DIY Inspection Plant Gardening Drone (Zložljiv trikotnik v proračunu): 20 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

V naši vikend hiši imamo lep vrt z veliko sadja in zelenjave, včasih pa je težko slediti spreminjanju rastlin. Potrebujejo stalen nadzor in so zelo občutljivi na vremenske vplive, okužbe, hrošče itd.

V zbirki orodij sem imel na voljo veliko rezervnih delov za večkopterje iz starih projektov, zato sem se odločil, da bom zasnoval in zgradil brezpilotni letnik, ki lahko opravi analizo rastlin z uporabo Rasperry Pi Zero W in njegove NoIR PiCamere. Prav tako sem želel posneti video o tem projektu, vendar je poleg univerze precej težko, zato bom naložil samo surove posnetke.

Teorija blizu infrardečega slikanja

Priporočam, da preberete ta članek na Wikipediji. Na kratko, ko rastline normalno delujejo, odbijajo infrardečo svetlobo, ki prihaja od Sonca. Veliko živali lahko vidi IR svetlobo, na primer kače in plazilci, vendar jo lahko vidi tudi vaša kamera (poskusite z daljinskim upravljalnikom televizorja). Če odstranite IR filter iz fotoaparata, boste dobili vijolično, izprano sliko. Če ne želite zlomiti fotoaparata, poskusite z NoIR PiCamera, ki je v bistvu enaka kot standardna PiCamera, vendar nima vgrajenega IR filtra. Če infrardeči filter postavite pod objektiv fotoaparata, boste na rdečem kanalu dobili le infrardečo svetlobo, modro svetlobo na modrem kanalu, zeleno in rdečo se odstranijo. Z uporabo normalizirane formule indeksa vegetacijske razlike za vsako slikovno piko lahko dobite zelo dober pokazatelj zdravja in fotosintetske aktivnosti vaše rastline. S tem projektom sem lahko pregledal naše dvorišče in ugotovil nezdravo rastlino pod našo hruško.

Zakaj trikotnik?

Trikopterji so mi na primer nekoliko bolj všeč kot štirikolesniki zaradi njihove učinkovitosti. Imajo daljše čase letenja, cenejši so in jih lahko zložite, kar je verjetno najboljša lastnost, ko govorimo o brezpilotnih letalih DIY. Tudi jaz uživam v letenju s tem trikopterjem, imajo nekoliko "letalsko" kontrolo, ki jo boste doživeli, če skupaj z mano sestavite ta dron. Ko gre za tris Ime Davida Windestala je verjetno prvo v Googlovem iskanju, priporočam, da si ogledate njegovo spletno mesto, uporabljam tudi njegovo obliko zložljivega okvirja.

Korak: Posnetek leta

To je bil moj drugi testni let, kjer je bil helikopter že uglašen in pripravljen za analizo rastlin. Imam nekaj vgrajenih posnetkov iz svoje akcijske kamere, našo čudovito okolico si lahko ogledate iz ptičje perspektive. Če si želite ogledati posnetke NDVI, pojdite na zadnji korak tega navodila. Na žalost nisem imel časa, da bi podrobno opisal video o tem trikotniku, vendar sem naložil ta kratki testni video posnetek.

2. korak: potrebna orodja in deli

Razen lesenih nosilcev in razpršila za barvanje, ki sem jih imel vse v svojem orodjarju, so skupni stroški tega projekta zame znašali okoli 5 USD, vendar bom poskušal najti povezave eBay ali Banggood do vsakega dela, ki sem ga uporabil. Zelo priporočam, da poiščete dele, morda boste dobili boljšo ceno kot jaz.

Orodja

• Spajkalnik
• Orodje Dremel
• 3D tiskalnik (nimam ga, prijatelj mi je pomagal)
• Rezalna orodja
• Rezalnik žice
• Super lepilo
• Zip kravate (veliko, v 2 velikostih)
• Pršilo za barvo (z barvo, ki vam je všeč - uporabil sem črno)

Deli

1. ArduCopter Flight Controller (uporabil sem stari APM 2.8, vendar bi morali uporabiti PixHawk ali PIX Mini)
2. GPS antena z magnetometrom
3. Modul telelemetrije MAVLink (za komunikacijo z zemeljsko postajo)
4. 6CH sprejemnik + oddajnik
5. Video oddajnik
6. Servo motor (navor najmanj 1,5 kg)
7. 10 "propelerji (2 CCW, 1 CW + dodatno za zamenjavo)
8. 3 30A SimonK ESC -ji (elektronski krmilnik hitrosti) + 3 motorji 920kv
9. 3S baterija 5,2 Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (prihaja z infra -modrim filtrom)
11. 2 baterijska jermena
12. Nosilci za dušenje vibracij
13. 1,2 cm kvadratne lesene letve (kupil sem palico 1,2 metra)
14. 2-3 mm debela lesena laminatna plošča
15. Akcijska kamera (uporabil sem klon GoPro, ki podpira 4k - SJCAM 5000x)

To so deli, ki sem jih uporabil za svoj brezpilotni letnik, ga lahko spremenite po svojih željah. Če niste prepričani, kaj uporabiti, pustite komentar in poskušal vam bom pomagati. Opomba: ukinjeno ploščo APM sem uporabil kot kontrolorja leta, ker sem imel eno rezervno. Leti dobro, vendar ta plošča ni več podprta, zato bi verjetno morali kupiti drug krmilnik leta, ki je združljiv z ArduCopterjem za odlične funkcije GPS.

3. korak: Rezanje okvirja

Prenesite datoteko okvirja, jo natisnite in izrežite. Preverite, ali je natisnjena velikost pravilna, nato s peresom označite obliko in luknje na leseni plošči. Z žago prerežite okvir in izvrtajte luknje s 3 mm nastavkom. Potrebovali boste le dva od teh, pravkar sem jih naredil 4 kot rezervne dele.

4. korak: Sestavite okvir

Za montažo okvirja sem uporabil 3 mm vijake in matice. Vsako ogrodje sem odrezal po 35 cm in pustil 3 cm dolžino na sprednji strani okvirja. Ne preveč zategnite sklepov, ampak poskrbite, da bo trenje dovolj, da se roke ne zložijo. To je res pameten dizajn, dvakrat sem se zrušil in nič, samo roke so se zložile nazaj.

5. korak: Vrtanje lukenj za motorje

Preverite velikost motornih vijakov in razdaljo med njimi, nato izvrtajte dve luknji v levo in desno leseno roko. Moral sem izvrtati 5 mm globoko in 8 mm široko luknjo v rokah, da imajo gredi dovolj prostora za vrtenje. Z brusnim papirjem odstranite drobce in odpihnite prah. V motorjih ne želite prahu, ker lahko povzroči nepotrebno trenje in toploto.

6. korak: Zložljivi nosilec GPS

Za dobro prileganje sem moral izvrtati dodatne luknje za svojo anteno GPS. Kompas postavite visoko, da ne ovira magnetnega polja motorjev in žic. To je preprosta zložljiva antena, ki mi pomaga ohraniti čim bolj kompaktno nastavitev.

7. korak: Slikanje okvirja

Zdaj morate vse odviti in opraviti barvanje. Na koncu sem izbral ta mat črno -črni sprej. Deli sem priklopil na nit in jih preprosto pobarval. Za res dober rezultat uporabite 2 ali več plasti barve. Prva plast bo verjetno videti nekoliko izprana, ker bo les popival vlago. No, to se je v mojem primeru zgodilo.

8. korak: Namestitev platforme za dušenje vibracij

Imel sem to platformo za držalo za kardan, ki je v moji zgradbi tudi kot nosilec baterije. To morate pritrditi pod okvir z zadrgami in/ali vijaki. Teža baterije pomaga absorbirati veliko vibracij, zato boste dobili res lep posnetek kamere. Na plastične palice lahko namestite tudi nekaj podvozja, zdelo se mi je nepotrebno. Ta črna barva se je dobro obnesla, na tem mestu bi morali imeti lep okvir in čas je, da nastavite krmilnik leta.

9. korak: Nastavitev ArduCopterja

Za nastavitev krmilnika letenja potrebujete dodatno brezplačno programsko opremo. Prenesite Mission Planner v sistemu Windows ali APM Planner v sistemu Mac OS. Ko priključite krmilnik leta in odprete programsko opremo, bo pomočnik čarovnika na vašo ploščo namestil najnovejšo vdelano programsko opremo. Pomagal vam bo tudi pri umerjanju kompasa, merilnika pospeška, radijskega krmilnika in načinov letenja.

Načini letenja

Priporočam, da kot način šestih letov uporabite Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home and Land. Krog je zelo koristen, ko gre za pregled rastlin. Obrnil se bo okoli določene koordinate, zato vam pomaga zelo natančno analizirati vaše rastline iz vseh zornih kotov. S palicami lahko krožim v orbiti, vendar je težko ohraniti popoln krog. Loiter je kot parkiranje vašega drona na nebu, zato lahko posnamete slike NDVI visoke ločljivosti, RTH pa je uporaben, če izgubite signal ali izgubite usmerjenost svojega brezpilotnega letala.

Bodite pozorni na ožičenje. S shemo priključite svoje ESC -je v pravilne nožice in v načrtovalcu misij preverite ožičenje vaših vhodnih kanalov. Nikoli jih ne preizkušajte z rekviziti!

10. korak: Namestitev GPS -a, kamere in krmilnika letenja

Ko je krmilnik leta umerjen, lahko uporabite penast trak in ga namestite na sredino okvirja. Prepričajte se, da je obrnjen naprej in da ima dovolj prostora za kable. GPS pritrdite s 3 mm vijaki in z zadrgo držite fotoaparat na mestu. Ti kloni GoPro so opremljeni z vsemi pripomočki za montažo, zato je bilo namestitev tega precej preprosta.

11. korak: ESC in napajalni kabel

Moje baterije imajo priključek XT60, zato sem na vsak pin ženskega konektorja spajkal 3 pozitivne in 3 negativne žice. Za zaščito povezav pred kratkim stikom uporabite toplotno skrčljivo cev (lahko uporabite tudi električni trak). Ko spajate te debele žice, jih podrgnite in pritrdite z bakreno žico, nato dodajte veliko staljenega spajka. Nočete hladnih spajkalnih spojev, še posebej pri napajanju ESC -jev.

12. korak: sprejemnik in antene

Za dober sprejem signala morate antene namestiti pod kotom 90 stopinj. Za namestitev antene sprejemnika na sprednji del svojega brezpilotnega letala sem uporabil zadrge in toplotno skrčljive cevi. Večina sprejemnikov je opremljena s kabli, kanali pa so označeni, zato jih je treba enostavno nastaviti.

13. korak: Mehanizem repa

Repni mehanizem je duša trikopterja. To zasnovo sem našel na spletu, zato sem jo poskusil. Zdelo se mi je, da je prvotna zasnova nekoliko šibka, če pa obrnete mehanizem, deluje odlično. Odvečni del sem odrezal z orodjem dremel. Na sliki se morda zdi, da moj servo motor nekoliko trpi, vendar deluje brezhibno. Pri privijanju vijakov uporabite majhno kapljico superlepila, da zaradi vibracij ne odpadejo; ali pa motorje privežite z zadrgo, kot sem jaz.

Korak 14: Preizkus lebdenja in nastavitev PID

Dvakrat preverite vse povezave in se prepričajte, da ne boste ocvrli ničesar, ko priključite baterijo. Namestite propelerje in poskusite lebdeti z brezpilotnim letalom. Moj je bil precej gladek, samo malo sem se prilagodil, ker je preveč popravljal. Ne morem naučiti uglaševanja PID v tem Instructable, skoraj vse sem se naučil iz video vadnice Joshue Bardwella. To je razložil veliko bolje, kot bi lahko.

Korak 15: Izberite malino in namestite Raspbian (Jessie)

Želel sem ohraniti čim manjšo težo, zato sem se odločil za RPi Zero W. Uporabljam Raspbian Jessie, ker so imele novejše različice nekaj težav z OpenCV, ki jih uporabljamo za izračun vegetacijskega indeksa iz surovih posnetkov. Če želite višjo stopnjo FPS, izberite Raspberry Pi v4. Programsko opremo lahko prenesete tukaj.

Namestitev odvisnosti

V tem projektu bomo uporabili PiCamera, OpenCV in Numpy. Kot slikovni senzor sem izbral manjšo kamero s 5 milijoni slikovnih pik, ki je združljiva le z ploščami Zero.

1. Utripajte sliko s svojim najljubšim orodjem (všeč mi je Balena Etcher).
2. Zaženite Raspberry s priključenim monitorjem.
3. Omogočite vmesnike kamere in SSH.
4. Preverite svoj IP naslov s ifconfig v terminalu.
5. SSH v svoj RPi z ukazom ssh pi@YOUR_IP.
6. Kopirajte in prilepite navodila za namestitev potrebne programske opreme:

sudo apt-get posodobitev

sudo apt-get nadgradnja sudo apt-get install libtiff5-dev libjasper-dev libpng12-dev sudo apt-get install libjpeg-dev sudo apt-get install libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev libv4l-dev sudo apt-get install.0-dev sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran sudo pip install numpy python-opencv python (za preizkus) uvoz cv2 cv2._ version_

Videti bi morali odgovor s številko različice vaše knjižnice OpenCV.

Korak: Preizkusite kamero NoIR in sliko NDVI

Izklopite ploščo RPi, vstavite kamero in nato lahko poskusimo narediti nekaj slikanja NDVI z njo. Na cvetu (tistem z rdečim ozadjem) lahko vidite, da zelenejši deli znotraj kažejo nekaj fotosintetičnega delovanja. To je bil moj prvi test, ki sem ga naredil z Infragramom. Naučil sem se vseh formul in barv na njihovem spletnem mestu, da napišem popolnoma funkcionalno kodo. Za bolj avtomatizacijo sem naredil skript Python, ki zajema okvirje, izračuna slike NDVI in jih shrani v 1080p na helikopter.

Te slike bodo imele čuden barvni zemljevid in videti bodo, kot da so z drugega planeta. Naredite nekaj testov, spremenite nekatere spremenljivke, natančno nastavite senzor pred prvo misijo.

Korak 17: Namestitev RPi Zero W na Drone

Namestil sem Pi Zero na sprednjo stran trikopterja. S kamero lahko gledate naprej kot jaz ali navzdol. Moj razlog je obrnjen naprej, da pokaže razliko med rastlinami in drugimi nefosintetičnimi predmeti. Opomba: Lahko se zgodi, da nekatere površine odbijajo IR svetlobo ali so toplejše od okolice, zaradi česar imajo svetlo rumeno barvo.

18. korak: Dodajanje video oddajnika (neobvezno)

Tudi ta VTx je bil nameščen na hrbtni strani mojega helikopterja. To ima doseg 2000 metrov, vendar ga med testiranjem nisem uporabil. Z njim sem le zabaval FPV. Ko ga ne uporabljam, se kabli odstranijo, sicer pa so skriti pod okvirjem, da bo moja zgradba lepa in čista.

Korak 19: Naredite analizo rastlin

Opravil sem dva 25 -minutna leta za ustrezno analizo. Zdelo se je, da je večina naše zelenjave v redu, krompir je potreboval dodatno nego in zalivanje. Grem preverit, kar je pomagalo v nekaj dneh. Na sliki so videti precej zeleni v primerjavi z oranžnimi in rožnatimi drevesi.

Rad delam krožne lete, da lahko pregledam rastline iz vseh zornih kotov. Jasno lahko vidite, da nekatera zelenjava pod sadnimi drevesi ne dobi dovolj sončne svetlobe, zaradi česar na slikah NDVI postane modra ali črna. Ni problem, če en del drevesa ne dobi dovolj sončne svetlobe čez dan, vendar je slabo, če se celotna rastlina spremeni v črno -belo.

20. korak: varno letenje;)

Hvala, ker ste prebrali ta navodila, upam, da boste nekateri poskusili narediti poskuse s slikanjem NDVI ali z gradnjo brezpilotnih letal. Zelo sem se zabaval pri izdelavi tega projekta iz nič iz lesenih delov, če vam je bil všeč, mi lahko pomagate tudi s svojim prijaznim glasovanjem. Oh, leteti varno, nikoli nad ljudmi in uživajte v hobiju!

Prva nagrada na tekmovanju Make It Fly Challenge