„Pasidaryk pats“augalų tikrinimo sodo dronas (sulankstomas triratis su biudžetu): 20 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Mūsų savaitgalio namuose yra gražus nedidelis sodas, kuriame yra daug vaisių ir daržovių, tačiau kartais tiesiog sunku neatsilikti nuo to, kaip keičiasi augalai. Jiems reikia nuolatinės priežiūros ir jie yra labai pažeidžiami oro, infekcijų, klaidų ir kt.

Mano įrankių dėžėje buvo daug senų projektų daugiasluoksnių atsarginių dalių, todėl nusprendžiau suprojektuoti ir sukurti droną, kuris galėtų atlikti augalų analizę naudojant „Rasperry Pi Zero W“ir jo „NoIR PiCamera“. Aš taip pat norėjau padaryti vaizdo įrašą apie šį projektą, tačiau tai yra gana sunku šalia universiteto, todėl tiesiog įkelsiu neapdorotą filmuotą medžiagą.

Artimųjų infraraudonųjų spindulių vaizdo teorija

Rekomenduoju perskaityti šį Vikipedijos straipsnį. Trumpai tariant, kai augalai normaliai funkcionuoja, jie atspindi infraraudonąją šviesą, sklindančią iš Saulės. Daugelis gyvūnų, pavyzdžiui, gyvatės ir ropliai, gali matyti IR šviesą, tačiau jūsų fotoaparatas taip pat gali tai pamatyti (pabandykite su televizoriaus nuotolinio valdymo pultu). Jei iš fotoaparato pašalinsite IR filtrą, gausite purpurinį, išplautą vaizdą. Jei nenorite sugadinti fotoaparato, turėtumėte tai išbandyti naudodami „NoIR PiCamera“, kuri iš esmės yra tokia pati kaip standartinė „PiCamera“, tačiau neturi įmontuoto IR filtro. Jei padėsite infrablue filtrą po fotoaparato objektyvu, raudonasis kanalas gaus tik IR šviesą, mėlynas - mėlyną, žalia ir raudona - filtruojamos. Naudodami kiekvieno pikselio normalizuoto augmenijos indekso formulę, galite gauti labai gerą jūsų augalo sveikatos ir fotosintezės aktyvumo rodiklį. Su šiuo projektu man pavyko nuskaityti mūsų kiemą ir atpažinti nesveiką augalą po mūsų kriauše.

Kodėl „Tricopter“?

Man patinka triratukai šiek tiek labiau nei keturračiai, pavyzdžiui, dėl jų efektyvumo. Jie turi ilgesnį skrydžio laiką, jie yra pigesni, ir jūs galite juos sulankstyti, o tai tikriausiai yra geriausia savybė, kai kalbama apie „pasidaryk pats“dronus. Man taip pat patinka skristi su šiuo trikopteriu, jie turi šiek tiek „lėktuvo“valdymą, kurį patirsite, jei kartu su manimi kursite šį droną. Kalbant apie tris, David Windestal vardas tikriausiai pirmasis „Google“paieškoje, rekomenduoju apsilankyti jo svetainėje, aš taip pat naudoju jo sulankstomo rėmo dizainą.

1 žingsnis: skrydžio filmuota medžiaga

Tai buvo mano antrasis bandomasis skrydis, kai kopteris jau buvo sureguliuotas ir paruoštas atlikti augalų analizę. Turiu keletą įrašų iš savo veiksmo kameros, galite pamatyti mūsų gražią aplinką iš paukščio skrydžio. Jei norite pamatyti NDVI įrašus, pereikite prie paskutinio šios instrukcijos veiksmo. Deja, neturėjau laiko išsamiai aprašyti vaizdo įrašo, kaip naudotis šiuo trikopteriu, tačiau įkėliau šį trumpą skrydžio bandymo vaizdo įrašą.

2 veiksmas: reikalingi įrankiai ir dalys

Išskyrus medines strėles ir dažų purškiklį, mano įrankių dėžutėje buvo visos dalys, taigi visos šio projekto išlaidos man buvo apie 5 USD, bet pabandysiu rasti „eBay“ar „Banggood“nuorodas į kiekvieną naudojamą dalį. Labai rekomenduoju dairytis detalių, gal galite gauti geresnę kainą nei aš.

Įrankiai

• Lituoklis
• „Dremel“įrankis
• 3D spausdintuvas (neturiu, draugė padėjo)
• Pjaustymo įrankiai
• Vielos pjaustytuvas
• Super klijai
• Užtrauktukai (daug jų, 2 dydžiai)
• Dažų purškiklis (su jums patinkančia spalva - aš naudojau juodą)

Dalys

1. „ArduCopter“skrydžio valdiklis (naudojau seną APM 2.8, bet turėtumėte pasirinkti „PixHawk“arba „PIX Mini“)
2. GPS antena su magnetometru
3. „MAVLink“telemetrijos modulis (antžeminių stočių ryšiui)
4. 6CH imtuvas + siųstuvas
5. Vaizdo siųstuvas
6. Servo variklis (ne mažiau kaip 1,5 kg sukimo momentas)
7. 10 colių sraigtai (2 CCW, 1 CW + papildomas keitimas)
8. 3 30A „SimonK ESC“(elektroninis greičio reguliatorius) ir 3 920 kV varikliai
9. 3S baterija 5,2 Ah
10. „Raspberry Pi Zero W“+ „NoIR PiCamera“(pateikiamas su mėlynos spalvos filtru)
11. 2 akumuliatoriaus dirželiai
12. Vibracijos slopinimo laikikliai
13. 1,2 cm kvadratinės formos medinės strėlės (nusipirkau 1,2 metro strypą)
14. 2-3 mm storio medinė laminuota plokštė
15. Veiksmo kamera (naudojau 4k galimą „GoPro“kloną - SJCAM 5000x)

Tai yra dalys, kurias naudoju savo dronui, nedvejodami pakeiskite jį pagal savo skonį. Jei nesate tikri, ką naudoti, palikite komentarą ir aš pasistengsiu jums padėti. Pastaba: nutrauktą APM plokštę naudojau kaip skrydžio valdiklį, nes turėjau vieną atsarginį. Skraido gerai, tačiau ši lenta nebepalaikoma, todėl tikriausiai turėtumėte įsigyti kitą skrydžio valdiklį, suderinamą su „ArduCopter“, kad gautumėte puikias GPS funkcijas.

3 žingsnis: rėmo pjovimas

Atsisiųskite kadro failą, atsispausdinkite ir iškirpkite. Patikrinkite, ar išspausdintas dydis yra teisingas, tada rašikliu pažymėkite formą ir skyles ant medinės plokštės. Naudokite pjūklą, kad pjaustytumėte rėmą, ir gręžkite skyles 3 mm antgaliu. Jums reikės tik dviejų iš jų, aš ką tik padariau 4 kaip atsargines dalis.

4 žingsnis: Surinkite rėmą

Rėmo surinkimui naudojau 3 mm varžtus ir veržles. Aš supjaustiau kiekvieną strėlę 35 cm ilgio ir palikau 3 cm ilgio rėmo priekį. Neužtempkite sąnarių, tačiau įsitikinkite, kad yra pakankamai trinties, kad rankos nesulenktų. Tai tikrai protingas dizainas, aš du kartus sudaužiau ir nieko, tik rankos atlenktos atgal.

5 žingsnis: variklių gręžimo skylės

Patikrinkite variklio varžtų dydį ir atstumą tarp jų, tada išgręžkite dvi skyles į kairę ir dešinę medines svirtis. Aš turėjau išgręžti 5 mm gylio ir 8 mm pločio skylę rankose, kad velenai turėtų pakankamai vietos suktis. Naudokite švitrinį popierių, kad pašalintumėte mažas drožles ir išpūstumėte dulkes. Jūs nenorite dulkių savo varikliuose, nes tai gali sukelti nereikalingą trintį ir karštį.

6 veiksmas: sulankstomas GPS laikiklis

Turėjau išgręžti papildomas skyles savo GPS antenai, kad ji gerai tilptų. Kompasą turėtumėte pastatyti aukštai, kad jis netrukdytų variklių ir laidų magnetiniam laukui. Tai paprasta sulankstoma antena, padedanti išlaikyti kuo kompaktiškesnę sąranką.

7 žingsnis: rėmo dažymas

Dabar jūs turite viską atsukti ir atlikti dažymo darbus. Galiausiai pasirinkau šį matinį giliai juodos spalvos purškiklį. Aš užkabinau dalis ant sriegio ir tiesiog jas nudažiau. Norėdami gauti tikrai gerą rezultatą, naudokite 2 ar daugiau dažų sluoksnių. Pirmasis sluoksnis tikriausiai atrodys šiek tiek išplautas, nes mediena išgers drėgmę. Na, tai atsitiko mano atveju.

8 žingsnis: Vibracijos slopinimo platformos montavimas

Aš turėjau šią kardaninio laikiklio platformą, kuri mano konstrukcijoje taip pat veikia kaip akumuliatoriaus laikiklis. Jūs turite jį pritvirtinti po savo rėmu su užtrauktukais ir (arba) varžtais. Baterijos svoris padeda sugerti daug vibracijos, todėl gausite tikrai gražią kameros medžiagą. Ant plastikinių strypų taip pat galite sumontuoti kai kurias tūpimo priemones, man atrodė, kad tai nereikalinga. Ši juoda spalva pasiteisino, šiuo metu turėtumėte turėti gražiai atrodantį rėmelį ir laikas nustatyti skrydžio valdiklį.

9 veiksmas: nustatykite „ArduCopter“

Norėdami nustatyti skrydžio valdiklį, jums reikės papildomos nemokamos programinės įrangos. Atsisiųskite „Mission Planner“sistemoje „Windows“arba „APM Planner“, jei naudojate „Mac OS“. Kai prijungsite skrydžio valdiklį ir atidarysite programinę įrangą, vedlio pagalbininkas jūsų plokštėje įdiegs naujausią programinę įrangą. Tai taip pat padės sukalibruoti kompasą, akselerometrą, radijo valdiklį ir skrydžio režimus.

Skrydžio režimai

Aš rekomenduoju naudoti šešių skrydžių režimą „Stabilize“, „Altitude Hold“, „Loiter“, „Circle“, „Return to Home“ir „Land“. Apskritimas yra tikrai naudingas, kai reikia apžiūrėti augalus. Jis skrieja orbitą aplink tam tikrą koordinatę, todėl padeda labai tiksliai išanalizuoti jūsų augalus iš visų pusių. Aš galiu padaryti orbitą su lazdomis, tačiau sunku išlaikyti tobulą ratą. „Loiter“yra tarsi jūsų drono statymas danguje, todėl galite fotografuoti didelės raiškos NDVI nuotraukas, o RTH yra naudinga, jei prarandate signalą arba prarandate savo drono orientaciją.

Atkreipkite dėmesį į savo laidus. Naudokite schemą, kad prijungtumėte ESC prie tinkamų kaiščių ir „Mission Planner“patikrinkite įvesties kanalų laidus. Niekada nebandykite jų su atramomis!

10 veiksmas: GPS, fotoaparato ir skrydžio valdiklio įdiegimas

Kai skrydžio valdiklis bus sukalibruotas, galite naudoti putplasčio juostą ir pritvirtinti ją rėmo viduryje. Įsitikinkite, kad jis nukreiptas į priekį ir ar pakankamai vietos kabeliams. Sumontuokite GPS su 3 mm varžtais ir naudokite užtrauktukus, kad fotoaparatas būtų vietoje. Šiuose „GoPro“klonuose yra visos montavimo priemonės, todėl buvo gana paprasta įdiegti šį.

11 veiksmas: ESC ir maitinimo kabelis

Mano baterijos turi XT60 jungtį, todėl prie kiekvieno jungties kaiščio lituodavau 3 teigiamus ir 3 neigiamus laidus. Naudokite tam tikrą termiškai susitraukiantį vamzdelį, kad apsaugotumėte jungtis nuo jų sutrumpinimo (taip pat galite naudoti elektros juostą). Lituodami šiuos storus laidus juos sutrinkite ir pritvirtinkite varine viela, tada pridėkite daug išlydyto lydmetalio. Jūs nenorite, kad nebūtų šaltų litavimo jungčių, ypač įjungiant ESC.

12 veiksmas: imtuvas ir antenos

Kad signalas būtų geras, antenas reikia montuoti 90 laipsnių kampu. Aš naudoju užtrauktukus ir termiškai susitraukiančius vamzdžius, kad pritvirtinčiau imtuvo antenas savo drono priekyje. Dauguma imtuvų yra su kabeliais, todėl kanalai yra paženklinti, todėl turėtų būti lengva jį nustatyti.

13 žingsnis: uodegos mechanizmas

Uodegos mechanizmas yra trikopterio siela. Radau šį dizainą internete, todėl išbandžiau. Jaučiau, kad originalus dizainas buvo šiek tiek silpnas, bet jei pakeisite mechanizmą, jis veikia puikiai. Perteklinę dalį supjaustau „dremel“įrankiu. Nuotraukoje gali atrodyti, kad mano servo variklis šiek tiek kenčia, tačiau jis veikia nepriekaištingai. Priverždami varžtus naudokite nedidelį lašą superklijų, kad jie nenukristų dėl vibracijos; arba galite užsegti variklius, kaip aš.

14 veiksmas: sklandymo bandymas ir PID derinimas

Dar kartą patikrinkite visus savo ryšius ir įsitikinkite, kad nieko neprikepsite, kai prijungsite akumuliatorių. Įdiekite savo sraigtus ir pabandykite pakilti su savo dronu. Manoji buvo gana sklandi iš dėžutės, aš tiesiog turėjau šiek tiek sureguliuoti sukimąsi, nes tai buvo per daug koreguojama. Aš negaliu išmokyti PID derinimo šioje instrukcijoje, beveik viską sužinojau iš Joshua Bardwell vaizdo įrašo pamokos. Jis tai paaiškina daug geriau nei aš galėjau.

15 veiksmas: pasirinkite avietę ir įdiekite „Raspbian“(Jessie)

Aš norėjau, kad tai būtų kuo lengvesnis, todėl nuėjau su „RPi Zero W.“. Aš naudoju „Raspbian Jessie“, nes naujesnės versijos turėjo tam tikrų problemų su „OpenCV“, kurią naudojame apskaičiuodami augmenijos indeksą iš neapdorotos medžiagos. Jei norite didesnės FPS normos, rinkitės Raspberry Pi v4. Programinę įrangą galite atsisiųsti čia.

Priklausomybių diegimas

Šiame projekte naudosime „PiCamera“, „OpenCV“ir „Numpy“. Kaip vaizdo jutiklis pasirinkau mažesnę 5 MP kamerą, kuri suderinama tik su „Zero“plokštėmis.

1. Blykstelėkite vaizdą naudodami mėgstamą įrankį (man patinka Balena Etcher).
2. Įkraukite „Raspberry“prijungę monitorių.
3. Įgalinti fotoaparato ir SSH sąsajas.
4. Terminale patikrinkite savo IP adresą naudodami „ifconfig“.
5. SSH į savo RPi naudodami komandą ssh pi@YOUR_IP.
6. Nukopijuokite ir įklijuokite instrukcijas, kaip įdiegti reikiamas programas:

sudo apt-get atnaujinimas

sudo apt-get upgrade sudo apt-get install libtiff5-dev libjasper-dev libpng12-dev sudo apt-get install libjpeg-dev sudo apt-get install libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev libv4l-dev sudo apt-get install libgtk2.0-dev sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran sudo pip install numpy python-opencv python (norėdami tai išbandyti) importuoti cv2 cv2._ versija_

Turėtumėte pamatyti atsakymą su „OpenCV“bibliotekos versijos numeriu.

16 veiksmas: „NoIR“kameros ir „NDVI Imaging“bandymas

Išjunkite savo RPi plokštę, įdėkite fotoaparatą ir tada galime pabandyti su juo padaryti NDVI vaizdą. Ant gėlės (raudonos spalvos fone) matosi, kad žalios spalvos dalys rodo tam tikrą fotosintezės veiklą. Tai buvo mano pirmasis bandymas, atliktas naudojant „Infragram“. Jų svetainėje išmokau visas formules ir spalvų atvaizdavimą, kad galėčiau parašyti visiškai funkcionalų kodą. Kad viskas būtų labiau automatizuota, sukūriau „Python“scenarijų, kuris fiksuoja kadrus, apskaičiuoja NDVI vaizdus ir išsaugo juos 1080p formatu.

Šie vaizdai turės keistą spalvų schemą ir atrodys kaip iš kitos planetos. Atlikite keletą bandymų, pakeiskite kai kuriuos kintamuosius, tiksliai sureguliuokite jutiklį prieš pirmąją misiją.

17 žingsnis: „RPi Zero W“diegimas ant drono

Aš įdiegiau „Pi Zero“trikopterio priekyje. Taip pat galite nukreipti fotoaparatą į priekį, kaip aš, arba žemyn. Priežastis, dėl kurios aš žiūriu į priekį, yra parodyti skirtumą tarp augalų ir kitų ne fotosintezės objektų. Pastaba: gali atsitikti taip, kad kai kurie paviršiai atspindi infraraudonąją spinduliuotę arba jie yra šiltesni nei aplinka, todėl jie turi ryškiai geltoną spalvą.

18 veiksmas: vaizdo siųstuvo pridėjimas (neprivaloma)

Aš taip pat turėjau šį VTx, kuris buvo sumontuotas ant galinės mano kopterio rankos. Tai yra 2000 metrų diapazonas, bet aš jo nenaudojau atlikdamas testus. FPV skrido tik savo malonumui. Kai aš jo nenaudoju, kabeliai pašalinami, kitaip jie yra paslėpti po rėmu, kad mano konstrukcija būtų graži ir švari.

19 žingsnis: Atlikite augalų analizę

Atlikau du 25 minučių skrydžius, kad galėčiau tinkamai išanalizuoti. Dauguma mūsų daržovių atrodė gerai, bulves reikėjo papildomai prižiūrėti ir laistyti. Eiti patikrinti, tai padėjo per kelias dienas. Paveikslėlyje jie atrodo gana žali, palyginti su oranžiniais ir rožiniais medžiais.

Man patinka skristi apskritimais, kad galėčiau ištirti augalus iš visų pusių. Jūs aiškiai matote, kad po vaismedžiais kai kurios daržovės negauna pakankamai saulės spindulių, todėl NDVI vaizduose jos tampa mėlynos arba juodos. Tai nėra problema, jei viena medžio dalis dienos metu negauna pakankamai saulės šviesos, tačiau blogai, jei visas augalas virsta nespalvotu.

20 žingsnis: skrisk saugiai;)

Dėkojame, kad perskaitėte šį „Instructable“, tikiuosi, kad kai kurie iš jūsų bandys atlikti eksperimentus su NDVI vaizdavimu arba su dronų kūrimu. Man buvo labai smagu kurti šį projektą iš nulio iš medinių dalių, jei jums taip pat patiko, galite apsvarstyti galimybę man padėti balsuojant. O, skrisk saugiai, niekada aukščiau žmonių ir mėgaukis hobiu!

Pirmasis prizas „Make it Fly“iššūkyje