Nasledujte ma - Sprievodca inteligentným dronom Raspberry Pi: 9 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Vždy vás zaujímalo, ako vyrobiť dron od A-Z?

Tento tutoriál vám ukáže, ako urobiť kvadrokoptéru 450 mm krok za krokom od nákupu dielov po testovanie vášho leteckého robota pri jeho prvom lete.

Navyše s Raspberry Pi a PiCamera môžete na svojom zariadení streamovať živé video a ovládať svoj dron v pohľade prvej osoby! Raspberry Pi tiež ponúka možnosť ešte viac vylepšiť váš dron a pridať funkcie ako sledovanie osôb, vyhýbanie sa prekážkam a meteorologická stanica. Tento tutoriál vám ukáže, ako prinútiť dron, aby vás nasledoval.

Výhodou Raspberry Pi je hlavne to, že dokáže spracovať niektoré algoritmy umelého videnia pre funkcie, ktoré vyžadujú, aby bol dron „inteligentný“.

V tomto návode sa naučíte:

• Aké nástroje/diely potrebujete kúpiť
• Ako opraviť všetky diely na ráme
• Ako vytvoriť spojenia pre pohonný systém
• Ako nakonfigurovať mikrokontrolér
• Ako pripojiť prijímač k vysielaču
• Ako streamovať video nasnímané dronom v telefóne
• Ako vyladiť PID pre lepšiu kontrolu
• Ako implementovať sledovanie osôb

Dron má tiež červenú diódu LED, ktorá sa rozsvieti, keď dron niekoho hľadá, a zelenú diódu, keď je niekto detekovaný a dron ho nasleduje. Je tiež implementované tlačidlo na vypnutie Pi, kým sa nepoškodí odpojenie batérie na SD karte Raspberry Pi.

Tento tutoriál si kladie za cieľ položiť základy budovania prispôsobiteľného inteligentného drona, takže ak ste úplný začiatočník, ste na správnom mieste!

Krok 1: Prehľad

Na stavbu kvadrokoptéry potrebujeme 4 motory a 4 ESC (elektronický regulátor otáčok), z ktorých každý je spojený s motorom. Na distribúciu energie z batérie do 4 ESC sa používa doska na distribúciu energie.

ESC prijíma príkaz od letového ovládača (tu doska MultiWii) a prenáša ho do motora.

Tento letový ovládač má gyroskop, akcelerometer a barometer. Môžete k nemu tiež pridať modul bluetooth a GPS.

Na prepojenie Raspberry Pi s letovým ovládačom používame adaptér FTDI. Môžeme teda posielať príkazy do ovládača z nášho Pi. FTDI bude tiež veľmi užitočný na vykonanie kalibrácie PID a nahranie firmvéru Mulltiwii do letového ovládača.

Nakoniec dron diaľkovo ovládame diaľkovým ovládačom, ktorý odosiela príkazy prijímačom a odosiela ich do letového ovládača.

Raspberry Pi tiež poskytuje stream, ktorý je možné zobraziť v ľubovoľnom prehliadači zo zariadenia, ako je napríklad telefón. Takto si môžeme prezrieť, čo vidí Pi kamera, keď je vo vzduchu.

Krok 2: Zhromažďovanie dielov

Na úspešné absolvovanie tohto tutoriálu sú potrebné nasledujúce časti:

1) Rám: 4-osový rám 450 F

2) Vysielač a prijímač: Flysky FS-i6X

3) Základná doska Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B.

4) Fotoaparát: PiCamera

5) Mikrokontrolér: Crius MultiWii SEV2.6

6) Prevodník FTDI: FTDI USB na TTL /FT232

7) Malé vodiče: Elegoo 120 ks viacfarebný duplexný drôt

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

9) ESC (x4): Bezkartáčový firmvér ESC 30A Brushless ESC s 5V 3A UBEC

10) Batéria: HRB 11,1 V 5 000 mAh 3S 50C-100C LiPo batéria

11) Konektory: pozlátené konektory 3,5 mm (x4) a Artrinck XT-60 60A/100A samica samica

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

13) Montážna podložka ovládača letu: Montážna podložka ovládača letu

14) Niektoré teplom zmrštiteľné obaly: Zmršťovacia trubica - SODIÁLNA

15) Drôty: drôt 16GA

16) Spájkovačka: Súprava spájkovačky Holife, 60W 110V nastaviteľný teplotne riadený zvárací nástroj

Voliteľné

• Bzučiak: Nízkonapäťový monitor Venom pre 2S až 8S LiPO batérie
• Podpora/stojan pre Pi a letový ovládač: Puzdro na úložný box pre Raspberry Pi
• Vylepšite svoje skúsenosti s spájkovaním pomocou: Elenco pomocných rúk a 60-40 cínovej olovenej rosinovej jadrovej spájky

Celkové náklady na všetky tieto diely by mali byť 450,71 CAN $.

Krok 3: Spájkovanie a upevnenie dielov na ráme

Dve časti vyžadujú spájkovanie:

1. ESC (neprichádzajú s konektormi na končatinách)
2. Rozvodná doska (v našom prípade integrovaná v ráme)

Na konektory rozvodnej dosky, ktoré ste pridali k rozvodnej doske, použite konektory tx samice, na bočných vodičoch rozvodnej dosky ESC samčie konektory tx a na bočných vodičoch motora ESC zlaté 3,5 mm konektory. Nezabudnite pridať tepelne zmrštiteľný plášť na izoláciu (nechceme vidieť žiadny holý drôt).

Odporúčania pre spájkovanie:

• Použite plochú žehličku strednej veľkosti (dodáva sa vo vašej súprave na spájkovanie) a zahrievajte spájkovačku na 400 ° C.
• Špičku spájkovacieho drôtu často čistite vodnou špongiou.
• Najprv rozpustite spájkovanie na dvoch povrchoch, ktoré chcete spojiť, potom ich zlepte a pridajte ďalšiu spájku.

Ak chcete získať ďalšie informácie o tom, ako všetko spájkovať, neváhajte sa pozrieť na náš web.

Upevnite diely na rám:

1. Pomocou dvoch skrutiek pripevnite motory na konci každého ramena.
2. Upevnite podperu elektroniky na ráme pomocou matíc a skrutiek.
3. Upevnite Pi na podperu maticami a skrutkami.
4. Na vrch podpery prilepte montážnu podložku (na absorbovanie vibrácií) a prilepte k nej Multiwii tak, aby bola presne v strede rámu a šípka smerovala medzi dve ramená rovnakej farby.
5. Pripevnite prijímač k podpore pomocou suchého zipsu.
6. Dajte si ESC na každé rameno so zaväzovaním.
7. Pomocou popruhov pripevnite batériu v spodnej úrovni rámu.
8. Vŕtajte vrtule a nasaďte ich na motory pomocou špeciálnej skrutky, ktorá je súčasťou motora

Krok 4: Pripojenia

Pre prijímač:

• Pripojte kolíky plynu na MultiWii ku kanálu 3 na prijímači.
• Pripojte kolíky Roll ku kanálu 1 na prijímači.
• Pripojte kolíky Pitch k kanálu 2.
• Pripojte kolíky Yaw ku kanálu 4.
• Pripojte pomocný 1 k kanálu 5.

Pre HSR:

S Multiwii smerom dopredu a s čiernym vodičom príkazového konektora ESC na spodnom kolíku Multiwii;

• Pripojte ľavý horný ESC k D3.
• Pripojte pravý horný ESC k D10.
• Pripojte ESC vpravo dole k D9.
• Pripojte ESC vľavo dole k D11.

Pre Pi:

• Pripojte kameru PiCamera.
• Pripojte FTDI k mini-USB/USB adaptéru a pripojte ho k Pi, taktiež pripojte FTDI piny alebo FTDI piny MultiWii.
• Pripojte - a + pin MultiWii k 5V a uzemneným GPIO pinom Pi.

Pre motory

V predvolenom nastavení sa motory otáčajú proti smeru hodinových ručičiek (CCW). Takže pre motory vľavo hore a vpravo dole musíte invertovať spojenie vodičov s ESC (čierna s červenou a červená s čiernou), takže budete mať smer hodinových ručičiek (CW).

Krok 5: Konfigurujte to všetko

Podľa nasledujúcich krokov odstráňte vrtule.

Programovanie ESC:

Elektronický regulátor otáčok ovláda motor, a preto je k dispozícii veľa možností a je len na vás, či si svoj ESC prispôsobíte tak, aby sa správal podľa vášho želania.

Odstráňte všetky vodiče pripojené k prijímaču.

Pre každú ESC:

1. Pripojte iba jeden ESC k napájaniu (v našom prípade k rozvodnej doske) a uistite sa, že je batéria odpojená.
2. Vložte kolíky ESC do škrtiacej klapky prijímača (v našom prípade do kanála 3).
3. Zapnite vysielač.
4. Na vysielači dajte plyn do maximálnej polohy.
5. Zapnite rozvodnú dosku pripojením batérie k nej. Môžete tiež použiť niekoľko krokodílových svoriek a priamo pripojiť batériu k ESC.
6. Po niekoľkých pípnutiach by ste mali počuť hudobný tón so 4 pípnutiami. Po tejto prvej hudbe dajte na vysielač plyn na minimálnu pozíciu.
7. Počkajte na potvrdenie od UBEC vydané pípnutím.
8. Zatvorte vysielač.
9. Odpojte napájanie (odpojte batériu Li-Po)

Ak to chcete vyskúšať:

1. Zapnite vysielač s minimálnou polohou plynu.
2. Pripojte batériu.
3. Postupne zvyšujte plyn na maximálny výkon. Motor by sa mal otáčať rýchlejšie, keď zvýšite plyn.

Nastavenie dosky riadenia letu:

V tomto kroku môžete odpojiť kábel USB FTDI na Pi a vložiť ho do počítača, čo bude pre programovanie dosky pohodlnejšie.

1. Stiahnite si softvér Arduino do počítača prostredníctvom webových stránok.
2. Stiahnite si najnovšiu verziu firmvéru multiwii a rozbaľte ju do počítača.
3. Choďte do priečinka MultiWii, ktorý ste predtým extrahovali, potom otvorte MultiWii.ino, ktorý spustí Arduino.
4. Prejdite na súbor config.h v Arduino, odstráňte // pred #define QUADX, aby ste nastavili typ konfigurácie vášho multikoptéry a pred #define CRIUS_SE_v2_0 vyberte typ dosky.
5. Potom choďte do Nástroje -> Doska -> a vyberte Arduino Pro alebo Pro Mini a uistite sa, že v Nástroje -> Procesor -> je vybratý ATMmega328P (5V, 16MHz).
6. Posledná konfigurácia, ktorú musíme urobiť pred odoslaním na dosku, je prejsť na Nástroje -> Port -> vybrať port vášho MultiWii (pre nás COM3).
7. Kliknite na overiť a potom na odovzdať.
8. Pri načítavaní kódu na Crius MultiWii SE v2.6 by ste mali vidieť blikajúce svetlá na doske ovládača aj na doske FTDI.

Kalibrujte senzory na doske riadenia letu:

1. Prejdite do priečinka MultiWiiConf v priečinku MultiWii, ktorý ste predtým stiahli z ich webových stránok.
2. Potom prejdite na -> priečinok application.windows32 -> dvakrát kliknite na aplikáciu MultiWiiConf. (Všimnite si toho, že aj keď mám Windows 64bit, zdá sa, že funguje iba 32bitová aplikácia).
3. Musíte vybrať port, ku ktorému je váš letový ovládač pripojený (v tomto prípade COM3).
4. Kliknite na Čítať.
5. Kliknite na Štart.
6. Položte dosku na stôl a potom kliknite na Calib_acc.
7. Kliknite na Calib_mag a potom musíte čo najrýchlejšie otáčať doskou vo všetkých smeroch počas 30 sekúnd. V celom grafe by ste mali vidieť hroty.

Ak to chcete vyskúšať:

Otočte dosku na osi pitch, roll a yaw a zistite, či to, čo senzory ukazujú na softvéri, dáva zmysel

Nastavenie vysielača (diaľkové ovládanie):

Najprv si môžete v Menu displeja overiť, ktorá páčka ovláda ktorý kanál:

1. Pred spustením ovládača skontrolujte, či sú všetky spínače hore a či je páčka plynu (ľavá páčka) spustená.
2. Spustite ovládač.
3. Podržte tlačidlo Ok.
4. Prejdite na položku Nastavenie a potom na položku Zobraziť.
5. Pohybom paličiek zistíte, ktorý kanál reaguje.

Predtým, ako pôjdete ďalej, vyberte model a meno:

1. Prejdite do časti Systém -> Vybrať model -> Vyberte model.
2. Prejdite do časti Systém -> Názov modelu. A daj mu meno. Podržaním zrušenia uložíte zmeny.
3. Choďte do System-> Type select a nastavte ho ako lietadlo alebo vetroň, aj keď je to kvadrirotor.
4. Nastavte orez v ponuke Subtrim. Keď sú palice v neutrálnej polohe, potrebujete, aby kanály (viď. Ponuka displeja) boli pri zatáčaní, náklone a náklone 0%.
5. Nastavenia uložíte podržaním zrušenia.

Ďalej nastavme nastavenia Failsafe:

Tým sa zabezpečí, že keď dron prejde ďaleko od ovládača a stratí signál, všetky ovládacie prvky prejdú do neutrálnej polohy. Aby sme to urobili, musíme nastaviť kanál 1, 2 a 4 na 0% a aktivovať na nich zabezpečené zlyhanie prostredníctvom ponuky Failsafe. Musíme tiež aktivovať bezpečnostnú poistku na plyne a nastaviť ju na 100%.

Ostatné prepínače na ovládači môžete použiť aj ich aktiváciou v položke System-> Aux. prepínače.

Viac informácií o tejto sekcii môžete získať na našom webe.

Krok 6: Živý prenos

Raspberry Pi je počítač a to, čo môžete robiť s lietajúcim počítačom, obmedzuje iba vašu predstavivosť.

Živý prenos:

1. Povoľte kameru PiCamera. Ak to chcete urobiť, spustite počítač Pi a pripojte k nemu myš a monitor. Kliknite na logo rasbian vľavo hore, prejdite na predvoľby, potom na Konfigurácia Raspberry Pi a potom na karte rozhrania skontrolujte, či je kamera označená ako povolená. Potom kliknite na ok.
2. Stiahnite si skript (zdroj kódu: náhodné nerd návody) a vložte ho do svojho domovského priečinka.
3. Spustite skript zadaním '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' na termináli.

Po spustení skriptu máte prístup na webový server streamovania videa na adrese: https://: 8000. Nahraďte vlastnou IP adresou Raspberry Pi, v mojom prípade

Ak nepoznáte svoju IP adresu Pi, môžete ju poznať zadaním príkazu ifconfig do terminálu, ktorý vám adresu poskytne.

K živému streamovaniu máte prístup z akéhokoľvek zariadenia pripojeného k rovnakej sieti ako Raspberry Pi. Stačí otvoriť prehliadač.

Tento program môžete spustiť aj zo svojho smartfónu. Stačí si nainštalovať aplikáciu Terminus (ak máte iPhone).

Ak chcete spustiť stream priamo pri napájaní Pi (teda keď je zapnutý dron), zadajte na terminál:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Potom choďte na posledný riadok a pridajte, echo Beží pri štarte

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

sudo reštart

Uložte súbor stlačením klávesov Ctrl+X, potom zadajte Y a kliknite na Enter.

Gratulujeme, váš priamy prenos je teraz nastavený! Môžete ho použiť na špehovanie susedov alebo na preteky FPV!

Krok 7: Umenie ladenia PID

Ste pripravení na svoj prvý let. Prvá vec, ktorú musíte urobiť, je vyskúšať si dron bez vrtule a zistiť, či všetko reaguje dobre.

Potom môžete pridať vrtule a začať veľmi pomaly, aby ste zvýšili plyn, aby ste zistili, či dokážete vzlietnuť.

Váš dron pravdepodobne osciluje, vibruje alebo pískajú motory. To znamená, že musíte nastaviť nastavenia PID!

Táto časť chvíľu trvá, ak chcete veľmi stabilný dron, ktorý dobre reaguje na vaše príkazy. Nastavenie PID je subjektívne, takže je skutočne len na vás, ako chcete, aby váš dron lietal. Tu je postup:

1. Začnite s nízkym I na tóne a rolovaní (0,01) a zvyšujte P, kým neuvidíte vysokofrekvenčné oscilácie, a znížte ho späť na poslednú hodnotu.
2. Potom zvyšujte I na ihrisku a rolujte po 0,01, kým znova neuvidíte vibrácie alebo nebudete cítiť, že váš dron je tuhý a nereaguje. Obvykle vám nastavenie I môže pomôcť, ak pocítite poklesy výšky a driftovanie. Počíta s poruchami vo vašom systéme (dron).
3. Ak uvidíte nejaké vysokofrekvenčné oscilácie, sklopte chrbát P.
4. Znížte svoje D, ak sa vám dron zdá príliš tlmený (nízky na to, aby reagoval).

Pokiaľ ide o os stáčania, zvyčajne ju môžete nechať predvolenú, ale ak máte pocit, že sa váš dron pohybuje v osi stáčania, môžete zvýšiť I.

Krok 8: Funkcia Nasledujte ma

Autonómny dron je úžasný, môže lietať a pohybovať sa bez toho, aby ste si s tým museli robiť starosti.

Dron vykonaný v tomto návode to dokáže pomocou spracovania údajov, ktoré zachytia jeho senzory.

Na implementáciu funkcie, ako je sledovanie osôb, potrebujete:

1. Použite kameru dronu, aby mu pomohla vziať na vedomie jeho okolie.
2. Na analýzu okolia použite algoritmus umelého videnia.
3. Naplánujte trajektóriu drona.
4. Zaveďte smer, ktorý máte k dronu nasledovať.

Konkrétnejšie, kamera Pi môže poskytovať živý prenos obrázkov Raspberry Pi, ktorý je počítačom s dostatočným výkonom na spustenie niektorých algoritmov umelého videnia.

Tieto algoritmy dokážu rozpoznať osobu na obrázku a analyzovať polohu tejto osoby. Na to môžu byť užitočné Haarove kaskádové algoritmy alebo hlboké neurónové siete.

Preto, keď poznáte polohu osoby, ktorú chcete sledovať, môžete naplánovať, ako sa motory pohybujú a akým smerom sa majú uberať, v závislosti od polohy sledovaného objektu v ráme. Ak sa napríklad sledovaná osoba nachádza napravo od rámu zachyteného kamerou Pi, príkaz algoritmu dronu odbočí doprava.

Nakoniec, keď už bol zvolený smer, ktorým by sa mal dron uberať, Raspberry Pi musí vyslať príkaz na Multiwii, aby dronu umožnil ísť týmto smerom. Na to je MSP (Multiwii Serial Protocol) užitočný na komunikáciu medzi vašim počítačom (Pi) a vašim letovým ovládačom.

Tu nájdete v prílohe spôsob, ako to kódovať.

Na našej webovej stránke bola ukázaná robustnejšia metóda využívajúca tenzorový tok a hlboké neurónové siete na detekciu osôb.

Môžete si tiež predstaviť mnoho ďalších spôsobov, ako vylepšiť svoj autonómny dron, napríklad prinútiť ho, aby urobil fotografiu vždy, keď uvidí strom alebo zviera. Vyhýbanie sa predmetu je tiež možné implementovať, ak ste práve nastavili drona, aby zastavil svoju rasu, ak je bližšie ako špecifikovaná vzdialenosť od objektu.

Na webe sa tiež môžete dozvedieť, ako pripojiť LED k Pi a zapnúť ju, keď dron zistí, že ho má niekto sledovať!

Krok 9: Šťastné lietanie

Naštartujte dron a užite si lietanie.

Ak chcete ísť ďalej a implementovať sledovanie osôb do svojho drona, môžete sa na našom webe obrátiť o návod na to.

Ďakujeme, že ste pripravili tento návod!