Менімен жүріңіз - Raspberry Pi Smart Drone нұсқаулығы: 9 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Сіз әрқашан A-Z-ден дронды қалай жасау керектігін ойлайсыз ба?

Бұл оқулық бөлшектерді сатып алудан бастап, әуе роботын бірінші рейсте сынауға дейін 450 мм квадрокоптерді қалай жасау керектігін көрсетеді.

Сонымен қатар, Raspberry Pi және PiCamera көмегімен сіз құрылғыда тікелей бейнені ағынмен жібере аласыз және бірінші кезекте дронды басқара аласыз! Raspberry Pi сонымен қатар сіздің дронды одан әрі жетілдіруге және адамдарды бақылау, кедергілерді болдырмау және метеостанция сияқты мүмкіндіктерді қосуға мүмкіндік береді. Бұл оқулықта сіздің ұшқышсыз ұшуды қалай жасау керектігін көрсетеді.

Raspberry Pi -дің артықшылығы - бұл дронның «ақылды» болуын талап ететін мүмкіндіктер үшін кейбір жасанды көру алгоритмдерін өңдей алады.

Бұл нұсқаулықта сіз үйренесіз:

• Қандай құралдарды/бөлшектерді сатып алу қажет
• Жақтаудың барлық бөлшектерін қалай бекіту керек
• Қозғалыс жүйесіне қосылуларды қалай жасауға болады
• Микроконтроллерді қалай конфигурациялау керек
• Қабылдағышты таратқышқа қалай қосуға болады
• Дронмен түсірілген бейнені телефонға қалай трансляциялау керек
• Жақсырақ басқару үшін PID қалай реттеуге болады
• Адамды бақылауды қалай енгізу керек

Сондай -ақ, дронда қызыл светодиоды бар, ол дрон біреуді іздеген кезде қосылады, ал жасыл диодты біреу анықталғанда және дрон оның соңынан ергенде қосылады. Raspberry Pi SD картасына аккумуляторды ажыратпас бұрын, Pi -ді өшіру батырмасы да бүлінбейді.

Бұл оқулық реттелетін ақылды дронды құру негіздерін орнатуға бағытталған, сондықтан егер сіз жаңадан бастаушы болсаңыз, сіз дұрыс жерге келдіңіз!

1 -қадам: Шолу

Квадрокоптер жасау үшін бізге 4 қозғалтқыш пен 4 ESC (электронды жылдамдықты реттегіш) қажет, олардың әрқайсысы қозғалтқышқа қосылған. Батареядан шығатын қуатты 4 ЭСК -ге тарату үшін қуат тарату тақтасы қолданылады.

ESC пәрменді ұшу контроллерінен алады (мұнда MultiWii платасы) және оны қозғалтқышқа жібереді.

Бұл ұшу диспетчерінде гироскоп, акселерометр және барометр бар. Оған Bluetooth модулі мен GPS қосуға болады.

Raspberry Pi мен ұшу контроллері арасындағы байланысты жасау үшін біз FTDI адаптерін қолданамыз. Осылайша, біз Pi -ден контроллерге командалар жібере аламыз. Сонымен қатар, PID калибрлеуін және Mulltiwii микробағдарламасын ұшу контроллеріне жүктеу үшін FTDI өте пайдалы болады.

Ақырында, біз дронды қашықтан басқару пультімен басқарамыз, ол қабылдағыштарға командалар жібереді және оларды ұшу диспетчеріне жібереді.

Raspberry Pi сонымен қатар телефон сияқты кез келген құрылғыдан кез келген шолғышта көруге болатын ағынды ұсынады. Осылайша біз Pi Camera ауада не көретінін көре аламыз.

2 -қадам: бөлшектерді жинау

Бұл оқулықты сәтті аяқтау үшін келесі бөліктер қажет:

1) Рамка: 4 осьті 450 F кадр

2) таратқыш пен қабылдағыш: Flysky FS-i6X

3) Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B аналық платасы

4) Камера: PiCamera

5) Микроконтроллер: Crius MultiWii SEV2.6

6) FTDI: FTDI USB - TTL /FT232 түрлендіргіші

7) Кішкене сымдар: Elegoo 120pcs түрлі -түсті дюпондық сым

8) Қозғалтқыштар (x4): Liobaba 1100KV 2-4S щеткасыз қозғалтқыш

9) ESCs (x4): щеткасыз ESC 30A щеткасыз ESC 5V 3A UBEC микробағдарламасы

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

11) Жалғағыштар: 3,5 мм (x4) алтын табақшалы қосқыштар және Artrinck XT-60 60A/100A еркек әйел

12) бұрандалар (x3): FidgetGear 10x4.5 пропеллер (көк)

13) Ұшу диспетчерін орнату алаңы: Ұшу диспетчерінің монтаждық алаңы

14) Кейбір қыздырғыш қабықтар: Шөгілетін түтік - СОДИАЛ

15) Сымдар: 16GA сым

16) дәнекерлеу үтік: Holife дәнекерлеу үтік жиынтығы, 60 Вт 110 В температурада реттелетін дәнекерлеу құралы

Қосымша

• Дыбыстық сигнал: 2S -ден 8S -ке дейінгі LiPO аккумуляторларына арналған төмен вольтты монитор
• Pi мен ұшу контроллеріне арналған тірек/тірек: Raspberry Pi үшін қорапша қорабы
• Дәнекерлеу тәжірибесін жақсартыңыз: Elenco көмекші қолдар және 60-40 қаңылтыр қорғасын розинді өзек дәнекері

Барлық осы бөлшектердің ЖАЛПЫ құны 450,71 CAN $ болуы керек.

3 -қадам: бөлшектерді жақтауға дәнекерлеу және бекіту

Екі бөлікті дәнекерлеу қажет:

1. ESCs (олар шетіндегі қосқыштармен бірге келмейді)
2. Қуатты тарату тақтасы (біздің жағдайда кадрға біріктірілген)

Тарату тақтасына қосқан сымдардағы әйелдер tx коннекторларын, ESCs тарату тақтасының бүйірлік сымдарындағы tx еркек қосқыштарын және ESCs қозғалтқыш бүйірлік сымдарындағы 3,5 мм алтын коннекторларын қолданыңыз. Оқшаулау үшін термиялық қысылатын қабықты қосуды ұмытпаңыз (біз жалаңаш сымды көргіміз келмейді).

Дәнекерлеу бойынша кеңестер:

• Орташа өлшемді жалпақ темір ұшын қолданыңыз (дәнекерлеу жинағыңызда берілген) және дәнекерленген үтікті 400 градусқа дейін қыздырыңыз.
• Дәнекерлеу сымының ұшын су губкасымен жиі тазалаңыз.
• Алдымен қосқыңыз келетін екі бетте дәнекерлеуді ерітіңіз, содан кейін оларды бір -біріне жабыстырыңыз және қосымша дәнекерлеңіз.

Барлығын қалай дәнекерлеу керектігі туралы толығырақ ақпарат алу үшін біздің веб -сайтты қараңыз.

Бөлшектерді жақтауға бекітіңіз:

1. Әр қолдың ұшындағы қозғалтқыштарды бекіту үшін екі бұранданы қолданыңыз.
2. Электрониканың тірегін гайкалар мен болттармен жақтауға бекітіңіз.
3. Пиді тіректерге гайкалар мен болттармен бекітіңіз.
4. Тіреуіштің жоғарғы жағына (діріл сіңіру үшін) бекітпе тақтасын бекітіңіз және оны Multiwii -ге бекітіңіз, ол дәл кадрдың ортасында екеніне және көрсеткі бір түстің екі қолының арасында тұрғанына көз жеткізіңіз.
5. Қабылдағышты велкро көмегімен тірекке бекітіңіз.
6. Сізге ESC байланыстыру орамалымен әр қолыңызға қойыңыз.
7. Батареяны жақтаудың төменгі деңгейіне бекіту үшін белдіктерді қолданыңыз.
8. Қозғалтқышпен бірге келетін арнайы болт көмегімен бұрандаларды бұрғылап, қозғалтқыштарға салыңыз

4 -қадам: Қосылымдар

Қабылдағыш үшін:

• MultiWii -дегі дроссель түйреуіштерін ресивердегі 3 -арнаға жалғаңыз.
• Роликті түйреуіштерді ресивердегі 1 -арнаға қосыңыз.
• Pitch түйреуіштерін 2 -арнаға қосыңыз.
• Yaw түйреуіштерін 4 -арнаға қосыңыз.
• 1 -көмекші 5 -арнаға қосыңыз.

ЭСК үшін:

Multiwii алға қаратып және Multiwii төменгі түйісінде ESC командалық коннекторының қара сымымен;

• ESC-тің сол жақ жоғарғы жағын D3-ке қосыңыз.
• Оң жақ жоғарғы ESC-ті D10-ге қосыңыз.
• ESC-тің төменгі оң жағын D9-ге қосыңыз.
• Сол жақ төменгі ESC D11-ге қосыңыз.

Pi үшін:

• PiCamera қосыңыз.
• FTDI-ді шағын USB/USB адаптеріне қосыңыз және оны Pi-ге қосыңыз, сонымен қатар MultiWii FTDI түйреуіштеріне FTDI түйреуіштерін қосыңыз.
• MultiWii а - және + түйреуішін 5В және жерге қосылған GPIO түйреуіштеріне қосыңыз.

Қозғалтқыштар үшін

Әдепкі бойынша, қозғалтқыштар сағат тіліне қарсы (CCW) бағытта айналады. Сонымен, жоғарғы сол жақ және төменгі оң жақ қозғалтқыштар үшін сымдарды ESC-пен (қызылмен қара және қызылмен қара) қосу керек, сондықтан сізде сағат тілінің бағыты (CW) болады.

5 -қадам: Барлығын теңшеңіз

Келесі қадамдар үшін бұрандаларды алып тастаңыз.

ESC бағдарламалау:

Электронды жылдамдық реттегіші қозғалтқышты басқарады, сондықтан көптеген опциялар бар және сіздің қалауыңыз бойынша әрекет ету үшін ESC -ді баптау сізге байланысты.

Ресиверге қосылған барлық сымдарды алып тастаңыз.

Әр ESC үшін:

1. Қуатқа тек бір ESC қосыңыз (біздің жағдайда тарату тақтасына) және батареяның ажыратылғанына көз жеткізіңіз.
2. ESC түйреуіштерін ресивердің дроссельдік арнасына салыңыз (біздің жағдайда 3 арна).
3. Таратқышыңызды қосыңыз.
4. Дроссельді таратқыштың максималды орнына қойыңыз.
5. Батареяны қосу арқылы тарату тақтасын қосыңыз. Сіз сондай -ақ кейбір аллигатор қысқыштарын қолданып, батареяны тікелей ESC -ке қосуға болады.
6. Бірнеше дыбыстық сигналдан кейін сіз 4 дыбыстық белгісі бар музыкалық тонды естуіңіз керек. Осы бірінші музыкадан кейін дроссельді таратқыштың минималды орнына қойыңыз.
7. UBEC растауын күтіңіз, ол дыбыстық сигнал береді.
8. Таратқышты жабыңыз.
9. Қуатты ажыратыңыз (Li-Po батареясын ажыратыңыз)

Оны тексеру үшін:

1. Дроссельдің минималды орналасуы бар таратқышты қосыңыз.
2. Батареяны қосыңыз.
3. Дроссельді максималды қуатқа біртіндеп арттырыңыз. Дроссельді жоғарылатқанда қозғалтқыш тез айналуы керек.

Ұшуды басқару тақтасын орнату:

Бұл қадам үшін сіз FTDI -дің USB кабелін Pi -ге шығарып, оны компьютерге қоюға болады, бұл тақтаны бағдарламалауға ыңғайлы болады.

1. Arduino бағдарламалық жасақтамасын компьютерден веб -сайт арқылы жүктеңіз.
2. Multiwii микробағдарламасының соңғы нұсқасын жүктеп алып, оны компьютерден шығарыңыз.
3. Бұрын шығарылған MultiWii қалтасына өтіңіз, содан кейін Arduino -ны қорғайтын MultiWii.ino ашыңыз.
4. Arduino ішіндегі config.h файлына өтіңіз, мультикоптеріңіздің конфигурация түрін орнату үшін #define QUADX алдында // алып тастаңыз және тақта түрін таңдау үшін #define CRIUS_SE_v2_0 алдында.
5. Содан кейін Tools -> Board -> тармағына өтіп, Arduino Pro немесе Pro Mini таңдаңыз және Tools -> Processor -> ATMmega328P (5V, 16MHz) таңдалғанына көз жеткізіңіз.
6. Тақтаға жүктемес бұрын біз жасауымыз керек соңғы конфигурация -Құралдар -> Порт -> MultiWii портын таңдау (біз үшін COM3).
7. Тексеруді, содан кейін жүктеуді нұқыңыз.
8. Код Crius MultiWii SE v2.6 -ге жүктелген кезде, контроллер тақтасында да, FTDI тақтасында да жыпылықтайтын шамдарды көру керек.

Ұшуды басқару тақтасындағы датчиктерді калибрлеңіз:

1. Бұрын веб -сайтынан жүктелген MultiWii қалтасында орналасқан MultiWiiConf қалтасына өтіңіз.
2. Содан кейін -> application.windows32 қалтасына өтіңіз -> MultiWiiConf қосымшасын екі рет нұқыңыз. (Назар аударыңыз, егер менде Windows 64bit болса да, тек 32 бит бағдарламасы жұмыс істейтін сияқты).
3. Ұшу диспетчері қосылған портты таңдау қажет (бұл жағдайда COM3).
4. Оқу түймесін басыңыз.
5. Бастау түймешігін басыңыз.
6. Тақтаны үстелге жазыңыз, содан кейін Calib_acc түймесін басыңыз.
7. Calib_mag түймесін басыңыз, содан кейін тақтаны 30 секунд ішінде мүмкіндігінше жылдам айналдыру керек. Графиктің барлық жерінде шыңдарды көру керек.

Оны тексеру үшін:

Тақтаны алаңға айналдырыңыз, айналдырыңыз және айналдырыңыз және датчиктер бағдарламалық жасақтамада не көрсететінін көріңіз

Таратқышты орнату (қашықтан басқару пульті):

Алдымен, дисплей мәзірінде қай таяқшаның қай арнаны басқаратынын тексеруге болады:

1. Контроллерді іске қоспас бұрын, барлық қосқыштардың жоғары тұрғанына және дроссель таяқшасының (сол жақ таяқша) төмен екеніне көз жеткізіңіз.
2. Контроллерді іске қосыңыз.
3. Ok түймесін басып тұрыңыз.
4. Орнатуға өтіңіз, содан кейін Дисплейге өтіңіз.
5. Таяқтарды жылжытуға болады, бұл қай арнаның реакциясын көрсетеді.

Әрі қарай жүрмес бұрын, модель мен атауды таңдаңыз:

1. Жүйе -> Үлгіні таңдау -> Үлгіні таңдаңыз.
2. Жүйе -> Модель атауына өтіңіз. Және оған ат қойыңыз. Өзгерістерді сақтау үшін бас тартуды ұстап тұрыңыз.
3. «Жүйе-> Теру» тармағына өтіңіз және оны төрт роторлы болса да, оны ұшақ немесе планер ретінде орнатыңыз.
4. Subtrim мәзірінде кескінді орнатыңыз. Таяқтар бейтарап күйде болған кезде, арналар (дисплей мәзірінен қараңыз) иіру, қадам және орам үшін 0% болуы керек.
5. Параметрлерді сақтау үшін бас тартуды ұстап тұрыңыз.

Содан кейін Failsafe параметрлерін орнатуға рұқсат етіңіз:

Бұл дрон контроллерден алыстап, сигнал жоғалған кезде барлық басқару элементтерінің бейтарап күйге өтуін қамтамасыз етеді. Ол үшін бізге 1, 2 және 4 -арнаны 0% -ға қойып, Failsafe Menu арқылы олардағы қауіпсіздікті іске қосу керек. Сондай -ақ, дроссельдегі failsafe қосылып, оны 100%-ға қою керек.

Сондай-ақ, контроллердегі басқа қосқыштарды System-> Aux ішінде белсендіру арқылы пайдалануға болады. қосқыштар.

Сіз бұл бөлім туралы толығырақ біздің веб -сайтта біле аласыз.

6 -қадам: тікелей эфир

Raspberry Pi - бұл компьютер және ұшатын компьютермен жасай алатын нәрсе сіздің қиялыңызды шектейді.

Тікелей эфирге:

1. PiCamera қосыңыз. Ол үшін Pi іске қосыңыз және оған тінтуір мен мониторды қосыңыз. Жоғарғы сол жақтағы rasbian логотипін нұқыңыз, параметрлерге өтіңіз, содан кейін Raspberry Pi конфигурациясы, содан кейін интерфейстер қойындысында камераның қосылғанын тексеріңіз. Содан кейін OK түймесін басыңыз.
2. Сценарийді жүктеңіз (код көзі: кездейсоқ оқулықтар) және оны үй қалтасына қойыңыз.
3. Терминалда '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' теру арқылы сценарийді іске қосыңыз.

Сценарий іске қосылғаннан кейін сіз бейне ағынының веб -серверіне кіре аласыз: https://: 8000. Өзіңіздің Raspberry Pi IP мекенжайыңызды ауыстырыңыз, менің жағдайда

Егер сіз өзіңіздің IP -адресіңізді білмесеңіз, оны мекенжайды беретін терминалға ifconfig теру арқылы біле аласыз.

Raspberry Pi бір желіге қосылған кез келген құрылғы арқылы тікелей ағынға қол жеткізуге болады. Сізге тек шолғышты ашу қажет.

Бұл бағдарламаны смартфоннан да іске қосуға болады. Сізге тек Terminus қосымшасын орнату қажет (егер сізде iPhone болса).

Пи қосылған кезде ағынды тікелей іске қосу үшін (сіздің дрон қосулы кезде) терминалға теріңіз:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Содан кейін соңғы жолға өтіп, қосыңыз:

echo Жүктеу кезінде жүгіру

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

sudo қайта жүктеу

Ctrl+X пернелер тіркесімін басу арқылы файлды сақтаңыз, содан кейін Y теріңіз және Enter пернесін басыңыз.

Құттықтаймыз, сіз тікелей трансляцияны орнаттыңыз! Сіз оны көршілеріңізді тыңдау немесе FPV жарыстарын өткізу үшін пайдалана аласыз!

7 -қадам: PID тюнинг өнері

Сіз бірінші рейске дайынсыз. Біріншіден, сіздің ұшағыңызды ешқандай винтсіз сынап көру керек, бәрі жақсы жауап береді.

Содан кейін сіз винттерді қосуға және дроссельді жоғарылату үшін баяу бастауға болады, егер сіз ұшып кете аласыз.

Сіздің дрон баяу тербеледі, дірілдейді немесе қозғалтқыштар ысқырады. Бұл сізге PID параметрлерін орнату керек дегенді білдіреді!

Егер сіздің командаларға жақсы жауап беретін өте тұрақты дрон қажет болса, бұл бөлік біраз уақыт алады. PID параметрі субъективті, сондықтан сіздің дроныңыздың қалай ұшуын қалау сізге байланысты. Міне, рәсім:

1. Төмен I қадамынан және айналуынан (0,01) бастаңыз және жоғары жиілікті тербелістерді көрмейінше P мәнін арттырыңыз және оны соңғы мәнге дейін төмендетіңіз.
2. Содан кейін мен дірілді көргенше немесе сіздің ұшқышыңыз қатып қалғанын және жауап бермейтінін сезгенше, I қадамында 0,01 қадаммен көтеріңіз. Әдетте I параметрі биіктіктің төмендеуі мен дрейфі кезінде сізге көмектеседі. Ол сіздің жүйеңіздегі (дрон) бұзылуларға қарсы тұрады.
3. Егер сіз жоғары жиілікті тербелістерді көрсеңіз, P артқы жағын төмен түсіріңіз.
4. Егер сіздің ұшқышыңыз тым ылғалды болып көрінсе (жауап беру үшін төмен) D мөлшерін азайтыңыз.

Айналу осі үшін әдетте оны әдепкі бойынша қалдыруға болады, бірақ егер сіздің ұшқышыңыз иін осінде жылжып бара жатқанын сезсеңіз, онда I деңгейін арттыруға болады.

8 -қадам: Мені орындаңыз

Автономды дрон керемет, ол еш алаңдамай ұшып кете алады.

Бұл оқулықта жасалған дрон оның сенсорлары түсіретін деректерді өңдеу арқылы жасай алады.

Адамды бақылау сияқты мүмкіндікті іске асыру үшін сізге қажет:

1. Дронның камерасын пайдаланып, оның қоршаған ортаны ескеруіне көмектесіңіз.
2. Қоршаған ортаны талдау үшін жасанды көру алгоритмін қолданыңыз.
3. Дронның траекториясын жоспарлаңыз.
4. Ұшқышсыз ұшуға бағыт беріңіз.

Нақтырақ айтсақ, Pi Camera кейбір жасанды көру алгоритмдерін іске қосу үшін жеткілікті қуатты компьютер болып табылатын Raspberry Pi -ге суреттердің тікелей ағынын қамтамасыз ете алады.

Бұл алгоритмдер суреттегі адамды анықтап, осы адамның позициясын талдай алады. Haar каскадты алгоритмі немесе терең нейрондық желілер бұл үшін пайдалы алгоритм бола алады.

Сондықтан, сіз ұстанатын адамның позициясын біле отырып, қозғалтқыштардың қалай қозғалатынын және кадрдағы бақыланатын объектінің орналасуына байланысты қандай бағытта жүруді жоспарлай аласыз. Мысалы, егер қадағаланатын адам Pi Camera түсірген кадрдың оң жағында болса, алгоритм дронға оңға бұрылады.

Ақырында, дрон ұстануға тиісті бағыт таңдалғаннан кейін, Raspberry Pi Multiwii -ге дронға осы бағытта жүруге рұқсат беру үшін команда жіберуі керек. Ол үшін MSP (Multiwii Serial Protocol) сіздің компьютеріңіз (Pi) мен ұшу контроллері арасында байланыс орнатуға пайдалы.

Мұнда сіз оны қалай кодтау керектігін таба аласыз.

Біздің веб -сайтта адамдарды анықтау үшін тензорфлоу мен терең нейрондық желілерді қолданудың неғұрлым сенімді әдісі көрсетілген.

Сіз сондай -ақ автономды дронды жақсартудың басқа да көптеген жолдарын елестете аласыз, мысалы, оны ағашты немесе жануарды көрген сайын суретке түсіруге мәжбүрлеу. Нысаннан аулақ болуға болады, егер сіз дронды объектіден белгіленген қашықтықтан жақын болса, оны жарысты тоқтататын етіп қойдыңыз.

Сондай -ақ, сіз веб -сайттан светодиодты Pi -ге қалай қосуға болатынын біле аласыз және дрон біреуді іздейтінін анықтаған кезде оны қосуға болады!

9 -қадам: Бақытты ұшу

Дронды іске қосыңыз және ұшудан ләззат алыңыз.

Егер сіз ары қарай жүргіңіз келсе және сіздің дроныңызда адамды қадағалауды жүзеге асырғыңыз келсе, біздің веб -сайтымыздан бұл туралы оқулық алуға болады.

Бұл оқулықты дайындағаныңызға рахмет!