Sekite mane - „Raspberry Pi“išmaniųjų dronų vadovas: 9 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Ar visada galvojote, kaip pasigaminti droną iš A-Z?

Ši pamoka parodo, kaip žingsnis po žingsnio padaryti 450 mm keturračio kopijavimo aparatą nuo dalių pirkimo iki oro roboto bandymo pirmuoju skrydžiu.

Be to, naudodami „Raspberry Pi“ir „PiCamera“galite transliuoti tiesioginį vaizdo įrašą savo prietaise ir valdyti savo droną pirmojo asmens vaizde! „Raspberry Pi“taip pat suteikia galimybę dar labiau patobulinti savo droną ir pridėti tokių funkcijų kaip žmonių sekimas, kliūčių vengimas ir oro stotis. Ši pamoka parodys, kaip priversti droną sekti paskui tave.

„Raspberry Pi“pranašumas yra tas, kad jis gali apdoroti kai kuriuos dirbtinio matymo algoritmus funkcijoms, kurioms atlikti reikia, kad dronas būtų „protingas“.

Šioje pamokoje sužinosite:

• Kokius įrankius/dalis reikia pirkti
• Kaip pritvirtinti visas rėmo dalis
• Kaip sujungti varomąją sistemą
• Kaip sukonfigūruoti mikrovaldiklį
• Kaip prijungti imtuvą prie siųstuvo
• Kaip transliuoti vaizdo įrašą, nufotografuotą bepilotiu telefonu, telefone
• Kaip sureguliuoti savo PID, kad būtų galima geriau valdyti
• Kaip įdiegti žmonių stebėjimą

Be to, dronas turi raudoną šviesos diodą, kuris įsijungia, kai dronas kažko ieško, ir žalią šviesos diodą, kai kas nors aptinkamas ir dronas seka jį. Taip pat įdiegtas mygtukas, skirtas išjungti „Pi“prieš atjungiant akumuliatorių prie „Raspberry Pi“SD kortelės.

Šios pamokos tikslas - nustatyti pagrindus, kaip sukurti pritaikomą išmanųjį droną, taigi, jei esate visiškai pradedantysis, atėjote į reikiamą vietą!

1 žingsnis: apžvalga

Norėdami sukurti keturkojį, mums reikia 4 variklių ir 4 ESC (elektroninio greičio reguliatoriaus), kurių kiekvienas yra prijungtas prie variklio. Maitinimo paskirstymo plokštė naudojama akumuliatoriaus energijai paskirstyti į 4 ESC.

ESC gauna komandą iš skrydžio valdiklio (čia yra „MultiWii“plokštė) ir perduoda ją varikliui.

Šis skrydžio valdiklis turi giroskopą, akselerometrą ir barometrą. Prie jo taip pat galite pridėti „Bluetooth“modulį ir GPS.

Norėdami užmegzti ryšį tarp „Raspberry Pi“ir skrydžio valdiklio, naudojame FTDI adapterį. Taigi mes galime siųsti komandas valdikliui iš savo Pi. Be to, norint atlikti PID kalibravimą ir įkelti „Mulltiwii“programinę įrangą į skrydžio valdiklį, FTDI bus labai naudinga.

Galiausiai, nuotoliniu būdu valdome droną nuotolinio valdymo pultu, kuris siunčia komandas imtuvams ir siunčia jas skrydžio valdytojui.

„Raspberry Pi“taip pat teikia srautą, kurį galima peržiūrėti bet kurioje naršyklėje iš įrenginio, pavyzdžiui, telefono. Tokiu būdu galime pamatyti, ką „Pi“kamera mato ore.

2 žingsnis: Surinkite dalis

Norint sėkmingai užbaigti šią pamoką, reikalingos šios dalys:

1) Rėmas: 4 ašių 450 F rėmas

2) Siųstuvas ir imtuvas: Flysky FS-i6X

3) „Raspberry Pi“: „Raspberry Pi 3“modelio B pagrindinė plokštė

4) Fotoaparatas: „PiCamera“

5) Mikrovaldiklis: „Crius MultiWii SEV2.6“

6) FTDI: FTDI USB į TTL /FT232 keitiklis

7) Maži laidai: „Elegoo 120pcs“įvairiaspalvė „Dupont“viela

8) Varikliai (x4): „Liobaba 1100KV 2-4S Brushless“variklis

9) ESC (x4): bešepetė ESC 30A bešepetėlių ESC programinė įranga su 5V 3A UBEC

10) Baterija: HRB 11.1V 5000mAh 3S 50C-100C LiPo baterija

11) jungtys: auksinės plokštelės jungtys 3,5 mm (x4) ir „Artrinck XT-60 60A/100A“patelė

12) Sraigtai (x3): FidgetGear 10x4.5 sraigtas (mėlynas)

13) Skrydžio valdiklio tvirtinimo kilimėlis: Skrydžio valdiklio tvirtinimo kilimėlis

14) Kai kurie nuo šilumos susitraukiantys apvalkalai: susitraukiantis vamzdelis - SODIAL

15) Laidai: 16GA laidas

16) Lituoklis: „Holife“lituoklio rinkinys, 60W 110V reguliuojamas temperatūros valdomas suvirinimo įrankis

Neprivaloma

• Garsinis signalas: „Venom“žemos įtampos monitorius, skirtas 2S - 8S LiPO baterijoms
• „Pi“ir skrydžio valdiklio atrama/stovas: „Raspberry Pi“dėžės dėklas
• Pagerinkite litavimo patirtį naudodami: „Elenco“pagalbines rankas ir 60–40 alavo švino kanifolijos šerdį

Bendra visų šių dalių kaina turėtų būti 450,71 CAN $.

3 žingsnis: litavimo ir tvirtinimo dalys ant rėmo

Lituoti reikia dvi dalis:

1. ESC (jie nėra su jungtimis galūnėse)
2. Maitinimo paskirstymo plokštė (mūsų atveju integruota į rėmą)

Naudokite moteriškas tx jungtis prie laidų, kuriuos pridėjote prie paskirstymo plokštės, vyriškas tx jungtis prie ESC skirstomųjų plokščių šoninių laidų ir auksines 3,5 mm jungtis prie ESC variklių šoninių laidų. Nepamirškite izoliuoti termiškai susitraukiančio apvalkalo (nenorime matyti jokios plikos vielos).

Patarimai litavimui:

• Naudokite vidutinio dydžio lygintuvo antgalį (pateiktą litavimo komplekte) ir įkaitinkite lydmetalį iki 400 ° C.
• Dažnai valykite litavimo vielos galiuką vandens kempine.
• Ant dviejų paviršių, kuriuos pirmiausia norite sujungti, ištirpinkite litavimą, tada priklijuokite juos ir pridėkite daugiau litavimo.

Norėdami gauti daugiau informacijos apie tai, kaip lituoti viską, nedvejodami peržiūrėkite mūsų svetainę.

Pritvirtinkite dalis prie rėmo:

1. Naudokite du varžtus, kad pritvirtintumėte variklius prie kiekvienos rankos galo.
2. Pritvirtinkite elektronikos atramą prie rėmo veržlėmis ir varžtais.
3. Pritvirtinkite Pi ant atramos veržlėmis ir varžtais.
4. Ant atramos viršaus priklijuokite tvirtinimo kilimėlį (sugerti vibraciją) ir priklijuokite Multiwii prie jo, įsitikindami, kad jis yra tiksliai rėmo viduryje ir rodyklė nukreipta tarp dviejų tos pačios spalvos rankų.
5. Priklijuokite imtuvą prie atramos tam tikru velcro užsegimu.
6. Uždėkite ESC ant kiekvienos rankos su kaklaraiščiu.
7. Naudokite diržus, kad pritvirtintumėte akumuliatorių apatiniame rėmo lygyje.
8. Gręžkite sraigtus ir uždėkite juos ant variklių, naudodami specialų varžtą, kuris pateikiamas kartu su varikliu

4 žingsnis: jungtys

Imtuvui:

• Prijunkite „MultiWii“droselio kaiščius prie imtuvo 3 kanalo.
• Prijunkite ritininius kaiščius prie imtuvo 1 kanalo.
• Prijunkite „Pitch“kaiščius prie 2 kanalo.
• Prijunkite sukimo kaiščius prie 4 kanalo.
• Prijunkite 1 pagalbinį įrenginį prie 5 kanalo.

Dėl ESK:

Su „Multiwii“nukreipta į priekį ir su juodu ESC komandinės jungties laidu apatiniame „Multiwii“kaištyje;

• Prijunkite kairįjį viršutinį ESC prie D3.
• Prijunkite dešinįjį viršutinį ESC prie D10.
• Prijunkite dešinįjį apatinį ESC prie D9.
• Prijunkite kairįjį apatinį ESC prie D11.

Dėl Pi:

• Prijunkite „PiCamera“.
• Prijunkite FTDI prie mini USB/USB adapterio ir prijunkite jį prie „Pi“, taip pat prijunkite FTDI kaiščius arba „MultiWii“FTDI kaiščius.
• Prijunkite „MultiWii“„ +“kaištį prie 5 V įžemintų „GPIO“kaiščių.

Dėl variklių

Pagal numatytuosius nustatymus varikliai sukasi prieš laikrodžio rodyklę (CCW). Viršutiniame kairiajame ir apatiniame dešiniajame varikliuose turite apversti laidų jungtį su ESC (juoda su raudona ir raudona su juoda), todėl turėsite laikrodžio rodyklę (CW).

5 veiksmas: sukonfigūruokite viską

Atlikite šiuos veiksmus, nuimkite sraigtus.

ESC programavimas:

Elektroninis greičio reguliatorius valdo variklį, todėl yra daug galimybių, ir jūs turite pritaikyti savo ESC taip, kad jis veiktų taip, kaip norite.

Nuimkite visus laidus, prijungtus prie imtuvo.

Kiekvienam ESC:

1. Prijunkite tik vieną ESC prie maitinimo šaltinio (mūsų atveju - į skirstomąją plokštę) ir įsitikinkite, kad akumuliatorius yra atjungtas.
2. Įdėkite ESC kaiščius į imtuvo droselio kanalą (mūsų atveju - 3 kanalą).
3. Įjunkite siųstuvą.
4. Nustatykite droselį į maksimalią siųstuvo padėtį.
5. Įjunkite skirstomąją plokštę, prijungdami prie jos akumuliatorių. Taip pat galite naudoti kai kuriuos aligatoriaus spaustukus ir tiesiogiai prijungti akumuliatorių prie ESC.
6. Po kelių pyptelėjimų turėtumėte išgirsti muzikinį toną su 4 pyptelėjimais. Po šios pirmosios muzikos siųstuvo sklendę nustatykite į minimalią padėtį.
7. Palaukite, kol iš UBEC gausite pyptelėjimą.
8. Uždarykite siųstuvą.
9. Išjunkite maitinimą (atjunkite „Li-Po“akumuliatorių)

Norėdami tai išbandyti:

1. Įjunkite siųstuvą su minimalia droselio padėtimi.
2. Prijunkite akumuliatorių.
3. Palaipsniui didinkite droselį iki didžiausios galios. Variklis turėtų suktis greičiau, kai padidinsite droselį.

Skrydžio valdymo plokštės nustatymas:

Norėdami tai padaryti, galite ištraukti „Pi“FTDI USB kabelį ir įdėti jį į kompiuterį, kad būtų patogiau užprogramuoti plokštę.

1. Atsisiųskite „Arduino“programinę įrangą į savo kompiuterį per svetainę.
2. Atsisiųskite naujausią „multiwii“programinės įrangos versiją ir išskleiskite ją į savo kompiuterį.
3. Eikite į aplanką „MultiWii“, kuris buvo išgautas anksčiau, tada atidarykite „MultiWii.ino“, kuris paleidžia „Arduino“.
4. Eikite į „config.h“failą „Arduino“, pašalinkite // prieš #define QUADX, kad nustatytumėte daugialypės terpės konfigūracijos tipą, ir prieš #define CRIUS_SE_v2_0, kad pasirinktumėte plokštės tipą.
5. Tada eikite į Įrankiai -> Lenta -> ir pasirinkite „Arduino Pro“arba „Pro Mini“ir įsitikinkite, kad „Įrankiai -> Procesorius ->“yra pasirinktas ATMmega328P (5V, 16MHz).
6. Paskutinė konfigūracija, kurią turime atlikti prieš įkeldami į lentą, yra eiti į Įrankiai -> Uostas -> pasirinkti „MultiWii“prievadą (mums COM3).
7. Spustelėkite patvirtinti, tada - įkelti.
8. Kai kodas įkeliamas į „Crius MultiWii SE v2.6“, turėtumėte matyti, kad lemputės mirksi ir valdiklio, ir FTDI plokštėje.

Kalibruokite jutiklius skrydžio valdymo lentoje:

1. Eikite į aplanką „MultiWiiConf“, esantį aplanke „MultiWii“, atsisiųstame iš jų svetainės.
2. Tada eikite į -> application.windows32 aplanką -> dukart spustelėkite „MultiWiiConf“programą. (Atkreipkite dėmesį, kad net jei turėčiau 64 bitų „Windows“, atrodo, kad veikia tik 32 bitų programa).
3. Turite pasirinkti prievadą, prie kurio prijungtas skrydžio valdiklis (šiuo atveju COM3).
4. Spustelėkite Skaityti.
5. Spustelėkite Pradėti.
6. Padėkite lentą ant stalo ir spustelėkite „Calib_acc“.
7. Spustelėkite „Calib_mag“ir tada turite kuo greičiau pasukti lentą į visas puses per 30 sekundžių. Turėtumėte matyti smailes visoje diagramoje.

Norėdami tai išbandyti:

Pasukite lentą ant žingsnio, pasukimo ir pasukimo ašies ir pažiūrėkite, ar tai, ką programinės įrangos jutikliai rodo, yra prasminga

Siųstuvo (nuotolinio valdymo pulto) nustatymas:

Pirmiausia ekrano meniu galite patikrinti, kuri lazda valdo kurį kanalą:

1. Prieš paleisdami valdiklį, įsitikinkite, kad visi jungikliai yra aukštyn ir kad droselio svirtis (kairė) yra nuleista.
2. Paleiskite valdiklį.
3. Laikykite mygtuką Gerai.
4. Eikite į „Setup“, tada „Display“.
5. Galite perkelti lazdas, kad pamatytumėte, kuris kanalas reaguoja.

Prieš eidami toliau, pasirinkite modelį ir pavadinimą:

1. Eikite į Sistema-> Modelio pasirinkimas -> pasirinkite modelį.
2. Eikite į Sistema -> Modelio pavadinimas. Ir duok jam vardą. Laikykite atšaukimo mygtuką, kad išsaugotumėte pakeitimus.
3. Eikite į „System-> Type“ir nustatykite jį kaip lėktuvą ar sklandytuvą, net jei jis yra keturratis.
4. Nustatykite apdailą Subtrim meniu. Kai lazdos yra neutralioje padėtyje, kanalai (žr. Rodymo meniu) turi būti 0% poslinkio, žingsnio ir ridenimo.
5. Laikykite atšaukimo mygtuką, kad išsaugotumėte nustatymus.

Tada leiskite nustatyti „Failsafe“nustatymus:

Tai užtikrina, kad kai dronas eina toli nuo valdiklio ir praranda signalą, visi valdikliai pereina į neutralią padėtį. Taigi, norėdami tai padaryti, turime nustatyti 1, 2 ir 4 kanalą į 0% ir suaktyvinti nesėkmingą saugumą per Failsafe Menu. Taip pat turime suaktyvinti droselio gedimą ir nustatyti jį 100%.

Taip pat galite naudoti kitus valdiklio jungiklius, suaktyvindami juos sistemoje-> Aux. jungikliai.

Daugiau informacijos apie šį skyrių galite rasti mūsų svetainėje.

6 veiksmas: tiesioginis srautas

„Raspberry Pi“yra kompiuteris, o tai, ką galite padaryti su skraidančiu kompiuteriu, riboja tik jūsų vaizduotę.

Norėdami tiesiogiai transliuoti:

1. Įjunkite „PiCamera“. Norėdami tai padaryti, paleiskite „Pi“ir prijunkite prie jo pelę ir monitorių. Spustelėkite rasbian logotipą viršutiniame kairiajame kampe, eikite į nuostatas, tada Raspberry Pi Configuration ir tada sąsajų skirtuke make sur Camera yra pažymėtas kaip įjungtas. Tada spustelėkite gerai.
2. Atsisiųskite scenarijų (kodo šaltinis: atsitiktiniai nerd vadovėliai) ir įdėkite jį į savo namų aplanką.
3. Vykdykite scenarijų terminale įvesdami „python3 rpi_camera_surveillance_system.py“.

Paleidus scenarijų, galite pasiekti savo vaizdo srauto žiniatinklio serverį adresu: https://: 8000. Pakeiskite savo Raspberry Pi IP adresu, mano atveju

Jei nežinote savo „Pi“IP adreso, tai galite sužinoti įvesdami ifconfig terminale, kuris suteikia jums adresą.

Tiesioginę transliaciją galite pasiekti naudodami bet kurį įrenginį, prijungtą prie to paties tinklo kaip „Raspberry Pi“. Jums tereikia atidaryti naršyklę.

Šią programą taip pat galite paleisti iš savo išmaniojo telefono. Jums tereikia įdiegti „Terminus“programą (jei turite „IPhone“).

Norėdami paleisti srautą tiesiogiai, kai „Pi“yra įjungtas (taigi, kai jūsų dronas įjungtas), terminale įveskite:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Tada eikite į paskutinę eilutę ir pridėkite:

echo Bėgimas paleidžiant

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

sudo perkraukite

Išsaugokite failą paspausdami Ctrl+X, tada įveskite Y ir spustelėkite Enter.

Sveikiname, tiesioginis srautas jau nustatytas! Galite jį naudoti norėdami šnipinėti kaimynus arba surengti FPV lenktynes!

7 žingsnis: PID derinimo menas

Esate pasiruošę pirmajam skrydžiui. Pirmas dalykas, kurį turėtumėte padaryti, yra išbandyti savo droną be jokio sraigto, kad pamatytumėte, ar viskas gerai reaguoja.

Tada galite pridėti savo sraigtus ir labai lėtai pradėti didinti droselį, kad pamatytumėte, ar galite pakilti.

Jūsų dronas greičiausiai lėtai svyruoja, vibruoja arba varikliai švilpia. Tai reiškia, kad turite nustatyti savo PID nustatymus!

Ši dalis užtrunka, jei norite labai stabilaus bepiločio orlaivio, kuris gerai reaguoja į jūsų komandas. PID nustatymas yra subjektyvus, todėl nuo jūsų priklauso, kaip norite skraidyti bepiločiu oru. Štai procedūra:

1. Pradėkite nuo mažo I pikio ir ritinio (0,01) ir padidinkite P, kol pamatysite aukšto dažnio svyravimus ir sumažinkite jį iki paskutinės vertės.
2. Tada padidinkite I žingsniu ir riedėjimu 0,01 žingsniu, kol vėl pamatysite vibraciją arba pajusite, kad jūsų dronas yra standus ir nereaguoja. Paprastai nustatymas I gali jums padėti, jei patiriate aukščio kritimą ir dreifavimą. Tai neutralizuoja jūsų sistemos (drono) trikdžius.
3. Jei matėte aukšto dažnio svyravimus, nuleiskite P.
4. Sumažinkite D, jei jūsų dronas atrodo per drėgnas (žemas, kad reaguotų).

Pasukimo ašies atveju paprastai galite palikti ją pagal numatytuosius nustatymus, bet jei manote, kad jūsų dronas pasislenka posūkio ašyje, galite padidinti I.

8 žingsnis: funkcija „Sekite mane“

Savarankiškas dronas yra nuostabus, jis gali skristi ir judėti nesirūpindamas.

Šioje pamokoje atliktas dronas turi galimybę tai padaryti apdorodamas jo jutiklių užfiksuotus duomenis.

Norėdami įdiegti tokią funkciją kaip asmens stebėjimas, turite:

1. Naudokite drono kamerą, kad padėtumėte jam atkreipti dėmesį į jo aplinką.
2. Norėdami analizuoti aplinką, naudokite dirbtinio regėjimo algoritmą.
3. Suplanuokite drono trajektoriją.
4. Nurodykite kryptį, kuria reikia sekti droną.

Tiksliau, „Pi“fotoaparatas gali suteikti tiesioginį vaizdų srautą „Raspberry Pi“, kuris yra kompiuteris, turintis pakankamai galios paleisti kai kuriuos dirbtinio regėjimo algoritmus.

Šie algoritmai gali aptikti paveikslėlyje esantį asmenį ir išanalizuoti šio asmens padėtį. Haaro kaskados algoritmas arba gilūs neuroniniai tinklai tam gali būti naudingi algoritmai.

Todėl, žinodami sekamo asmens padėtį, galite planuoti, kaip juda varikliai ir kuria kryptimi, priklausomai nuo sekamo objekto padėties rėmelyje. Pavyzdžiui, jei stebimas asmuo yra „Pi“kameros užfiksuoto kadro dešinėje, algoritmas liepia dronui pasukti į dešinę.

Galiausiai, kai bus pasirinkta kryptis, kuria dronas turėtų sekti, „Raspberry Pi“turi nusiųsti komandą į „Multiwii“, kad dronas galėtų eiti ta kryptimi. Norėdami tai padaryti, MSP („Multiwii Serial Protocol“) yra naudingas norint bendrauti tarp jūsų kompiuterio („Pi“) ir jūsų skrydžio valdiklio.

Čia galite rasti būdą, kaip tai koduoti.

Mūsų svetainėje buvo parodytas patikimesnis metodas, naudojant tensorflow ir giliuosius neuroninius tinklus.

Taip pat galite įsivaizduoti daugybę kitų būdų, kaip patobulinti savo autonominį droną, pavyzdžiui, priversti jį fotografuoti kiekvieną kartą, kai pamato medį ar gyvūną. Objekto vengimas taip pat yra įmanomas, jei tik nustatėte droną sustabdyti savo lenktynes, jei jis yra arčiau nei nurodytas atstumas nuo objekto.

Be to, svetainėje galite sužinoti, kaip prijungti šviesos diodą prie „Pi“ir įjungti, kai dronas aptinka ką nors sekti!

9 žingsnis: laimingas skrydis

Įjunkite droną ir mėgaukitės skrydžiu.

Jei norite eiti toliau ir įdiegti žmonių stebėjimą savo drone, galite sužinoti apie tai mūsų svetainėje.

Ačiū, kad paruošėte šią pamoką!