使用树莓派4B+pymavlink进行Ardupilot的二次开发

一、前言入门Ardupilot 二次开发，必须得啃飞控源码？下图为Ardupilot官方学习资料中提到的内容！ 70多万行的代码，很容易从入门到放弃，建议大家先从Pymavlink轻松入门！这篇文章用【物唯 WFG120A 飞控】 ...

一、前言

入门Ardupilot 二次开发，必须得啃飞控源码？

下图为Ardupilot官方学习资料中提到的内容！

70多万行的代码，很容易从入门到放弃，建议大家先从Pymavlink轻松入门！

这篇文章用【物唯 WFG120A 飞控】做个简单教学：不动飞控核心代码，通过飞控的串口外挂一台树莓派(机载计算板)，然后在树莓派上用python语言直接做业务开发，最后用 pymavlink 搞定树莓派与飞控的通讯，照样能做 AI 识别、自主导引这些"默认固件没有"的活儿；同时也不用担心改错代

码而导致污染飞控的核心代码！

边缘计算板通常是搭载 Linux 系统的各种算力板，如树莓派、香橙派或 RK 系列的算力板！其用法基本上都差不多。【树莓派 4B】是最常见的入门级机载算力板，ArduPilot 官方源码中也对它做了适配，此外它的入门教程非常齐全，系统安装也非常简单，本人手上刚好有 1 块闲置的树莓派 4B，其外形如下图所示：

飞控上，我将采用物唯WFG120A飞控来做演示！

二、飞控的AP固件串口映射表

串口连线与配置，这是很多新手最容易踩坑的一步。每个飞控厂商的飞控都会直接引出串口接口，需要搞清楚Ardupilot的Serila逻辑串口与单片机的物理串口USART的映射关系以及默认配置功能，通常厂家会提供一个AP串口映射表：

如下表所示，为物唯 WFG120A 飞控的AP固件串口映射表：

那接树莓派，飞控该选哪个串口？

Serial4（UART4）：默认就配成了 Mavlink2，是给无线数传电台用的。
Serial6（USART6）：默认是 RC_IN，接遥控接收机，别动它。
Serial3 (USART3)：默认 GPS，也别占。

需要选择一个串口与树莓派连接，除了上述的3个串口不选，其余的串口都可以按照自己的喜好来修改定义。此处我就用的WFG120A的Serial7（UART7） 来连接树莓派！

三、WFG120A飞控与树莓派4B的接线

把 WFG120A 的 Serial7（UART7） 接到 树莓派 4B 的硬件 UART（GPIO8与GPIO10）。记住 UART 是交叉接，GND需要共地，然后树莓派需要单独的5V供电！

四、配置WFG120A飞控的串口功能与波特率

以ArdupCopter4.6.3固件为例，MP地面站采用MissionPlanner1.3.83版本。

接完线，默认是连不上的——因为飞控固件中的Serial7 默认是不是Mavlink V2，需要在用USB线将WFG120A飞控与电脑连接，打开 Mission Planner → 初始配置→必要硬件→Serial Ports，按照如下图所示进行设置：

串口波特率配置为：921600

串口功能配置为：Mavlink2

五、安装树莓派系统

从官网下载 Raspberry Pi OS(Legacy, 64-bit)，用 Raspberry Pi Imager工具 刷进 SD 卡(最好32GB或以上；刷系统前需要格式化FAT32)，然后就是系统的安装，账号密码的设置等等！树莓派系统的文档教程和视频教程都非常多，也非常简单，就不再去赘述了！

另外，在树莓派系统的官方下载页面中，能够看到有Raspberry Pi OS 和Raspberry Pi OS Full 两个系统。

其中Full的系统是预装了所有推荐的软件。这包括大量的编程工具（如 Thonny, Mu, Geany）、数学软件、甚至是一些复古游戏模拟器等。普通用户不需要这么大的系统，因为很多预装软件你可能永远用不到。我建议是安装标准版的系统即可！

六、树莓派的串口配置

树莓派的系统安装完毕后，将树莓派的HDMI口连接显示器，USB口分别连接鼠标与键盘，开启后就可以类似电脑一样进行操作！开机后，首先要做的就是配置串口，具体操作如下：

打开树莓派的命令行终端，然后输入以下命令，并回车！

sudo raspi-config

然后依次按照如下操作即可！

然后选中，并按下回车

七、pymavlink 是什么？怎么装？

至此，树莓派与飞控的安装连线、飞控端上的串口配置、树莓派端口的串口配置都完成了。接下来就是软件通讯层面的处理，Ardupiloit固件的飞控与树莓派之间，采用标准MavlinkV2协议进行通讯！飞控端上的Mavlink代码不用我们手写，已经写好集成在飞控的官方固件中了，同样树莓派上的Mavlink通讯代码也不需要写，安装一个pymavlink的库，就可以实现飞控与树莓派之间的数据通讯！

pymavlink 是用Python语言以及相关的依赖，来访问 MAVLink 的官方库。它把飞控发来的一堆二进制消息（姿态、位置、电池、遥控器等）解析成 Python 对象，也能同树莓派向飞控去发送指令。读数据、发指令、全通过它。

在安装pymavlink之前，先分别执行以下命令，确认这两个依赖是否已安装，如下：

python3 --version 
python3 -m pip --version

如下图所示，安装完成的就会如下显示，如果提示未安装的话，那么需先安装！

然后，再执行安装pymavlink的步骤，因本人安装的树莓派的系统比较新，所以需要通过venv 环境的方式去安装pymavlink！如果是旧版的树莓派系统，则不通过虚拟环境进行安装！新旧版系统的安装Pymavlink的具体差异，大家可自行查阅，此处不作为重点去阐述！

venv 虚拟环境的安装命令如下：

py
cd ~
sudo apt install -y python3-venv
python3 -m venv ~/venv
source ~/venv/bin/activate

然后再执行激活虚拟环境的指令：

source ~/venv/bin/activate

此时会看到，终端命令前面有(venv开头)，代表进入了虚拟环境，如下图所示：

此时我们便可以进入虚拟环境中安装pymavlink，执行如下命令即可进行安装：

pip install pymavlink

安装成功后，终端打印如下：

安装pymavlink成功后，如果把命令行窗口关闭掉，就会退出虚拟环境(命令行前面的括号就会消失)，后面就无法运行顺利联调pymavlink的程序！

所以当我们重新打开命令行的时候，需要先激活虚拟环境，输入命令：

source ~/venv/bin/activate

然后命令行中就又能看到开头带有(venv)，此时我们就可以直接执行py程序。输入ls命令可以查看到文件目录下有一个 test.py的程序，如下图所示：

这个测试程序的功能非常简单，执行后，如果树莓派收到飞控发来的心跳包，就打印：ss！

在执行这个test.py的程序的时候，可能会报一个错误！

我们只需安装一个pyserial插件即可解决，执行以下命令：

pip install pyserial

然后再执行这个test.py这个python程序，执行指令：

python3 test.py

就会看到命令行成功打印 “ss”，那么代表飞控与树莓派的mavlink通讯正常，如下图所示：

八、实例1 ：通过 pymavlink 连接，读到飞控姿态角

通过前面的pymavlink设置，我们成功打通了飞控和树莓派的通讯！

接下来通过写一个简单的程序，来进一步体会树莓派接入飞控，如何将飞控的姿态角度读取到树莓派上？首先新建一个test2.py的文件，然后写入以下代码：

# 函数功能：实时打印飞控偏航与俯仰角度
from pymavlink import mavutil
import math

# 连接飞控（使用uart）
master = mavutil.mavlink_connection('/dev/serial0', baud=921600)

# 等待读取心跳包的反馈！
master.wait_heartbeat()
print("已成功连接飞控！")

# ================= 添加这一段核心代码 =================
# 请求飞控以 10Hz 的频率发送 EXTRA1 数据流（包含姿态ATTITUDE）
master.mav.request_data_stream_send(
    master.target_system, 
    master.target_component, 
    mavutil.mavlink.MAV_DATA_STREAM_EXTRA1, # 包含俯仰、偏航、滚转等姿态信息
    10, # 频率10Hz
    1   # 1为开启
)
# ====================================================

print("\n实时读取角度程序运行中！可按Ctrl+C结束程序！...")
try:
    while True:
        # 读取ATTITUDE消息
        msg = master.recv_match(type='ATTITUDE', blocking=True, timeout=1)

        if msg:
            pitch = round(math.degrees(msg.pitch), 2)
            yaw = round(math.degrees(msg.yaw) % 360, 2)
            # Data
            print(f"\r当前飞控俯仰角度为:{pitch}度  当前飞控偏航角度为:{yaw}度", end="", flush=True)

except KeyboardInterrupt:
    print("\n程序退出!")
    master.close()

然后运行上述程序。

python3 test2.py

最后就能在树莓派的终端上看到，姿态角度被实时打印出来，如下图所示：

那么走到这里，大家基本上就掌握了树莓派与Ardupilot之间的pymavlink通讯开发模式！

九、实例2：3挡开关的条件判断示范

下面再举一个条件判断的代码示例！

比如很多人想用遥控器挡位开关，来控制某种自定义的功能！比如我们设置一个3挡开关(用遥控器上6通道)，当我们开关处于低位的时候，控制飞机干某个逻辑或舵机执行什么操作，再或者某个PWM通道，输出某个特定的PWM值等等！

在这里，我就举一个最简单的例子，飞控实时读取遥控器6通道的PWM值，同时做一个信息打印。如果遥控器在低挡/中挡/高挡，就打印输出：“我是低挡/中挡/高挡”。

然后大家只要把这里的业务逻辑改掉，替换成自己的业务代码，就能实现挡位开关实现条件判断，并执行自定义功能的效果，代码如下：

#!/usr/bin/env python3
# 读取飞控 RC_CHANNELS 消息，按 6 通道（三档开关）PWM 判断挡位并打印

from pymavlink import mavutil
import time

# ===== 1) 连接飞控（串口和波特率） =====
master = mavutil.mavlink_connection('/dev/serial0', baud=921600)
master.wait_heartbeat()
print("连接成功，开始读取遥控器 6 通道（三档开关）...")

# ===== 2) 请求飞控发送遥控器数据流（关键！） =====
master.mav.request_data_stream_send(
    master.target_system, 
    master.target_component, 
    mavutil.mavlink.MAV_DATA_STREAM_RC_CHANNELS, 
    10, 1
)

# ===== 3) 挡位阈值（放宽了死区，保证中间档能识别） =====
PWM_LOW_MAX   = 1250   # 低于1250为低挡
PWM_MID_MIN   = 1250   # 1250 ~ 1750之间为中挡
PWM_MID_MAX   = 1750
PWM_HIGH_MIN  = 1750   # 高于1750为高挡

# ===== 4) 业务函数：在这里替换你的功能 =====
def on_switch(position):
    if position == 'LOW':
        print("6 通道低挡（PWM < 1250）→ 我是低挡")

    elif position == 'MID':
        print("6 通道中挡（PWM 1250~1750）→ 我是中挡")

    elif position == 'HIGH':
        print("6 通道高挡（PWM > 1750）→ 我是高挡")

# ===== 5) 主循环：持续读取遥控器状态 =====
last_pos = None           # 记录上一次挡位，避免重复打印


print("等待RC数据中，请来回拨动6通道开关...")

try:
    while True:
        # 读取RC_CHANNELS消息
        msg = master.recv_match(type='RC_CHANNELS', blocking=True, timeout=1)

        if not msg:
            continue

        # 正确获取第6通道的数值！(注意是chan6_raw，不是channels[5])
        ch6 = msg.chan6_raw 

        # [调试] 实时打印当前的PWM数值，方便你确认真实值
        print(f"当前6通道实时PWM: {ch6}   ", end="\r", flush=True)

        # 判断挡位（三段式直接判断，彻底避开死区）
        if ch6 < PWM_LOW_MAX:
            pos = 'LOW'
        elif PWM_MID_MIN <= ch6 <= PWM_MID_MAX:
            pos = 'MID'
        elif ch6 > PWM_HIGH_MIN:
            pos = 'HIGH'
        else:
            pos = last_pos # 兜底，保持上一次状态

        # 只有挡位真正变化时才执行功能
        if pos is not None and pos != last_pos:
            on_switch(pos)
            last_pos = pos

        time.sleep(0.05)

except KeyboardInterrupt:
    print("\n程序退出！")
    master.close()

最终如下图所示：运行程序后，打印效果如下：

把中间的业务代码替换掉，就是你所需要的业务场景：比如读到气压计的数据达到什么条件，触发避让、判断传感器达到什么状态，决定是否抛投、读 AI 模型的置信度达到什么状态，决定是否进入导引……等等！这就是"用树莓派给飞控加智能"的起点。

实例1与实例2，小结：

掌握这个基础的思想后，要实现判断某种状态，从而实现某种功能就变得非常简单了！哪怕不懂飞控的业务代码，也能完成很多简单的逻辑开发任务！

十、留个作业：如何让python程序，开机自启？

你可能会问：为什么非得做自启？我手动跑不就行了？

设想一下真实场景：你的飞机（或地面站）一通电，树莓派上的程序应该自己就起来了，比如识别目标、框选、导引，全程不需要有人先 ssh 进去敲一行命令。这才是"机载 AI"该有的样子：上电即运行。如果靠人手动跑去启动，就失去了"自主"的意义。

所以需要一种机制，让树莓派开机后自动运行你的 py 程序。最规范的做法是 systemd 服务：当然，还有 rc.local、crontab @reboot、桌面自启动等更"轻量"的做法，各有取舍。

这道作业就留给大家：不懂完全没有关系，借助AI力量去探索吧！让一段 pymavlink 程序在树莓派开机后自动运行、崩了还能自动重启，并在后台把关键日志打出来！

不要怕，在这个 AI 时代，这个问题异常容易解决：把你的需求（比如"帮我在树莓派上建一个 systemd 服务，开机自动运行我的 py 脚本，崩溃自动重启，输出到日志"）直接描述清楚，丢给任意 AI 助手，它会给你完整可用的配置。你唯一要做的，是把这段配置**真正理解、并去执行调试！

十一、再下一步，怎么学习？

拿到 MAVLink，能做的事非常多：读姿态/位置/任务、自己写地面站、开机自检、数据打点、多机集群、自主任务调度。这也是"飞控二次开发 / 地面站开发 / 集群"的分水岭。 你会发现，真正复杂的不是连上，而是怎么用。

遇到具体问题，除了问AI还有就是可以查阅pymavlink的官方文档！

pymavlink GitHub：官方库，消息定义和示例都在里面。

另外，你可以直接把业务需求描述清楚，丢给 AI，让它帮你把"我想让飞机自己X"翻译成 pymavlink 的 set_mode/mission/command 代码。 边界熟练之后，上手非常快。