Sundin Ako - Gabay sa Raspberry Pi Smart Drone: 9 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Palagi kang naiisip kung paano gumawa ng isang drone mula sa A-Z?

Ipinapakita sa iyo ng tutorial na ito kung paano gumawa ng isang 450mm quadcopter na sunud-sunod na hakbang mula sa pagbili ng mga bahagi hanggang sa pagsubok sa iyong aerial robot sa kanyang unang flight.

Bilang karagdagan, sa isang Raspberry Pi at isang PiCamera maaari kang mag-stream ng isang live na video sa iyong aparato at makontrol ang iyong drone sa unang pagtingin sa tao! Nag-aalok din ang Raspberry Pi ng posibilidad na mapagbuti ang iyong drone kahit na higit pa at magdagdag ng mga tampok bilang pagsubaybay sa tao, pag-iwas sa balakid at isang istasyon ng panahon. Ipapakita sa iyo ng tutorial na ito kung paano mo susundan ang iyong drone.

Ang bentahe ng Raspberry Pi ay higit sa lahat na maaari nitong maproseso ang ilang mga artipisyal na algorithm ng paningin para sa mga tampok na nangangailangan ng drone na maging "matalinong".

Sa itinuturo na ito, malalaman mo:

• Ano ang mga tool / bahagi na kailangan mong bilhin
• Paano ayusin ang lahat ng mga bahagi sa frame
• Paano gawin ang mga koneksyon para sa propulsion system
• Paano i-configure ang iyong micro-controller
• Paano ikonekta ang receiver sa transmitter
• Paano mag-stream ng isang video na kuha ng drone sa iyong telepono
• Paano upang ibagay ang iyong PID para sa isang mas mahusay na kontrol
• Paano ipatupad ang pagsubaybay sa tao

Gayundin ang drone ay may isang pulang LED na lumiliko kapag ang drone ay naghahanap para sa isang tao at isang berdeng LED kapag ang isang tao ay napansin at ang drone ay sumusunod sa kanya. Ang isang pindutan ay ipinatupad din upang patayin ang Pi bago idiskonekta ang baterya sa SD card ng Raspberry Pi ay hindi masira.

Nilalayon ng tutorial na ito na itakda ang mga pangunahing kaalaman sa kung paano bumuo ng isang napapasadyang matalinong drone, kaya kung ikaw ay isang kumpletong nagsisimula, nakarating ka sa tamang lugar!

Hakbang 1: Pangkalahatang-ideya

Upang makabuo ng isang quadcopter, kailangan namin ng 4 na motor at 4 ESCs (Electronic Speed Controller) bawat isa ay konektado sa isang motor. Ang isang board ng pamamahagi ng kuryente ay ginagamit upang ipamahagi ang lakas mula sa baterya patungo sa 4 ESCs.

Tumatanggap ang ESC ng utos mula sa flight controller (narito ang isang MultiWii board) at inililipat ito sa motor.

Ang flight controller na ito ay may gyroscope, accelerometer at barometer. Maaari ka ring magdagdag ng isang module ng Bluetooth at isang GPS dito.

Upang gawin ang koneksyon sa pagitan ng Raspberry Pi at ng flight controller, gumagamit kami ng isang FTDI adapter. Sa gayon maaari kaming magpadala ng mga utos sa controller mula sa aming Pi. Gayundin, upang gawin ang pagkakalibrate ng PID at i-upload ang firmware ng Mulltiwii sa flight controller, ang FTDI ay magiging lubhang kapaki-pakinabang.

Sa wakas, kinokontrol namin nang malayuan ang drone na may isang remote control na nagpapadala ng mga utos sa mga tatanggap at ipinapadala sila sa flight controller.

Nagbibigay din ang Raspberry Pi ng isang stream na maaaring matingnan sa anumang browser mula sa isang aparato tulad ng isang telepono halimbawa. Sa ganitong paraan maaari nating tingnan kung ano ang nakikita ng Pi Camera kapag nasa hangin ito.

Hakbang 2: Pagtitipon ng mga Bahagi

Ang mga sumusunod na bahagi ay kinakailangan upang matagumpay na makumpleto ang tutorial na ito:

1) Ang frame: 4-axis 450 F Frame

2) Ang transmiter at tatanggap: Flysky FS-i6X

3) Ang Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B Motherboard

4) Ang camera: PiCamera

5) Ang microcontroller: Crius MultiWii SEV2.6

6) Ang FTDI: FTDI USB sa TTL / FT232 Converter

7) Maliit na mga wire: Elegoo 120pcs Multicolored Dupont Wire

8) Ang mga motor (x4): Liobaba 1100KV 2-4S Brushless Motor

9) Ang ESCs (x4): Brushless ESC 30A Brushless ESC firmware w / 5V 3A UBEC

10) Ang baterya: HRB 11.1V 5000mAh 3S 50C-100C LiPo Battery

11) Ang mga konektor: Mga konektor ng Gold Platted 3.5mm (x4) at Artrinck XT-60 60A / 100A Lalaki Babae

12) Ang mga propeller (x3): FidgetGear 10x4.5 Propeller (Blue)

13) Ang mounting pad ng flight controller: Flight Controller Mounting Pad

14) Ang ilang mga heats-shrinkable sheaths: Paliitin na tubo - SODIAL

15) Mga Wires: 16GA wire

16) Ang soldering iron: Holife Soldering Iron Kit, 60W 110V Adjustable Temperature Controlled Welding Tool

Opsyonal

• Isang buzzer: Venom Low Voltage Monitor para sa 2S hanggang 8S LiPO Baterya
• Isang suporta / rak para sa Pi at flight controller: Box Storage Case para sa Raspberry Pi
• Pagbutihin ang iyong karanasan sa paghihinang gamit ang: Elenco Helping Hands at 60-40 Tin Lead Rosin Core Solder

Ang TOTAL na gastos ng lahat ng mga bahaging ito ay dapat na 450.71 CAN $.

Hakbang 3: Mga Soldering at Pag-aayos ng Mga Bahagi sa Frame

Dalawang bahagi ang nangangailangan ng paghihinang:

1. Ang mga ESC (hindi sila sumama sa mga konektor sa mga paa't kamay)
2. Ang board ng pamamahagi ng kuryente (sa aming kaso na isinama sa frame)

Gumamit ng mga babaeng konektor ng tx sa mga wire na idinagdag mo sa pamamahagi ng board, ang mga konektor ng lalaki na tx sa mga wires ng pamamahagi ng board ng ESC at ang mga konektor ng ginto na 3.5mm sa mga kable ng motor ng ESC. Huwag kalimutan na idagdag ang init-shrinkable sheath upang insulate (hindi namin nais na makita ang anumang hubad na kawad).

Payo para sa paghihinang:

• Gumamit ng gitnang laki ng flat iron tip (na ibinigay sa iyong soldering kit) at painitin ang solder iron sa 400 degC.
• Linisin madalas ang dulo ng soldering wire gamit ang water sponge.
• Matunaw ang ilang paghihinang sa dalawang mga ibabaw na nais mong kumonekta muna, pagkatapos ay idikit ito at magdagdag ng higit pang panghinang.

Para sa karagdagang detalye tungkol sa kung paano maghinang ang lahat huwag mag-atubiling tingnan ang aming website.

Ayusin ang mga bahagi sa frame:

1. Gumamit ng dalawang mga turnilyo upang ayusin ang mga motor sa dulo ng bawat braso.
2. Ayusin ang suporta ng electronics sa frame na may mga nut at bolts.
3. Ayusin ang Pi sa suporta gamit ang mga nut at bolts.
4. Idikit ang ilang mounting pad (upang sumipsip ng mga panginginig) sa tuktok ng suporta at idikit ka Multiwii dito na tinitiyak na eksaktong nasa kalagitnaan ng frame at sa arrow na nakaturo sa pagitan ng dalawang braso ng parehong kulay.
5. Idikit ang tagatanggap sa suporta gamit ang ilang velcro.
6. Ilagay sa iyo ang mga ESC sa bawat braso gamit ang kurbatang-balot.
7. Gumamit ng mga strap upang ikabit ang baterya sa ibabang antas ng frame.
8. Mag-drill ng mga propeller at ilagay ang mga ito sa motor sa tulong ng espesyal na bolt na kasama ng motor

Hakbang 4: Ang Mga Koneksyon

Para sa tatanggap:

• Ikonekta ang mga Throttle pin sa MultiWii upang mag-channel 3 sa tatanggap.
• Ikonekta ang mga Roll pin sa channel 1 sa receiver.
• Ikonekta ang mga pin ng pitch sa channel 2.
• Ikonekta ang mga Yaw pin sa channel 4.
• Ikonekta ang Auxiliary 1 sa channel 5.

Para sa mga ESC:

Sa Multiwii nakaharap pasulong at may itim na kawad ng ESC's command konektor sa ilalim na pin ng Multiwii;

• Ikonekta ang kaliwang itaas na ESC sa D3.
• Ikonekta ang kanang itaas na ESC sa D10.
• Ikonekta ang kanang-ibaba na ESC sa D9.
• Ikonekta ang kaliwang ibabang ESC sa D11.

Para sa Pi:

• Ikonekta ang PiCamera.
• Ikonekta ang FTDI sa isang mini-USB / USB adapter at ikonekta ito sa Pi, ikonekta din ang mga pin ng FTDI o ang mga FTDI na pin ng MultiWii.
• Ikonekta ang isang - at + pin ng MultiWii sa isang 5V at ground GPIO pin ng Pi.

Para sa mga motor

Bilang default, paikutin ang mga motor sa direksyon ng counter clock (CCW). Kaya para sa kaliwang-kaliwa at kanang-ibabang mga motor, kailangan mong baligtarin ang koneksyon sa mga wire sa ESC (ang itim na pula at pula ang itim) samakatuwid magkakaroon ka ng isang matalinong direksyon sa orasan (CW).

Hakbang 5: I-configure ang Lahat

Alisin ang iyong mga propeller para sa mga sumusunod na hakbang.

Pagprograma ng mga ESC:

Kinokontrol ng electronic speed control ang motor at samakatuwid maraming mga pagpipilian ang magagamit at nasa sa iyo na ipasadya ang iyong ESC kaya't kumikilos ito ayon sa gusto mo.

Alisin ang lahat ng mga wire na konektado sa tatanggap.

Para sa bawat ESC:

1. Ikonekta lamang ang isang ESC sa kapangyarihan (sa pamamahagi board sa aming kaso) at siguraduhin na ang baterya ay naka-disconnect.
2. Ilagay ang ESC pin's sa throttle channel ng tatanggap (sa aming case channel 3).
3. Palakasin ang iyong transmiter.
4. Ilagay ang throttle sa maximum na posisyon sa iyong transmitter.
5. Patayin ang pamamahagi ng board sa pamamagitan ng pagkonekta dito ng baterya. Maaari mo ring gamitin ang ilang mga clip ng buaya at direktang ikonekta ang baterya sa ESC.
6. Pagkatapos ng ilang mga beep, dapat kang makarinig ng isang musikal na tono na may 4 na beep. Matapos ang unang musika na ito ilagay ang throttle sa minimum na posisyon sa iyong transmitter.
7. Maghintay ng kumpirmasyon mula sa UBEC, na ibinigay ng isang beep.
8. Isara ang transmiter.
9. Alisin ang lakas (idiskonekta ang baterya ng Li-Po)

Upang subukan ito:

1. Palakasin ang transmiter na may minimum na posisyon ng throttle.
2. Ikonekta ang baterya.
3. Unti-unting taasan ang throttle sa maximum na lakas. Ang motor ay dapat na umiikot nang mas mabilis kapag tinaasan mo ang throttle.

Pagse-set up ng flight control board:

Para sa hakbang na ito maaari mong alisin ang USB cable ng FTDI sa Pi at ilagay ito sa iyong computer, magiging mas maginhawa upang i-program ang board.

1. I-download ang Arduino sofware sa iyong computer sa pamamagitan ng website.
2. Mag-download ng multiwii firmware pinakabagong bersyon at kunin ito sa iyong computer.
3. Pumunta sa folder na MultiWii na dati nang nakuha, pagkatapos ay buksan ang MultiWii.ino na pupurihin ang Arduino.
4. Pumunta sa config.h file sa Arduino, alisin // sa harap ng # tukuyin ang QUADX upang mai-set up ang uri ng pagsasaayos ng iyong multicopter at sa harap ng #define CRIUS_SE_v2_0 upang mapili ang uri ng board.
5. Pagkatapos ay pumunta sa Mga Tool -> Lupon -> at piliin ang Arduino Pro o Pro Mini at tiyaking sa Mga Tool -> Processor -> na ang ATMmega328P (5V, 16MHz) ay napili.
6. Ang huling pagsasaayos na kailangan nating gawin bago mag-upload sa board ay upang pumunta sa Mga Tool -> Port -> piliin ang port ng iyong MultiWii (COM3 para sa amin).
7. Mag-click sa i-verify at pagkatapos ay sa pag-upload.
8. Tulad ng pag-upload ng code sa Crius MultiWii SE v2.6 dapat mong makita ang mga ilaw na kumikislap sa parehong control board at sa FTDI board.

I-calibrate ang mga sensor sa flight control board:

1. Pumunta sa folder na MultiWiiConf na naroroon sa folder ng MultiWii na na-download dati mula sa kanilang website.
2. Pagkatapos ay pumunta sa -> application.windows32 folder -> pag-double click sa MultiWiiConf application. (Tandaan na kahit na mayroon akong windows 64bits ang 32bits app lamang ang tila gagana).
3. Kailangan mong piliin ang port kung saan nakakonekta ang iyong flight controller (sa kasong ito COM3).
4. Mag-click sa Basahin.
5. Mag-click sa Start.
6. Ilagay ang iyong board flat sa desk at pagkatapos ay mag-click sa Calib_acc.
7. Mag-click sa Calib_mag at pagkatapos ay kailangan mong paikutin ang iyong board sa lahat ng direksyon sa loob ng 30 segundo nang mas mabilis hangga't maaari. Dapat mong makita ang mga spike sa buong grap.

Upang subukan ito:

Paikutin ang iyong board sa pitch, roll at yaw axis at alamin kung may katuturan ang ipinakita ng mga sensor sa software

Pag-set up ng transmiter (remote control):

Una, maaari mong i-verify kung aling stick ang kumokontrol sa aling channel sa Display Menu:

1. Bago mo simulan ang controller, siguraduhin na ang lahat ng mga switch ay nakabukas at ang throttle stick (kaliwang stick) ay nakababa.
2. Simulan ang controller.
3. Pindutin ang pindutan ng Ok.
4. Pumunta sa Pag-setup, pagkatapos ay Ipakita.
5. Maaari mong ilipat ang iyong mga stick upang makita kung aling mga reaksyon ang channel.

Bago magpatuloy, pumili ng isang modelo at isang pangalan:

1. Pumunta sa System-> Piliin ang modelo -> pumili ng isang modelo.
2. Pumunta sa System -> Pangalan ng modelo. At bigyan ito ng isang pangalan. Hawakan ang pagkansela upang mai-save ang iyong mga pagbabago.
3. Pumunta sa System-> Piliin ang uri at itakda ito bilang isang Airplane o glider kahit na ito ay isang quadrirotor.
4. Itakda ang trim sa Subtrim Menu. Kapag ang mga stick ay nasa kanilang walang kinikilingan na posisyon kailangan mo ng mga channel (tingnan sa Display Menu) na nasa 0% para sa paghikab, pitch at roll.
5. Hawakan ang pagkansela upang mai-save ang iyong mga setting.

Susunod, hahayaan mong itakda ang mga setting ng Failsafe:

Tinitiyak nito na kapag ang drone ay napupunta sa malayo mula sa controller at nawala signal, na ang lahat ng mga kontrol ay napupunta sa neutral na posisyon. Kaya upang gawin ito, kailangan nating itakda ang channel 1, 2 at 4 hanggang 0% at buhayin ang Failafe sa kanila sa pamamagitan ng Failsafe Menu. Kailangan din naming buhayin ang failedafe sa throttle at itakda ito sa 100%.

Maaari mo ring gamitin ang iba pang mga switch sa iyong controller sa pamamagitan ng pag-aktibo sa kanila sa System-> Aux. mga switch

Maaari kang magkaroon ng higit pang mga detalye tungkol sa seksyong ito sa aming website.

Hakbang 6: Live Stream

Ang Raspberry Pi ay isang computer at kung ano ang magagawa mo sa isang lumilipad na computer ay may limitasyon lamang sa iyong imahinasyon.

Upang mabuhay ng stream:

1. Paganahin ang PiCamera. Upang magawa ito, simulan ang Pi at ikonekta ang isang mouse at isang monitor dito. Mag-click sa logo ng rasbyan sa kaliwang tuktok, pumunta sa mga kagustuhan, pagkatapos ay Pag-configure ng Raspberry Pi at pagkatapos ay sa tab ng mga interface gawin sur sur ang Camera kung naka-on. Pagkatapos mag-click sa ok.
2. I-download ang script (pinagmulan ng code: mga random na nerd tutorial) at ilagay ito sa iyong folder sa bahay.
3. Patakbuhin ang script sa pamamagitan ng pag-type ng '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' sa terminal.

Kapag ang script ay tumatakbo maaari mong ma-access ang iyong video stream web server sa: https://: 8000. Palitan ng iyong sariling Raspberry Pi IP address, sa aking kaso

Kung hindi mo alam ang iyong Pi IP Address, malalaman mo ito sa pamamagitan ng pag-type ng ifconfig sa terminal na magbibigay sa iyo ng address.

Maaari mong ma-access ang live streaming sa pamamagitan ng anumang aparato na nakakonekta sa parehong network tulad ng Raspberry Pi. Kailangan mo lamang buksan ang browser.

Maaari mo ring mailunsad ang program na ito mula sa iyong smartphone. Kailangan mo lamang i-install ang Terminus app (kung mayroon kang isang iPhone).

Upang direktang ilunsad ang stream kapag pinapagana ang Pi (kaya kapag naka-on ang iyong drone) i-type ang terminal.

sudo nano /home/pi/.bashrc

Pagkatapos ay pumunta sa huling linya at idagdag, echo Tumatakbo sa boot

sudo python3 / home / pi / rpi_camera_surveillance_system.py

sudo reboot

I-save ang iyong file sa pamamagitan ng pagpindot sa Ctrl + X, pagkatapos ay i-type ang Y at mag-click sa Enter.

Binabati kita, ang live stream ay nakatakda na ngayon! Maaari mo itong gamitin upang maniktik sa iyong mga kapit-bahay o gumawa ng karera sa FPV!

Hakbang 7: Ang Sining ng PID Tuning

Handa ka na para sa iyong unang flight. Ang unang bagay na dapat mong gawin ay subukan ang iyong drone nang walang anumang tagabunsod upang makita kung ang lahat ay tumutugon nang maayos.

Pagkatapos, maaari mong idagdag ang iyong mga propeller at magsimula nang napakabagal upang madagdagan ang throttle upang makita kung makakakuha ka.

Ang iyong drone ay marahil mag-oscillate nang dahan-dahan, mag-vibrate o sumirit ang mga motor. Nangangahulugan ito na kailangan mong i-set up ang iyong mga setting ng PID!

Ang bahaging ito ay tumatagal ng ilang sandali kung nais mo ang isang napaka-matatag na drone na tumutugon nang maayos sa iyong mga utos. Ang setting ng PID ay subjective kaya nasa iyo talaga kung paano mo nais na lumipad ang iyong drone. Narito ang pamamaraan:

1. Magsimula sa isang mababang I sa pitch at roll (0.01) at dagdagan ang P hanggang sa makita mo ang mga oscillation ng mataas na dalas at bawasan ito pabalik sa huling halaga.
2. Pagkatapos, dagdagan ko sa pitch at roll sa pamamagitan ng mga pagtaas ng 0.01 hanggang sa muli mong makita ang mga panginginig ng boses o sa palagay mo ang iyong drone ay matigas at hindi tumutugon. Kadalasan ang setting ng I ay makakatulong sa iyo kung nakakaranas ka ng pagbagsak ng altitude at pag-anod. Itinutuon ang mga kaguluhan sa iyong system (ang drone).
3. Ibaba ang iyong P kung nakakita ka ng anumang mga oscillation ng mataas na dalas.
4. Bawasan ang iyong D kung ang iyong drone ay tila masyadong basa (mababa upang tumugon).

Para sa axis ng yaw, karaniwang maaari mong iwanan ito sa default ngunit kung sa palagay mo ang iyong drone ay naaanod sa yaw axis, maaari mong dagdagan ang I.

Hakbang 8: Sundin Ako Tampok

Ang isang autonomous drone ay kahanga-hanga, maaari itong lumipad at ilipat nang hindi nag-aalala tungkol dito.

Ang drone na tapos sa tutorial na ito ay may kakayahang gawin ito sa pamamagitan ng pagproseso ng data na nakuha ng kanyang mga sensor.

Upang magpatupad ng isang tampok tulad ng pagsubaybay sa tao kailangan mong:

1. Gumamit ng camera ng drone upang matulungan siyang pansinin ang kanyang kapaligiran.
2. Gumamit ng isang artipisyal na algorithm ng paningin upang pag-aralan ang kapaligiran.
3. Planuhin ang trajectory ng drone.
4. Utusan ang direksyon upang sundin ang drone.

Mas partikular, ang Pi Camera ay maaaring magbigay ng isang live na stream ng mga imahe sa Raspberry Pi na isang computer na may sapat na lakas upang magpatakbo ng ilang mga artipisyal na algorithm ng paningin.

Ang mga algorithm na ito ay maaaring makakita ng isang tao sa isang larawan at pag-aralan ang posisyon ng taong ito. Ang Haar cascade algorithm o malalim na neural network ay maaaring maging kapaki-pakinabang na mga algorithm para doon.

Samakatuwid, sa pamamagitan ng pag-alam sa posisyon ng taong susundan, maaari mong planuhin kung paano gumagalaw ang mga motor at aling direksyon ang dadalhin depende sa posisyon ng sinusubaybayang bagay sa frame. Halimbawa, kung ang taong susubaybayan ay nasa kanan ng frame na kinunan ng Pi Camera, ang utos ng algorithm sa drone upang lumiko sa kanan.

Sa wakas, sa sandaling napili ang direksyon na dapat sundin ng drone, ang Raspberry Pi ay kailangang magpadala ng isang utos sa Multiwii na pahintulutan ang drone na pumunta sa direksyong iyon. Upang gawin iyon, ang MSP (Multiwii Serial Protocol) ay kapaki-pakinabang upang makipag-usap sa pagitan ng iyong computer (ang Pi) at ng iyong flight controller.

Dito mahahanap mo ang naka-attach na isang paraan kung paano i-code iyon.

Ang isang mas matatag na pamamaraan na gumagamit ng tensorflow at malalim na neural network para sa pagtuklas ng tao ay ipinakita sa aming website.

Maaari mo ring isipin ang maraming iba pang mga paraan upang mapagbuti ang iyong autonomous na drone, tulad ng paggawa sa kanya ng larawan ng bawat oras na makakita siya ng isang puno o isang hayop. Ang pag-iwas sa object ay posible ring ipatupad na itinakda mo lamang ang drone upang ihinto ang kanyang karera kung siya ay mas malapit kaysa sa isang tinukoy na distansya mula sa isang bagay.

Gayundin, maaari mong malaman sa website kung paano ikonekta ang isang LED sa Pi at i-on ito kapag nakita ng drone ang isang taong susundan!

Hakbang 9: Maligayang Paglipad

Simulan ang iyong drone at masiyahan sa iyong mabilisang.

Kung nais mong magpatuloy at magpatupad ng pagsubaybay sa tao sa iyong drone, maaari kang kumunsulta sa aming website para sa isang tutorial tungkol doon.

Salamat sa iyo para sa handa na tutorial na ito!