Follow Me - Raspberry Pi Smart Drone Guide: 9 Passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Sempre us heu preguntat com fer un dron des d’AZ?

Aquest tutorial us mostra com fer un quadricòpter de 450 mm pas a pas, des de la compra de les peces fins a la prova del robot aeri en el seu primer vol.

A més, amb un Raspberry Pi i una PiCamera podeu emetre un vídeo en directe al vostre dispositiu i controlar el vostre dron en primera persona. El Raspberry Pi també ofereix la possibilitat de millorar encara més el dron i afegir funcions com el seguiment de persones, l’evitació d’obstacles i una estació meteorològica. Aquest tutorial us mostrarà com fer que el vostre dron us segueixi.

L’avantatge del Raspberry Pi és principalment que pot processar alguns algoritmes de visió artificial per a funcions que requereixen que el dron sigui “intel·ligent”.

En aquesta instrucció, aprendràs:

• Quines eines / peces necessiteu comprar
• Com arreglar totes les parts del marc
• Com es fan les connexions del sistema de propulsió
• Com configurar el microcontrolador
• Com connectar el receptor al transmissor
• Com emetre un vídeo fet pel dron al telèfon
• Com ajustar el PID per obtenir un millor control
• Com implementar el seguiment de persones

També el dron té un LED vermell que s’encén quan el dron busca algú i un LED verd quan es detecta algú i el dron el segueix. També s’implementa un botó per apagar el Pi abans de desconnectar la bateria a la targeta SD del Raspberry Pi i no es corromp.

Aquest tutorial pretén establir els conceptes bàsics sobre com construir un dron intel·ligent personalitzable, de manera que si sou un principiant complet, heu arribat al lloc correcte.

Pas 1: Visió general

Per construir un quadcopter, necessitem 4 motors i 4 ESC (Electronic Speed Controller) connectats cadascun a un motor. S’utilitza una placa de distribució d’energia per distribuir l’energia de la bateria als 4 ESC.

L'ESC rep l'ordre del controlador de vol (aquí una placa MultiWii) i la transmet al motor.

Aquest controlador de vol té giroscopi, acceleròmetre i baròmetre. També hi podeu afegir un mòdul bluetooth i un GPS.

Per fer la connexió entre el Raspberry Pi i el controlador de vol, fem servir un adaptador FTDI. Així, podem enviar ordres al controlador des del nostre Pi. A més, per fer el calibratge PID i carregar el firmware del Mulltiwii al controlador de vol, el FTDI serà molt útil.

Finalment, controlem remotament el dron amb un control remot que envia ordres als receptors i els envia al controlador de vol.

El Raspberry Pi també proporciona un flux que es pot veure en qualsevol navegador des d’un dispositiu com un telèfon, per exemple. D’aquesta manera podem veure el que veu la càmera Pi quan està a l’aire.

Pas 2: recollida de les parts

Les següents parts són necessàries per completar amb èxit aquest tutorial:

1) El marc: marc de 4 eixos 450 F.

2) El transmissor i el receptor: Flysky FS-i6X

3) El Raspberry Pi: placa base del model B de Raspberry Pi 3

4) La càmera: PiCamera

5) El microcontrolador: Crius MultiWii SEV2.6

6) El FTDI: convertidor FTDI USB a TTL / FT232

7) Filferros petits: filferro Dupont multicolor Elegoo 120pcs

8) Els motors (x4): motor sense escombretes Liobaba 1100KV 2-4S

9) Els ESC (x4): firmware ESC sense escombretes 30A sense escombretes amb 5V 3A UBEC

10) La bateria: bateria LiPo HRB 11.1V 5000mAh 3S 50C-100C

11) Els connectors: connectors xapats en or de 3,5 mm (x4) i Artrinck XT-60 60A / 100A mascle femella

12) Les hèlixs (x3): hèlix FidgetGear 10x4.5 (blau)

13) El coixinet de muntatge del controlador de vol: Coixinet de muntatge del controlador de vol

14) Algunes fundes termorretractables: tub retràctil - SODIAL

15) Filferros: filferro 16GA

16) El soldador: kit de soldador Holife, eina de soldadura regulable a temperatura regulable de 60W 110V

Opcional

• Un brunzidor: Venom Monitor de baixa tensió per a bateries LiPO de 2S a 8S
• Un suport / bastidor per al controlador de vol i Pi: caixa d’emmagatzematge de caixes per a Raspberry Pi
• Milloreu la vostra experiència de soldadura amb: Mans auxiliars Elenco i soldadura de nucli de resina de 60-40 de llauna

El cost TOTAL de totes aquestes peces ha de ser de 450,71 CAN $.

Pas 3: soldar i fixar peces al marc

Dues parts necessiten soldar:

1. Els ESC (no vénen amb connectors a les extremitats)
2. La placa de distribució d'energia (en el nostre cas integrada al quadre)

Utilitzeu els connectors tx femelles als cables que heu afegit al tauler de distribució, els connectors tx masculins als cables laterals de la placa de distribució dels ESC i els connectors daurats de 3,5 mm als cables laterals del motor dels ESC. No oblideu afegir la funda termorretractable per aïllar (no volem veure cap fil nu).

Consells per soldar:

• Utilitzeu la punta plana de planxa de mida mitjana (que es proporciona al vostre kit de soldadura) i escalfeu la planxa de soldadura a 400 ° C.
• Netejar sovint la punta del fil de soldar amb l’esponja d’aigua.
• Foneu una mica de soldadura a les dues superfícies que vulgueu connectar, després enganxeu-les i afegiu-hi més soldadura.

Per obtenir més informació sobre com soldar tot, no dubteu a fer una ullada al nostre lloc web.

Fixeu les parts del marc:

1. Utilitzeu dos cargols per fixar els motors a l'extremitat de cada braç.
2. Fixeu el suport de l'electrònica al marc amb femelles i cargols.
3. Fixeu el Pi al suport amb cargols i femelles.
4. Enganxeu un coixinet de muntatge (per absorbir les vibracions) a la part superior del suport i us enganxeu Multiwii assegurant-vos que es troba exactament al centre del marc i amb la fletxa apuntant entre dos braços del mateix color.
5. Enganxeu el receptor al suport amb una mica de velcro.
6. Col·loqueu els ESC a cada braç amb corbata.
7. Utilitzeu corretges per fixar la bateria al nivell inferior del marc.
8. Perforeu les hèlixs i poseu-les als motors amb l'ajut del cargol especial que ve amb el motor

Pas 4: les connexions

Per al receptor:

• Connecteu els pins de l’accelerador al MultiWii al canal 3 del receptor.
• Connecteu Roll pins al canal 1 del receptor.
• Connecteu els pins Pitch al canal 2.
• Connecteu els pins Yaw al canal 4.
• Connecteu l’auxiliar 1 al canal 5.

Per als ESC:

Amb Multiwii orientat cap endavant i amb fil negre del connector de comandament de l'ESC al pin inferior del Multiwii;

• Connecteu l'ESC superior-esquerre a D3.
• Connecteu l’ESC superior dret a D10.
• Connecteu l'ESC inferior dret a D9.
• Connecteu l'ESC inferior esquerre a D11.

Per al Pi:

• Connecteu la PiCamera.
• Connecteu el FTDI a un adaptador mini-USB / USB i connecteu-lo al Pi, connecteu també els pins FTDI o els pins FTDI del MultiWii.
• Connecteu un pin - i + del MultiWii a un pin GPIO de 5 V i terra del Pi.

Per als motors

Per defecte, els motors giren en sentit contrari al rellotge (CCW). Per tant, per als motors superior esquerre i inferior dret, haureu d’invertir la connexió de cables amb l’ESC (el negre amb el vermell i el vermell amb el negre), per tant, tindreu una direcció rellotge (CW).

Pas 5: configureu-ho tot

Traieu les hèlixs per als passos següents.

Programació dels ESC:

El controlador electrònic de velocitat controla el motor i, per tant, hi ha moltes opcions disponibles i depèn de vosaltres personalitzar el vostre ESC perquè es comporti com vulgueu.

Traieu tots els cables connectats al receptor.

Per a cada ESC:

1. Connecteu només un ESC per alimentar-lo (a la placa de distribució en el nostre cas) i assegureu-vos que la bateria estigui desconnectada.
2. Introduïu els pins ESC al canal de l’accelerador del receptor (en el nostre cas, el canal 3).
3. Enceneu el transmissor.
4. Poseu l’accelerador a la màxima posició del transmissor.
5. Enceneu el tauler de distribució connectant-hi la bateria. També podeu utilitzar alguns clips de cocodril i connectar directament la bateria a l’ESC.
6. Després d'alguns sons, heu de sentir un to musical amb 4 sons. Després d’aquesta primera música, poseu l’accelerador a la posició mínima del transmissor.
7. Espereu la confirmació de la UBEC, donada per un so.
8. Tanqueu el transmissor.
9. Traieu l’alimentació (desconnecteu la bateria Li-Po)

Per provar-ho:

1. Enceneu el transmissor amb la posició mínima de l’accelerador.
2. Connecteu la bateria.
3. Augmenteu gradualment l’accelerador fins a la màxima potència. El motor ha de girar més ràpid quan augmenta l’accelerador.

Configuració del tauler de control de vol:

Per a aquest pas, podeu treure el cable USB del FTDI del Pi i posar-lo al vostre ordinador, que serà més convenient per programar la placa.

1. Baixeu-vos el programari Arduino al vostre ordinador a través del lloc web.
2. Descarregueu la versió més recent del microprogramari multiwii i extraieu-la al vostre ordinador.
3. Aneu a la carpeta MultiWii extreta prèviament i obriu MultiWii.ino qui llançarà Arduino.
4. Aneu al fitxer config.h a Arduino, elimineu // davant #define QUADX per configurar el tipus de configuració del vostre multicopter i davant #define CRIUS_SE_v2_0 per triar el tipus de placa.
5. A continuació, aneu a Eines -> Tauler -> i seleccioneu Arduino Pro o Pro Mini i assegureu-vos a Eines -> Processador -> que estigui seleccionat ATMmega328P (5 V, 16 MHz).
6. L'última configuració que hem de fer abans de carregar-la al tauler és anar a Eines -> Port -> seleccionar el port del vostre MultiWii (COM3 per a nosaltres).
7. Feu clic a verificar i després a carregar.
8. A mesura que es penja el codi al Crius MultiWii SE v2.6, hauríeu de veure els llums intermitents tant a la placa del controlador com a la placa FTDI.

Calibre els sensors del tauler de control de vol:

1. Aneu a la carpeta MultiWiiConf que hi ha a la carpeta MultiWii descarregada prèviament del seu lloc web.
2. A continuació, aneu a -> carpeta application.windows32 -> feu doble clic a l'aplicació MultiWiiConf. (Tingueu en compte que, fins i tot si tingués Windows 64 bits, només sembla que funcioni l'aplicació de 32 bits).
3. Heu de seleccionar el port al qual està connectat el controlador de vol (en aquest cas COM3).
4. Feu clic a Llegeix.
5. Feu clic a Inici.
6. Poseu el tauler a la taula i feu clic a Calib_acc.
7. Feu clic a Calib_mag i després haureu de girar el tauler en totes direccions durant 30 segons el més ràpid possible. Hauríeu de veure pics a tot el gràfic.

Per provar-ho:

Gireu el tauler sobre els eixos de pas, rotació i gual i vegeu si té sentit el que mostren els sensors al programari

Configuració del transmissor (control remot):

En primer lloc, podeu verificar quins controls de pal canals al canal del menú de visualització:

1. Abans d’engegar el controlador, assegureu-vos que tots els interruptors estiguin cap amunt i que el pal de l’accelerador (pal esquerre) estigui avall.
2. Inicieu el controlador.
3. Mantén premut el botó Ok.
4. Aneu a Configuració i, a continuació, Mostra.
5. Podeu moure els bastons per veure quin canal reacciona.

Abans d’anar més enllà, seleccioneu un model i un nom:

1. Aneu a Sistema-> Selecciona model -> seleccioneu un model.
2. Aneu a Sistema -> Nom del model. I posa-li un nom. Mantingueu premut Cancel·lar per desar els canvis.
3. Aneu a Sistema-> Escriviu select i configureu-lo com a avió o planador fins i tot si és un quadrirotor.
4. Estableix el retall al menú Subtrim. Quan els pals estiguin en la seva posició neutra, cal que els canals (vegeu el menú de visualització) estiguin al 0% per al desviament, el pitch and roll.
5. Mantingueu premut Cancel·lar per desar la configuració.

A continuació, definim la configuració de seguretat a prova:

D’aquesta manera, assegureu-vos que quan el dron s’allunya del controlador i perd el senyal, que tots els controls passin a la posició neutra. Per això, hem d’establir els canals 1, 2 i 4 al 0% i activar-los a prova de falles mitjançant el menú Failsafe. També hem d’activar la falla a l’accelerador i posar-la al 100%.

També podeu utilitzar els altres commutadors del controlador activant-los a Sistema-> Aux. interruptors.

Podeu obtenir més detalls sobre aquesta secció al nostre lloc web.

Pas 6: reproducció en directe

El Raspberry Pi és un ordinador i el que podeu fer amb un ordinador volador només limita la vostra imaginació.

Per reproduir en directe:

1. Activeu la PiCamera. Per fer-ho, inicieu el Pi i connecteu-hi un ratolí i un monitor. Feu clic al logotip rasbian a la part superior esquerra, aneu a les preferències, després a la configuració de Raspberry Pi i, a continuació, a la pestanya interfícies make sur Camera està marcat com a activat. A continuació, feu clic a D'acord.
2. Baixeu-vos l'script (font del codi: tutorials de nerd aleatoris) i poseu-lo a la carpeta d'inici.
3. Executeu l'script escrivint "python3 rpi_camera_surveillance_system.py" al terminal.

Un cop s'executa l'script, podeu accedir al servidor web de transmissió de vídeo a: https://: 8000. Substituïu-la per la vostra pròpia adreça IP de Raspberry Pi, en el meu cas

Si no coneixeu la vostra adreça IP Pi, podeu conèixer-la escrivint ifconfig al terminal que us proporciona l'adreça.

Podeu accedir a la transmissió en directe a través de qualsevol dispositiu connectat a la mateixa xarxa que el Raspberry Pi. Només cal que obriu el navegador.

També podeu iniciar aquest programa des del vostre telèfon intel·ligent. Només cal instal·lar l’aplicació Terminus (si teniu un IPhone).

Per iniciar el flux directament quan s'activa el Pi (per tant, quan el dron està encès), escriviu al terminal:

sudo nano /home/pi/.bashrc

A continuació, aneu a la darrera línia i afegiu, eco Funcionant a l'arrencada

sudo python3 / home / pi / rpi_camera_surveillance_system.py

sudo reiniciar

Deseu el fitxer prement Ctrl + X, després escriviu Y i feu clic a Retorn.

Enhorabona, la reproducció en directe ja està configurada. Podeu utilitzar-lo per espiar els vostres veïns o fer algunes curses de FPV.

Pas 7: l'art de la sintonització PID

Ja esteu a punt per al vostre primer vol. El primer que heu de fer és provar el vostre dron sense cap hèlix per veure si tot respon bé.

A continuació, podeu afegir les hèlixs i començar molt lentament per augmentar l’accelerador per veure si podeu enlairar-vos.

Probablement el vostre dron oscil·li lentament, vibri o els motors xiulin. Això vol dir que heu de configurar la configuració PID.

Aquesta part triga una estona si voleu un dron molt estable que respongui bé a les vostres ordres. El paràmetre PID és subjectiu, de manera que depèn de vosaltres com voleu que el vostre dron voli. Aquí teniu el procediment:

1. Comenceu amb un I baix al to and roll (0,01) i augmenteu P fins que vegeu oscil·lacions d’alta freqüència i reduïu-lo al darrer valor.
2. A continuació, augmenteu I de pitch i roll amb increments de 0,01 fins que torneu a veure vibracions o sentiu que el vostre dron és rígid i no respon. Normalment, l’ajustament I us pot ajudar si experimenteu baixades d’altitud i a la deriva. Controla les pertorbacions del vostre sistema (el dron).
3. Baixa l'esquena de la teva P si veus alguna oscil·lació d'alta freqüència.
4. Disminuïu la D si el dron sembla massa humit (baixa per respondre).

Normalment, per a l’eix de guijada el podeu deixar per defecte, però si creieu que el dron es desplaça per l’eix de guijada, podeu augmentar-lo.

Pas 8: Seguiu-me la funció

Un dron autònom és increïble, pot volar i moure’s sense haver de preocupar-se’n.

El dron realitzat en aquest tutorial pot fer-ho mitjançant el processament de les dades que capturen els seus sensors.

Per implementar una funció com ara el seguiment de persones, heu de fer el següent:

1. Utilitzeu la càmera del dron per ajudar-lo a prendre nota del seu entorn.
2. Utilitzeu un algorisme de visió artificial per analitzar l’entorn.
3. Planifiqueu la trajectòria del dron.
4. Ordeneu la direcció que heu de seguir fins al dron.

Més específicament, la càmera Pi pot proporcionar un flux d’imatges en directe al Raspberry Pi, que és un ordinador amb la potència suficient per executar alguns algoritmes de visió artificial.

Aquests algorismes poden detectar una persona en una imatge i analitzar la posició d’aquesta persona. L’algorisme de cascada Haar o les xarxes neuronals profundes poden ser algorismes útils per a això.

Per tant, en conèixer la posició de la persona a seguir, podeu planificar com es mouen els motors i quina direcció prendre en funció de la posició de l’objecte rastrejat al quadre. Per exemple, si la persona a la qual es fa el seguiment es troba a la dreta del fotograma pres per la càmera Pi, l’algoritme ordena al dron que giri a la dreta.

Finalment, un cop escollida la direcció que hauria de seguir el dron, el Raspberry Pi ha d’enviar una ordre al Multiwii per permetre al dron anar en aquesta direcció. Per fer-ho, el MSP (Multiwii Serial Protocol) és útil per comunicar-se entre l’ordinador (el Pi) i el controlador de vol.

Aquí podeu trobar una forma de codificar això.

Al nostre lloc web s’ha mostrat un mètode més robust que utilitza tensorflow i xarxes neuronals profundes per a la detecció de persones.

També us podeu imaginar moltes altres maneres de millorar el vostre dron autònom, com fer-lo fer una foto cada vegada que veu un arbre o un animal. L'evitació d'objectes també és possible implementar-la, només heu configurat el dron per aturar la carrera si està més a prop d'una distància especificada d'un objecte.

A més, podeu aprendre al lloc web com connectar un LED al Pi i encendre'l quan el dron detecta que algú el segueix.

Pas 9: Feliç volant

Engegueu el vostre dron i gaudiu de la vostra mosca.

Si voleu anar més enllà i implementar el seguiment de persones al vostre dron, podeu consultar el nostre lloc web per obtenir un tutorial sobre això.

Gràcies per preparar aquest tutorial.