print("没有找到以 'lat:' 开头的行")# 截取以“lon:”开头的行lon_lines = [line for line in response_str.split('\n') if line.startswith('lon:')]print("截取的 lon 行:")if lon_lines:for line in lon_lines:print(line)else:print("没有找到以 'lon:' 开头的行")else:print("服务器没有响应")except socket.timeout:print("操作超时,请重试")# 关闭连接
client_socket.close()
client[实现基本的实时输入通信]:
import socket# 设置服务器的 IP 地址和端口号
SERVER_IP ='10.128.74.238'    #'192.168.1.123'
SERVER_PORT = 8080  # 端口号与服务器端口号一致# 创建一个 UDP socket
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)while True:# 输入要发送的数据message = input("请输入要发送到服务器的消息(输入 'exit' 退出): \n GPS:")if message == 'exit':break# 发送数据client_socket.sendto(message.encode(), (SERVER_IP, SERVER_PORT))# 接收服务器的响应data, server_address = client_socket.recvfrom(1024)print(f"收到来自服务器 {server_address} 的响应:", data.decode())# 关闭连接
client_socket.close()

3.4 传给本地数据库

[待补充]..

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