DIY Plant Inspection Havearbejde Drone (Folding Tricopter på et budget): 20 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

I vores weekendhus har vi en dejlig lille have med mange frugter og grøntsager, men nogle gange er det bare svært at følge med i, hvordan planterne ændrer sig. De har brug for konstant opsyn, og de er meget sårbare over for vejr, infektioner, bugs osv …

Jeg havde mange multikopterreservedele fra gamle projekter liggende i min værktøjskasse, så jeg besluttede at designe og bygge en drone, der kan foretage planteanalyse ved hjælp af en Rasperry Pi Zero W og dens NoIR PiCamera. Jeg ville også lave en video om dette projekt, men det er ret svært ved siden af universitetet, så jeg vil bare uploade de rå optagelser.

Teorien bag nær infrarød billeddannelse

Jeg anbefaler at læse denne Wikipedia -artikel. Lang historie kort, når planter fungerer normalt, reflekterer de infrarødt lys fra solen. Mange dyr kan se IR -lys, som slanger og krybdyr, men dit kamera kan også se det (prøv det med en tv -fjernbetjening). Hvis du fjerner IR -filteret fra dit kamera, får du et lilla, vasket billede. Hvis du ikke vil ødelægge dit kamera, skal du prøve det med NoIR PiCamera, som stort set er det samme som standard PiCamera, men ikke har et indbygget IR -filter. Hvis du placerer infrarødt filter under kameraets linse, får du kun IR -lys på din Røde kanal, blåt lys på Blå kanal, grønt og rødt filtreres fra. Ved at bruge den normaliserede formel for vegetationsindeks for hver pixel kan du få en meget god indikator for din plantes helbred og fotosyntetiske aktivitet. Med dette projekt kunne jeg scanne vores baggård og identificere en usund plante under vores pæretræ.

Hvorfor en Tricopter?

Jeg kan godt lide trikoptere lidt mere end quads for eksempel på grund af deres effektivitet. De har længere flyvetider, de er billigere, og du kan folde dem, som sandsynligvis er den eneste bedste funktion, når det kommer til DIY -droner. Jeg nyder også at flyve med denne trikopter, de har en noget "fly-ish" kontrol, som du vil opleve, hvis du bygger denne drone sammen med mig. Når det kommer til tris David Windestals navn er sandsynligvis det første i en Google -søgning, jeg anbefaler at tjekke hans websted, jeg bruger også hans foldbare steldesign.

Trin 1: Flyveoptagelser

Dette var min anden testflyvning, hvor copteren allerede var indstillet og klar til at foretage planteanalyse. Jeg har nogle indbyggede optagelser fra mit actionkamera, du kan tjekke vores smukke omgivelser fra et fugleperspektiv. Hvis du vil se NDVI -optagelser, skal du gå til det sidste trin i denne instruktive. Desværre havde jeg ikke tid til at lave en fuldstændig vejledning til video på denne trikopter, men jeg har uploadet denne korte flyvetestvideo.

Trin 2: Påkrævede værktøjer og dele

Med undtagelse af træbommen og malingssprayen havde jeg alle dele liggende i min værktøjskasse, så de samlede omkostninger ved dette projekt var omkring $ 5 for mig, men jeg vil prøve at finde eBay eller Banggood links til hver del, jeg brugte. Jeg anbefaler stærkt at kigge rundt efter delene, måske kan du få en bedre pris, end jeg gjorde.

Værktøjer

• Loddekolbe
• Dremel værktøj
• 3D -printer (jeg har ikke en, min ven hjalp mig)
• Skæreværktøjer
• Wire Cutter
• Super lim
• Zip slips (mange af dem, i 2 størrelser)
• Malingsspray (med en farve du synes om - jeg brugte sort)

Dele

1. ArduCopter Flight Controller (jeg brugte en gammel APM 2.8, men du skal vælge en PixHawk eller PIX Mini)
2. GPS -antenne med magnetometer
3. MAVLink Telelemetry Module (til kommunikation på jordstationer)
4. 6CH modtager + sender
5. Videosender
6. Servomotor (mindst 1,5 kg moment)
7. 10 "propeller (2 CCW, 1 CW + ekstra til udskiftning)
8. 3 30A SimonK ESC'er (elektronisk hastighedsregulator) + 3 920kv motorer
9. 3S batteri 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (leveres med infrarødt filter)
11. 2 batterirem
12. Vibrationsdæmpningsbeslag
13. 1,2 cm firkantede træbomme (jeg købte en stang på 1,2 meter)
14. 2-3 mm tyk træplade af træ
15. Actionkamera (jeg brugte en GoPro -klon med 4k -kapacitet - SJCAM 5000x)

Dette er de dele, jeg brugte til min drone, du er velkommen til at ændre den efter din smag. Hvis du ikke er sikker på, hvad du skal bruge, skal du skrive en kommentar, og jeg vil prøve at hjælpe dig. Bemærk: Jeg brugte det udgåede APM -kort som flyvekontroller, fordi jeg havde en reserve. Flyver godt, men dette bord understøttes ikke længere, så du skal nok få en anden flyvekontroller, der er ArduCopter -kompatibel til gode GPS -funktioner.

Trin 3: Skæring af rammen

Download rammefilen, udskriv den og klip den ud. Kontroller, om den udskrevne størrelse er korrekt, og brug en pen til at markere formen og hullerne på træpladen. Brug en sav til at skære rammen og bore hullerne med en 3 mm bit. Du skal kun bruge to af disse, jeg har lige lavet 4 som reservedele.

Trin 4: Saml rammen

Jeg brugte 3 mm skruer og møtrikker til at samle rammen. Jeg skar hver bom 35 cm lang og efterlod en 3 cm lang på forsiden af rammen. Spænd ikke leddene for meget, men sørg for, at der er tilstrækkelig friktion, så armene ikke folder. Dette er et virkelig smart design, jeg styrtede ned to gange og intet kun armene foldede tilbage.

Trin 5: Boring af huller til motorerne

Kontroller størrelsen på dine motorskruer og afstanden mellem dem, og bor derefter to huller i venstre og højre træarme. Jeg var nødt til at bore et 5 mm dybt og 8 mm bredt hul i armene, så akslerne har plads nok til at dreje. Brug et sandpapir til at fjerne de små splinter og blæse støvet ud. Du vil ikke have støv i dine motorer, fordi det kan forårsage unødvendig friktion og varme.

Trin 6: Foldbar GPS -holder

Jeg var nødt til at bore til ekstra huller til min GPS -antenne for en god pasform. Du bør placere kompasset højt, så det ikke forstyrrer motorernes og ledningernes magnetfelt. Dette er en simpel foldeantenne, der hjælper mig med at holde mit setup så kompakt som muligt.

Trin 7: Maling af rammen

Nu skal du skrue alt ud og lave malearbejdet. Jeg endte med at vælge denne matte dybe sorte farve spray. Jeg tilsluttede delene på en tråd og malede dem simpelthen. For et rigtig godt resultat skal du bruge 2 eller flere lag maling. Det første lag kommer nok til at se lidt udvasket ud, fordi træet vil drikke fugtigheden op. Det skete i mit tilfælde.

Trin 8: Montering af vibrationsdæmpningsplatformen

Jeg havde denne gimbalholder -platform, der i min opbygning også fungerer som en batteriholder. Du skal montere dette under din ramme med lynlåse og/eller skruer. Vægten af batteriet hjælper med at absorbere en masse vibrationer, så du får et virkelig flot kameraoptagelser. Du kan også montere nogle landingshjul på plaststængerne, jeg følte, at det var unødvendigt. Denne sorte farve fungerede godt, på dette tidspunkt skulle du have en flot ramme, og det er tid til at konfigurere din flyvekontroller.

Trin 9: Opsætning af ArduCopter

For at konfigurere flyvekontrollen skal du have en ekstra gratis software. Download Mission Planner på Windows eller APM Planner på Mac OS. Når du tilslutter din flyvekontroller og åbner softwaren, installerer en guiderhjælper den nyeste firmware på dit bord. Det vil også hjælpe dig med at kalibrere dit kompas, accelerometer, radiocontroller og flyvetilstande.

Flytilstande

Jeg anbefaler at bruge Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home and Land som din seks flyvetilstand. Cirkel er virkelig nyttig, når det kommer til planteinspektion. Det kommer til at gå i kredsløb omkring en given koordinat, så det hjælper med at analysere dine planter fra alle vinkler på en meget præcis måde. Jeg kan bane rundt med pindene, men det er svært at opretholde en perfekt cirkel. Loiter er som at parkere din drone på himlen, så du kan tage NDVI -billeder i høj opløsning, og RTH er nyttig, hvis du mister signal eller mister din drones orientering.

Vær opmærksom på dine ledninger. Brug skematikken til at tilslutte dine ESC'er i de korrekte ben og tjekke i Mission Planner ledningerne til dine inputkanaler. Test aldrig disse med rekvisitter på!

Trin 10: Installation af GPS, kamera og flykontroller

Når din flyvekontroller er kalibreret, kan du bruge noget skumtape og installere det på midten af din ramme. Sørg for, at den vender fremad, og have plads nok til kablerne. Monter GPS'en med 3 mm skruer, og brug lynlåse til at holde dit kamera på plads. Disse GoPro -kloner leveres med alle monteringsværktøjer, så det var ganske enkelt at installere denne.

Trin 11: ESC'er og strømkabel

Mine batterier har et XT60 -stik, så jeg lodde 3 positive og 3 negative ledninger til hver pin på et hunstik. Brug et varmekrympeslange til at beskytte forbindelserne mod at kortslutte dem (du kan også bruge elektrisk tape). Når du lodder, gnider disse tykke tråde dem sammen og reparerer dem med en kobbertråd, og tilføjer derefter meget smeltet loddemetal. Du vil ikke have nogen kolde loddemetoder, især ved opstart af ESC'erne.

Trin 12: Modtager og antenner

For at få en god signalmodtagelse skal du montere dine antenner i 90 grader. Jeg brugte lynlåse og varmekrympende rør til at montere mine modtagerantenner på forsiden af min drone. De fleste modtagere leveres med kabler, og kanalerne er mærket, så det skal være let at konfigurere det.

Trin 13: Halemekanismen

Hale -mekanismen er en trikopters sjæl. Jeg har fundet dette design online, så jeg prøvede det. Jeg følte, at det originale design var lidt svagt, men hvis du vender mekanismen, fungerer det perfekt. Jeg skar den overskydende del med et dremelværktøj. På billedet kan det virke som om min servomotor lider lidt, men den fungerer upåklageligt. Brug en lille dråbe superlim når du strammer skruerne, så de ikke falder af på grund af vibrationerne; eller du kan lynlåse motorerne som jeg gjorde.

Trin 14: Gør en svævetest og PID -tuning

Dobbelttjek alle dine forbindelser, og sørg for, at du ikke steker noget, når du tilslutter dit batteri. Installer dine propeller, og prøv at svæve med din drone. Min var temmelig glat ud af boksen, jeg var bare nødt til at lave en lille yaw tuning, fordi den korrigerede alt for meget. Jeg kan ikke lære PID -tuning i denne Instructable, jeg lærte næsten alt fra Joshua Bardwells videotutorial. Han forklarede dette meget bedre end jeg kunne.

Trin 15: Vælg en hindbær og installer Raspbian (Jessie)

Jeg ville beholde dette så let som muligt, så jeg gik med RPi Zero W. Jeg bruger Raspbian Jessie, fordi de nyere versioner havde nogle problemer med OpenCV, som vi bruger til at beregne vegetationsindekset fra de rå optagelser. Hvis du vil have en højere FPS -rate, skal du vælge Raspberry Pi v4. Du kan downloade softwaren her.

Installation af afhængigheder

Vi kommer til at bruge PiCamera, OpenCV og Numpy i dette projekt. Som billedsensor valgte jeg det mindre 5MP kamera, som kun er kompatibelt med Zero -kortene.

1. Flash dit billede med dit yndlingsværktøj (jeg kan godt lide Balena Etcher).
2. Start din hindbær op med en skærm tilsluttet.
3. Aktiver kamera- og SSH -grænseflader.
4. Kontroller din IP -adresse med ifconfig i terminalen.
5. SSH ind i din RPi med kommandoen ssh pi@YOUR_IP.
6. Kopier og indsæt instruktionerne for at installere de nødvendige software:

sudo apt-get opdatering

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 installer numpy python-opencv python (for at teste det) import cv2 cv2._ version_

Du bør se et svar med versionsnummeret på dit OpenCV -bibliotek.

Trin 16: Test af NoIR -kamera og NDVI -billeddannelse

Sluk for dit RPi -kort, indsæt kameraet, og så kan vi prøve at lave noget NDVI -billeddannelse med det. Du kan se på blomsten (den med en rød baggrund), at de grønnere dele indeni viser en vis fotosyntetisk aktivitet. Dette var min første test, som blev lavet med Infragram. Jeg lærte alle formler og farvekort på deres websted at skrive en fuldt funktionel kode. For at gøre tingene mere automatiserede lavede jeg et Python -script, der fanger rammer, beregner NDVI -billederne og gemmer dem i 1080p på copteren.

Disse billeder kommer til at have en underlig farveoversigt, og de vil ligne det fra en anden planet. Lav et par tests, ændr nogle variabler, finjuster din sensor inden den første mission.

Trin 17: Installation af RPi Zero W på Drone

Jeg installerede Pi Zero på forsiden af trikopteren. Du kan vende dit kamera fremad, som jeg gjorde eller nedad. Grunden til, at min vender fremad, er at vise forskellen mellem planter og andre ikke -fotosyntetiske objekter. Bemærk: Det kan ske, at nogle overflader reflekterer IR -lys, eller at de er varmere end omgivelserne, hvilket får dem til at have en lysegul farve.

Trin 18: Tilføjelse af en videosender (valgfri)

Jeg havde også denne VTx liggende, så installeret på bagarmen på min copter. Denne har en rækkevidde på 2000 meter, men jeg har ikke brugt den, mens jeg lavede tests. Kun en FPV -flyvning for sjov med det. Når jeg ikke bruger det, fjernes kablerne, ellers er de skjult under rammen for at holde min opbygning pæn og ren.

Trin 19: Gør planteanalyse

Jeg lavede to 25 minutters flyvninger for en ordentlig analyse. De fleste af vores grøntsager syntes at være i orden, kartofler havde brug for lidt ekstra pleje og vanding. Vil tjekke det, der hjalp om et par dage. De ser temmelig grønne ud på billedet i forhold til de orange og lyserøde træer.

Jeg kan godt lide at lave cirkelflyvninger, så jeg kan undersøge planterne fra alle vinkler. Du kan tydeligt se, at under frugttræerne får nogle grøntsager ikke nok sollys, hvilket får dem til at blive blå eller sorte på NDVI -billederne. Det er ikke et problem, hvis en del af træet ikke får nok sollys på et tidspunkt på dagen, men det er dårligt, hvis hele planten bliver sort og hvid.

Trin 20: Flyvesikker;)

Tak fordi du læste denne Instructable, jeg håber, at nogle af jer vil prøve at lave eksperimenter med NDVI -billeddannelse eller med at bygge droner. Jeg havde en masse sjov med at lave dette projekt fra nul ud af trædele, hvis du også kunne lide det, kan du overveje at hjælpe mig med din venlige stemme. Åh, flyve sikkert, aldrig over mennesker og nyd hobbyen!

Første præmie i Make It Fly -udfordringen