Ikuti Saya - Panduan Raspberry Pi Smart Drone: 9 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Adakah anda selalu tertanya-tanya bagaimana membuat drone dari A-Z?

Tutorial ini menunjukkan kepada anda bagaimana melakukan quadcopter 450mm selangkah demi selangkah dari membeli alat ganti hingga menguji robot udara anda pada penerbangan pertamanya.

Selain itu, dengan Raspberry Pi dan PiCamera, anda dapat menstrim video langsung pada peranti anda dan mengawal drone anda dalam pandangan orang pertama! Raspberry Pi juga menawarkan kemungkinan untuk meningkatkan drone anda lebih banyak dan menambahkan ciri seperti pengesanan orang, penghalang halangan dan stesen cuaca. Tutorial ini akan menunjukkan kepada anda bagaimana membuat drone anda mengikuti anda.

Kelebihan Raspberry Pi adalah terutamanya bahawa ia dapat memproses beberapa algoritma penglihatan buatan untuk ciri-ciri yang memerlukan drone menjadi "pintar".

Dalam arahan ini, anda akan belajar:

• Alat / alat apa yang perlu anda beli
• Cara membetulkan semua bahagian pada bingkai
• Cara membuat sambungan untuk sistem pendorong
• Cara mengkonfigurasi pengawal mikro anda
• Cara menyambungkan penerima ke pemancar
• Cara streaming video yang diambil oleh drone di telefon anda
• Bagaimana untuk menyesuaikan PID anda untuk kawalan yang lebih baik
• Cara melaksanakan penjejakan orang

Drone juga mempunyai LED merah yang menyala ketika drone sedang mencari seseorang dan LED hijau ketika seseorang dikesan dan drone itu mengikutinya. Butang juga dilaksanakan untuk mematikan Pi sebelum melepaskan bateri ke kad SD Raspberry Pi tidak rosak.

Tutorial ini bertujuan untuk menetapkan asas-asas bagaimana membina drone pintar yang dapat disesuaikan, jadi jika anda seorang pemula yang lengkap, anda telah sampai di tempat yang tepat!

Langkah 1: Gambaran keseluruhan

Untuk membina quadcopter, kita memerlukan 4 motor dan 4 ESC (Electronic Speed Controller) yang masing-masing disambungkan ke motor. Papan pengagihan kuasa digunakan untuk mengagihkan kuasa dari bateri ke 4 ESC.

ESC menerima arahan dari pengawal penerbangan (di sini papan MultiWii) dan menghantarnya ke motor.

Pengawal penerbangan ini mempunyai giroskop, akselerometer dan barometer. Anda juga boleh menambahkan modul bluetooth dan GPS padanya.

Untuk melakukan hubungan antara Raspberry Pi dan pengawal penerbangan, kami menggunakan penyesuai FTDI. Oleh itu, kami dapat menghantar arahan ke pengawal dari Pi kami. Juga, untuk melakukan penentukuran PID dan memuat naik firmware Mulltiwii pada pengawal penerbangan, FTDI akan sangat berguna.

Akhirnya, kami mengawal drone dari jarak jauh dengan alat kawalan jauh yang menghantar arahan ke penerima dan menghantarnya ke pengawal penerbangan.

Raspberry Pi juga menyediakan aliran yang dapat dilihat di mana-mana penyemak imbas dari peranti seperti telefon misalnya. Dengan cara ini kita dapat melihat apa yang dilihat oleh Kamera Pi ketika berada di udara.

Langkah 2: Mengumpulkan Bahagian

Bahagian berikut diperlukan untuk berjaya menyelesaikan tutorial ini:

1) Rangka: Rangka 450 F 4 paksi

2) Pemancar dan penerima: Flysky FS-i6X

3) Papan Induk Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B

4) Kamera: PiCamera

5) Pengawal mikro: Crius MultiWii SEV2.6

6) Penukar FTDI: FTDI USB ke TTL / FT232

7) Wayar kecil: Elegoo 120pcs Dupont Wire Multicolored

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

9) ESC (x4): firmware Brushless ESC 30A Brushless ESC dengan 5B 3A UBEC

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

11) Penyambung: Penyambung berlapis emas 3.5mm (x4) dan Artrinck XT-60 60A / 100A Lelaki Lelaki

12) Baling-baling (x3): Baling-baling FidgetGear 10x4.5 (Biru)

13) Pad pemasangan pengawal penerbangan: Pad Pemasangan Pengawal Penerbangan

14) Beberapa sarung yang boleh dikecilkan: Tiub yang boleh dikecilkan - SODIAL

15) Wayar: wayar 16GA

16) Pateri pemateri: Kit Besi Solder Holife, Alat Kimpalan Terkawal Suhu 60W 110V

Pilihan

• Buzzer: Monitor Voltan Rendah Venom untuk Bateri LiPO 2S hingga 8S
• Sokongan / rak untuk Pi dan pengawal penerbangan: Kotak Penyimpanan Kotak untuk Raspberry Pi
• Tingkatkan pengalaman pematerian anda dengan: Elenco Helping Hands and 60-40 Tin Lead Rosin Core Solder

JUMLAH kos semua bahagian ini mestilah 450.71 DAPAT $.

Langkah 3: Memateri dan Memperbaiki Bahagian pada Bingkai

Dua bahagian memerlukan pematerian:

1. ESC (mereka tidak dilengkapi dengan penyambung di hujung kaki)
2. Papan pengagihan kuasa (dalam kes kami disatukan dalam bingkai)

Gunakan penyambung tx wanita pada wayar yang anda tambahkan ke papan pengedaran, penyambung tx lelaki pada wayar sisi papan pengedaran ESC dan penyambung emas 3.5mm pada wayar sisi motor ESC. Jangan lupa untuk menambahkan sarung yang boleh dikecilkan panas ke penebat (kami tidak mahu melihat wayar kosong).

Nasihat untuk pematerian:

• Gunakan hujung besi rata bersaiz tengah (disediakan dalam kit pematerian anda) dan panaskan besi pateri hingga 400 degC.
• Bersihkan selalunya hujung wayar pematerian dengan span air.
• Cairkan sedikit pematerian pada dua permukaan yang ingin anda sambungkan terlebih dahulu, kemudian lekatkan dan tambahkan lebih banyak pateri.

Untuk maklumat lebih lanjut mengenai cara menyolder semuanya jangan ragu untuk melihat laman web kami.

Betulkan bahagian pada bingkai:

1. Gunakan dua skru untuk memasang motor pada hujung lengan masing-masing.
2. Betulkan sokongan elektronik pada bingkai dengan mur dan baut.
3. Betulkan Pi pada penyokong dengan mur dan baut.
4. Letakkan beberapa pelekap (untuk menyerap getaran) di bahagian atas sokongan dan pasangkan Multiwii ke padanya untuk memastikannya tepat di tengah bingkai dan dengan anak panah menunjuk di antara dua lengan dengan warna yang sama.
5. Pasang penerima ke sokongan dengan beberapa velcro.
6. Letakkan ESC pada setiap lengan dengan tali leher.
7. Gunakan tali untuk memasang bateri di tingkat bawah bingkai.
8. Bor baling-baling dan pasangkan pada motor dengan bantuan bolt khas yang disertakan dengan motor

Langkah 4: Sambungan

Untuk penerima:

• Sambungkan pin Throttle pada MultiWii ke saluran 3 pada penerima.
• Sambungkan pin Roll ke saluran 1 pada penerima.
• Sambungkan pin Pitch ke saluran 2.
• Sambungkan pin Yaw ke saluran 4.
• Sambungkan Auxiliary 1 ke saluran 5.

Untuk ESC:

Dengan Multiwii menghadap ke depan dan dengan wayar hitam penyambung arahan ESC di pin bawah Multiwii;

• Sambungkan ESC kiri-atas ke D3.
• Sambungkan ESC kanan atas ke D10.
• Sambungkan ESC bahagian bawah kanan ke D9.
• Sambungkan ESC kiri bawah ke D11.

Untuk Pi:

• Sambungkan PiCamera.
• Sambungkan FTDI ke penyesuai mini USB / USB dan sambungkan ke Pi, juga sambungkan pin FTDI atau pin FTDI MultiWii.
• Sambungkan pin - dan + MultiWii ke pin GPIO 5V dan ground dari Pi.

Untuk motor

Secara lalai, motor berputar ke arah jam lawan arah (CCW). Oleh itu, untuk motor kiri atas dan kanan bawah, anda perlu menukar sambungan wayar dengan ESC (hitam dengan merah dan merah dengan hitam) oleh itu anda akan mempunyai arah jam (CW).

Langkah 5: Konfigurasikan Semuanya

Keluarkan baling-baling anda untuk langkah-langkah berikut.

Memprogram ESC:

Pengawal kelajuan elektronik mengawal motor dan oleh itu banyak pilihan tersedia dan terserah kepada anda untuk menyesuaikan ESC anda supaya ia berfungsi seperti yang anda mahukan.

Tanggalkan semua wayar yang disambungkan ke penerima.

Untuk setiap ESC:

1. Sambungkan hanya satu ESC ke kuasa (ke papan pengedaran dalam kes kami) dan pastikan bateri terputus.
2. Letakkan pin ESC di saluran pendikit penerima (dalam saluran kes kami 3).
3. Nyalakan pemancar anda.
4. Letakkan pendikit ke posisi maksimum pada pemancar anda.
5. Nyalakan papan agihan dengan menyambungkan baterinya ke dalamnya. Anda juga boleh menggunakan beberapa klip buaya dan menghubungkan terus bateri ke ESC.
6. Selepas bunyi bip, anda akan mendengar nada muzik dengan 4 bunyi bip. Selepas muzik pertama ini, letakkan pendikit pada kedudukan minimum pada pemancar anda.
7. Tunggu pengesahan dari UBEC, yang diberikan oleh bunyi bip.
8. Tutup pemancar.
9. Keluarkan kuasa (cabut bateri Li-Po)

Untuk mengujinya:

1. Nyalakan pemancar dengan kedudukan pendikit minimum.
2. Sambungkan bateri.
3. Secara beransur-ansur meningkatkan pendikit ke daya maksimum. Motor harus berpusing lebih pantas apabila anda meningkatkan pendikit.

Menyiapkan papan kawalan penerbangan:

Untuk langkah ini, anda boleh melepaskan kabel USB dari FTDI pada Pi dan memasukkannya ke dalam komputer anda, supaya lebih mudah untuk memprogram papan tulis.

1. Muat turun perisian perisian Arduino di komputer anda melalui laman web.
2. Muat turun versi terkini firmware multiwii dan ekstrak pada komputer anda.
3. Masuk ke folder MultiWii yang sebelumnya diekstrak, kemudian buka MultiWii.ino yang akan memuji Arduino.
4. Pergi ke fail config.h di Arduino, hapus // di hadapan #define QUADX untuk menetapkan jenis konfigurasi multikopter anda dan di hadapan #define CRIUS_SE_v2_0 untuk memilih jenis papan.
5. Kemudian masuk ke Tools -> Board -> dan pilih Arduino Pro atau Pro Mini dan pastikan di Tools -> Processor -> bahawa ATMmega328P (5V, 16MHz) dipilih.
6. Konfigurasi terakhir yang perlu kita lakukan sebelum memuat naik di papan adalah masuk ke Tools -> Port -> pilih port MultiWii anda (COM3 untuk kita).
7. Klik pada verifikasi dan kemudian muat naik.
8. Semasa kod memuat naik di Crius MultiWii SE v2.6, anda akan melihat lampu berkelip di papan pengawal dan papan FTDI.

Kalibrasi sensor di papan kawalan penerbangan:

1. Pergi ke folder MultiWiiConf yang terdapat dalam folder MultiWii yang dimuat turun sebelumnya dari laman web mereka.
2. Kemudian pergi ke -> folder application.windows32 -> klik dua kali pada aplikasi MultiWiiConf. (Perhatikan bahawa walaupun saya mempunyai windows 64bits, aplikasi 32bits nampaknya berfungsi).
3. Anda perlu memilih port yang terhubung dengan pengawal penerbangan anda (dalam hal ini COM3).
4. Klik Baca.
5. Klik Mula.
6. Letakkan papan anda rata di atas meja dan kemudian klik Calib_acc.
7. Klik pada Calib_mag dan kemudian anda perlu memutar papan anda ke semua arah selama 30 saat secepat mungkin. Anda mesti melihat lonjakan di seluruh grafik.

Untuk mengujinya:

Putar papan anda pada sumbu pitch, roll dan yaw dan lihat apakah yang ditunjukkan oleh sensor pada perisian

Menyiapkan pemancar (alat kawalan jauh):

Pertama, anda boleh mengesahkan tongkat mana yang mengawal saluran mana di Menu Paparan:

1. Sebelum anda memulakan pengawal, pastikan semua suis naik dan batang pendikit (tongkat kiri) ke bawah.
2. Mulakan pengawal.
3. Tahan butang Ok.
4. Pergi dalam Persediaan, kemudian Paparkan.
5. Anda boleh menggerakkan tongkat anda untuk melihat saluran mana yang bertindak balas.

Sebelum melangkah lebih jauh, pilih model dan nama:

1. Masuk Sistem-> Model pilih -> pilih model.
2. Masuk Sistem -> Nama model. Dan beri nama. Tahan batal untuk menyimpan perubahan anda.
3. Masuk ke Sistem-> Ketik pilih dan tetapkan sebagai Pesawat atau peluncur walaupun ia adalah quadrirotor.
4. Tetapkan trim di Subtrim Menu. Apabila tongkat berada dalam kedudukan netral, anda memerlukan saluran (lihat di Menu Paparan) berada pada 0% untuk menguap, melambung dan memutar.
5. Tahan batal untuk menyimpan tetapan anda.

Seterusnya, mari tetapkan tetapan Failsafe:

Ini memastikan bahawa ketika drone pergi jauh dari pengawal dan kehilangan isyarat, bahawa semua kawalan menuju ke kedudukan neutral. Oleh itu, kita perlu menetapkan saluran 1, 2 dan 4 hingga 0% dan mengaktifkan failafe pada mereka melalui Menu Failsafe. Kita juga perlu mengaktifkan failafe pada pendikit dan menetapkannya kepada 100%.

Anda juga boleh menggunakan suis lain pada pengawal anda dengan mengaktifkannya di System-> Aux. suis.

Anda boleh mendapatkan lebih banyak maklumat mengenai bahagian ini di laman web kami.

Langkah 6: Strim Langsung

Raspberry Pi adalah komputer dan apa yang dapat anda lakukan dengan komputer terbang hanya membatasi imaginasi anda.

Untuk siaran langsung:

1. Dayakan PiCamera. Untuk melakukannya, mulakan Pi dan sambungkan tetikus dan monitor ke dalamnya. Klik pada logo rasbian di kiri atas, pilih pilihan, kemudian Konfigurasi Raspberry Pi dan kemudian di tab antaramuka menjadikan sur Camera diperiksa sebagai diaktifkan. Kemudian klik ok.
2. Muat turun skrip (sumber kod: tutorial nerd rawak) dan letakkan di folder rumah anda.
3. Jalankan skrip dengan menaip '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' di terminal.

Setelah skrip dijalankan, anda boleh mengakses pelayan web aliran video anda di: https://: 8000. Ganti dengan alamat IP Raspberry Pi anda sendiri, dalam kes saya

Sekiranya anda tidak mengetahui Alamat IP Pi anda, anda boleh mengetahuinya dengan menaip ifconfig di terminal yang memberikan anda alamat.

Anda boleh mengakses streaming langsung melalui mana-mana peranti yang disambungkan ke rangkaian yang sama dengan Raspberry Pi. Anda hanya perlu membuka penyemak imbas.

Anda juga boleh melancarkan program ini dari telefon pintar anda. Anda hanya perlu memasang aplikasi Terminus (jika anda mempunyai IPhone).

Untuk melancarkan aliran secara langsung semasa Pi dihidupkan (jadi ketika drone anda aktif) ketik terminal:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Kemudian pergi ke baris terakhir dan tambahkan, echo Berjalan semasa but

sudo python3 / rumah / pi / rpi_camera_surveillance_system.py

rebo sudo

Simpan fail anda dengan menekan Ctrl + X, kemudian ketik Y dan klik Enter.

Tahniah, strim langsung anda telah siap! Anda boleh menggunakannya untuk mengintip jiran anda atau melakukan perlumbaan FPV!

Langkah 7: Seni Penalaan PID

Anda sudah bersedia untuk penerbangan pertama anda. Perkara pertama yang harus anda lakukan ialah mencuba drone anda tanpa sebarang baling-baling untuk melihat apakah semuanya bertindak balas dengan baik.

Kemudian, anda boleh menambahkan baling-baling anda dan mulakan dengan perlahan untuk meningkatkan pendikit untuk melihat sama ada anda boleh berlepas.

Drone anda mungkin berayun perlahan, bergetar atau peluit motor. Ini bermakna anda perlu membuat tetapan PID anda!

Bahagian ini memerlukan sedikit masa jika anda mahukan drone yang sangat stabil yang bertindak balas dengan baik terhadap perintah anda. Tetapan PID bersifat subjektif sehingga sangat bergantung kepada anda bagaimana anda mahu drone anda terbang. Inilah prosedurnya:

1. Mulakan dengan nada rendah dan putar (0,01) dan tingkatkan P sehingga anda melihat ayunan frekuensi tinggi dan kurangkannya kembali ke nilai terakhir.
2. Kemudian, tingkatkan I on pitch dan roll dengan kenaikan 0.01 sehingga sekali lagi anda melihat getaran atau anda merasakan drone anda kaku dan tidak bertindak balas. Biasanya tetapan I dapat membantu anda sekiranya anda mengalami penurunan ketinggian dan melayang. Ini mengatasi gangguan pada sistem anda (drone).
3. Turunkan P anda jika anda melihat ada ayunan frekuensi tinggi.
4. Kurangkan D anda jika drone anda kelihatan terlalu lembap (rendah untuk bertindak balas).

Untuk paksi yaw, biasanya anda boleh membiarkannya secara lalai tetapi jika anda merasakan bahawa drone anda melayang di sumbu yaw, maka anda dapat meningkatkan I.

Langkah 8: Ciri Ikut Saya

Drone autonomi hebat, boleh terbang dan bergerak tanpa perlu risau.

Drone yang dilakukan dalam tutorial ini mempunyai kemampuan untuk melakukan ini dengan memproses data yang ditangkap oleh sensornya.

Untuk melaksanakan ciri seperti penjejakan orang, anda perlu:

1. Gunakan kamera drone untuk membantunya memperhatikan persekitarannya.
2. Gunakan algoritma penglihatan buatan untuk menganalisis persekitaran.
3. Rancang lintasan drone.
4. Arahkan arahan untuk mengikuti drone.

Lebih khusus lagi, Kamera Pi dapat memberikan aliran langsung gambar kepada Raspberry Pi yang merupakan komputer dengan kekuatan yang cukup untuk menjalankan beberapa algoritma penglihatan buatan.

Algoritma ini dapat mengesan seseorang dalam gambar dan menganalisis kedudukan orang ini. Algoritma Haar cascade atau rangkaian neural mendalam boleh menjadi algoritma berguna untuk itu.

Oleh itu, dengan mengetahui kedudukan orang yang harus diikuti, anda dapat merancang bagaimana motor bergerak dan arah mana yang harus diambil bergantung pada kedudukan objek yang dilacak di dalam bingkai. Sebagai contoh, jika orang yang akan dilacak berada di sebelah kanan bingkai yang diambil oleh Pi Camera, perintah algoritma ke drone untuk membelok ke kanan.

Akhirnya, setelah arah yang harus diikuti oleh drone telah dipilih, Raspberry Pi harus mengirim perintah ke Multiwii untuk mengizinkan drone itu pergi ke arah itu. Untuk melakukan itu, MSP (Multiwii Serial Protocol) berguna untuk berkomunikasi antara komputer anda (Pi) dan pengawal penerbangan anda.

Di sini anda dapat mencari cara bagaimana untuk mengodkannya.

Kaedah yang lebih mantap menggunakan rangkaian tensorflow dan neural mendalam untuk pengesanan orang telah ditunjukkan di laman web kami.

Anda juga dapat membayangkan banyak cara lain untuk meningkatkan drone autonomi anda, seperti membuatnya mengambil gambar setiap kali dia melihat pokok atau haiwan. Penghindaran objek juga mungkin untuk dilaksanakan. Anda baru saja mengatur drone untuk menghentikan perlumbaannya jika dia lebih dekat dari jarak yang ditentukan dari objek.

Anda juga boleh belajar di laman web cara menyambungkan LED ke Pi dan menyalakannya ketika drone mengesan seseorang mengikuti!

Langkah 9: Selamat Terbang

Mulakan drone anda dan nikmati terbang anda.

Sekiranya anda ingin melangkah lebih jauh dan melaksanakan pengesanan orang di drone anda, anda boleh merujuk laman web kami untuk tutorial mengenai perkara itu.

Terima kasih kerana telah menyediakan tutorial ini!