Følg mig - Raspberry Pi Smart Drone Guide: 9 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Har du altid spekuleret på, hvordan man laver en drone fra A-Z?

Denne vejledning viser dig, hvordan du gør en 450 mm quadcopter trin-for-trin fra at købe delene til at teste din luftrobot på hans første flyvning.

Derudover kan du med en Raspberry Pi og et PiCamera streame en live video på din enhed og styre din drone i førstepersonsvisning! Raspberry Pi giver også mulighed for at forbedre din drone endnu mere og tilføje funktioner som personsporing, forhindring af forhindringer og en vejrstation. Denne vejledning viser dig, hvordan du får din drone til at følge dig.

Fordelen ved Raspberry Pi er hovedsageligt, at den kan behandle nogle kunstige vision -algoritmer til funktioner, der kræver, at dronen er '' smart ''.

I denne instruktive vil du lære:

• Hvilke værktøjer/dele skal du købe
• Sådan repareres alle dele på rammen
• Sådan foretages forbindelserne til fremdriftssystemet
• Sådan konfigureres din mikro-controller
• Sådan tilsluttes modtageren til senderen
• Sådan streames en video taget af dronen på din telefon
• Sådan indstilles dit PID for en bedre kontrol
• Sådan implementeres personsporing

Dronen har også en rød LED, der tændes, når dronen søger efter nogen og en grøn LED, når nogen opdages, og dronen følger ham. En knap er også implementeret for at slukke for Pi, før batteriet frakobles SD -kortet på Raspberry Pi ikke bliver ødelagt.

Denne vejledning har til formål at sætte det grundlæggende i, hvordan man bygger en smart drone, der kan tilpasses, så hvis du er en komplet nybegynder, er du kommet til det rigtige sted!

Trin 1: Oversigt

For at bygge en quadcopter har vi brug for 4 motorer og 4 ESC'er (elektronisk hastighedsregulator), der hver er tilsluttet en motor. Et strømfordelingsbord bruges til at fordele strømmen fra batteriet til de 4 ESC'er.

ESC modtager kommandoen fra flyvekontrolleren (her et MultiWii -kort) og sender den til motoren.

Denne flyvekontroller har et gyroskop, accelerometer og barometer. Du kan også tilføje et bluetooth -modul og en GPS til det.

For at oprette forbindelsen mellem Raspberry Pi og flyvekontrolleren bruger vi en FTDI -adapter. Således kan vi sende kommandoer til controlleren fra vores Pi. FTDI vil også være meget nyttig for at udføre PID -kalibreringen og uploade firmware til Mulltiwii på flyvekontrollen.

Endelig styrer vi eksternt dronen med en fjernbetjening, der sender kommandoer til modtagerne og sender dem til flyvekontrollen.

Raspberry Pi giver også en stream, der kan ses på enhver browser fra en enhed som f.eks. En telefon. På denne måde kan vi se, hvad Pi -kameraet ser, når det er i luften.

Trin 2: Samling af delene

Følgende dele kræves for at gennemføre denne vejledning:

1) Rammen: 4-akset 450 F ramme

2) Senderen og modtageren: Flysky FS-i6X

3) Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B bundkort

4) Kameraet: PiCamera

5) Mikrocontrolleren: Crius MultiWii SEV2.6

6) FTDI: FTDI USB til TTL /FT232 -konverter

7) Små ledninger: Elegoo 120 stk. Flerfarvet Dupont -tråd

8) Motorerne (x4): Liobaba 1100KV 2-4S børsteløs motor

9) ESC'erne (x4): Børsteløs ESC 30A Børsteløs ESC -firmware m / 5V 3A UBEC

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

11) Stikkene: Guldplatformede stik 3,5 mm (x4) og Artrinck XT-60 60A/100A Han-hun

12) Propellerne (x3): FidgetGear 10x4.5 Propeller (blå)

13) Flight controller -monteringspuden: Flight Controller Mounting Pad

14) Nogle varmekrympbare kapper: Krympeslange - SODIAL

15) Ledninger: 16GA ledning

16) Loddejernet: Holife Loddejern Kit, 60W 110V Justerbart Temperaturstyret Svejseværktøj

Valgfri

• En summer: Venom lavspændingsmonitor til 2S til 8S LiPO batterier
• En støtte/rack til Pi og flight controller: Box Storage Case til Raspberry Pi
• Forbedre din loddeoplevelse med: Elenco Helping Hands og 60-40 Tin Lead Rosin Core Lodde

Den samlede pris for alle disse dele bør være 450,71 CAN $.

Trin 3: Lodning og fastgørelse af dele på rammen

To dele skal loddes:

1. ESC'erne (de kommer ikke med stik i ekstremiteterne)
2. Strømfordelingsbordet (i vores tilfælde integreret i rammen)

Brug de kvindelige tx -stik på de ledninger, du føjede til fordelerkortet, de hanlige tx -stik på ESC'ernes distributionskorts sideledninger og de guld 3,5 mm -stik på ESC'ernes motorsideledninger. Glem ikke at tilføje den varmekrympbare kappe for at isolere (vi ønsker ikke at se nogen ledning).

Råd til lodning:

• Brug den mellemstore fladjernstip (medfølger i dit lodningssæt) og varm loddejernet op til 400 grader.
• Rengør ofte spidsen af loddetråden med vandsvampen.
• Smelt lidt lodning på de to overflader, du vil tilslutte først, og sæt dem derefter sammen og tilføj mere loddetin.

For flere detaljer om hvordan man lodder alt, tøv ikke med at kigge på vores websted.

Fix delene på rammen:

1. Brug to skruer til at fastgøre motorerne i hver arms ekstremitet.
2. Fastgør elektronikkens støtte på rammen med møtrikker og bolte.
3. Fastgør Pi på støtten med møtrikker og bolte.
4. Sæt nogle monteringspuder (for at absorbere vibrationer) på toppen af understøtningen, og hold dig Multiwii til den, og sørg for, at den er præcis midt på rammen og med pilen pegende mellem to arme af samme farve.
5. Hold modtageren fast på støtten med en velcro.
6. Sæt dine ESC'er på hver arm med slips.
7. Brug stropper til at fastgøre batteriet i bunden af rammen.
8. Bor propellerne og sæt dem på motorerne ved hjælp af den særlige bolt, der følger med motoren

Trin 4: Forbindelserne

Til modtageren:

• Tilslut gaspinde på MultiWii til kanal 3 på modtageren.
• Tilslut rullestifter til kanal 1 på modtageren.
• Tilslut Pitch pins til kanal 2.
• Tilslut Yaw pins til kanal 4.
• Tilslut Auxiliary 1 til kanal 5.

For ØSU'erne:

Med Multiwii vendt fremad og med sort ledning af ESC's kommandostik på bunden af Multiwii;

• Tilslut den øverste venstre ESC til D3.
• Tilslut den øverste højre ESC til D10.
• Tilslut højre nederste ESC til D9.
• Tilslut venstre nederste ESC til D11.

Til Pi:

• Tilslut PiCamera.
• Tilslut FTDI til en mini-USB/USB-adapter, og slut den til Pi, tilslut også FTDI-benene eller FTDI-benene på MultiWii.
• Tilslut en - og + pin på MultiWii til en 5V og jordede GPIO -ben på Pi.

Til motorerne

Som standard roterer motorerne i retning mod uret (CCW). Så for motorerne øverst til venstre og nederst til højre skal du invertere ledningsforbindelsen til ESC (den sorte med den røde og den røde med den sorte), derfor har du en urvisende retning (CW).

Trin 5: Konfigurer det hele

Fjern dine propeller til følgende trin.

Programmering af ESC'er:

Den elektroniske hastighedsregulator styrer motoren, og derfor er der mange muligheder, og det er op til dig at tilpasse din ESC, så den opfører sig, som du ønsker.

Fjern alle ledninger, der er forbundet til modtageren.

For hver ESC:

1. Tilslut kun én ESC til strømmen (til fordelerkortet i vores tilfælde) og sørg for, at batteriet er afbrudt.
2. Sæt ESC -stifterne i modtagerens gaskanal (i vores tilfælde kanal 3).
3. Tænd for din sender.
4. Sæt gashåndtaget i maksimal position på din sender.
5. Tænd for distributionskortet ved at slutte batteriet til det. Du kan også bruge nogle krokodilleklip og tilslutte batteriet direkte til ESC.
6. Efter nogle bip skal du høre en musikalsk tone med 4 bip. Efter denne første musik satte gashåndtaget på minimumsposition på din sender.
7. Vent bekræftelse fra UBEC, givet med et bip.
8. Luk senderen.
9. Tag strømmen ud (afbryd Li-Po-batteri)

For at teste det:

1. Tænd for senderen med minimum gasposition.
2. Tilslut batteriet.
3. Gradvist øge gashåndtaget til maksimal effekt. Motoren skal snurre hurtigere, når du øger gas.

Opsætning af flyvekontrolkortet:

Til dette trin kan du fjerne USB -kablet til FTDI på Pi og sætte det i din computer, det vil være mere bekvemt at programmere tavlen.

1. Download Arduino -softwaren på din computer via webstedet.
2. Download den nyeste version af multiwii firmware, og udpak den på din computer.
3. Gå i mappen MultiWii, der tidligere er udtrukket, og åbn derefter MultiWii.ino, der vil lauch Arduino.
4. Gå til filen config.h i Arduino, fjern // foran #define QUADX for at konfigurere konfigurationstypen for din multikopter og foran #define CRIUS_SE_v2_0 for at vælge korttype.
5. Gå derefter i Værktøjer -> Board -> og vælg Arduino Pro eller Pro Mini, og kontroller i Værktøjer -> Processor -> at ATMmega328P (5V, 16MHz) er valgt.
6. Den sidste konfiguration, vi skal gøre, før vi uploader på tavlen, er at gå til Værktøjer -> Port -> vælg porten på din MultiWii (COM3 for os).
7. Klik på bekræft og derefter på upload.
8. Da koden uploades på Crius MultiWii SE v2.6, skal du se lysene blinke på både controller -kortet og FTDI -kortet.

Kalibrer sensorerne på flyvekontrolkortet:

1. Gå til mappen MultiWiiConf, der findes i mappen MultiWii, der tidligere er downloadet fra deres websted.
2. Gå derefter til -> application.windows32 mappe -> dobbeltklik på MultiWiiConf -programmet. (Bemærk, at selvom jeg havde Windows 64bits, ser det ud til, at 32bits -appen kun virker).
3. Du skal vælge den port, som din flyvekontroller er forbundet til (i dette tilfælde COM3).
4. Klik på Læs.
5. Klik på Start.
6. Læg dit bræt fladt på skrivebordet, og klik derefter på Calib_acc.
7. Klik på Calib_mag, og så skal du rotere dit bræt i alle retninger i løbet af 30 sekunder så hurtigt som muligt. Du bør se pigge over hele grafen.

For at teste det:

Drej dit bræt på banen, rul og gaffelaksen, og se om det, som sensorerne viser på softwaren, giver mening

Opsætning af senderen (fjernbetjening):

Først kan du kontrollere, hvilken pind der styrer hvilken kanal i skærmmenuen:

1. Inden du starter controlleren, skal du kontrollere, at alle kontakter er oppe, og at gashåndtaget (venstre pind) er nede.
2. Start controlleren.
3. Hold Ok -knappen nede.
4. Gå til Setup, derefter Display.
5. Du kan flytte dine pinde for at se, hvilken kanal der reagerer.

Inden du går videre, skal du vælge en model og et navn:

1. Gå i System-> Vælg model -> vælg en model.
2. Gå i System -> Modelnavn. Og giv det et navn. Vent på annuller for at gemme dine ændringer.
3. Gå i System-> Type select og indstil det som et fly eller svævefly, selvom det er en quadrirotor.
4. Indstil trim i menuen Subtrim. Når pindene er i deres neutrale position, har du brug for, at kanalerne (se i menuen Display) er 0% for gabning, pitch og rul.
5. Vent på annuller for at gemme dine indstillinger.

Lad os derefter angive Failsafe -indstillingerne:

Dette sikrer, at når dronen går for langt fra controlleren og taber signal, går alle kontrollerne til neutral position. Så for at gøre dette skal vi indstille kanal 1, 2 og 4 til 0% og aktivere failsafe på dem via Failsafe Menu. Vi skal også aktivere fejlsikring på gashåndtaget og indstille det til 100%.

Du kan også bruge de andre kontakter på din controller ved at aktivere dem i System-> Aux. kontakter.

Du kan have flere detaljer om dette afsnit på vores websted.

Trin 6: Live Stream

Raspberry Pi er en computer, og hvad du kan gøre med en flyvende computer begrænser bare din fantasi.

Sådan livestreamer du:

1. Aktiver PiCamera. For at gøre det skal du starte Pi og slutte en mus og en skærm til den. Klik på det rasbiske logo øverst til venstre, gå til præferencer, derefter Raspberry Pi Configuration og derefter i fanen Interfaces gør sur Kamera er markeret som aktiveret. Klik derefter på ok.
2. Download scriptet (kildekoden: random nerd tutorials) og læg det i din hjemmemappe.
3. Kør scriptet ved at skrive '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' på terminalen.

Når scriptet kører, kan du få adgang til din videostream -webserver på: https://: 8000. Erstat med din egen Raspberry Pi IP -adresse, i mit tilfælde

Hvis du ikke kender din Pi IP -adresse, kan du kende den ved at skrive ifconfig i terminalen, der giver dig adressen.

Du kan få adgang til livestreaming via enhver enhed, der er forbundet til det samme netværk som Raspberry Pi. Du skal bare åbne browseren.

Du kan også starte dette program fra din smartphone. Du skal bare installere Terminus -appen (hvis du har en iPhone).

For at starte strømmen direkte, når Pi er tændt (så når din drone er tændt), skriv på terminalen:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Gå derefter til den sidste linje og tilføj, ekko Kører ved støvle

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

sudo genstart

Gem din fil ved at trykke på Ctrl+X, indtast derefter Y og klik på Enter.

Tillykke, din livestream er nu indstillet! Du kan bruge den til at spionere på dine naboer eller lave noget FPV -løb!

Trin 7: Kunsten at PID Tuning

Du er klar til din første flyvning. Den første ting du skal gøre er at prøve din drone uden propel for at se om alt reagerer godt.

Derefter kan du tilføje dine propeller og starte meget langsomt med at øge gashåndtaget for at se, om du kan tage afsted.

Din drone svinger sandsynligvis langsomt, vibrerer eller motorerne fløjter. Det betyder, at du skal konfigurere dine PID -indstillinger!

Denne del tager et stykke tid, hvis du vil have en meget stabil drone, der reagerer godt på dine kommandoer. PID -indstilling er subjektiv, så det er virkelig op til dig, hvordan du vil have din drone til at flyve. Her er proceduren:

1. Start med et lavt I på tonehøjde og rul (0,01) og øg P, indtil du ser højfrekvente svingninger og reducer det tilbage til den sidste værdi.
2. Forøg derefter I på banen og rul med trin på 0,01, indtil du igen ser vibrationer, eller du føler, at din drone er stiv og ikke reagerer. Typisk kan jeg -indstillingen hjælpe dig, hvis du oplever højdefald og drivende. Det modvirker forstyrrelser på dit system (dronen).
3. Sænk din P, hvis du så nogen højfrekvente svingninger.
4. Reducer din D, hvis din drone virker for dæmpet (lav til at reagere).

For yaw -aksen kan du typisk forlade den som standard, men hvis du føler, at din drone driver i yaw -aksen, kan du øge I.

Trin 8: Følg mig -funktionen

En autonom drone er fantastisk, den kan flyve og bevæge sig uden at skulle bekymre sig om det.

Dronen udført i denne vejledning har evnen til at gøre dette ved at behandle de data, som hans sensorer fanger.

For at implementere en funktion som personsporing skal du:

1. Brug dronens kamera til at hjælpe ham med at notere sig sit miljø.
2. Brug en kunstig vision -algoritme til at analysere miljøet.
3. Planlæg dronens bane.
4. Kommander den retning, der skal følges til dronen.

Mere specifikt kan Pi -kameraet levere en live stream af billeder til Raspberry Pi, der er en computer med nok strøm til at køre nogle kunstige vision -algoritmer.

Disse algoritmer kan registrere en person i et billede og analysere denne persons position. Haar kaskade algoritme eller dybe neurale netværk kan være nyttige algoritmer til det.

Derfor kan du ved at kende placeringen af den person, der skal følges, planlægge, hvordan motorerne bevæger sig, og hvilken retning du skal tage afhængigt af positionen af det sporede objekt i rammen. For eksempel, hvis den person, der skal spores, er til højre for rammen taget af Pi -kameraet, kommandoen til algoritmen til dronen for at dreje til højre.

Endelig, når den retning, dronen skal følge, er valgt, skal Raspberry Pi sende en kommando til Multiwii for at tillade dronen at gå i den retning. For at gøre det er MSP (Multiwii Serial Protocol) nyttig til at kommunikere mellem din computer (Pi) og din flyvekontroller.

Her kan du finde vedhæftet en måde, hvordan du koder det.

En mere robust metode ved hjælp af tensorflow og dybe neurale netværk til persondetektion er blevet vist på vores websted.

Du kan også forestille dig mange andre måder at forbedre din autonome drone, som at få ham til at tage et foto af hver gang han ser et træ eller et dyr. Undgåelse af genstande er også muligt at implementere, du har bare indstillet dronen til at stoppe sit løb, hvis han er tættere end en bestemt afstand fra et objekt.

Du kan også lære på webstedet, hvordan du tilslutter en LED til Pi og tænder den, når dronen opdager nogen at følge!

Trin 9: Happy Flying

Start din drone og nyd din flue.

Hvis du vil gå videre og implementere personsporing på din drone, kan du konsultere vores websted for en vejledning om det.

Tak fordi du var klar med denne vejledning!