DIY Plant Inspection Gardening Drone (Folding Tricopter sa isang Budget): 20 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Sa aming bahay sa katapusan ng linggo mayroon kaming isang magandang maliit na hardin na may maraming mga prutas at gulay ngunit kung minsan mahirap lamang makasabay sa pagbabago ng mga halaman. Kailangan nila ng patuloy na pangangasiwa at ang mga ito ay mahina laban sa panahon, impeksyon, bug, atbp …

Mayroon akong maraming mga ekstrang piyesa ng multicopter mula sa mga lumang proyekto na inilalagay sa aking toolbox kaya't nagpasya akong magdisenyo at bumuo ng isang drone na maaaring gawin ang pagtatasa ng halaman gamit ang isang Rasperry Pi Zero W at ang NoIR PiCamera. Nais ko ring gumawa ng isang video sa proyektong ito ngunit mahirap iyon sa tabi ng unibersidad kaya i-upload ko lang ang hilaw na kuha.

Ang Teorya sa likod ng Malapit na Infrared Imaging

Inirerekumenda kong basahin ang artikulong ito sa Wikipedia. Mahabang kwento, kapag gumana ang mga halaman nang normal sumasalamin sila ng infrared light na nagmumula sa Araw. Maraming mga hayop ang makakakita ng ilaw ng IR, tulad ng mga ahas at reptilya ngunit makikita rin ito ng iyong camera (subukan ito sa isang remote control ng TV). Kung aalisin mo ang IR filter mula sa iyong camera makakakuha ka ng isang purplish, hugasan na imahe. Kung hindi mo nais na basagin ang iyong camera dapat mo itong subukan sa NoIR PiCamera, na karaniwang pareho sa karaniwang PiCamera ngunit walang built in na IR filter. Kung ilalagay mo ang infrablue filter sa ilalim ng lens ng iyong camera makakakuha ka lamang ng IR light sa iyong Red channel, asul na ilaw sa Blue channel, berde at pula ang nai-filter. Gamit ang na-normalize na formula ng index ng vegetation para sa bawat pixel maaari kang makakuha ng isang napakahusay na tagapagpahiwatig sa kalusugan at aktibidad na photosynthetic ng iyong halaman. Sa proyektong ito nakapag-scan ako sa aming likod-bahay at nakilala ang isang hindi malusog na halaman sa ilalim ng aming puno ng peras.

Bakit isang Tricopter?

Gusto ko ang mga tricopter nang kaunti pa kaysa sa mga quad halimbawa dahil sa kanilang kahusayan. Mayroon silang mas matagal na oras ng paglipad, mas mura ang mga ito at maaari mong tiklupin ang mga ito na marahil ang nag-iisang pinakamahusay na tampok pagdating sa mga DIY drone. Masisiyahan din ako sa paglipad kasama ang tricopter na ito, mayroon silang isang medyo "airplane-ish" na kontrol na makakaranas ka kung itatayo mo ang drone na ito kasama ko. Pagdating sa tris na pangalan ni David Windestal ay marahil ang una sa isang paghahanap sa Google, inirerekumenda kong suriin ang kanyang site, ginagamit ko rin ang kanyang disenyo ng natitiklop na frame.

Hakbang 1: Flight Footage

Ito ang aking pangalawang flight flight kung saan ang copter ay naayos na at handa nang gawin ang pagtatasa ng halaman. Mayroon akong mga onboard recording mula sa aking action camera, maaari mong suriin ang aming magagandang paligid mula sa mata ng isang ibon. Kung nais mong makita ang mga pag-record ng NDVI pumunta sa huling hakbang ng itinuturo na ito. Sa kasamaang palad wala akong oras upang makagawa ng buong paano maggabay sa video sa tricopter na ito, ngunit na-upload ko ang video ng maikling pagsubok na flight na ito.

Hakbang 2: Kinakailangan na Mga Tool at Bahagi

Maliban sa mga boom na gawa sa kahoy at spray ng pintura na mayroon ako ng bawat bahagi na inilalagay sa aking toolbox, kaya ang kabuuang halaga ng proyektong ito ay humigit-kumulang na $ 5 para sa akin ngunit susubukan kong makahanap ng mga link ng eBay o Banggood sa bawat bahagi na ginamit ko. Masidhing inirerekumenda kong tumingin sa paligid para sa mga bahagi, marahil maaari kang makakuha ng isang mas mahusay na presyo kaysa sa ginawa ko.

Mga kasangkapan

• Panghinang
• Dremel Tool
• 3D printer (Wala akong isa, tinulungan ako ng aking kaibigan)
• Mga Tool sa Pagputol
• Pamutol ng Wire
• Super Pandikit
• Zip Ties (marami sa kanila, sa 2 laki)
• Paint Spray (na may kulay na gusto mo - itim ang ginamit ko)

Mga Bahagi

1. ArduCopter Flight Controller (Gumamit ako ng isang lumang APM 2.8, ngunit dapat kang pumunta para sa isang PixHawk o PIX Mini)
2. GPS Antenna na may Magnetometer
3. MAVLink Telelemetry Module (para sa komunikasyon sa ground station)
4. 6CH Receiver + Transmitter
5. Transmitter ng Video
6. Servo Motor (hindi bababa sa 1.5kg metalikang kuwintas)
7. 10 "Mga Propeller (2 CCW, 1 CW + dagdag para sa kapalit)
8. 3 30A SimonK ESCs (Electronic Speed Controller) + 3 920kv Motors
9. 3S Baterya 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (may kasamang infrablue filter)
11. 2 Mga Strap ng Baterya
12. Pag-mount ng Vibration Damping
13. 1.2cm Square Shaped Wooden Booms (bumili ako ng 1.2 meter rod)
14. 2-3mm Makapal na Wooden Lamina Plate
15. Action Camera (Gumamit ako ng 4k may kakayahang GoPro clone - SJCAM 5000x)

Ito ang mga bahagi na ginamit ko para sa aking drone, huwag mag-atubiling baguhin ito ayon sa gusto mo. Kung hindi ka sigurado tungkol sa kung ano ang gagamit ng mag-iwan ng isang komento at susubukan kong tulungan ka. Tandaan: Ginamit ko ang hindi ipinagpatuloy na board ng APM bilang isang flight controller, dahil mayroon akong isang ekstrang. Lumilipad nang maayos, ngunit ang board na ito ay hindi na suportado kaya't marahil ay makakakuha ka ng isa pang flight controller na katugma ng ArduCopter para sa mahusay na mga tampok sa GPS.

Hakbang 3: Pagputol ng Frame

I-download ang frame file, i-print ito, at gupitin ito. Suriin kung tama ang naka-print na laki pagkatapos gumamit ng panulat upang markahan ang hugis at ang mga butas sa kahoy na plato. Gumamit ng isang lagari upang i-cut ang frame at isang drill ang mga butas na may isang 3mm na bit. Kakailanganin mo lamang ang dalawa sa mga ito, gumawa lang ako ng 4 bilang ekstrang bahagi.

Hakbang 4: Magtipon ng Frame

Gumamit ako ng 3mm screws at nut upang tipunin ang frame. Pinutol ko ang bawat boom na 35cm ang haba at nag-iwan ng 3cm ang haba sa harap ng frame. Huwag pigilan ang mga kasukasuan, ngunit tiyakin na may sapat na alitan kaya't ang mga bisig ay hindi nakatiklop. Ito ay isang talagang matalinong disenyo, nag-crash ako ng dalawang beses at wala lamang ang mga kamay na nakatiklop.

Hakbang 5: Mga butas sa Pagbabarena para sa Mga Motors

Suriin ang laki ng iyong motor screws at ang distansya sa pagitan ng mga ito pagkatapos ay mag-drill ng dalawang butas sa kaliwa at kanang kahoy na braso. Kailangan kong mag-drill ng isang malalim na 5mm at lapad na 8mm sa mga braso upang ang mga shaft ay may sapat na silid upang paikutin. Gumamit ng isang papel de liha upang alisin ang mga maliit na splinters at pumutok ang alikabok. Hindi mo nais ang anumang alikabok sa iyong mga motor dahil maaaring maging sanhi ito ng hindi kinakailangang alitan at init.

Hakbang 6: Tiklupin ang GPS Mount

Kailangan kong mag-drill sa labis na mga butas para sa aking antena ng GPS para sa isang mahusay na magkasya. Dapat mong ilagay ang kumpas mo nang mataas upang hindi ito makagambala sa magnetic field ng mga motor at wires. Ito ay isang simpleng natitiklop na antena na tumutulong sa akin na mapanatili ang aking pag-set hangga't maaari.

Hakbang 7: Pagpinta ng Frame

Ngayon ay kailangan mong i-unscrew ang lahat at gawin ang pinturang trabaho. Natapos kong pumili ng matte deep black color spray na ito. Kinabit ko ang mga bahagi sa isang thread at simpleng pininta ito. Para sa isang talagang mahusay na resulta gumamit ng 2 o higit pang mga layer ng pintura. Ang unang layer ay marahil ay magmukhang medyo nalampasan dahil ang kahoy ay kakainin ang kahalumigmigan. Kaya, nangyari iyon sa aking kaso.

Hakbang 8: Pag-mount sa Vibration Damping Platform

Mayroon akong platform na may hawak ng gimbal na kung saan sa aking pagbuo ay nagdoble din bilang isang may hawak ng baterya din. Kailangan mong i-mount ito sa ilalim ng iyong frame gamit ang mga kurbatang zip at / o mga tornilyo. Ang bigat ng baterya ay nakakatulong na sumipsip ng maraming panginginig ng boses sa gayon makakakuha ka ng isang napakagandang kuha ng camera. Maaari mo ring mai-mount ang ilang mga landing gears sa mga plastic rod, naramdaman kong hindi kinakailangan. Ang itim na kulay na ito ay nagtrabaho nang maayos, sa puntong ito dapat kang magkaroon ng isang magandang hitsura na frame at oras na upang i-set up ang iyong flight controller.

Hakbang 9: Pag-set up ng ArduCopter

Upang mai-setup ang flight controller kakailanganin mo ng isang karagdagang libreng software. I-download ang Mission Planner sa Windows o APM Planner sa Mac OS. Kapag na-plug mo ang iyong flight controller at buksan ang software ang isang wizard helper ay mag-i-install ng pinakabagong firmware sa iyong board. Tutulungan ka nitong i-calibrate ang iyong compass, accelerometer, radio controller at flight mode din.

Mga Mode ng Paglipad

Inirerekumenda kong gamitin ang Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home and Land bilang iyong anim na flight mode. Tunay na kapaki-pakinabang ang Circle pagdating sa inspeksyon ng halaman. Ito ay pagpunta sa orbit sa paligid ng isang naibigay na coordinate sa gayon ito ay makakatulong upang pag-aralan ang iyong mga halaman mula sa bawat anggulo sa isang napaka tumpak na paraan. Maaari kong gawin ang orbit sa mga stick, ngunit mahirap na mapanatili ang isang perpektong bilog. Ang loiter ay tulad ng pag-park ng iyong drone sa kalangitan, kaya maaari kang kumuha ng mataas na resolusyon ng mga larawan ng NDVI at ang RTH ay kapaki-pakinabang kung maluwag ang signal o maluwag ang oryentasyon ng iyong drone.

Magbayad ng pansin sa iyong mga kable. Gamitin ang eskematiko upang mai-plug sa iyong mga ESC sa tamang mga pin at suriin sa Mission Planner ang mga kable ng iyong mga input channel. Huwag kailanman subukan ang mga ito sa props!

Hakbang 10: Pag-install ng GPS, Camera, at Flight Controller

Kapag ang iyong flight controller ay naka-calibrate maaari kang gumamit ng ilang foam tape at mai-install ito sa gitna ng iyong frame. Tiyaking nakaharap ito at may sapat na silid para sa mga kable. I-mount ang GPS gamit ang 3mm screws at gumamit ng mga kurbatang zip upang mapanatili ang lugar ng iyong camera. Ang mga GoPro clone na ito ay may kasamang lahat ng mga mounting utilities kaya't napakasimple upang mai-install ang isang ito.

Hakbang 11: ESCs at Power Cable

Ang aking mga baterya ay mayroong isang konektor na XT60 kaya naghinang ako ng 3 positibo at 3 negatibong mga wire sa bawat pin ng isang babaeng konektor. Gumamit ng ilang heat shrink tube upang maprotektahan ang mga koneksyon laban sa pagpapaikli sa kanila (maaari mo ring gamitin ang electrical tape). Kapag hinihinang mo ang mga makapal na wire na ito ay pinagsama ang mga ito at inaayos ang mga ito ng isang wire na tanso pagkatapos ay magdagdag ng maraming tinunaw na solder. Hindi mo nais ang walang malamig na mga solder joint lalo na sa pag-power up ng ESCs.

Hakbang 12: Tagatanggap at Mga Antena

Upang magkaroon ng isang mahusay na pagtanggap ng signal kailangan mong i-mount ang iyong mga antena sa 90 degree. Gumamit ako ng mga kurbatang zip at nagpapainit ng mga tubo upang mai-mount ang aking mga antena ng receiver sa harap ng aking drone. Karamihan sa mga tatanggap ay may mga cable kaya at ang mga channel ay may label na kaya dapat madali itong i-set up.

Hakbang 13: Ang Mekanismo ng buntot

Ang mekanismo ng buntot ay ang kaluluwa ng isang tricopter. Natagpuan ko ang disenyo na ito sa online kaya sinubukan ko ito. Naramdaman kong ang orihinal na disenyo ay medyo mahina ngunit kung baligtarin mo ang mekanismo gumagana ito ng perpekto. Pinutol ko ang labis na bahagi gamit ang isang dremel tool. Sa larawan maaaring mukhang ang aking servo motor ay medyo naghihirap ngunit gumagana itong walang kamali-mali. Gumamit ng isang maliit na patak ng superglue kapag hinihigpitan ang mga tornilyo upang hindi sila mahulog dahil sa mga panginginig ng boses; o maaari mong i-zip ang mga motor tulad ng ginawa ko.

Hakbang 14: Paggawa ng isang Hovering Test at PID Tuning

I-double check ang lahat ng iyong mga koneksyon at tiyaking hindi ka magprito ng anumang bagay kapag isaksak sa iyong baterya. I-install ang iyong mga propeller at subukang mag-hover gamit ang iyong drone. Ang minahan ay medyo makinis sa labas ng kahon, kailangan kong gumawa ng isang maliit na pag-tune ng yaw dahil ito ay masyadong tama ang pagwawasto. Hindi ko maituro ang pag-tune ng PID sa Instructable na ito, natutunan ko ang halos lahat mula sa video tutorial ni Joshua Bardwell. Ipinaliwanag niya ito nang mas mahusay kaysa sa kaya ko.

Hakbang 15: Pumili ng isang Raspberry at I-install ang Raspbian (Jessie)

Nais kong panatilihin ito bilang magaan na timbang hangga't maaari kaya sumama ako sa RPi Zero W. Gumagamit ako ng Raspbian Jessie dahil ang mga mas bagong bersyon ay may ilang mga problema sa OpenCV na ginagamit namin upang makalkula ang vegetation index mula sa hilaw na footage. Kung nais mo ng mas mataas na rate ng FPS dapat mong piliin ang Raspberry Pi v4. Maaari mong i-download ang software dito.

Pag-install ng Mga Depende

Gagamitin namin ang PiCamera, OpenCV at Numpy sa proyektong ito. Bilang isang sensor ng imahe pinili ko ang mas maliit na 5MP camera na katugma lamang sa mga Zero board.

1. I-flash ang iyong imahe gamit ang iyong paboritong tool (gusto ko si Balena Etcher).
2. I-boot up ang iyong Raspberry na may konektadong monitor.
3. Paganahin ang mga interface ng Camera at SSH.
4. Suriin ang iyong IP address kung may ifconfig sa terminal.
5. SSH sa iyong RPi gamit ang ssh pi @ HIS_IP na utos.
6. Kopyahin at i-paste ang mga tagubilin upang mai-install ang kinakailangang mga softwares:

sudo apt-get update

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 (upang subukan ito) i-import ang cv2 cv2._ bersyon_

Dapat mong makita ang isang tugon sa numero ng bersyon ng iyong OpenCV library.

Hakbang 16: Pagsubok sa NoIR Camera at NDVI Imaging

Patayin ang iyong board ng RPi, ipasok ang camera at pagkatapos ay maaari naming subukang gawin ang ilang imaging NDVI dito. Maaari mong makita sa bulaklak (ang isang may pulang background), na ang mga berdeng bahagi sa loob ay nagpapakita ng ilang aktibidad na potosintesis. Ito ang aking unang pagsubok, na ginawa sa Infragram. Natutunan ko ang lahat ng mga formula at pagmamapa ng kulay sa kanilang site upang sumulat ng isang kumpletong code na nagagamit. Upang gawing mas automatized ang mga bagay gumawa ako ng isang script ng Python na kumukuha ng mga frame, kinakalkula ang mga imaheng NDVI at nai-save ang mga ito sa 1080p sa copter.

Ang mga imaheng ito ay magkakaroon ng isang kakatwang colormap at magmukhang magmula ito sa ibang planeta. Gumawa ng ilang mga pagsubok, baguhin ang ilang mga variable, maayos ang iyong sensor bago ang unang misyon.

Hakbang 17: Pag-install ng RPi Zero W sa Drone

Inilagay ko ang Pi Zero sa harap ng tricopter. Maaari mong harapin ang iyong camera pasulong tulad ng ginawa ko o pababa din. Ang kadahilanang ang minahan ay nakaharap upang ipakita ang pagkakaiba sa pagitan ng mga halaman at iba pang mga hindi photosynthetic na bagay. Tandaan: Maaaring mangyari na ang ilang mga ibabaw ay sumasalamin ng ilaw ng IR o mas mainit sila kaysa sa paligid na sanhi na magkaroon sila ng isang maliwanag na kulay dilaw.

Hakbang 18: Pagdaragdag ng isang Video Transmitter (Opsyonal)

Mayroon akong VTx na nakalagay sa paligid pati na rin naka-install sa likod na braso ng aking copter. Ito ay may isang saklaw na 2000 metro ngunit hindi ko pa nagamit ito habang gumagawa ng mga pagsubok. Ang paglipad lamang ng FPV ang kasama nito. Kapag hindi ko ito ginagamit ay tinanggal ang mga kable, kung hindi man ay nakatago sila sa ilalim ng frame upang mapanatili ang aking build na maganda at malinis.

Hakbang 19: Paggawa ng Pagtatasa ng Halaman

Gumawa ako ng dalawang 25 minutong flight para sa isang tamang pagsusuri. Karamihan sa aming mga gulay ay tila maging okay, ang patatas ay nangangailangan ng dagdag na pangangalaga at pagtutubig. Pupunta upang suriin ito na nakatulong sa loob ng ilang araw. Mukha silang berde sa larawan kumpara sa mga orange at pink na puno.

Gusto kong gawin ang mga flight ng bilog upang masuri ko ang mga halaman mula sa bawat anggulo. Malinaw mong nakikita na sa ilalim ng mga puno ng prutas ang ilang mga gulay ay hindi nakakakuha ng sapat na sikat ng araw na nagiging asul o itim sa mga imaheng NDVI. Hindi ito problema kung ang isang bahagi ng puno ay hindi nakakakuha ng sapat na sikat ng araw sa isang araw, ngunit masama kung ang buong halaman ay naging itim at puti.

Hakbang 20: Lumipad na Ligtas;)

Salamat sa pagbabasa ng Makatuturo na ito, inaasahan kong ang ilan sa iyo ay susubukan na gumawa ng mga eksperimento sa imaging NDVI o sa pagbuo ng mga drone. Masaya ako sa paggawa ng proyektong ito mula sa zero sa labas ng mga kahoy na bahagi, kung nagustuhan mo rin maaari mong isaalang-alang ang pagtulong sa akin sa iyong mabait na pagboto. Oh, ligtas na lumipad, hindi kailanman mas mataas sa mga tao at masiyahan sa libangan!

Unang Gantimpala sa Make It Fly Challenge