Follow Me - Raspberry Pi Smart Drone Guide: 9 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Ste se vedno spraševali, kako narediti drone iz A-Z?

Ta vadnica vam prikazuje, kako korak za korakom narediti 450-milimetrski kvadrokopter od nakupa delov do preizkušanja vašega zračnega robota na njegovem prvem letu.

Poleg tega lahko z Raspberry Pi in PiCamera pretočno predvajate video v živo na svoji napravi in upravljate svoj dron v pogledu prve osebe! Raspberry Pi ponuja tudi možnost, da svoj dron še izboljšate in dodate funkcije, kot so sledenje osebam, izogibanje oviram in vremenska postaja. Ta vadnica vam bo pokazala, kako naj vaš dron sledi.

Prednost Raspberry Pi je predvsem v tem, da lahko obdeluje nekatere algoritme umetnega vida za funkcije, ki zahtevajo, da je dron "pameten".

V tem navodilu se boste naučili:

• Katera orodja/dele morate kupiti
• Kako pritrditi vse dele na okvir
• Kako vzpostaviti povezave za pogonski sistem
• Kako konfigurirati mikro krmilnik
• Kako priključiti sprejemnik na oddajnik
• Kako pretočiti videoposnetek, posnet z dronom, v telefonu
• Kako prilagoditi svoj PID za boljši nadzor
• Kako izvesti sledenje osebam

Dron ima tudi rdečo LED, ki se prižge, ko dron išče nekoga, in zeleno LED, ko nekoga zaznajo in mu dron sledi. Uporaben je tudi gumb za izklop Pi, preden se odklopi baterija na SD kartico Raspberry Pi ne poškoduje.

Namen te vadnice je določiti osnove izdelave prilagodljivega brezpilotnega letala, zato ste, če ste popoln začetnik, na pravem mestu!

1. korak: Pregled

Za izdelavo štirikopterja potrebujemo 4 motorje in 4 ESC -je (elektronski krmilnik hitrosti), od katerih je vsak priključen na motor. Razdelilna plošča za napajanje se uporablja za distribucijo energije iz akumulatorja na 4 ESC.

ESC prejme ukaz od kontrolorja leta (tukaj plošča MultiWii) in ga posreduje motorju.

Ta krmilnik leta ima žiroskop, merilnik pospeška in barometer. Dodate lahko tudi modul bluetooth in GPS.

Za povezavo med Raspberry Pi in krmilnikom leta uporabljamo adapter FTDI. Tako lahko pošiljamo ukaze krmilniku iz našega Pi. FTDI bo zelo koristen tudi za umerjanje PID in nalaganje vdelane programske opreme Mulltiwii na krmilnik leta.

Nazadnje z dronom upravljamo na daljavo z daljinskim upravljalnikom, ki pošilja ukaze sprejemnikom in jih pošilja kontrolorju leta.

Raspberry Pi ponuja tudi tok, ki si ga lahko ogledate v katerem koli brskalniku iz naprave, na primer telefona. Na ta način lahko vidimo, kaj Pi kamera vidi, ko je v zraku.

2. korak: Zbiranje delov

Za uspešno dokončanje te vadnice so potrebni naslednji deli:

1) Okvir: 4-osni 450 F okvir

2) Oddajnik in sprejemnik: Flysky FS-i6X

3) Matična plošča Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B

4) Kamera: PiCamera

5) Mikrokrmilnik: Crius MultiWii SEV2.6

6) Pretvornik FTDI: FTDI USB v TTL /FT232

7) Majhne žice: Elegoo 120pcs večbarvna Dupont žica

8) Motorji (x4): brezkrtačni motor Liobaba 1100KV 2-4S

9) ESC (x4): Brezkrtačna ESC 30A Brezkrtačna vdelana programska oprema ESC z 5V 3A UBEC

10) Baterija: HRB 11.1V 5000mAh 3S 50C-100C LiPo baterija

11) Konektorji: pozlačeni konektorji 3,5 mm (x4) in Artrinck XT-60 60A/100A moški ženski

12) Propelerji (x3): propeler FidgetGear 10x4,5 (modra)

13) Plošča za pritrditev krmilnika letenja: Plošča za pritrditev krmilnika letenja

14) Nekaj toplotno skrčljivih ovojnic: skrčljiva cev - SODIAL

15) Žice: 16GA žica

16) Spajkalnik: Komplet spajkalnika Holife, 60W 110V Varilno orodje, nastavljivo na temperaturo

Neobvezno

• Zvočni signal: nizkonapetostni monitor Venom za 2S do 8S LiPO baterije
• Podpora/stojalo za Pi in krmilnik leta: Ohišje za shranjevanje v škatli za Raspberry Pi
• Izboljšajte svoje spajkalne izkušnje z: Elenco Helping Hands in 60-40 kositrenim svinčevim kolofonijskim spajkalnikom

SKUPAJ stroški vseh teh delov bi morali znašati 450,71 CAN $.

3. korak: Spajkanje in pritrditev delov na okvir

Za spajkanje sta potrebna dva dela:

1. ESC (ne prihajajo s priključki na okončinah)
2. Razdelilna plošča (v našem primeru vgrajena v okvir)

Uporabite ženske tx konektorje na žicah, ki ste jih dodali na razdelilno ploščo, moške tx konektorje na stranskih žicah razdelilne plošče ESC in 3,5 -milimetrske konektorje na strani motorja ESC. Ne pozabite dodati toplotno skrčljivega plašča za izolacijo (ne želimo videti gole žice).

Nasveti za spajkanje:

• Uporabite plosko likalno konico srednje velikosti (priloženo v kompletu za spajkanje) in segrejte spajkalnik na 400 stopinj Celzija.
• Konico spajkalne žice pogosto čistite z gobo za vodo.
• Na obeh površinah, ki jih želite najprej povezati, stopite nekaj spajkanja, nato ju zlepite skupaj in dodajte še spajkanje.

Za več podrobnosti o tem, kako vse spajkate, ne oklevajte in si oglejte našo spletno stran.

Pritrdite dele na okvir:

1. Motorja pritrdite z dvema vijakoma na koncu vsake roke.
2. Nosilec elektronike pritrdite na okvir z maticami in vijaki.
3. Pritrdite Pi na nosilec z maticami in vijaki.
4. Na vrh nosilca nalepite pritrdilno ploščico (za absorpcijo vibracij) in nanjo prilepite Multiwii, tako da je natančno na sredini okvirja in puščica usmerjena med dve roki iste barve.
5. Sprejemnik prilepite na nosilec z nekaj ježka.
6. Na vsako roko položite ESC-e z ovitkom za kravate.
7. Z jermeni pritrdite baterijo na spodnji del okvirja.
8. Vrtajte propelerje in jih s pomočjo posebnega vijaka, ki je priložen motorju, namestite na motorje

4. korak: Povezave

Za sprejemnik:

• Zatiče za plin na MultiWii povežite s kanalom 3 na sprejemniku.
• Priključite zatiče na kanal 1 na sprejemniku.
• Zatiče Pitch priključite na kanal 2.
• Zatiče Yaw priključite na kanal 4.
• Priključite pomožno enoto 1 na kanal 5.

Za ESC:

Z Multiwii obrnjenimi naprej in s črno žico ukaznega priključka ESC na spodnjem zatiču Multiwii;

• Priključite zgornji levi ESC na D3.
• Desni zgornji ESC priključite na D10.
• Priključite desni spodnji ESC na D9.
• Priključite levo-spodnje ESC na D11.

Za Pi:

• Priključite kamero PiCamera.
• Priključite FTDI na adapter mini-USB/USB in ga povežite s Pi, priključite tudi nožice FTDI ali nožice FTDI MultiWii.
• Priključite pin - in + MultiWii na 5V in ozemljene GPIO zatiče Pi.

Za motorje

Motorji se privzeto vrtijo v smeri urinega kazalca (CCW). Zato morate za zgornji levi in spodnji desni motor obrniti žično povezavo z ESC (črna z rdečo in rdeča s črno), zato boste imeli smer v smeri ure (CW).

5. korak: Konfigurirajte vse

Za naslednje korake odstranite propelerje.

Programiranje ESC:

Elektronski regulator hitrosti krmili motor, zato je na voljo veliko možnosti, na vas pa je, da prilagodite svoj ESC tako, da se obnaša tako, kot želite.

Odstranite vse žice, povezane s sprejemnikom.

Za vsak ESC:

1. Na napajanje priključite samo en ESC (v našem primeru na razdelilno ploščo) in se prepričajte, da je baterija odklopljena.
2. Zatiči ESC vstavite v kanal za plin sprejemnika (v našem primeru kanal 3).
3. Vklopite oddajnik.
4. Ročico za plin postavite v najvišji položaj na oddajniku.
5. Vklopite razdelilno ploščo tako, da nanjo priključite baterijo. Uporabite lahko tudi nekaj aligatorskih sponk in baterijo priključite neposredno na ESC.
6. Po nekaj piskih bi morali slišati glasbeni ton s 4 piski. Po tej prvi glasbi nastavite plin na minimalni položaj na vašem oddajniku.
7. Počakajte na potrditev UBEC, ki jo poda pisk.
8. Zaprite oddajnik.
9. Odklopite napajanje (odklopite Li-Po baterijo)

Za preizkus:

1. Vklopite oddajnik z minimalnim položajem za plin.
2. Priključite baterijo.
3. Postopoma povečajte plin na največjo moč. Ko povečate plin, se mora motor vrteti hitreje.

Nastavitev nadzorne plošče leta:

Za ta korak lahko odstranite kabel USB FTDI na Pi in ga vstavite v računalnik, kar bo bolj priročno za programiranje plošče.

1. Prenesite programsko opremo Arduino na svoj računalnik prek spletnega mesta.
2. Prenesite najnovejšo različico vdelane programske opreme multiwii in jo izvlecite v računalnik.
3. Pojdite v mapo MultiWii, ki je bila predhodno izvlečena, nato odprite MultiWii.ino, ki bo odprl Arduino.
4. Pojdite na datoteko config.h v Arduinu, odstranite // pred #define QUADX, da nastavite vrsto konfiguracije vašega večkopterja, in pred #define CRIUS_SE_v2_0, da izberete vrsto plošče.
5. Nato pojdite v Orodja -> Plošča -> in izberite Arduino Pro ali Pro Mini in se prepričajte, da je v Orodja -> Procesor -> izbrano ATMmega328P (5V, 16MHz).
6. Zadnja konfiguracija, ki jo moramo narediti pred nalaganjem na ploščo, je, da gremo v Orodja -> Vrata -> izberemo vrata vašega MultiWii (COM3 za nas).
7. Kliknite na preverjanje in nato na nalaganje.
8. Ko se koda nalaga na Crius MultiWii SE v2.6, bi morale lučke utripati tako na plošči krmilnika kot na plošči FTDI.

Umerite senzorje na nadzorni plošči leta:

1. Pojdite v mapo MultiWiiConf, ki je v mapi MultiWii, ki ste jo prej naložili z njihovega spletnega mesta.
2. Nato pojdite v -> mapa application.windows32 -> dvokliknite aplikacijo MultiWiiConf. (Upoštevajte, da tudi če imam okna 64 bitov, deluje le aplikacija 32 bitov).
3. Izbrati morate vrata, na katera je povezan vaš kontrolor leta (v tem primeru COM3).
4. Kliknite na Preberi.
5. Kliknite Start.
6. Desko postavite na mizo in kliknite Calib_acc.
7. Kliknite na Calib_mag in nato morate v 30 sekundah čim hitreje zavrtiti desko v vse smeri. Po celem grafu bi morali videti konice.

Za preizkus:

Zavrtite desko po osi smole, vrtenja in nihanja in preverite, ali je smiselno, kaj senzorji prikažejo na programski opremi

Nastavitev oddajnika (daljinski upravljalnik):

Najprej lahko v meniju zaslona preverite, katera palica nadzoruje kateri kanal:

1. Preden zaženete krmilnik, se prepričajte, da so vsa stikala navzgor in da je ročica za plin (leva palica) navzdol.
2. Zaženite krmilnik.
3. Držite gumb V redu.
4. Pojdite v Nastavitve, nato Zaslon.
5. S palicami lahko premaknete, da vidite, kateri kanal reagira.

Preden nadaljujete, izberite model in ime:

1. Pojdite v Sistem-> Izbira modela -> izberite model.
2. Pojdite v Sistem -> Ime modela. In mu daj ime. Pridržite preklic, da shranite spremembe.
3. Pojdite v System-> Type select in ga nastavite kot letalo ali jadralno letalo, tudi če gre za štirikolesnik.
4. V meniju Subtrim nastavite obrezovanje. Ko so palice v nevtralnem položaju, morajo biti kanali (glejte v meniju Zaslon) na 0% za nihanje, višino in vrtenje.
5. Pridržite preklic, da shranite nastavitve.

Nato nastavimo nastavitve Failsafe:

S tem zagotovite, da gredo brezpilotne enote daleč od krmilnika in izgubijo signal, da bodo vse kontrole v nevtralnem položaju. Zato moramo za to nastaviti kanale 1, 2 in 4 na 0% in na njih aktivirati zaščito pred napakami prek menija Failsafe. Aktivirati moramo tudi funkcijo zaščite pred izpadom pri ročici za plin in jo nastaviti na 100%.

Uporabite lahko tudi druga stikala na krmilniku, tako da jih aktivirate v System-> Aux. stikala.

Več podrobnosti o tem razdelku lahko najdete na naši spletni strani.

6. korak: Prenos v živo

Raspberry Pi je računalnik in tisto, kar lahko naredite z letečim računalnikom, omejuje le vašo domišljijo.

Če želite pretočno predvajati v živo:

1. Omogočite PiCamera. Če želite to narediti, zaženite Pi in nanj priključite miško in monitor. Kliknite na logotip rasbian v zgornjem levem kotu, pojdite v nastavitve, nato v konfiguracijo Raspberry Pi in nato na zavihku vmesniki omogočite, da je kamera označena kot omogočena. Nato kliknite v redu.
2. Prenesite skript (vir kode: naključne vaje za nerde) in ga postavite v domačo mapo.
3. Zaženite skript tako, da na terminal vnesete »python3 rpi_camera_surveillance_system.py«.

Ko se skript zažene, lahko dostopate do spletnega strežnika videotoka na naslovu: https://: 8000. Zamenjajte z lastnim naslovom Raspberry Pi IP, v mojem primeru

Če ne poznate svojega naslova Pi IP, ga lahko ugotovite tako, da v terminal, ki vam posreduje naslov, vnesete ifconfig.

Do pretakanja v živo lahko dostopate prek katere koli naprave, povezane z istim omrežjem kot Raspberry Pi. Odpreti morate le brskalnik.

Ta program lahko zaženete tudi s pametnega telefona. Samo namestiti morate aplikacijo Terminus (če imate IPhone).

Če želite zagnati tok neposredno, ko je Pi napajan (torej, ko je vaš dron vklopljen), vtipkajte na terminal:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Nato pojdite na zadnjo vrstico in dodajte, echo Teče ob zagonu

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

sudo ponovni zagon

Shranite datoteko s pritiskom na Ctrl+X, nato vnesite Y in kliknite Enter.

Čestitamo, prenos v živo je zdaj nastavljen! Z njim lahko vohuniš za svojimi sosedi ali pa dirkaš na FPV!

7. korak: Umetnost uglaševanja PID

Pripravljeni ste na prvi let. Prva stvar, ki jo morate storiti, je, da preizkusite svoj dron brez propelerja in preverite, ali se vse dobro odziva.

Nato lahko dodate svoje propelerje in zelo počasi začnete povečevati plin, da vidite, ali lahko vzletite.

Vaš dron verjetno počasi niha, vibrira ali motorji žvižgajo. To pomeni, da morate nastaviti nastavitve PID!

Ta del traja nekaj časa, če želite zelo stabilen dron, ki se dobro odziva na vaše ukaze. Nastavitev PID je subjektivna, zato je od vas odvisno, kako želite, da vaš dron leti. Tukaj je postopek:

1. Začnite z nizkim I pri nagibu (0.01) in povečujte P, dokler ne vidite visokofrekvenčnih nihanj, in ga zmanjšajte nazaj na zadnjo vrednost.
2. Nato povečajte I pri nagibu in premiku za 0,01, dokler spet ne vidite vibracij ali čutite, da je vaš dron trd in se ne odziva. Običajno vam lahko nastavitev I pomaga, če opazite padce nadmorske višine in zanašanje. Odpravlja motnje v vašem sistemu (dron).
3. Če opazite visokofrekvenčna nihanja, spustite svoj P nazaj.
4. Zmanjšajte svoj D, če se vam zdi vaš dron preveč navlažen (nizek, da bi se odzval).

Za os nihanja lahko običajno pustite privzeto, če pa čutite, da se vaš dron premika po osi nihanja, lahko povečate I.

8. korak: Sledite mi

Avtonomni dron je super, lahko leti in se premika brez skrbi.

Dron, narejen v tej vadnici, lahko to stori z obdelavo podatkov, ki jih zajamejo njegovi senzorji.

Za izvajanje funkcije, kot je sledenje osebam, morate:

1. Uporabite kamero drona, da mu pomagate opazovati svoje okolje.
2. Za analizo okolja uporabite algoritem umetnega vida.
3. Načrtujte pot brezpilotnega letala.
4. Ukažite smer do drona.

Natančneje, Pi Camera lahko v živo predvaja slike Raspberry Pi, ki je računalnik z dovolj moči za izvajanje nekaterih algoritmov za umetni vid.

Ti algoritmi lahko zaznajo osebo na sliki in analizirajo njen položaj. Haar kaskadni algoritem ali globoka nevronska omrežja so lahko uporabni algoritmi za to.

Zato lahko, če poznate položaj osebe, ki ji želite slediti, načrtujete, kako se motorji premikajo in v katero smer naj se podajo, odvisno od položaja goseničnega predmeta v okvirju. Na primer, če je oseba, ki jo želite slediti, na desni strani kadra, ki ga posname Pi Camera, algoritem ukaže dronu, da zavije desno.

Nazadnje, ko je izbrana smer, ki naj bi sledil brezpilotnemu letalu, mora Raspberry Pi poslati ukaz Multiwii, da dovoli dronu, da gre v to smer. V ta namen je MSP (Multiwii Serial Protocol) uporaben za komunikacijo med vašim računalnikom (Pi) in vašim kontrolorjem leta.

V priponki najdete način, kako to kodirati.

Na našem spletnem mestu je bila prikazana bolj robustna metoda, ki uporablja tensorflow in globoka nevronska omrežja za odkrivanje oseb.

Predstavljate si lahko tudi veliko drugih načinov za izboljšanje svojega avtonomnega brezpilotnega letala, na primer, da ga fotografirate vsakič, ko vidi drevo ali žival. Možno je tudi izvajanje izogibanja predmetom, če ste le postavili drona, da ustavi njegovo dirko, če je bližje kot določena razdalja od predmeta.

Na spletnem mestu se lahko naučite tudi, kako LED priključiti na Pi in ga vklopiti, ko dron zazna nekoga, ki mu sledi!

9. korak: Veselo letenje

Zaženite svoj dron in uživajte v svoji muhi.

Če želite iti dlje in uvesti sledenje osebam v svojem brezpilotnem letalu, se o tem naučite na naši spletni strani.

Hvala, ker ste pripravili to vadnico!