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)

见[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和/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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