Drone Berkebun Pemeriksaan Tanaman DIY (Lipat Trikopter dengan Anggaran): 20 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Di rumah hujung minggu kami mempunyai taman kecil yang bagus dengan banyak buah dan sayur-sayuran tetapi kadang-kadang sukar untuk mengikuti bagaimana tanaman berubah. Mereka memerlukan pengawasan yang berterusan dan mereka sangat terdedah kepada cuaca, jangkitan, bug, dll …

Saya mempunyai banyak alat ganti multikopter dari projek lama yang terletak di kotak alat saya jadi saya memutuskan untuk merancang dan membina drone yang dapat melakukan analisis kilang menggunakan Rasperry Pi Zero W dan NoIR PiCamera. Saya juga ingin membuat video mengenai projek ini tetapi sukar di sebelah universiti, jadi saya hanya akan memuat naik rakaman mentah.

Teori di sebalik Pengimejan Inframerah Dekat

Saya cadangkan untuk membaca artikel Wikipedia ini. Singkat cerita, apabila tumbuhan berfungsi secara normal, mereka memantulkan cahaya inframerah yang datang dari Matahari. Banyak haiwan dapat melihat cahaya IR, seperti ular dan reptilia tetapi kamera anda juga dapat melihatnya (cubalah dengan alat kawalan jauh TV). Sekiranya anda mengeluarkan penapis IR dari kamera, anda akan mendapat gambar yang bersih dan bersih. Sekiranya anda tidak mahu memecahkan kamera anda, maka anda harus mencubanya dengan NoIR PiCamera, yang pada dasarnya sama dengan PiCamera standard tetapi tidak mempunyai penapis IR terpasang. Sekiranya anda meletakkan penapis infrablue di bawah lensa kamera anda, anda hanya akan mendapat lampu IR pada saluran Merah anda, cahaya biru di saluran Biru, hijau dan merah disaring. Dengan menggunakan formula indeks vegetasi perbezaan normal untuk setiap piksel, anda dapat memperoleh petunjuk yang sangat baik mengenai kesihatan dan aktiviti fotosintesis tanaman anda. Dengan projek ini saya dapat mengimbas halaman belakang rumah dan mengenal pasti tanaman yang tidak sihat di bawah pokok pir kami.

Mengapa Tropter?

Saya suka helikopter sedikit lebih banyak daripada quad misalnya kerana kecekapannya. Mereka mempunyai masa penerbangan yang lebih lama, lebih murah dan anda boleh melipatnya yang mungkin merupakan satu-satunya ciri terbaik ketika menggunakan drone DIY. Saya juga menikmati terbang dengan trikopter ini, mereka mempunyai kawalan "kapal terbang-ish" yang akan anda alami jika anda membina drone ini bersama saya. Apabila disebut nama David Windestal mungkin yang pertama dalam carian Google, saya cadangkan untuk melihat laman webnya, saya juga menggunakan reka bentuk bingkai lipatnya.

Langkah 1: Rakaman Penerbangan

Ini adalah penerbangan ujian kedua saya di mana penyusun telah disesuaikan dan bersedia untuk melakukan analisis tanaman. Saya mempunyai beberapa rakaman di dalam kapal terbang dari kamera aksi saya, anda boleh melihat persekitaran kita yang indah dari mata burung. Sekiranya anda ingin melihat rakaman NDVI pergi ke langkah terakhir ini. Sayangnya saya tidak sempat membuat video panduan lengkap mengenai trikopter ini, tetapi saya telah memuat naik video ujian penerbangan pendek ini.

Langkah 2: Alat dan Bahagian yang Diperlukan

Dengan pengecualian boom kayu dan penyembur cat, saya mempunyai semua bahagian di kotak alat saya, jadi kos keseluruhan projek ini adalah sekitar $ 5 untuk saya tetapi saya akan berusaha mencari pautan eBay atau Banggood ke setiap bahagian yang saya gunakan. Saya sangat mengesyorkan untuk mencari bahagian-bahagiannya, mungkin anda boleh mendapatkan harga yang lebih baik daripada saya.

Alat

• Besi pematerian
• Alat Dremel
• Pencetak 3D (saya tidak mempunyai satu, rakan saya membantu saya)
• Alat Memotong
• Pemotong wayar
• Lem Super
• Zip Ties (sebilangan besar, dalam 2 saiz)
• Paint Spray (dengan warna yang anda suka - saya menggunakan warna hitam)

Bahagian

1. ArduCopter Flight Controller (Saya menggunakan APM 2.8 lama, tetapi anda harus menggunakan PixHawk atau PIX Mini)
2. Antena GPS dengan Magnetometer
3. Modul Telelemetri MAVLink (untuk komunikasi stesen darat)
4. Penerima 6CH + Pemancar
5. Pemancar Video
6. Servo Motor (sekurang-kurangnya 1.5kg tork)
7. Baling-baling 10 "(2 CCW, 1 CW + tambahan untuk penggantian)
8. 3 30A SimonK ESC (Electronic Speed Controller) + 3 920kv Motor
9. Bateri 3S 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (dilengkapi dengan penapis infrablue)
11. 2 Tali Bateri
12. Pemasangan Peredam Getaran
13. Boom Kayu Berbentuk Persegi 1.2cm (Saya membeli batang 1.2 meter)
14. Plat Lamina Kayu Tebal 2-3mm
15. Action Camera (Saya menggunakan klon GoPro berkemampuan 4k - SJCAM 5000x)

Ini adalah bahagian yang saya gunakan untuk drone saya, jangan ubahnya mengikut keinginan anda. Sekiranya anda tidak pasti tentang apa yang harus digunakan tinggalkan komen dan saya akan cuba membantu anda. Catatan: Saya menggunakan papan APM yang dihentikan sebagai pengawal penerbangan, kerana saya mempunyai satu cadangan. Terbang dengan baik, tetapi papan ini tidak lagi disokong, jadi anda mungkin perlu mendapatkan pengawal penerbangan lain yang serasi dengan ArduCopter untuk ciri GPS yang hebat.

Langkah 3: Memotong Bingkai

Muat turun fail bingkai, cetak, dan potong. Periksa sama ada ukuran yang dicetak betul kemudian gunakan pen untuk menandakan bentuk dan lubang pada piring kayu. Gunakan gergaji untuk memotong bingkai dan gerudi lubang dengan bit 3mm. Anda hanya memerlukan dua daripadanya, saya hanya menjadikan 4 sebagai alat ganti.

Langkah 4: Pasang Bingkai

Saya menggunakan skru dan mur 3mm untuk memasang bingkai. Saya memotong setiap boom panjang 35cm dan meninggalkan panjang 3cm ke bahagian depan bingkai. Jangan mengetatkan sendi, tetapi pastikan terdapat geseran yang cukup sehingga lengan tidak melipat. Ini adalah reka bentuk yang sangat pintar, saya jatuh dua kali dan tidak hanya lengan yang dilipat ke belakang.

Langkah 5: Lubang Penggerudian untuk Motor

Periksa ukuran skru motor anda dan jarak di antara keduanya kemudian gerudi dua lubang ke lengan kayu kiri dan kanan. Saya terpaksa menggerudi lubang sedalam 5mm dan lebar 8mm supaya batangnya mempunyai ruang yang cukup untuk berputar. Gunakan kertas pasir untuk menghilangkan serpihan kecil itu dan hembuskan debu. Anda tidak mahu habuk di motor anda kerana ia boleh menyebabkan geseran dan panas yang tidak perlu.

Langkah 6: Lipat Pemasangan GPS

Saya terpaksa membuat lubang tambahan untuk antena GPS saya agar sesuai. Anda harus meletakkan kompas anda dengan tinggi sehingga tidak mengganggu medan magnet motor dan wayar. Ini adalah antena lipat sederhana yang membantu saya memastikan persediaan saya sekerap mungkin.

Langkah 7: Melukis Bingkai

Sekarang anda mesti melepaskan semua dan melakukan kerja cat. Saya akhirnya memilih semburan warna hitam pekat matte ini. Saya mengaitkan bahagian pada benang dan hanya melukisnya. Untuk hasil yang sangat baik, gunakan 2 atau lebih lapisan cat. Lapisan pertama mungkin kelihatan sedikit habis kerana kayu akan menghabiskan kelembapan. Nah, itu berlaku dalam kes saya.

Langkah 8: Memasang Platform Peredam Getaran

Saya mempunyai platform pemegang gimbal ini yang pada masa ini juga berfungsi sebagai pemegang bateri. Anda harus memasangkannya di bawah bingkai anda dengan tali zip dan / atau skru. Berat bateri membantu menyerap getaran yang banyak sehingga anda akan mendapat rakaman kamera yang sangat bagus. Anda juga boleh memasang beberapa roda pendaratan pada batang plastik, saya rasa tidak perlu. Warna hitam ini berfungsi dengan baik, pada ketika ini anda harus mempunyai bingkai yang cantik dan sudah tiba masanya untuk menyediakan pengawal penerbangan anda.

Langkah 9: Menyiapkan ArduCopter

Untuk menyediakan pengendali penerbangan, anda memerlukan perisian percuma tambahan. Muat turun Mission Planner pada Windows atau APM Planner pada Mac OS. Apabila anda memasang pengawal penerbangan anda dan membuka perisian, pembantu penyihir akan memasang firmware terkini di papan anda. Ini akan membantu anda mengkalibrasi kompas, akselerometer, pengawal radio dan mod penerbangan anda juga.

Mod Penerbangan

Saya cadangkan untuk menggunakan Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home and Land sebagai mod penerbangan enam anda. Circle sangat berguna untuk pemeriksaan tanaman. Ini akan mengorbit pada koordinat tertentu sehingga membantu menganalisis tanaman anda dari setiap sudut dengan cara yang sangat tepat. Saya boleh melakukan orbit dengan tongkat, tetapi sukar untuk mengekalkan lingkaran yang sempurna. Loiter seperti meletakkan drone anda di langit, jadi anda boleh mengambil gambar NDVI beresolusi tinggi dan RTH berguna jika anda kehilangan isyarat atau kehilangan arah drone anda.

Perhatikan pendawaian anda. Gunakan skema untuk memasangkan ESC anda pada pin yang betul dan periksa pendawaian saluran input anda di Mission Planner. Jangan sekali-kali menguji ini dengan alat peraga!

Langkah 10: Memasang GPS, Kamera, dan Pengawal Penerbangan

Setelah pengawal penerbangan anda dikalibrasi, anda boleh menggunakan beberapa pita busa dan memasangnya di bahagian tengah bingkai anda. Pastikan ia menghadap ke depan dan cukup ruang untuk kabel. Pasang GPS dengan skru 3mm dan gunakan ikatan zip untuk memastikan kamera berada di tempatnya. Klon GoPro ini dilengkapi dengan semua utiliti pemasangan sehingga cukup mudah untuk memasangnya.

Langkah 11: ESC dan Kabel Kuasa

Bateri saya mempunyai penyambung XT60 jadi saya menyolder 3 wayar positif dan 3 negatif pada setiap pin penyambung wanita. Gunakan beberapa tiub pengecutan haba untuk melindungi sambungan daripada memendekkannya (anda juga boleh menggunakan pita elektrik). Apabila anda memateri wayar tebal ini, gosokkannya dan pasangkan wayar tembaga kemudian tambahkan banyak pateri cair. Anda tidak mahu sendi pateri sejuk terutamanya semasa menghidupkan ESC.

Langkah 12: Penerima dan Antena

Untuk mendapat penerimaan isyarat yang baik, anda perlu memasang antena dalam 90 darjah. Saya menggunakan ikatan zip dan tiub pengecutan panas untuk memasang antena penerima di bahagian depan drone saya. Sebilangan besar penerima dilengkapi dengan kabel dan salurannya dilabelkan sehingga mudah untuk memasangnya.

Langkah 13: Mekanisme Ekor

Mekanisme ekor adalah jiwa trikter. Saya telah menjumpai reka bentuk ini dalam talian jadi saya mencubanya. Saya rasa reka bentuk asalnya agak lemah tetapi jika anda membalikkan mekanisme, ia berfungsi dengan sempurna. Saya memotong bahagian yang berlebihan dengan alat dremel. Pada gambarnya nampaknya motor servo saya sedikit menderita tetapi ia berfungsi dengan sempurna. Gunakan sedikit titisan superglue semasa mengetatkan skru supaya tidak jatuh kerana getaran; atau anda boleh mengikat motor dengan zip seperti saya.

Langkah 14: Melakukan Ujian Melayang dan Penalaan PID

Periksa semula semua sambungan anda dan pastikan anda tidak menggoreng apa-apa semasa memasang bateri anda. Pasang baling-baling anda dan cuba letakkan dengan drone anda. Tambang saya cukup lancar, saya hanya perlu melakukan sedikit penyesuaian kerana ia terlalu banyak membetulkan. Saya tidak dapat mengajar penalaan PID dalam Instructable ini, saya belajar hampir semua perkara dari tutorial video Joshua Bardwell. Dia menjelaskan perkara ini jauh lebih baik daripada yang saya dapat.

Langkah 15: Pilih Raspberry dan Pasang Raspbian (Jessie)

Saya ingin memastikan ini seberat mungkin, jadi saya menggunakan RPi Zero W. Saya menggunakan Raspbian Jessie kerana versi yang lebih baru mempunyai beberapa masalah dengan OpenCV yang kami gunakan untuk mengira indeks tumbuh-tumbuhan dari rakaman mentah. Sekiranya anda mahukan kadar FPS yang lebih tinggi, anda harus memilih Raspberry Pi v4. Anda boleh memuat turun perisian di sini.

Memasang Tanggungan

Kami akan menggunakan PiCamera, OpenCV dan Numpy dalam projek ini. Sebagai sensor gambar, saya memilih kamera 5MP yang lebih kecil yang hanya serasi dengan papan Zero.

1. Flash gambar anda menggunakan alat kegemaran anda (saya suka Balena Etcher).
2. Boot Raspberry anda dengan monitor yang disambungkan.
3. Dayakan antara muka Kamera dan SSH.
4. Periksa alamat IP anda dengan ifconfig di terminal.
5. SSH ke RPi anda dengan perintah ssh pi @ YOUR_IP.
6. Salin dan tampal arahan untuk memasang perisian yang diperlukan:

sudo apt-get kemas kini

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 (untuk mengujinya) import cv2 cv2._ versi_

Anda akan melihat respons dengan nombor versi perpustakaan OpenCV anda.

Langkah 16: Menguji Kamera NoIR dan Pengimejan NDVI

Matikan papan RPi anda, masukkan kamera dan kemudian kami boleh mencuba pengimejan NDVI dengannya. Anda dapat melihat pada bunga (yang mempunyai latar belakang merah), bahawa bahagian-bahagian yang lebih hijau di dalamnya menunjukkan beberapa aktiviti fotosintetik. Ini adalah ujian pertama saya, yang dibuat dengan Infragram. Saya belajar semua formula dan pemetaan warna di laman web mereka untuk menulis kod yang berfungsi sepenuhnya. Untuk menjadikan sesuatu lebih automatik saya membuat skrip Python yang menangkap bingkai, mengira gambar NDVI dan menyimpannya dalam 1080p pada copter.

Gambar-gambar ini akan mempunyai colormap pelik dan akan kelihatan seperti gambar dari planet lain. Buat beberapa ujian, ubah beberapa pemboleh ubah, sesuaikan sensor anda sebelum misi pertama.

Langkah 17: Memasang RPi Zero W pada Drone

Saya memasang Pi Zero di bahagian depan trikter. Anda juga boleh menghadap kamera ke depan seperti yang saya lakukan atau ke bawah. Sebab tambang menghadap ke hadapan adalah untuk menunjukkan perbezaan antara tumbuhan dan objek bukan fotosintetik yang lain. Catatan: Mungkin terdapat beberapa permukaan yang memantulkan cahaya IR atau lebih panas daripada persekitaran yang menyebabkan mereka mempunyai warna kuning terang.

Langkah 18: Menambah Pemancar Video (Pilihan)

Saya telah meletakkan VTx ini juga sehingga dipasang di lengan belakang copter saya. Ini mempunyai jarak sejauh 2000 meter tetapi saya belum menggunakannya semasa membuat ujian. Hanya penerbangan FPV untuk bersenang-senang dengannya. Apabila saya tidak menggunakannya, kabel dilepaskan, jika tidak, ia tersembunyi di bawah bingkai untuk memastikan bangunan saya tetap baik dan bersih.

Langkah 19: Melakukan Analisis Tumbuhan

Saya melakukan dua penerbangan 25 minit untuk analisis yang tepat. Sebilangan besar sayur-sayuran kami kelihatan baik, kentang memerlukan penjagaan dan penyiraman tambahan. Akan memeriksanya yang membantu dalam beberapa hari. Mereka kelihatan berwarna hijau pada gambar berbanding pokok oren dan merah jambu.

Saya suka melakukan penerbangan bulatan sehingga saya dapat memeriksa tanaman dari setiap sudut. Anda dapat melihat dengan jelas bahawa di bawah pokok buah-buahan, beberapa sayur-sayuran tidak mendapat cahaya matahari yang mencukupi sehingga menjadikannya biru atau hitam dalam gambar NDVI. Tidak menjadi masalah jika satu bahagian pokok tidak mendapat cahaya matahari yang cukup pada waktu siang, tetapi tidak baik jika keseluruhan tanaman berubah menjadi hitam putih.

Langkah 20: Terbang Selamat;)

Terima kasih kerana membaca Instructable ini, saya harap sebilangan daripada anda akan berusaha melakukan eksperimen dengan pencitraan NDVI atau dengan membina drone. Saya bersenang-senang membuat projek ini dari bahagian kayu yang tidak ada, jika anda suka juga, anda boleh mempertimbangkan untuk membantu saya dengan suara baik anda. Oh, selamat terbang, jangan melebihi orang dan nikmati hobinya!

Hadiah Pertama dalam Cabaran Make It Fly