DIY өсімдікті бақшаға арналған дрон (бюджетте жиналатын трикопт): 20 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Біздің демалыс үйінде бізде көптеген жемістер мен көкөністер бар жақсы кішкентай бақ бар, бірақ кейде өсімдіктердің өзгеруін қадағалап отыру қиын. Олар үнемі бақылауды қажет етеді және олар ауа райына, инфекцияларға, қателіктерге және т.

Менде құрал -саймандар қорабында ескі жобалардан көптеген мультикоптардың қосалқы бөлшектері болды, сондықтан мен Rasperry Pi Zero W мен оның NoIR PiCamera көмегімен өсімдіктерді талдай алатын дронды жобалауды және құруды шештім. Мен сондай -ақ осы жоба бойынша видео түсіргім келді, бірақ бұл университеттің қасында өте қиын, сондықтан мен тек кадрларды жүктеймін.

Жақын инфрақызыл бейнелеудің теориясы

Мен Википедияның осы мақаласын оқуды ұсынамын. Ұзын сөздің қысқасы, өсімдіктер қалыпты жұмыс істегенде олар Күннен келетін инфрақызыл сәулені көрсетеді. Көптеген жануарлар жылан мен бауырымен жорғалаушылар сияқты инфрақызыл сәулені көре алады, бірақ сіздің камераңыз да оны көре алады (теледидардың қашықтан басқару пультімен көріңіз). Егер сіз камерадан IR фильтрін алып тастасаңыз, сіз күлгін, таза суретті аласыз. Егер сіз камераңызды сындырғыңыз келмесе, оны стандартты PiCamera -мен бірдей, бірақ кіріктірілген инфрақызыл сүзгісі жоқ NoIR PiCamera -мен қолданып көріңіз. Егер сіз инфрақызыл фильтрді камераның линзасының астына қойсаңыз, сізде Қызыл арнада тек ИК шамы, Көк арнада көк жарық, жасыл және қызыл түс сүзіледі. Әр пиксель үшін нормаланған өсімдіктер индексінің формуласын қолдана отырып, сіз өзіңіздің өсімдіктеріңіздің денсаулығы мен фотосинтетикалық белсенділігі туралы жақсы көрсеткішке қол жеткізе аласыз. Бұл жобаның арқасында мен ауламызды қарап шығып, алмұрт ағашының астындағы зиянды өсімдікті анықтай алдым.

Неліктен трикоптер?

Маған төртбұрыштан гөрі трикоптер ұнайды, себебі олардың тиімділігі. Олардың ұшу уақыты ұзағырақ, олар арзанырақ және сіз оларды бүктей аласыз, бұл DIY дрондарына қатысты ең жақсы ерекшелігі. Мен сондай-ақ осы трикоптпен ұшуды ұнатамын, оларда «ұшақпен» басқару мүмкіндігі бар, егер сіз бұл дронды менімен бірге жасасаңыз, сіз оны сезінесіз. Дэвид Виндесталдың есімі Google -де бірінші болып ізделетін болса, мен оның сайтына кіруді ұсынамын, мен оның жиналмалы жақтауының дизайнын қолданамын.

1 -қадам: Ұшу туралы бейне

Бұл менің екінші сынақ ұшуым болды, онда коптер қазірдің өзінде реттелген және өсімдіктерді талдауға дайын болды. Менде экшн -камерадан бірнеше жазбалар бар, сіз біздің әдемі айналамызды құстың көзімен қарай аласыз. Егер сіз NDVI жазбаларын көргіңіз келсе, осы нұсқаулықтың соңғы қадамына өтіңіз. Өкінішке орай, мен бұл трикоптта қалай бейне көрсетуге болатынын білуге уақытым болмады, бірақ мен бұл қысқа ұшу тестінің бейнесін жүктедім.

2 -қадам: Қажетті құралдар мен бөлшектер

Ағаш штангалар мен бояу бүріккішін қоспағанда, менде барлық бөлшектер менің қорапта болды, сондықтан мен үшін бұл жобаның жалпы құны шамамен 5 долларды құрады, бірақ мен қолданған әрбір бөлікке eBay немесе Banggood сілтемелерін табуға тырысамын. Мен бөлшектерді іздеуге кеңес беремін, мүмкін сіз маған қарағанда жақсы бағаға ие бола аласыз.

Құралдар

• Пісіру темірі
• Dremel құралы
• 3D принтер (менде жоқ, маған досым көмектесті)
• Кесу құралдары
• Сым кескіш
• Супер желім
• Zip байланыстары (олардың көпшілігі, 2 өлшемде)
• Бояу спрейі (сізге ұнайтын түспен - мен қара түсті қолдандым)

Бөлшектер

1. ArduCopter ұшу контроллері (мен ескі APM 2.8 қолдандым, бірақ сіз PixHawk немесе PIX Mini -ге баруыңыз керек)
2. Магнитометрі бар GPS антеннасы
3. MAVLink телеметриялық модулі (жердегі станция байланысы үшін)
4. 6CH қабылдағыш + таратқыш
5. Бейне таратқыш
6. Серво моторы (кемінде 1,5 кг айналдыру моменті)
7. 10 «бұрандалар (2 CCW, 1 CW + ауыстыруға қосымша)
8. 3 30A SimonK ESCs (электронды жылдамдықты реттегіш) + 3 920кв қозғалтқыштар
9. 3S батареясы 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (инфрақызыл сүзгімен бірге келеді)
11. 2 Батарея белдіктері
12. Дірілді бәсеңдететін қондырғылар
13. 1,2 см шаршы пішінді ағаш бумдар (мен 1,2 метрлік таяқша сатып алдым)
14. 2-3 мм қалың ағаш ламинат тақтасы
15. Әрекет камерасы (мен 4K қабілетті GoPro клонын қолдандым - SJCAM 5000x)

Бұл менің дрон үшін қолданған бөлшектерім, оны өз қалауыңыз бойынша өзгертіңіз. Егер сіз нені қолдану керектігін білмесеңіз, түсініктеме қалдырыңыз, мен сізге көмектесуге тырысамын. Ескерту: Мен тоқтатылған APM тақтасын ұшу контроллері ретінде қолдандым, өйткені менде қосалқы бөлшек болды. Жақсы ұшады, бірақ бұл тақтаға енді қолдау көрсетілмейді, сондықтан сіз GPS -тің керемет мүмкіндіктеріне сәйкес келетін ArduCopter басқа ұшу контроллерін алуыңыз керек.

3 -қадам: жақтауды кесу

Рамка файлын жүктеңіз, басып шығарыңыз және қиып алыңыз. Басып шығарылған өлшемнің дұрыстығын тексеріңіз, содан кейін ағаш тақтайшаның пішіні мен тесіктерін белгілеу үшін қалам қолданыңыз. Жақтауды кесу үшін араны қолданыңыз және тесіктері 3 мм болатын бұрғылаңыз. Сізге олардың екеуі ғана қажет, мен тек 4 -ті қосалқы бөлшектер ретінде жасадым.

4 -қадам: жақтауды жинаңыз

Мен рамканы жинау үшін 3 мм бұрандалар мен гайкаларды қолдандым. Мен әр бумды ұзындығы 35 см кесіп, ұзындығын 3 см жақтаудың алдыңғы жағына қалдырдым. Буындарды қатайтпаңыз, бірақ үйкеліс жеткілікті екеніне көз жеткізіңіз, осылайша қолдар бүктелмейді. Бұл шынымен ақылды дизайн, мен екі рет құладым, тек қолдары ғана бүктелді.

5 -қадам: қозғалтқыштар үшін тесіктер бұрғылау

Қозғалтқыш бұрандаларының өлшемін және олардың арасындағы қашықтықты тексеріңіз, содан кейін сол және оң жақ ағаштан екі тесік бұрғылаңыз. Мен біліктерде айналдыру үшін жеткілікті орын болуы үшін қолымда тереңдігі 5 мм және ені 8 мм тесік бұрғылауым керек болды. Кішкене сынықтарды алып тастап, шаңды үрлеу үшін тегістеу қағазын пайдаланыңыз. Сіз қозғалтқышқа шаңды қаламайсыз, себебі бұл қажетсіз үйкеліс пен жылуды тудыруы мүмкін.

6 -қадам: жиналмалы GPS қондырғысы

Жақсы орналасу үшін GPS антеннасына қосымша тесіктер бұрғылауға тура келді. Компасты қозғалтқыштар мен сымдардың магнит өрісіне кедергі жасамайтындай етіп жоғары қою керек. Бұл қарапайым жиналмалы антенна, ол менің қондырғымды мүмкіндігінше ықшам ұстауға көмектеседі.

7 -қадам: жақтауды бояу

Енді сіз бәрін шешіп, бояу жұмыстарын жасауыңыз керек. Мен күңгірт қара түсті спрейді таңдадым. Мен бөлшектерді жіпке байладым және жай ғана боядым. Жақсы нәтиже алу үшін бояудың 2 немесе одан да көп қабатын қолданыңыз. Бірінші қабат шамалы жуылған болып көрінуі мүмкін, себебі ағаш ылғалды жояды. Жақсы, бұл менің жағдайымда болды.

8 -қадам: дірілді басатын платформаны орнату

Менде бұл гимбал ұстағыш платформасы болды, ол менің құрылымымда батарея ұстағыш ретінде екі есе көп. Мұны жақтаудың астына ілмекпен және/немесе бұрандалармен бекіту керек. Батареяның салмағы үлкен дірілді сіңіруге көмектеседі, осылайша сіз шынымен жақсы камера түсірілімін аласыз. Сіз сондай -ақ пластикалық штангаларға бірнеше штурманы орната аласыз, бұл қажет емес сияқты сезіндім. Бұл қара түс жақсы жұмыс жасады, бұл кезде сізде әдемі көрінетін жақтау болуы керек және ұшу контроллерін орнату уақыты келді.

9 -қадам: ArduCopter орнату

Ұшу диспетчерін орнату үшін сізге қосымша ақысыз бағдарламалық қамтамасыз ету қажет. Windows жүйесінде Mission Planner немесе Mac OS жүйесінде APM Planner жүктеңіз. Ұшу контроллерін қосқан кезде және бағдарламалық жасақтаманы ашқанда, шебердің көмекшісі тақтаға ең жаңа микробағдарламаны орнатады. Бұл сізге компасты, акселерометрді, радио контроллерді және ұшу режимдерін калибрлеуге көмектеседі.

Ұшу режимдері

Мен сіздің алты ұшу режимі ретінде Тұрақтандыру, Биіктікті ұстап тұру, Лойтер, Шеңбер, Үйге оралу мен Жерді пайдалануды ұсынамын. Шеңбер өсімдіктерді тексеруге келгенде өте пайдалы. Ол берілген координатаның айналасында айналады, сондықтан сіздің өсімдіктерді әр жағынан дәл талдауға көмектеседі. Мен таяқшалармен орбита жасай аламын, бірақ мінсіз шеңберді сақтау қиын. Loiter - бұл сіздің дронды аспанға қоюға ұқсайды, сондықтан сіз жоғары ажыратымдылықтағы NDVI суреттерін түсіре аласыз, ал егер сіз дронның бағытын жоғалтсаңыз немесе бағытын жоғалтсаңыз, RTH пайдалы болады.

Сымға назар аударыңыз. Схеманы қолданып, ESC -ті дұрыс түйреуішке қосыңыз және Mission Planner -ге кіріс арналарының сымын тексеріңіз. Ешқашан оларды тіректермен тексермеңіз!

10 -қадам: GPS, камера мен рейс контроллерін орнату

Ұшу диспетчері калибрленгеннен кейін, сіз көбік таспасын қолданып, оны раманың ортасына орната аласыз. Оның алға қарайтынына көз жеткізіңіз және кабельдер үшін жеткілікті орын бар. Камераны орнында ұстау үшін GPS -ті 3 мм бұрандалармен бекітіңіз және қысқыштарды қолданыңыз. Бұл GoPro клондары барлық монтаждық утилиталармен бірге келеді, сондықтан оны орнату өте қарапайым болды.

11 -қадам: ESC және қуат кабелі

Менің аккумуляторларымда XT60 қосқышы бар, сондықтан мен әйел коннекторының әр түйреуішіне 3 оң және 3 теріс сыммен дәнекерледім. Байланыстарды қысқа тұйықталудан қорғау үшін жылуды қысқартатын түтікті қолданыңыз (электр таспасын да қолдануға болады). Сіз бұл қалың сымдарды дәнекерлегенде, оларды бір -біріне ысқылап, мыс сыммен бекітіңіз, содан кейін көп балқытылған дәнекер қосыңыз. Сіз суық дәнекерлеу қосылыстарын қаламайсыз, әсіресе ESC -ті қосқанда.

12 -қадам: қабылдағыш пен антенналар

Сигналды жақсы қабылдау үшін антенналарды 90 градусқа орнату керек. Мен дронның алдыңғы жағына қабылдағыш антенналарды орнату үшін қысқыш байланыстар мен жылытатын түтіктерді қолдандым. Көптеген қабылдағыштар кабельдермен келеді, сондықтан арналар таңбаланған, сондықтан оны орнату оңай болуы керек.

13 -қадам: Құйрық механизмі

Құйрық механизмі - бұл трикоптердің жаны. Мен бұл дизайнды Интернеттен таптым, сондықтан мен оны сынап көрдім. Мен бастапқы дизайн сәл әлсіз сияқты сезіндім, бірақ егер сіз механизмді өзгертсеңіз, ол өте жақсы жұмыс істейді. Мен артық бөлікті дремель құралымен кесіп алдым. Суретте менің серво моторым аздап ауыратын сияқты көрінуі мүмкін, бірақ ол мінсіз жұмыс істейді. Бұрандаларды қатайту кезінде діріл әсерінен құлап кетпеуі үшін суперглюздің кішкене тамшысын қолданыңыз; немесе мен сияқты моторларды байлап қоюға болады.

14 -қадам: Hovering Test және PID тюнингін жасау

Барлық қосылымдарды екі рет тексеріңіз және батареяны қосқанда ештеңе қуырмайтындығына көз жеткізіңіз. Пропеллерді орнатыңыз және ұшқышсыз ұшуға тырысыңыз. Менікі қораптан өте тегіс болды, мен жай ғана ырғауды реттеуім керек болды, себебі ол тым көп түзетілді. Мен бұл нұсқаулықта PID баптауды үйрете алмаймын, мен бәрін дерлік Джошуа Бардвеллдің видео оқулығынан үйрендім. Ол мұны маған қарағанда әлдеқайда жақсы түсіндірді.

15 -қадам: Таңқурай таңдап, Raspbian (Jessie) орнатыңыз

Мен мұны мүмкіндігінше жеңіл салмақта ұстағым келді, сондықтан мен RPi Zero W. -мен жүрдім, мен Raspbian Jessie -ді қолданамын, себебі жаңа нұсқаларда OpenCV -де кейбір проблемалар болды, біз оларды шикізаттан өсімдік индексін есептейміз. Егер сіз FPS жылдамдығын жоғарылатқыңыз келсе, Raspberry Pi v4 таңдауыңыз керек. Бағдарламалық жасақтаманы мына жерден жүктеуге болады.

Тәуелділіктерді орнату

Біз бұл жобада PiCamera, OpenCV және Numpy қолданамыз. Кескін сенсоры ретінде мен тек нөлдік тақталармен үйлесімді кіші 5 мегапиксельді камераны таңдадым.

1. Өзіңіздің сүйікті құралдың көмегімен суретті жарқылдатыңыз (маған Balena Etcher ұнайды).
2. Монитор қосылған кезде таңқурайыңызды жүктеңіз.
3. Камера мен SSH интерфейстерін қосыңыз.
4. Терминалдағы ifconfig көмегімен IP мекенжайыңызды тексеріңіз.
5. Ssh pi@YOUR_IP пәрменімен SSP сіздің RPi -ге енгізіңіз.
6. Қажетті бағдарламалық жасақтаманы орнату үшін нұсқауларды көшіріп, қойыңыз:

sudo apt-get жаңартуы

sudo apt-get жаңарту sudo apt-get орнату 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 libgtk2 орнату.0-dev sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran sudo pip install numpy python-opencv python (оны тексеру үшін) cv2 cv2 импорттау._ нұсқасы_

Сіз OpenCV кітапханасының нұсқа нөмірі бар жауапты көресіз.

16 -қадам: NoIR камерасы мен NDVI бейнелеуін тексеру

RPi тақтасын өшіріңіз, камераны салыңыз, содан кейін біз онымен NDVI бейнелерін жасауға тырысамыз. Сіз гүлден (қызыл фоны бар) көре аласыз, оның ішіндегі жасыл бөліктер фотосинтетикалық белсенділікті көрсетеді. Бұл менің Infragram көмегімен жасалған алғашқы тестім. Мен толық функционалды кодты жазу үшін олардың сайтындағы барлық формулалар мен түстерді салыстыруды үйрендім. Автоматтандыру үшін мен кадрларды түсіретін, NDVI суреттерін есептейтін және оларды коптерге 1080p форматында сақтайтын Python сценарийін жасадым.

Бұл суреттерде біртүрлі түсті карталар болады және олар басқа планетадан келгендей болады. Бірнеше тест жасаңыз, кейбір айнымалыларды өзгертіңіз, сенсорды бірінші миссия алдында реттеңіз.

17 -қадам: RPi Zero W дронға орнату

Мен Pi Zero -ды трикоптердің алдыңғы жағына орнаттым. Сіз камераны мен сияқты алға немесе төмен қарата аласыз. Менің алдыма қарайтын себебім - өсімдіктер мен басқа фотосинтетикалық емес заттардың арасындағы айырмашылықты көрсету. Ескерту: Кейбір беттер инфрақызыл сәулені шағылыстыруы мүмкін, немесе олар ашық сары түске айналдыратын қоршаған ортаға қарағанда жылы болады.

18 -қадам: Бейне таратқышты қосу (міндетті емес)

Менде бұл VTx болды, ол менің коптерімнің артқы жағына орнатылды. Бұл қашықтық 2000 метр, бірақ мен оны тестілеу кезінде қолданған жоқпын. Онымен көңілді болу үшін FPV рейсі ғана болды. Мен оны пайдаланбаған кезде кабельдер алынып тасталады, әйтпесе олар құрылымды жақсы және таза ұстау үшін раманың астына жасырылады.

19 -қадам: өсімдіктерді талдау

Мен дұрыс талдау үшін 25 минуттық екі рейс жасадым. Біздің көкөністердің көпшілігі жақсы сияқты көрінді, картопқа қосымша күтім мен суару қажет болды. Бірнеше күнде көмектесті, оны тексеремін. Қызғылт және қызғылт ағаштармен салыстырғанда олар суретте өте жасыл болып көрінеді.

Мен өсімдіктерді әр қырынан қарап шығу үшін шеңберлі ұшуды ұнатамын. Сіз жеміс ағаштарының астында кейбір көкөністер күн сәулесінің жетіспейтінін көре аласыз, бұл оларды NDVI суреттерінде көк немесе қара түске айналдырады. Егер ағаштың бір бөлігіне күннің бір мезгілінде күн сәулесі жетпесе, бұл проблема емес, бірақ егер бүкіл өсімдік ақ -қара түске айналса, жаман.

20 -қадам: қауіпсіз ұшыңыз;)

Нұсқаулықты оқығаныңыз үшін рахмет, мен сендердің кейбіреулерің NDVI -ді бейнелеу немесе дрондар жасау арқылы тәжірибе жасауға тырысады деп үміттенемін. Бұл жобаны ағаш бөлшектерден нөлден жасау маған өте қызықты болды, егер сізге ұнаған болса, сіз маған жақсы дауыспен көмектесуге болады. О, аман -есен ұшып шығыңыз, ешқашан адамдардан жоғары болмаңыз және хоббиден ләззат алыңыз!

Make It Fly Challenge байқауының бірінші жүлдесі