樹莓派的飛航應用 : 比較 A+ 與 Zero

今天搜尋 "Raspberry 空拍機" 時找到這個 Lily 空拍機, 透過戴在手腕上的一個類似手錶的發訊器, 空拍機會自動追蹤配戴者, 極限運動愛好者應該會對此產品感到熱血沸騰, 因為這是飛航版的 GoPro :

# 自拍無人機一拋即飛 自動追踪用家

此產品係柏克萊大學學生所研發, 內部使用了樹莓派與 Arduino 作為控制器. 目前預購價 US$919 元 (折合台幣約 29000 元, 僅運送至美國國內), 不便宜捏. 參考其官網 :

# https://www.lily.camera/

樹莓派應用在無人機還有下面這個 Icarus, 這位頗有名氣的創客不僅使用 Raspberry Pi 做農場安全監控, 還把它裝在使用 3D 列印製作的滑翔機裡, 變成空拍機, 作者用來巡邏草原, 監控盜獵者 :

# 進擊的農夫！TOBY LANKFORD利用3D列印為動物和農場打造安全系統
# Texan Toby Lankford designs 3D printed, solar powered RC drone as anti-poaching tool

這個 Icarus 已進化為第三版, 詳見 :

# Icarus 3.0 Hobby FPV Version

當然目前最夯的空拍機是多旋翼的, 樹莓派也被用做飛航主控電腦, 參考 :

# 極客DIY：使用樹莓派製作一架四軸無人機
# NAVIO2 Linux autopilot on Raspberry Pi
# http://www.pibot.org/
# RASPBERRY PI SECURITY CAMERA WITH MOTION PIE
# Weekend Project: Home Automation with Raspberry Pi and OpenHab

目前大多數空拍機都是由操作者透過無線電或 Wifi 操控, 但我對會依據預先設定的路線自動巡航的無人機比較有興趣, 任務結束或電量不足就自動返航充電, 這可以應用在廣大的農場巡邏, 或居家安全的空中監控. 只是一般樹莓派板子較重, 有人使用 Raspberry Pi Zero, 但我覺得 Zero 又太陽春, A+ 會比較方便. 參考 :

# 史上最便宜電腦上市：Raspberry Pi Zero 只要5美元
# Raspberry Pi 推出超低價的 Zero 板子
# 樹莓派宣佈最新版本Raspberry Pi Zero，售價只要5美元！

RPI Zero 在露天有賣, 大約 600 元左右, 不過目前都還未出貨, 僅能預購 :

# 《德源科技》(2015年底，新品限量預購) 樹莓派新品 全新Raspberry Pi Zero $600
# ★樹莓派專賣店★限量預購【Raspberry Pi Zero】樹莓派 Zero【A0116】$650

Zero 的規格與 A+ 類似, CPU 均為博通 BCM2835 ARMv6, 但時脈提升為 1GHz, DRAM 為 512MB, 與 B 一樣, 是 A+ 的兩倍, 整體效能比 A+ 高 40%. Zero 與 A+ 都只有一個資料 USB 埠, 不過改成 micro USB 以減少面積, 但缺點是插 Wifi 網卡需要一個公 micro USB 到母標準 USB 轉接線. 板子上另外一個 micro USB 是接電源用的.

其次, Zero 的 HDMI 接口改為 Mini HDMI (Type C), 所以若要接到顯示器或電視 (標準 HDMI 為 Type A), 必須使用 Mini HDMI 轉 HDMI 的轉接頭. GPIO 與 A+/B+ 一樣都擴展至 40 Pins, 但出廠未附腳座, 需自行焊接. 整個電路板非常嬌小, 大約是 B+ 的一半還小一些 (65mm*30mm*5mm), 詳見 Adafruit 的介紹 (見 Micro Center) :

# pizero @raspberry_pi @adafruit Adafruit Industries Live Stream! 11/26/15

HDMI-Mini HDMI 轉換頭約 50 元左右 :

# 小牛蛙數位 Mini hdmi 轉 HDMI 大轉小 mini HDMI轉HDMI 轉接頭 公對母迷你HDMI轉hdmi $49
# 《耀升》出清 1080P 1.4版 mini HDMI轉 HDMI線 1.5公尺 雙磁環 平板電腦專用視頻高清輸入線 $69

關於 Zero 的 wifi 連線, 可用 B/B+ 以上的板子先把 SD 卡設定好後, 將 wifi 網卡與 SD 卡移到 Zero 就行了, 參考 :

# Wifi Hack for Raspberry Pi Zero
# Raspberry Pi Zero, headless wifi setup - Part 1
# Raspberry Pi Zero, headless wifi setup - Part_2

Zero 雖然小巧 (僅 9 克, 而 A+ 為 25 克), 但是與 A+ 比起來 Zero 有下列缺點 :

1. Zero 沒有 Camera 插槽, 只能接 USB 照相機
2. 沒有 MIPI 顯示器介面
3. 沒有 RCA 複合接頭 (板上有端點, 但須自行焊接)
4. 接 USB 設備 (網卡或相機等) 需要 USB 轉接頭
5. 須自行焊接 GPIO 腳

根據 StackExchange 的資料, Zero 有載時並沒有比 A+ 省電, 大概是因為時脈比較高的原因吧! 雖然裸板僅 9 公克, 但加上 USB/HDMI 轉接頭的重量, 恐怕也超過了 A+ 了, 所以除了體積小外, 我覺得 Zero 並沒有比 A+ 好.

參考 :

# Pi Zero vs A+ - pros and cons
# Differences between Raspberry Pi A+ and Raspberry Pi B+
# https://www.raspberrypi.com.tw/tag/raspberry-pi-zero/
# Tinkering with the Raspberry Pi A+

2017-04-21 補充 :

Pi Zero v1.3 已經加上 Camera 接槽, 但其排線接頭較窄, 需另購. Pi Zero W 更內建藍芽與 wifi, 所以 CP 值遠超過 A+ 了, 是空拍機實作首選. 聽說官方計畫要將 A+ 要停產了.

很可惜的是, Lily Camera 因為資金與技術問題無法出貨, 最終決定結束營業了, 參考 :

# 空拍機新創業者Lily收攤，將退還所有資金
# 技術無法實現！一拋就飛的空拍機Lily Camera停止研發
# 兩年前爆紅的小型拋飛無人機 Lily 宣告倒閉
# Lily Camera 無人機宣告胎死腹中！廠方承諾 60 天內退款予買家

一拋即飛並自動追蹤使用者的構想真的很棒, 對喜愛戶外運動特別是極限運動玩家而言非常具有吸引力. 如果能設計成線控或聲控指揮它跟隨, 超前, 俯衝, 或上空盤旋等飛行拍攝動作的話就更完美了. 但技術難度必然更高. 他們推出的宣傳影片實在太誘人了, 我特地下載備份, 以免以後看不到.

我在想, 拋飛是不是透過重力加速度計就可以實做出來呢?