Följ mig - Raspberry Pi Smart Drone Guide: 9 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:38

Har du alltid undrat hur man gör en drönare från A-Z?

Denna handledning visar dig hur du gör en 450 mm quadcopter steg-för-steg från att köpa delarna till att testa din flygrobot på hans första flygning.

Dessutom kan du med en Raspberry Pi och en PiCamera streama en livevideo på din enhet och styra din drönare i förstapersonsvy! Raspberry Pi erbjuder också möjligheten att förbättra din drönare ännu mer och lägga till funktioner som personspårning, hinderundvikande och en väderstation. Denna handledning visar dig hur du får din drönare att följa dig.

Fördelen med Raspberry Pi är främst att den kan bearbeta några artificiella synalgoritmer för funktioner som kräver att drönaren är '' smart ''.

I det här instruerbara lär du dig:

• Vilka verktyg/delar du behöver köpa
• Hur man fixar alla delar på ramen
• Hur man gör anslutningarna för framdrivningssystemet
• Så här konfigurerar du din mikrokontroller
• Hur man ansluter mottagaren till sändaren
• Hur man strömmar en video som tagits av drönaren på din telefon
• Hur du ställer in din PID för en bättre kontroll
• Hur man implementerar personspårning

Drönaren har också en röd lysdiod som tänds när drönaren söker efter någon och en grön lysdiod när någon upptäcks och drönaren följer honom. En knapp är också implementerad för att stänga av Pi innan batteriet kopplas till SD -kortet på Raspberry Pi blir inte skadat.

Denna handledning syftar till att sätta grunderna för hur man bygger en anpassningsbar smart drone, så om du är en nybörjare har du kommit till rätt ställe!

Steg 1: Översikt

För att bygga en quadcopter behöver vi 4 motorer och 4 ESC (Electronic Speed Controller) var och en ansluten till en motor. En kraftfördelningskort används för att fördela strömmen från batteriet till de fyra ESC: erna.

ESC tar emot kommandot från flygkontrollen (här ett MultiWii -kort) och överför det till motorn.

Denna flygkontroll har ett gyroskop, accelerometer och barometer. Du kan också lägga till en Bluetooth -modul och en GPS till den.

För att göra anslutningen mellan Raspberry Pi och flygkontrollen använder vi en FTDI -adapter. Således kan vi skicka kommandon till regulatorn från vår Pi. För att göra PID -kalibreringen och för att ladda upp firmware för Mulltiwii på flygkontrollen kommer FTDI att vara mycket användbar.

Slutligen styr vi fjärrkontrollen med en fjärrkontroll som skickar kommandon till mottagarna och skickar dem till flygkontrollen.

Raspberry Pi tillhandahåller också en ström som kan ses i valfri webbläsare från en enhet som till exempel en telefon. På så sätt kan vi se vad Pi -kameran ser när den är i luften.

Steg 2: Samla delarna

Följande delar krävs för att kunna slutföra denna handledning:

1) Ramen: 4-axlig 450 F ram

2) Sändare och mottagare: Flysky FS-i6X

3) Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B moderkort

4) Kameran: PiCamera

5) Mikrocontrollern: Crius MultiWii SEV2.6

6) FTDI: FTDI USB till TTL /FT232 -omvandlare

7) Små trådar: Elegoo 120st flerfärgad Dupont -tråd

8) Motorerna (x4): Liobaba 1100KV 2-4S borstlös motor

9) ESC: erna (x4): Borstlös ESC 30A Borstlös ESC -firmware med 5V 3A UBEC

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

11) Kontaktdon: Guldplattade kontakter 3,5 mm (x4) och Artrinck XT-60 60A/100A hane

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

13) Monteringsplattan för flygkontrollen: Monteringsplatta för flygkontroll

14) Några värmekrympbara mantlar: Krymprör - SODIAL

15) Ledningar: 16GA tråd

16) Lödkolven: Holife lödkolsats, 60W 110V justerbart temperaturkontrollerat svetsverktyg

Frivillig

• En summer: Venom lågspänningsmonitor för 2S till 8S LiPO -batterier
• Ett stöd/rack för Pi och flygkontroll: Box Storage Case för Raspberry Pi
• Förbättra din lödningsupplevelse med: Elenco Helping Hands och 60-40 Tin Lead Rosin Core Lod

Den totala kostnaden för alla dessa delar bör vara 450,71 CAN $.

Steg 3: Lödning och fixering av delar på ramen

Två delar behöver lödas:

1. ESC (de kommer inte med kontakter i extremiteterna)
2. Kraftfördelningskortet (i vårt fall integrerat i ramen)

Använd de kvinnliga tx -kontakterna på ledningarna som du lade till på distributionskortet, de manliga tx -kontakterna på ESC: s fördelningskorts sidotrådar och de gyllene 3,5 mm -kontakterna på ESC: s motorsidotrådar. Glöm inte att lägga till det värmekrympbara höljet för att isolera (vi vill inte se någon tråd).

Råd för lödning:

• Använd den medelstora platta järnspetsen (finns i din lödkit) och värm upp lödkolven till 400 grader.
• Rengör ofta spetsen på lödtråden med vattensvampen.
• Smält lite lödning på de två ytorna du vill ansluta först, håll sedan ihop dem och tillsätt mer löd.

För mer information om hur man löder allt tveka inte att ta en titt på vår webbplats.

Fixera delarna på ramen:

1. Använd två skruvar för att fästa motorerna vid varje arms ytterdel.
2. Fixera elektronikstödet på ramen med muttrar och bultar.
3. Fixera Pi på stödet med muttrar och bultar.
4. Stick en monteringsplatta (för att absorbera vibrationer) på toppen av stödet och fäst Multiwii på den så att den är exakt i mitten av ramen och med pilen som pekar mellan två armar av samma färg.
5. Fäst mottagaren på stödet med lite kardborre.
6. Sätt ESC på varje arm med slips.
7. Använd remmar för att fästa batteriet längst ner på ramen.
8. Borra propellrarna och sätt dem på motorerna med hjälp av den speciella bult som följer med motorn

Steg 4: Anslutningarna

För mottagaren:

• Anslut gaspinnar på MultiWii till kanal 3 på mottagaren.
• Anslut rullstift till kanal 1 på mottagaren.
• Anslut Pitch pins till kanal 2.
• Anslut Yaw -stiften till kanal 4.
• Anslut Auxiliary 1 till kanal 5.

För ESC:

Med Multiwii vänd framåt och med svart ledning från ESC: s kommandokontakt på undersidan av Multiwii;

• Anslut vänster-övre ESC till D3.
• Anslut höger-övre ESC till D10.
• Anslut höger-nedre ESC till D9.
• Anslut vänster-nedre ESC till D11.

För Pi:

• Anslut PiCamera.
• Anslut FTDI till en mini-USB/USB-adapter och anslut den till Pi, anslut också FTDI-stiften eller FTDI-stiften på MultiWii.
• Anslut en - och + stift på MultiWii till en 5V och jordade GPIO -stift på Pi.

För motorerna

Som standard roterar motorerna moturs (CCW). Så för de övre vänstra och nedre högra motorerna måste du invertera trådanslutningen med ESC (den svarta med den röda och den röda med den svarta) därför kommer du att ha en klockriktad riktning (CW).

Steg 5: Konfigurera allt

Ta bort dina propeller för följande steg.

Programmering av ESC:

Den elektroniska hastighetsregulatorn styr motorn och därför finns många alternativ tillgängliga och det är upp till dig att anpassa din ESC så att den beter sig som du vill.

Ta bort alla ledningar som är anslutna till mottagaren.

För varje ESC:

1. Anslut bara en ESC till strömmen (till distributionskortet i vårt fall) och se till att batteriet är urkopplat.
2. Sätt ESC -stiften i mottagarens gasreglage (i vårt fall kanal 3).
3. Sätt på din sändare.
4. Sätt gasreglaget i maximal position på din sändare.
5. Slå på distributionskortet genom att ansluta batteriet till det. Du kan också använda några krokodilklämmor och ansluta batteriet direkt till ESC.
6. Efter några pip bör du höra en musikalisk ton med 4 pip. Efter denna första musik sätter du gasreglaget på lägsta position på din sändare.
7. Vänta bekräftelse från UBEC, avgivet av ett pip.
8. Stäng sändaren.
9. Ta bort strömmen (koppla ur Li-Po-batteriet)

För att testa det:

1. Sätt på sändaren med minsta gasposition.
2. Anslut batteriet.
3. Öka gasen gradvis till maximal effekt. Motorn ska snurra snabbare när du ökar gasen.

Ställa in flygkontrollkortet:

För detta steg kan du ta bort USB -kabeln på FTDI på Pi och lägga den i din dator, det blir enklare att programmera kortet.

1. Ladda ner Arduino -programvaran till din dator via webbplatsen.
2. Ladda ner multiwii firmware senaste versionen och extrahera den på din dator.
3. Gå till mappen MultiWii som extraherats tidigare och öppna sedan MultiWii.ino som kommer att hylla Arduino.
4. Gå till filen config.h i Arduino, ta bort // framför #define QUADX för att ställa in konfigurationstypen för din multikopter och framför #define CRIUS_SE_v2_0 för att välja typ av kort.
5. Gå sedan in Verktyg -> Kort -> och välj Arduino Pro eller Pro Mini och se till att i Verktyg -> Processor -> att ATMmega328P (5V, 16MHz) är valt.
6. Den sista konfigurationen vi måste göra innan vi laddar upp på kortet är att gå till Verktyg -> Port -> välj porten på din MultiWii (COM3 för oss).
7. Klicka på verifiera och sedan på uppladdning.
8. När koden laddas upp på Crius MultiWii SE v2.6 bör du se lamporna blinka på både styrkortet och FTDI -kortet.

Kalibrera sensorerna på flygkontrollkortet:

1. Gå till mappen MultiWiiConf som finns i mappen MultiWii som tidigare hämtats från deras webbplats.
2. Gå sedan till -> application.windows32 -mappen -> dubbelklicka på MultiWiiConf -programmet. (Observera att även om jag hade Windows 64bits verkar bara 32bits -appen fungera).
3. Du måste välja porten som din flygkontroll är ansluten till (i det här fallet COM3).
4. Klicka på Läs.
5. Klicka på Start.
6. Lägg din bräda platt på skrivbordet och klicka sedan på Calib_acc.
7. Klicka på Calib_mag och sedan måste du rotera ditt bräda i alla riktningar under 30 sekunder så snabbt som möjligt. Du bör se spikar över hela grafen.

För att testa det:

Rotera din bräda på planen, rulla och gäsa axeln och se om det som sensorerna visar på programvaran är vettigt

Inställning av sändaren (fjärrkontroll):

Först kan du verifiera vilken pinne som styr vilken kanal i Display -menyn:

1. Innan du startar regulatorn, se till att alla omkopplare är uppe och att gasreglaget (vänster stick) är nere.
2. Starta kontrollen.
3. Håll OK -knappen.
4. Gå till Setup och sedan Display.
5. Du kan flytta dina pinnar för att se vilken kanal som reagerar.

Innan du går vidare väljer du en modell och ett namn:

1. Gå in i System-> Välj modell -> välj en modell.
2. Gå till System -> Modellnamn. Och ge det ett namn. Vänta avbryt för att spara dina ändringar.
3. Gå in i System-> Skriv välj och ställ in det som ett flygplan eller segelflygplan även om det är en fyrhjulig motor.
4. Ställ in trim i Subtrim -menyn. När pinnarna är i sitt neutrala läge behöver du kanalerna (se i Display -menyn) vara 0% för gäspning, pitch och rulla.
5. Vänta avbryt för att spara dina inställningar.

Låt oss sedan ställa in Failsafe -inställningarna:

Detta säkerställer att när drönaren går för långt från styrenheten och förlorad signal, går alla kontroller till neutralläge. Så för att göra detta måste vi ställa in kanal 1, 2 och 4 till 0% och aktivera failsafe på dem via Failsafe -menyn. Vi måste också aktivera failsafe på gasreglaget och ställa in det till 100%.

Du kan också använda de andra omkopplarna på din handkontroll genom att aktivera dem i System-> Aux. växlar.

Du kan ha mer information om detta avsnitt på vår webbplats.

Steg 6: Livestream

Raspberry Pi är en dator och vad du kan göra med en flygande dator begränsar bara din fantasi.

För att livestreama:

1. Aktivera PiCamera. För att göra det, starta Pi och anslut en mus och en bildskärm till den. Klicka på den rasbiska logotypen längst upp till vänster, gå till inställningar, sedan Raspberry Pi Configuration och sedan på fliken gränssnitt gör sur Camera är markerad som aktiverad. Klicka sedan på ok.
2. Ladda ner skriptet (källkod: random nerd tutorials) och lägg det i din hemmapp.
3. Kör skriptet genom att skriva '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' på terminalen.

När skriptet körs kan du komma åt din videoström webbserver på: https://: 8000. Ersätt med din egen Raspberry Pi IP -adress, i mitt fall

Om du inte känner till din Pi IP -adress kan du veta det genom att skriva ifconfig i terminalen som ger dig adressen.

Du kan komma åt livestreaming via vilken enhet som helst som är ansluten till samma nätverk som Raspberry Pi. Du behöver bara öppna webbläsaren.

Du kan också starta detta program från din smartphone. Du behöver bara installera Terminus -appen (om du har en iPhone).

För att starta strömmen direkt när Pi är på (så när din drönare är på) skriver du på terminalen:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Gå sedan till sista raden och lägg till, eko Kör vid start

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

sudo starta om

Spara filen genom att trycka på Ctrl+X, skriv sedan Y och klicka på Retur.

Grattis, din livestream är nu klar! Du kan använda den för att spionera på dina grannar eller göra lite FPV -racing!

Steg 7: Konsten att PID Tuning

Du är redo för ditt första flyg. Det första du bör göra är att testa din drönare utan någon propeller för att se om allt svarar bra.

Sedan kan du lägga till dina propellrar och börja mycket långsamt för att öka gasreglaget för att se om du kan lyfta.

Din drönare svänger förmodligen långsamt, vibrerar eller motorerna visslar. Det betyder att du måste konfigurera dina PID -inställningar!

Den här delen tar ett tag om du vill ha en mycket stabil drone som svarar bra på dina kommandon. PID -inställningen är subjektiv så det är verkligen upp till dig hur du vill att din drönare ska flyga. Här är proceduren:

1. Börja med ett lågt I på tonhöjd och rulla (0,01) och öka P tills du ser högfrekventa svängningar och reducera det tillbaka till det sista värdet.
2. Öka sedan I på tonhöjd och rulla med steg om 0,01 tills du igen ser vibrationer eller om du känner att din drönare är stel och inte svarar. Normalt kan I -inställningen hjälpa dig om du upplever höjdfall och drift. Det motverkar störningarna på ditt system (drönaren).
3. Sänk tillbaka din P om du såg några högfrekventa svängningar.
4. Minska din D om din drönare verkar för dämpad (låg för att svara).

För gaffelaxeln kan du vanligtvis lämna den som standard, men om du känner att din drönare driver i gungaxeln kan du öka I.

Steg 8: Följ mig -funktionen

En autonom drönare är fantastisk, den kan flyga och röra sig utan att behöva oroa sig för det.

Drönaren som görs i denna handledning har möjlighet att göra detta genom att bearbeta data som hans sensorer fångar.

För att implementera en funktion som personspårning måste du:

1. Använd drönarens kamera för att hjälpa honom att notera hans omgivning.
2. Använd en artificiell synalgoritm för att analysera omgivningen.
3. Planera drönarens bana.
4. Kommando riktningen att följa till drönaren.

Närmare bestämt kan Pi -kameran tillhandahålla en ström av bilder till Raspberry Pi som är en dator med tillräckligt med ström för att köra några artificiella visionalgoritmer.

Dessa algoritmer kan upptäcka en person i en bild och analysera denna persons position. Haarkaskadalgoritm eller djupa neurala nätverk kan vara användbara algoritmer för det.

Därför, genom att veta positionen för personen att följa, kan du planera hur motorerna rör sig och vilken riktning du ska ta beroende på positionen för det spårade objektet i ramen. Till exempel, om personen som ska spåras är till höger om ramen som tas av Pi -kameran, kommer algoritmkommandot till drönaren för att svänga åt höger.

Slutligen, när den riktning som drönaren ska följa har valts, måste Raspberry Pi skicka ett kommando till Multiwii för att drönaren ska kunna gå i den riktningen. För att göra det är MSP (Multiwii Serial Protocol) användbart för att kommunicera mellan din dator (Pi) och din flygkontroll.

Här kan du hitta bifogade ett sätt att koda det.

En mer robust metod med tensorflöde och djupa neurala nätverk för persondetektering har visats på vår webbplats.

Du kan också föreställa dig många andra sätt att förbättra din autonoma drönare, som att få honom att ta ett foto av varje gång han ser ett träd eller ett djur. Objektundvikande är också möjligt att genomföra. Du har precis ställt in dronen för att stoppa hans lopp om han är närmare än ett visst avstånd från ett objekt.

Du kan också lära dig på webbplatsen hur du ansluter en LED till Pi och slår på den när drönaren upptäcker någon att följa!

Steg 9: Happy Flying

Starta din drönare och njut av din fluga.

Om du vill gå längre och implementera personspårning på din drönare kan du konsultera vår webbplats för en handledning om det.

Tack för att du är klar med den här självstudien!