Následujte mě - Průvodce chytrým dronem Raspberry Pi: 9 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Vždy vás zajímalo, jak vyrobit dron od A-Z?

Tento tutoriál vám ukáže, jak udělat kvadrokoptéru 450 mm krok za krokem od nákupu dílů po testování vašeho leteckého robota při jeho prvním letu.

Navíc s Raspberry Pi a PiCamera můžete na svém zařízení streamovat živé video a ovládat dron v pohledu první osoby! Raspberry Pi také nabízí možnost ještě více vylepšit dron a přidat funkce jako sledování osob, vyhýbání se překážkám a meteorologická stanice. Tento tutoriál vám ukáže, jak přimět drona, aby vás sledoval.

Výhodou Raspberry Pi je hlavně to, že dokáže zpracovat některé algoritmy pro umělé vidění pro funkce, které vyžadují, aby byl dron '' chytrý ''.

V tomto návodu se naučíte:

• Jaké nástroje/díly musíte koupit
• Jak opravit všechny části na rámu
• Jak provést připojení k pohonnému systému
• Jak nakonfigurovat mikrořadič
• Jak připojit přijímač k vysílači
• Jak streamovat video pořízené dronem na vašem telefonu
• Jak vyladit PID pro lepší ovládání
• Jak implementovat sledování osob

Dron má také červenou LED, která se rozsvítí, když dron někoho hledá, a zelenou LED, když je někdo detekován a dron ho sleduje. Je také implementováno tlačítko pro vypnutí Pi, než dojde k poškození baterie na SD kartě Raspberry Pi.

Tento tutoriál si klade za cíl nastavit základy toho, jak vybudovat přizpůsobitelný chytrý dron, takže pokud jste úplný začátečník, jste na správném místě!

Krok 1: Přehled

Pro stavbu kvadrokoptéry potřebujeme 4 motory a 4 ESC (elektronický regulátor otáček), každý připojený k motoru. K distribuci energie z baterie do 4 ESC se používá deska pro distribuci energie.

ESC přijímá příkaz od letového ovladače (zde deska MultiWii) a přenáší jej do motoru.

Tento letový ovladač má gyroskop, akcelerometr a barometr. Můžete k němu také přidat modul bluetooth a GPS.

K propojení mezi Raspberry Pi a letovým ovladačem používáme adaptér FTDI. Můžeme tedy posílat příkazy do ovladače z našeho Pi. Také pro provedení kalibrace PID a nahrání firmwaru Mulltiwii do letového ovladače bude FTDI velmi užitečné.

Nakonec dron dálkově ovládáme dálkovým ovladačem, který vysílá příkazy do přijímačů a odesílá je do letového ovladače.

Raspberry Pi také poskytuje stream, který lze zobrazit v libovolném prohlížeči ze zařízení, jako je například telefon. Tímto způsobem můžeme vidět, co vidí Pi kamera, když je ve vzduchu.

Krok 2: Shromáždění dílů

K úspěšnému dokončení tohoto kurzu jsou vyžadovány následující části:

1) Rám: 4osý rám 450 F

2) Vysílač a přijímač: Flysky FS-i6X

3) Základní deska Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B.

4) Fotoaparát: PiCamera

5) Mikrokontrolér: Crius MultiWii SEV2.6

6) Převodník FTDI: FTDI USB na TTL /FT232

7) Malé dráty: Elegoo 120ks vícebarevný Dupont drát

8) Motory (x4): Střídavý motor Liobaba 1100KV 2-4S

9) ESC (x4): Brushless ESC 30A Brushless ESC firmware w / 5V 3A UBEC

10) Baterie: HRB 11,1 V 5000 mAh 3S 50C-100C LiPo baterie

11) Konektory: pozlacené konektory 3,5 mm (x4) a Artrinck XT-60 60A/100A samec samice

12) Vrtule (x3): Vrtule FidgetGear 10x4,5 (modrá)

13) Montážní podložka letového ovladače: Montážní podložka letového ovladače

14) Některé teplem smrštitelné pláště: smrštitelná trubice - SODIÁL

15) Dráty: 16GA vodič

16) Páječka: Souprava páječky Holife, 60W 110V nastavitelný teplotně řízený svařovací nástroj

Volitelný

• Bzučák: Monitor nízkého napětí Venom pro 2S až 8S LiPO baterie
• Podpěra/stojan pro Pi a letový ovladač: Box Storage Case pro Raspberry Pi
• Vylepšete své zkušenosti s pájením pomocí: Elenco Helping Hands a 60-40 cínové olovnaté rosinové jádrové pájky

CELKOVÁ cena všech těchto částí by měla být 450,71 CAN $.

Krok 3: Pájení a upevnění dílů na rámu

Dvě části vyžadují pájení:

1. ESC (nepřicházejí s konektory na koncích)
2. Rozvodná deska (v našem případě integrovaná v rámu)

Použijte konektory samice tx na vodičích, které jste přidali do rozvaděče, konektory samec tx na bočních vodičích rozvaděče ESC a zlaté 3,5 mm konektory na vodičích na straně motoru ESC. Nezapomeňte přidat tepelně smrštitelný plášť k izolaci (nechceme vidět žádný holý drát).

Rada pro pájení:

• Použijte hrot ploché žehličky střední velikosti (je součástí vaší pájecí sady) a páječku zahřejte na 400 ° C.
• Špičku pájecího drátu často čistěte vodní houbou.
• Na dva povrchy, které chcete spojit, nejprve roztavte pájení, poté je slepte a přidejte další pájku.

Další podrobnosti o tom, jak vše pájet, neváhejte a podívejte se na naše webové stránky.

Upevněte díly na rám:

1. Pomocí dvou šroubů upevněte motory na koncích každé paže.
2. Upevněte podpěru elektroniky na rám pomocí matic a šroubů.
3. Upevněte Pi na podpěru pomocí matic a šroubů.
4. Na horní část podpěry nalepte montážní podložku (absorbující vibrace) a přilepte k ní Multiwii tak, aby byla přesně uprostřed rámu a šipka směřovala mezi dvě ramena stejné barvy.
5. Připevněte přijímač k podpoře suchým zipem.
6. Nasaďte si ESC na každou paži pomocí stahovací pásky.
7. Pomocí popruhů připevněte baterii ve spodní úrovni rámu.
8. Vyvrtejte vrtule a nasaďte je na motory pomocí speciálního šroubu, který je součástí motoru

Krok 4: Připojení

Pro přijímač:

• Připojte kolíky plynu na MultiWii ke kanálu 3 na přijímači.
• Připojte kolíky Roll ke kanálu 1 na přijímači.
• Připojte kolíky Pitch ke kanálu 2.
• Připojte vývody Yaw ke kanálu 4.
• Připojte Auxiliary 1 ke kanálu 5.

Pro ESC:

S Multiwii směřujícím dopředu a s černým vodičem příkazového konektoru ESC na spodním kolíku Multiwii;

• Připojte levý horní ESC k D3.
• Připojte pravý horní ESC k D10.
• Připojte pravý spodní ESC k D9.
• Připojte levý dolní ESC k D11.

Pro Pi:

• Připojte kameru PiCamera.
• Připojte FTDI k mini-USB/USB adaptéru a připojte jej k Pi, také připojte FTDI piny nebo FTDI piny MultiWii.
• Připojte - a + pin MultiWii k 5V a uzemněným GPIO pinům Pi.

Pro motory

Ve výchozím nastavení se motory otáčejí proti směru hodinových ručiček (CCW). Takže u motorů vlevo nahoře a vpravo dole musíte invertovat propojení vodičů s ESC (černá s červenou a červená s černou), takže budete mít směr hodinových ručiček (CW).

Krok 5: Konfigurujte vše

Při následujících krocích odeberte vrtule.

Programování ESC:

Elektronický regulátor rychlosti ovládá motor, a proto je k dispozici mnoho možností a je jen na vás, abyste si přizpůsobili svůj ESC tak, aby se choval tak, jak si přejete.

Odpojte všechny vodiče připojené k přijímači.

Pro každý ESC:

1. Připojte pouze jeden ESC k napájení (v našem případě k distribuční desce) a ujistěte se, že je baterie odpojena.
2. Vložte kolíky ESC do škrticího kanálu přijímače (v našem případě kanálu 3).
3. Zapněte vysílač.
4. Umístěte plynový pedál do maximální polohy.
5. Zapněte distribuční desku připojením baterie k ní. Můžete také použít některé krokosvorky a připojit baterii přímo k ESC.
6. Po několika pípnutích byste měli uslyšet hudební tón se 4 pípnutími. Po této první hudbě dejte plyn na minimální pozici na vysílači.
7. Počkejte na potvrzení od UBEC vydané pípnutím.
8. Zavřete vysílač.
9. Odpojte napájení (odpojte Li-Po baterii)

Chcete -li to vyzkoušet:

1. Zapněte vysílač s minimální polohou plynu.
2. Připojte baterii.
3. Postupně zvyšujte plyn na maximální výkon. Když zvýšíte plyn, motor by se měl otáčet rychleji.

Nastavení desky řízení letu:

V tomto kroku můžete odpojit USB kabel FTDI na Pi a dát jej do počítače, což bude pohodlnější při programování desky.

1. Stáhněte si software Arduino do počítače prostřednictvím webových stránek.
2. Stáhněte si nejnovější verzi firmwaru multiwii a rozbalte ji do počítače.
3. Přejděte do složky MultiWii, která byla dříve extrahována, poté otevřete MultiWii.ino, který spustí Arduino.
4. Přejděte do souboru config.h v Arduinu, odeberte // před #define QUADX a nastavte typ konfigurace vašeho multicopteru a před #define CRIUS_SE_v2_0 vyberte typ desky.
5. Poté přejděte do Nástroje -> Deska -> a vyberte Arduino Pro nebo Pro Mini a ujistěte se, že v Nástroje -> Procesor -> je vybrán ATMmega328P (5V, 16MHz).
6. Poslední konfigurací, kterou musíme před odesláním na desku udělat, je přejít do Nástroje -> Port -> vybrat port vašeho MultiWii (pro nás COM3).
7. Klikněte na ověřit a poté na nahrát.
8. Při načítání kódu na Crius MultiWii SE v2.6 byste měli vidět blikající kontrolky na desce řadiče i na desce FTDI.

Kalibrujte senzory na palubě řízení letu:

1. Přejděte do složky MultiWiiConf přítomné ve složce MultiWii stažené dříve z jejich webových stránek.
2. Poté přejděte do -> složka application.windows32 -> poklepejte na aplikaci MultiWiiConf. (Všimněte si, že i když jsem měl Windows 64bits, zdá se, že funguje pouze 32bitová aplikace).
3. Musíte vybrat port, ke kterému je váš letový ovladač připojen (v tomto případě COM3).
4. Klikněte na Číst.
5. Klikněte na Start.
6. Položte desku na stůl a poté klikněte na Calib_acc.
7. Klikněte na Calib_mag a poté musíte co nejrychleji otočit desku ve všech směrech během 30 sekund. V celém grafu byste měli vidět hroty.

Chcete -li to vyzkoušet:

Otočte desku na ose stoupání, otáčení a zatáčení a zjistěte, zda to, co senzory ukazují na softwaru, dává smysl

Nastavení vysílače (dálkové ovládání):

Nejprve můžete v nabídce zobrazení ověřit, která páčka ovládá který kanál:

1. Než spustíte ovladač, zkontrolujte, zda jsou všechny spínače nahoře a zda je páčka plynu (levá páčka) dole.
2. Spusťte ovladač.
3. Tlačítko Hold Ok.
4. Přejděte do Nastavení a poté do Zobrazení.
5. Pohybem páček můžete zjistit, který kanál reaguje.

Než půjdete dále, vyberte model a název:

1. Přejděte do části Systém -> Výběr modelu -> vyberte model.
2. Přejděte do části Systém -> Název modelu. A pojmenujte to. Změny uložte přidržením zrušení.
3. Přejít na Systém-> Typ vyberte a nastavte jej jako letadlo nebo kluzák, i když je to kvadrirotor.
4. Nastavte ořez v nabídce Subtrim. Když jsou páčky ve své neutrální poloze, potřebujete, aby kanály (viz Nabídka zobrazení) byly při zatáčení, stoupání a náklonu na 0%.
5. Přidržením zrušit uložíte nastavení.

Dále nastavíme Failsafe nastavení:

Tím je zajištěno, že když dron přejde daleko od ovladače a ztratí signál, všechny ovládací prvky přejdou do neutrální polohy. Abychom to mohli provést, musíme nastavit kanál 1, 2 a 4 na 0% a aktivovat na nich Failsafe Menu pomocí Failsafe. Musíme také aktivovat ochranu proti selhání na plynu a nastavit ji na 100%.

Můžete také použít ostatní přepínače na ovladači jejich aktivací v System-> Aux. vypínače.

Další podrobnosti o této sekci můžete získat na našem webu.

Krok 6: Živý přenos

Raspberry Pi je počítač a to, co můžete dělat s létajícím počítačem, omezuje pouze vaši představivost.

Živý přenos:

1. Povolte PiCameru. Chcete -li to provést, spusťte Pi a připojte k němu myš a monitor. Klikněte na logo rasbian vlevo nahoře, přejděte do předvoleb, poté na Raspberry Pi Konfigurace a poté na kartě rozhraní zkontrolujte, zda je kamera zaškrtnuta jako povolená. Poté klikněte na ok.
2. Stáhněte si skript (zdroj kódu: náhodné nerd tutoriály) a vložte jej do své domovské složky.
3. Spusťte skript zadáním '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' na terminálu.

Jakmile je skript spuštěn, můžete přistupovat k webovému serveru streamování videa na adrese: https://: 8000. Nahraďte svou vlastní IP adresou Raspberry Pi, v mém případě

Pokud neznáte svou IP IP adresu, můžete ji znát zadáním ifconfig do terminálu, který vám poskytne adresu.

K živému streamování máte přístup z jakéhokoli zařízení připojeného ke stejné síti jako Raspberry Pi. Stačí otevřít prohlížeč.

Tento program můžete také spustit ze smartphonu. Stačí si nainstalovat aplikaci Terminus (pokud máte IPhone).

Chcete -li stream spustit přímo při napájení Pi (tedy když je zapnutý dron), zadejte na terminál:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Pak přejděte na poslední řádek a přidejte, echo Běh při spuštění

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

sudo restart

Uložte soubor stisknutím Ctrl+X, zadejte Y a klikněte na Enter.

Gratulujeme, váš přímý přenos je nyní nastaven! Můžete jej použít ke špehování sousedů nebo k závodění na FPV!

Krok 7: Umění ladění PID

Jste připraveni na svůj první let. První věc, kterou byste měli udělat, je vyzkoušet si dron bez vrtulí, abyste zjistili, zda vše reaguje dobře.

Poté můžete přidat vrtule a začít velmi pomalu, abyste zvýšili plyn, abyste zjistili, zda můžete vzlétnout.

Váš dron pravděpodobně osciluje, vibruje nebo píská motory. To znamená, že musíte nastavit nastavení PID!

Tato část chvíli trvá, pokud chcete velmi stabilní dron, který dobře reaguje na vaše povely. Nastavení PID je subjektivní, takže je opravdu na vás, jak chcete, aby váš dron létal. Zde je postup:

1. Začněte s nízkým I na rozteči a rolování (0,01) a zvyšujte P, dokud neuvidíte vysokofrekvenční oscilace, a snižte jej zpět na poslední hodnotu.
2. Poté zvyšujte I na hřišti a v krocích po 0,01, dokud znovu neuvidíte vibrace nebo necítíte, že je váš dron tuhý a nereaguje. Nastavení I vám obvykle může pomoci, pokud se setkáte s poklesy nadmořské výšky a unášením. Počítá s poruchami ve vašem systému (dron).
3. Pokud uvidíte nějaké vysokofrekvenční oscilace, snižte P.
4. Snižte své D, pokud se vám dron zdá příliš tlumený (nízko na to, aby reagoval).

U osy stáčení to obvykle můžete nechat ve výchozím nastavení, ale pokud máte pocit, že se váš dron unáší v ose stáčení, můžete zvýšit I.

Krok 8: Funkce Follow Me

Autonomní dron je úžasný, může létat a pohybovat se, aniž byste si o něj museli dělat starosti.

Dron provedený v tomto tutoriálu to dokáže zpracováním dat, která jeho senzory zachycují.

K implementaci funkce, jako je sledování osob, potřebujete:

1. Pomocí kamery dronu mu pomozte vzít na vědomí jeho okolí.
2. K analýze prostředí použijte algoritmus umělého vidění.
3. Naplánujte trajektorii dronu.
4. Zaveďte směr, kterým se dronu máte řídit.

Přesněji řečeno, Pi kamera může poskytovat živý přenos obrázků Raspberry Pi, což je počítač s dostatečným výkonem pro spuštění některých algoritmů pro umělé vidění.

Tyto algoritmy dokážou detekovat osobu na obrázku a analyzovat její polohu. K tomu mohou být užitečné Haarovy kaskádové algoritmy nebo hluboké neuronové sítě.

Znalostí polohy sledované osoby tedy můžete naplánovat, jak se motory pohybují a jakým směrem se ubírat v závislosti na poloze sledovaného objektu v rámci. Pokud je například sledovaná osoba napravo od snímku pořízeného kamerou Pi, příkaz algoritmu dronu odbočí doprava.

Nakonec, jakmile byl zvolen směr, kterým by se měl dron řídit, musí Raspberry Pi poslat Multiwii příkaz, který umožní dronu jít tímto směrem. K tomu je MSP (Multiwii Serial Protocol) užitečný pro komunikaci mezi vaším počítačem (Pi) a vaším letovým ovladačem.

Zde najdete připojený způsob, jak to kódovat.

Na našich webových stránkách byla ukázána robustnější metoda využívající pro detekci osob tenzorflow a hluboké neuronové sítě.

Můžete si také představit spoustu dalších způsobů, jak vylepšit svůj autonomní dron, například nechat ho vyfotit pokaždé, když uvidí strom nebo zvíře. Vyhýbání se objektům je také možné implementovat, právě jste nastavili drona, aby zastavil svou rasu, pokud je blíže než je specifikovaná vzdálenost od předmětu.

Na webu se také můžete dozvědět, jak připojit LED k Pi a zapnout ji, když dron detekuje někoho, koho by měl sledovat!

Krok 9: Šťastné létání

Nastartujte dron a užijte si létání.

Pokud chcete jít dál a implementovat sledování osob na vašem dronu, můžete se na našem webu obrátit na tutoriál.

Děkujeme, že jste připravili tento návod!