树莓派如何接入无人机电源？

99ANYc3cd6 无人机 2026-02-26 1

核心原理：电压转换

无人机电池通常是高压的，而树莓派需要稳定的低压直流电，整个项目的核心就是电压转换。

（图片来源网络，侵删）

无人机电池: 常见的有 3S (11.1V), 4S (14.8V), 6S (22.2V) 锂聚合物电池。
树莓派工作电压: 5V DC。
关键任务: 将无人机电池的高电压、高电流，转换成树莓派所需的稳定 5V 电压。

硬件选型（最关键的一步）

选择正确的电源模块是成功的关键,你需要考虑以下几个因素：

电压转换模块（降压/Buck Converter）

这是将电池电压转换为 5V 的核心部件。

类型: 开关降压稳压器，而不是线性稳压器，因为输入输出压差大时，线性稳压器会产生大量热量，效率极低,不适合无人机使用。
关键参数:
（图片来源网络，侵删）
- 输入电压范围: 必须覆盖你的无人机电池电压范围，使用 4S 电池 (14.8V)，模块输入电压应至少为 5V-25V 或更高,留有余量。
- 输出电流: 必须大于树莓派的峰值电流，树莓派 4B 在满负荷（CPU 100%，USB 设备全开）时可能需要 2.5A - 3A。建议选择持续输出 3A 或 5A 的模块，以提供充足的余量,避免因电压不稳导致重启。
- 效率: 效率越高，发热越小，对电池续航越有利，选择效率 >90% 的模块。
- 尺寸和重量: 无人机对重量非常敏感,选择小巧轻量的模块。
推荐模块:
- 基于 MP1584EN 芯片的模块: 非常常见，便宜，效率不错，但电流通常在 2-3A，对于树莓派 3B 或 4B 轻度使用够用,但满载可能吃力。
- 基于 LM2596 芯片的模块: 经典模块，电流较大（3A），散热片做得好，但效率比 MP1584 稍低一些。
- 基于 AP63203 芯片的模块: 性能更好，效率高，电流大（3A-5A），发热控制优秀，是树莓派无人机的首选之一。
- 基于 SY8303 芯片的模块: 性能与 AP63203 类似,也是优秀的选择。

⚠️ 警告：绝对不要直接将电池电压接入树莓派的 5V 引脚！这会立刻烧毁你的树莓派！

飞控

飞控是无人机的“大脑”，负责控制电机，你选择的飞控必须具备串口,用于与树莓派通信。

功能: 飞控负责接收遥控信号，控制电调，并读取陀螺仪、加速度计等传感器数据。
与树莓派的连接: 通过 UART (串口) 连接，飞控将姿态、高度、速度等数据通过串口发送给树莓派，树莓派也可以通过串口向飞控发送指令（如改变飞行模式、设置航点等）。
推荐飞控: Pixhawk 系列飞控（如 CubePilot, Holybro）是行业标准，功能强大，支持多种固件,有丰富的串口资源。

电源分配板

PDB 的作用是将无人机电池的电压分配给各个部件，如飞控、电压转换模块、图传等。

（图片来源网络，侵删）

优点: 集中管理电源，接线整洁，并且通常带有电压传感器,可以实时监测电池电压。
连接: 电池接入 PDB，PDB 将主电压输出给电调和降压模块，同时将一个低压（如 5V）输出供给飞控等设备。

其他必要硬件

电调: 连接电池和电机，接收飞控的 PWM 信号来控制电机转速。
遥控器和接收器: 用于手动控制无人机。
GPS 模块: 通常直接插在飞控的 GPS 接口上。
图传和摄像头: 用于实时回传图像,可选。
外壳: 用于保护树莓派和电路,并减少气流干扰。

连接方法（以 Pixhawk + PDB + 降压模块为例）

这是一个典型的连接方案：

电池 -> PDB: 将电池的 XT60 或 Deans 插头连接到 PDB 的主输入端。
PDB -> 电调: 从 PDB 引出主电压线（通常为红色和黑色）连接到每个电调的输入端。
电调 -> 电机: 将电调的三根输出线连接到无刷电机。
PDB -> 飞控: 从 PDB 引出一组电压线连接到飞控的 VBAT 或 POWER 输入接口,这为飞控供电。
PDB -> 降压模块: 从 PDB 引出主电压线连接到你选择的 5V 降压模块 的输入端。
降压模块 -> 树莓派: 将降压模块的输出端（通常是 USB-A 接口或接线端子）连接到树莓派的 Micro-USB 电源输入口。这是为树莓派供电的唯一正确方式！
飞控 -> 树莓派 (串口通信):
- 找到飞控上的 TELEM1 或 TELEM2 串口接口，它通常有 4 个引脚：TX (发送), RX (接收), 5V, GND。
- 使用杜邦线进行交叉连接：
  - 飞控的 TX -> 树莓派的 RX (GPIO 15)
  - 飞控的 RX -> 树莓派的 TX (GPIO 14)
  - 飞控的 GND -> 树莓派的 GND (任何 GND 引脚)
- 注意: 这一步通常不需要连接 5V，因为树莓派已经通过降压模块独立供电了，这样可以避免电平冲突和电源干扰，如果飞控和树莓派的共地（GND）没有通过其他方式（如 PDB）连接，则需要连接 GND。

连接示意图:

+----------------+      +-------------------+      +-----------------+
| 无人机电池     |----->| 电源分配板        |----->| 电调             |
| (LiPo 4S)      |      | (PDB)             |      | (ESC)            |
+----------------+      |                   |      |                 |
                      |  [主电压输出]----->|      |-----> 无刷电机     |
                      |  [电压监测]        |      +-----------------+
                      +-------------------+             |
                                                           |
                      +-------------------+             |
                      | 飞控              |<------------+
                      | (Pixhawk)         |      [5V输出]
                      |                   |----->| 降压模块        |
                      | [TELEM1/TELEM2]   |      | (Buck Converter)|
                      |   TX, RX, GND     |      +-----------------+
                      +-------------------+             |
                                                           |
                                                           v
                                                    +----------+
                                                    | 树莓派    |
                                                    | (Raspberry Pi)|
                                                    | - Micro-USB 供电 |
                                                    | - UART (GPIO 14,15)|
                                                    +----------+

软件配置

硬件连接好后,软件配置才能让它们协同工作。

树莓派端

启用串口:
1. sudo raspi-config
2. 选择 Interface Options -> Serial Port
3. 当询问是否登录 shell 时，选择 NO
4. 当询问是否启用硬件串口时，选择 YES
5. 重启树莓派。
安装串口通信库: MAVLink 是无人机领域通用的通信协议。
```
sudo apt-get update
sudo apt-get install python3-mavlink
```

编写通信脚本: 可以用 Python 编写一个简单的脚本来读取飞控数据。

import serial
from pymavlink import mavutil
# 配置串口，/dev/ttyS0 是硬件串口，树莓派 4B 可能是 /dev/ttyAMA0
# 波率必须与飞控设置一致，通常是 57600
connection = mavlink_connection('/dev/ttyS0', baud=57600)
while True:
    msg = connection.recv_match()
    if msg is not None:
        # 打印所有可用的消息类型
        print(f"Message type: {msg.get_type()}")
        # 打印全局位置信息
        if msg.get_type() == 'GLOBAL_POSITION_INT':
            lat = msg.lat / 1e7  # 纬度
            lon = msg.lon / 1e7  # 经度
            alt = msg.alt / 1e3  # 高度 (米)
            print(f"Lat: {lat}, Lon: {lon}, Alt: {alt}")

飞控端 (以 ArduPilot 固件为例)

配置串口:
1. 通过 QGroundControl 或 Mission Planner 连接飞控。
2. 进入 Parameters (参数) 设置。
3. 找到并配置串口，SERIAL1 (对应 TELEM1)。
4. 设置 SERIAL1_PROTOCOL 为 2 (MAVLink 1) 或 0 (MAVLink 2)。
5. 设置 SERIAL1_BAUD 为 57600 (与树莓派脚本一致)。
6. 设置 MAV_1_CONFIG 为 TELEM 1，确保该串口用于 MAVLink 通信。

安全与最佳实践

断电操作: 在连接或修改任何电路时,务必断开无人机电池。
绝缘: 所有裸露的接线端子都要做好绝缘处理,防止短路。
重量平衡: 树莓派和额外的电子设备会改变无人机的重心，需要仔细调整,确保飞行稳定。
散热: 树莓派在长时间工作时会产生热量，确保外壳有通风孔,必要时可加装小风扇。
冗余电源: 对于重要的任务，可以考虑为树莓派增加一个备用电池（如 18650 电池组），并通过二极管切换主备电源,防止主电源故障导致无人机失控和数据丢失。
测试: 先在地面进行充分测试，确认供电稳定、通信正常、软件运行无误后再进行试飞,第一次试飞建议用系留绳。

通过以上步骤，你就可以成功地将树莓派接入无人机电源系统，开启你的智能无人机项目了！祝你成功！

标签：树莓派无人机电源接线树莓派无人机供电方案树莓派取电无人机电池