配置与项目架构

fcu_core_v2 项目架构介绍

fcu_core_v2
|- fcu_core.launch 一键启动launch脚本
|- mavlink 第三方消息库用来传输Mavlink数据
|- rviz_cfg rviz配置文件存放目录
└─ src 功能包源文件
    |- fcu_mission.cpp 任务规划文件
    |- fcu_command.cpp 命令发送文件
    |- fcu_bridge_001.cpp 和Mlink/fcu_server之间的通信文件
    |- fcu_bridge_002.cpp
    |- fcu_bridge_00*.cpp
    |- fcu_server_001.cpp 和fcu_bridge之间的通信文件
    |- fcu_server_002.cpp
    └─ fcu_server_00*.cpp

编译与运行

编译与运行步骤参见 fcu_core_v2 项目 README。运行前，请完成以下环境配置并核对 launch 文件参数。

配置电脑环境

实验环境：Windows 11 宿主机，VMware 17.5 Pro 虚拟机，Ubuntu 20.04 LTS。

安装 ROS

在终端中执行以下命令：

wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros

按照下图所示步骤完成安装：安装完成后，在终端中执行以下命令：

sudo apt-get install ros-noetic-serial # 串口库
sudo apt-get install libeigen3-dev # Eigen 是开源 C++ 线性代数库，支持矩阵、矢量运算及数值分析

fcu_core.launch 配置参数详解

fcu_bridge 的使用场景如下：

远程电脑上的 fcu_bridge 通过 Wi-Fi 直接连接无人机的 Mlink，获取里程计数据并下发指令。
机载电脑上的 fcu_bridge 通过串口 直接连接无人机的 Mlink，获取里程计、IMU 等数据；当 set_goal==true 时，发送 EGO 目标点。
远程电脑上的 fcu_bridge 通过 Wi-Fi 连接机载电脑上的 fcu_server，获取里程计数据并下发指令。

    <node pkg="fcu_core" type="fcu_bridge_001" name="fcu_bridge_001" output="screen" >
        <remap from="~odometry_001" to="/vins_estimator/odometry"/> <!--"/vins_estimator/odometry" for vins; "/Odometry" for faster-lio -->
        <remap from="~imu_global_001" to="imu_global_001"/>
        <remap from="~odom_global_001" to="odom_global_001"/>
        <remap from="~path_global_001" to="path_global_001"/>
        <remap from="~path_target_001" to="path_target_001"/>
        <remap from="~goal_001" to="/move_base_simple/goal"/>
        <remap from="~motion_001" to="motion_001"/>
        <remap from="~command" to="/fcu_command/command"/>
        <remap from="~mission_001" to="/fcu_mission/mission_001"/>
        <param name="DRONE_IP" value="192.168.4.1" type="string"/>
        <param name="DRONE_PORT" value="333"/>
        <param name="USB_PORT" value="/dev/ttyACM0" type="string"/>
        <param name="BANDRATE" value="460800"/>
        <param name="channel" value="1"/>
        <param name="offboard" value="false" type="bool"/>
        <param name="use_uwb" value="true" type="bool"/>
        <param name="set_goal" value="false" type="bool"/>
        <param name="simple_target" value="true" type="bool"/>
        <param name="odom_init_x" value="0.0"/> <!-- FLU 坐标系 -->
        <param name="odom_init_y" value="0.0"/>
        <param name="odom_init_z" value="0.0"/>
    </node>

channel：通信方式，0 表示串口通信，1 表示网络通信。
DRONE_IP：在 channel==1 时生效，指定无人机 Mlink 或机载电脑的 IP 地址。连接 Mlink 时，默认值为 192.168.4.1；若已通过配网模块更改 IP 地址，需同步更新此参数。连接机载电脑时，此参数应与对应机载电脑的 IP 地址一致。
DRONE_PORT：在 channel==1 时生效，指定无人机 Mlink 或机载电脑的端口号。连接 Mlink 时，默认值为 333；连接机载电脑时，此参数应与对应 fcu_server 的 DRONE_PORT 一致。
USB_PORT：在 channel==0 时生效，指定串口设备路径，默认值为 /dev/ttyACM0，可根据实际设备修改。
offboard：是否使用机载电脑，默认值为 false，可根据实际配置修改。
use_uwb：是否使用 UWB 基站，默认值为 true，可根据所用定位套件修改。
set_goal：是否使用远程电脑（如个人笔记本电脑）设置轨迹规划目标点，默认值为 false。
simple_target：仅用于机载电脑配置。启用后，目标点仅包含位置信息，不包含速度和加速度信息。

fcu_server 的使用场景如下：

机载电脑上的 fcu_server 通过 Wi-Fi 与远程电脑上的 fcu_bridge 连接，发送里程计信息并接收指令。

    <node pkg="fcu_core" type="fcu_server_001" name="fcu_server_001" output="screen" >
        <remap from="~command" to="/fcu_command/command"/>
        <remap from="~odom_global_001" to="odom_global_001"/>
        <remap from="~mission_001" to="/fcu_mission/mission_001"/>
        <remap from="~goal_001" to="/move_base_simple/goal"/>
        <param name="DRONE_PORT" value="10001"/>
    </node>

DRONE_PORT：指定机载电脑的服务端端口号。连接远程电脑时，此参数应与对应 fcu_bridge 的 DRONE_PORT 一致。

fcu_core_v2 提供以下两种远程控制架构，均可用于单机或多机控制。

1. 通过 Mlink 与远程电脑通信

对于未搭载机载电脑的无人机，使用远程电脑通过 2.4 GHz Wi-Fi 连接 Mlink，直接与飞控通信。

Mlink模式：默认为AP热点模式，适用于单机飞行，需要远程电脑连接Mlink发出的热点，IP地址默认为192.168.4.1;组网模式，需要飞行环境内有支持2.4G的路由器可供使用，适用于单机飞行和多机飞行，需要远程电脑通过IP连接Mlink。

下面为配置Mlink为组网模式的操作方法，若单机飞行可跳过，使用AP热点模式即可。

说明：Mlink-esp 调试器可简化组网配置。未配备该调试器的 FanciSwarm™ 集群套件用户，可通过原购买渠道向幻思创新申请；申请通过后，将免费寄送。

先将 Mlink-esp Wi-Fi 模块连接至 Mlink-esp 调试器，再通过 USB 将调试器连接至电脑。具体步骤如下：

连接 Mlink-esp 调试器

将 Mlink-esp Wi-Fi 模块从 FanciSwarm™ 无人机上取下，按照下图所示，将 Mlink-esp Wi-Fi 模块与 Mlink-esp 调试器连接。 注意：请按图示方向连接，严禁反接。反接会烧毁设备。

下载串口助手

下载串口助手并解压，在电脑上双击 sscom5.13.1.exe 文件。

打开串口助手并连接 Mlink-esp 调试器

打开上一步下载的串口助手软件，将 Mlink-esp 调试器与电脑连接。

设置串口助手

点击端口号下拉菜单，选择“......USB-SERIAL CH340”对应的端口，再按下一步说明输入 AT 指令，如下图所示。

发送 AT 指令

在输入框中依次输入以下 AT 指令并发送：（1）重启模块。输入以下指令并发送：

AT+RST\r\n

（2）恢复出厂设置。输入以下指令并发送：

AT+RESTORE\r\n

（3）设置为 Station 模式（默认使用 AP 模式）。输入以下指令并发送：

AT+CWMODE_DEF=1\r\n

（4）设置要连接的路由器名称和密码。输入以下指令并发送： 注意：Wi-Fi 名称不能使用中文。 （例：AT+CWJAP_DEF="Fancinnov","Mcontroller"\r\n）

AT+CWJAP_DEF="WiFi名称","WiFi密码"\r\n

串口助手接收界面显示“WIFI CONNECTED”时，表示组网模块已连接路由器；显示“WIFI GOT IP”时，表示模块已获得 IP 地址。若未显示上述信息，请重新尝试连接。

（5）查询 IP 地址。输入以下指令并发送：

AT+CIFSR\r\n

上述指令成功发送后，串口助手接收界面会显示路由器分配到该组网模块的 IP 地址。

（6）设置固定的 IP 地址。输入以下指令并发送：

AT+CIPSTA_DEF="ip","网关","子网掩码"\r\n

固定 IP 地址、网关和子网掩码须与实际局域网配置一致。例如，若局域网网关为 192.168.0.254、子网掩码为 255.255.255.0，且 192.168.0.100 尚未被占用，可发送 AT+CIPSTA_DEF="192.168.0.100","192.168.0.254","255.255.255.0"。指令中的符号均使用英文半角字符。每架无人机须分配不同的 IP 地址，并避免与网关或其他设备冲突；静态地址应避开路由器的 DHCP 自动分配范围，或在路由器中设置地址保留。

（7）查询 IP 地址，确认设置是否成功。输入以下指令并发送：

AT+CIFSR\r\n

若串口助手返回的 IP 地址与上一步设置一致，表示配置成功。请记录该 IP 地址。

2. 通过机载电脑与远程电脑通信

对于搭载机载电脑的无人机，可使用远程电脑通过 5 GHz Wi-Fi 连接机载电脑上的 fcu_server，实现远距离通信，提高通信稳定性。

远程电脑通过IP连接机载电脑，机载电脑通过串口连接无人机。

多机拓扑网络中的 fcu_bridge 与 fcu_server

本节配置仅适用于第二种远程控制架构。

以六架无人机为例，每架无人机的机载电脑使用 fcu_bridge_001 连接飞控，使用 fcu_server_001 连接远程电脑。fcu_bridge_002 至 fcu_bridge_006 分别连接其他五架无人机上的 fcu_server，获取其位姿信息；本机的 fcu_server_002 至 fcu_server_006 则向其他五架无人机提供本机位姿信息。六架无人机之间共有 30 个 TCP 连接（每机主动连接其他五机，即 6 × 5），机载电脑与飞控之间共有 6 个串口连接。此处未计入远程电脑与各机的连接。该拓扑用于实现各无人机之间的位姿信息共享。

具体连接

以下以六机拓扑网络中，1 号机的 fcu_bridge_002 连接 2 号机的 fcu_server_002 为例：

前提：1 号机的 IP 地址为 192.168.0.201，2 号机的 IP 地址为 192.168.0.202。

1 号机的 fcu_core.launch 配置如下：

    <node pkg="fcu_core" type="fcu_bridge_002" name="fcu_bridge_002" output="screen" >
        <remap from="~odometry_002" to="odometry_002"/>
        <remap from="~imu_global_002" to="imu_global_002"/>
        <remap from="~odom_global_002" to="odom_global_002"/>
        <remap from="~path_global_002" to="path_global_002"/>
        <remap from="~path_target_002" to="path_target_002"/>
        <remap from="~motion_002" to="motion_002"/>
        <remap from="~command" to="/fcu_command/command"/>
        <remap from="~mission_002" to="/fcu_mission/mission_002"/>
        <param name="DRONE_IP" value="192.168.0.202" type="string"/> <!-- 2号机的IP地址 -->
        <param name="DRONE_PORT" value="10002"/> <!-- 2号机的端口号 -->
        <param name="USB_PORT" value="/dev/ttyACM0" type="string"/>
        <param name="BANDRATE" value="460800"/>
        <param name="channel" value="1"/> <!-- channel==1意味着WIFI连接 -->
        <param name="offboard" value="true" type="bool"/>
        <param name="use_uwb" value="false" type="bool"/>
        <param name="set_goal" value="false" type="bool"/>
        <param name="simple_target" value="true" type="bool"/>
    </node>

2 号机的 fcu_core.launch 配置如下：

    <node pkg="fcu_core" type="fcu_server_002" name="fcu_server_002" output="screen" >
        <remap from="~command" to="/fcu_command/command"/>
        <remap from="~odom_global_001" to="odom_global_001"/>
        <remap from="~mission_001" to="/fcu_mission/mission_001"/>
        <param name="DRONE_PORT" value="10002"/> <!-- 2号机的端口号 -->
    </node>

按照相同方法配置其他无人机之间的连接，即可构建六机拓扑网络。 注意：同一台机载电脑上的不同 fcu_server 节点必须使用不同的端口号。

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