过去笔者写了几篇关于无人船偏理论的文章，但不少志同道合的友人在实际搭建无人船的时候遇到了一些小问题。这里我把纯动手的部分集中写在这里，让搭建无人船的过程像Arduino一样集成化、便捷。

请注意，本文为作者本人从知乎平台上搬运过来的，可能更新进度没有知乎上快，还请谅解。

我的知乎地址：电波少年：专注无人船、人工智能的开发与实践

首先是理论篇的姊妹文章，想要深层次了解无人船的工作原理，还请参考以下：

電波少年：从零开始的无人船制作-系统整体框架指南

電波少年：从零开始的无人船制作-姿态解算算法的选择

電波少年：从零开始的无人船制作-无人船的避障

此外，如果你只是需要一个无人船平台，也可以不去看上面的文章，直接按照本文内容上手实践哦

下面就来一起搭建无人船吧！

一：材料准备

STM32F103ZET6：下位机，控制船体运动
树莓派，型号任意：上位机，负责高级算法实现
MPU6050：IMU惯性测量模块
GPS，型号M8N（带磁罗盘的一款）：国产或进口版本，本项目均支持
飞控的遥控器，型号任意，最好是有7-8个通道的；要带接收机（例如：天地飞WTF-07）
纳雷SP70C毫米波雷达：避障用，待后续拓展。（无人船避障模块已开发完毕，但不建议一开始就做避障）

二：各模块连线

图中的“IMU模块”、“无线串口”都不建议使用。直接忽视即可。

第一个要注意的点：

由于有的船使用的是普通电机，有的船使用的是电调+无刷电机，因此关于电机我们有两种连线方案，代码也相应的有两种，请按照你的实际需要选择：

有刷电机
如果你使用的是普通电机，那么请注意，由于要防止两电机转速不同导致的船无法走直线的情况发生，一定要连接电机编码器，因为代码里面使用了编码器对电机进行PID控制；此外，如果你使用的是普通电机，那么是需要连接电机驱动板的。
此外目前有刷电机版本的代码里普通电机的转向方式是舵机转向，也就是说船的尾部或头部是有一个方向舵去控制方向的，而不是靠两个浆差速去转向。
无刷电机
如果你使用的是无刷电机，那就好办了；直接按照上图的蓝色部分连线即可，不需电机驱动板、编码器、舵机等。转向的实现方式是差速。
无刷电机的电调通常启动的时候需要设定油门行程，需要你把遥控器遥感推到最大处，等待电调哔哔响之后才能使用。否则无论你怎么操作，电机都是不会转的哟。

第二个要注意的点：

应注意到我在图中的IIC部分写道“Compass与MPU6050共用总线”，原因是磁力计（Compass）与IMU6050我们采用的是IIC通信协议，为了减少STM32GPIO口的占用，我们将这两个模块连接到相同的GPIO上。

请注意，我们使用的磁力计是内置在GPS模块中的那一个，当然你也可以购买一个同款磁力计连接上去。GPS的磁力计端口见下图的SCL、SDA。

简而言之，把GPS模块的SCL、SDA分别与MPU6050的SCL、SDA，以及STM32相应的GPIO口连接到一起就可以了。所以这里你或许会需要一个面包板。

第三个要注意的点：

遥控器的型号你可以随便选，通道你也可以随便选择；但是一般习惯上我们喜欢两根摇杆分别控制两个电机，或者一根摇杆控制动力、一根摇杆控制方向。这些都可以在遥控器里设置。

下面我以WFT07、WFR07举例。

注意到我们使用了四个通道，也就是对应的遥控器的四个旋钮/摇杆。这是为什么呢？

这是因为我们要搭建的是智能船，是需要都多个模式选择的。

两个通道，分别控制船的方向、动力。这里我们都很清楚，在此就不再叙述了
另外还多用的其中一个通道是进行模式选择的。注意我们的无人船拥有三种模式：手动操作模式、自主巡航模式、采点模式。因此需要有一个通道进行模式选择。
第四个通道是进行电机锁定的。你不希望有熊孩子乱动一气你的遥控器，导致船翻或者自己走丢吧0v0 因此当此按钮在拧到最左边的时候，无论你用遥控器对船做什么事，它都不会启动电机；只有当这个按钮被拧到最右边的时候，船的电机才会启动，从而听从你的控制。

第四：其他细节

上面的连线表里面提到的上位机在这里我默认的是树莓派，但其实任何能跑python脚本的嵌入式linux板都可以。只不过环境配置的难度不一样。树莓派的IO口里面有两个分别是uart的TX、RX，这里需要根据你购买的树莓派型号去查看手册或者说明书。
32和树莓派最好用一个双USB口的大功率充电宝供电。。当然了，32也可以用电池直接降压来供电。主要问题是，树莓派对电源要求比较高，一般的降压模块可能无法满足，从而导致不可预测的风险。由于STM32上面接了很多传感器，因此不要用小功率降压模块/充电宝。
32和树莓派的地线GND要连在一起，这里就是稍加提醒。。别忘了；数字地与模拟地要分离。
由于磁力计和陀螺仪都是有方向的（x,y轴等），因此安装传感器时请务必把方向对应好！具体方向参考下图

三：程序烧录与调试

树莓派（上位机）端

上位机端项目地址

树莓派端，请直接将此工程下载到一个你熟悉的目录下，在调试时可以输入下面语句来运行：

sudo python3 Main_Sequence.py

在调试完毕后，请注意要把Main_Sequence.py文件设置为开机自启哦！！

应注意的地方：

应该把树莓派设置为每次开机自动连接到你的一个WIFI Hotspot上，同时开启树莓派的ssh或vnc，便于远程无线调试。总不想船上面还要插一个显示器吧？
你可以直接使用树莓派的mini Uart（在树莓派的GPIO口上直接引出的），但是别忘了修改代码里的串口端口（默认是AMA0）。如果要用mini uart，按照这篇文章的修改一下树莓派：【树莓派4B学习】十四、树莓派4B串口通信_悟已往之不谏知来者之可追-CSDN博客

STM32端

有刷电机版-下位机keil5工程：Github地址

对于STM32，在调试时可以先烧录进此工程文件测试。但请注意这个程序是有刷电机版哦！

1 关于电机的选择

早期是有船使用有刷电机的。大家小时候玩的四驱车就是有刷电机0v0，一般也配有电机驱动板来驱动电机。有刷电机一般用于智能小车等产品上。但是有刷电机有几个问题：一是有刷电机怕水，进水可能导致故障；二是有刷电机需要使用PID调速来保持速度的准确性。

而无刷电机一般来说是不怕水的，甚至你可以给它加水冷。此外，无刷电机不需要驱动板，通常是一个电调驱动一个无刷电机。因此，无刷电机经常用在无人船上。

2 关于GPS

本项目工程使用的GPS模块为M8N，但是在后续的测试中发现：M8N分为国产与进口两种；国产的精度略差与进口版本，但至少代码通用；然而，问题就出在GPS模块上带的磁力计模块上！通常M8N模块上会写有with compass的字样，这个compass就是磁力计，也就是无人船用来判定船头方位的模块。进口的M8N中自带的磁力计模块为HMC5883L，即霍尼韦尔公司的磁力计，应用十分广泛。然而国产的M8N有的自带的磁力计模块QMC5883，也是国产的磁力计模块！虽然名字相同，但是QMC5883的寄存器等参数均与HMC5883L不同！所以是不能套用的！

注：如果您在使用我的有刷电机版Github项目，则请注意其中使用的磁力计为HMC5883版本；无刷电机版本项目中有HMC5883也有QMC5883的兼容。

此外，在首次使用M8N模块的时候，有一些操作需要您做。由于这不是制作无人船的主要流程，所以这里我仅用语言描述一下您需要做的事：

首先您需要下载Ublox官方的上位机软件：U-center，需要做的是把默认波特率9600更改为115200，然后保存在GPS模块的FLASH内部。具体流程如下：

连接M8N，打开u-center选择9600波特率连接，然后打开View选项卡的Message View，下拉看到UBX一栏，如果是灰色并且前面没有一个加号的话，则等待5~10分钟，之后会出现一个加号。点击加号选择PRT一栏，将波特率从9600更改为115200，点击左下角的SEND，之后点击右上角的叉号，此时系统询问你是否需要保存配置，选择【保存】，尤其要选择FLASH一项，然后点击SEND，此时GPS便配置完毕了。

3 关于电机

若您使用的是有刷电机，那么可能问题不大；

但若您使用的是无刷电机，在测试无人船的自主航行功能时，请务必首先将接收机直接接在电调上直接测试，来观察电机是否过猛/动力不足。如果电机动力过猛，那么这个比较好办：在遥控器上调整油门曲线，将最大油门限制为一个合适的值即可；然而如果您的电机动力不足，那么没有办法，只能更换电机。

由于STM32直接控制电机等底层设备，因此需要好好调参。大体上需要调整测试的有：船行驶时的最大速度、加速度最大值、转向灵敏度等。

注意由于船的动力学模型与无人车差别很大，有时候无人船做不到转向灵活，因此转向灵敏度要好好调整。

待更

【注： GitHub端上传的项目为2019年本项目的早期版本，可能有潜在的若干问题存在为了更好的开发此项目，现已在爱发电平台上线项目的最新稳定版本以及手册等其他信息可在爱发电平台查看十分感谢您的支持

无人船爱发电项目地址

早期项目已上传至Github，可能存在问题，且项目已不在Github平台更新，因此以供参考

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