Follow Me - Vodič za pametne dronove za Raspberry Pi: 9 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Jeste li se uvijek pitali kako napraviti dron od A-Z?

Ovaj vodič vam pokazuje kako korak po korak napraviti četverokopter sa 450 mm, od kupnje dijelova do testiranja vašeg zračnog robota na prvom letu.

Uz to, pomoću Raspberry Pi -a i PiCamere možete strujati video zapis uživo na svom uređaju i upravljati svojim dronom u prikazu prvog lica! Raspberry Pi nudi i mogućnost da još više poboljšate svoj dron i dodate značajke kao što su praćenje osoba, izbjegavanje prepreka i meteorološka stanica. Ovaj vodič će vam pokazati kako natjerati vaš dron da vas slijedi.

Prednost Raspberry Pi je uglavnom u tome što može obraditi neke algoritme umjetnog vida za značajke koje zahtijevaju da je bespilotna letjelica "pametna".

U ovom uputstvu ćete naučiti:

• Koje alate/dijelove trebate kupiti
• Kako popraviti sve dijelove na okviru
• Kako uspostaviti veze za pogonski sustav
• Kako konfigurirati mikrokontroler
• Kako spojiti prijemnik na odašiljač
• Kako strujati video zapis snimljen dronom na telefonu
• Kako podesiti svoj PID za bolju kontrolu
• Kako implementirati praćenje osoba

Također, bespilotna letjelica ima crvenu LED lampicu koja se uključuje kada bespilotna letjelica traži nekoga i zelenu LED lampicu kada netko detektira i dron ga slijedi. Također je implementiran gumb za isključivanje Pi prije nego se odspoji baterija na SD karticu Raspberry Pi.

Ovaj vodič ima za cilj postaviti osnove kako izgraditi prilagodljivi pametni dron, pa ako ste potpuni početnik, došli ste na pravo mjesto!

Korak 1: Pregled

Za izgradnju četverokopter -a potrebna su nam 4 motora i 4 ESC -a (elektronički regulator brzine), svaki spojen na motor. Ploča za distribuciju energije koristi se za raspodjelu energije iz baterije na 4 ESC -a.

ESC prima naredbu od kontrolora leta (ovdje MultiWii ploča) i prenosi je na motor.

Ovaj kontroler leta ima žiroskop, akcelerometar i barometar. Također mu možete dodati bluetooth modul i GPS.

Za povezivanje Raspberry Pi -a s kontrolorom leta koristimo FTDI adapter. Tako možemo poslati naredbe kontroleru s našeg Pi. Također, za PID kalibraciju i postavljanje firmvera Mulltiwii na kontroler leta, FTDI će biti vrlo koristan.

Konačno, daljinski upravljamo dronom pomoću daljinskog upravljača koji šalje naredbe prijemnicima i šalje ih kontroloru leta.

Raspberry Pi također nudi stream koji se može pogledati na bilo kojem pregledniku s uređaja poput telefona, na primjer. Na ovaj način možemo vidjeti što Pi kamera vidi kad je u zraku.

Korak 2: Skupljanje dijelova

Za uspješan završetak ovog vodiča potrebni su sljedeći dijelovi:

1) Okvir: 4-osi 450 F okvir

2) Odašiljač i prijamnik: Flysky FS-i6X

3) Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B matična ploča

4) Kamera: PiCamera

5) Mikrokontroler: Crius MultiWii SEV2.6

6) Pretvarač FTDI: FTDI USB u TTL /FT232

7) Male žice: Elegoo 120 kom Višebojna Dupont žica

8) Motori (x4): Liobaba 1100KV 2-4S motor bez četkica

9) ESC -ovi (x4): ESC 30A bez četkica firmver bez četkica s 5V 3A UBEC

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

11) Priključci: pozlaćeni konektori 3,5 mm (x4) i Artrinck XT-60 60A/100A muški ženski

12) Propeleri (x3): propeler FidgetGear 10x4,5 (plavi)

13) Pločica za postavljanje kontrolora leta: Montažna podloga za kontrolore leta

14) Neki termoskupljajući omotači: Skupljiva cijev - SODIAL

15) Žice: 16GA žica

16) Lemilica: Holife Set za lemljenje, 60W 110V Alat za zavarivanje s podesivom temperaturom

Izborno

• Zvučni signal: Venom niskonaponski monitor za 2S do 8S LiPO baterije
• Nosač/stalak za Pi i kontroler leta: Box Storage Case for Raspberry Pi
• Poboljšajte svoje iskustvo lemljenja sa: Elenco Helping Hands i 60-40 lemljenom jezgrom za lemljenje s olovnom kolofonijom

UKUPAN trošak svih ovih dijelova trebao bi iznositi 450,71 CAN $.

Korak 3: Lemljenje i pričvršćivanje dijelova na okvir

Za lemljenje je potrebno dva dijela:

1. ESC -ovi (ne dolaze s konektorima na ekstremitetima)
2. Razdjelna ploča (u našem slučaju integrirana u okvir)

Upotrijebite ženske tx konektore na žicama koje ste dodali na razdjelnu ploču, muške tx konektore na bočnim žicama razvodne ploče ESC -a i zlatne 3,5 mm konektore na bočnim žicama motora ESC -ova. Ne zaboravite dodati termoskupljajući omotač za izolaciju (ne želimo vidjeti golu žicu).

Savjeti za lemljenje:

• Upotrijebite plosnati vrh željezne ploče srednje veličine (priložen u kompletu za lemljenje) i zagrijte lemilicu na 400 ° C.
• Često čistite vrh žice za lemljenje spužvom za vodu.
• Otopite malo lemljenja na dvije površine koje prvo želite spojiti, a zatim ih zalijepite i dodajte još lema.

Za više detalja o tome kako sve zalemiti, ne ustručavajte se pogledati našu web stranicu.

Učvrstite dijelove na okvir:

1. Pomoću dva vijka učvrstite motore na krajevima svake ruke.
2. Učvrstite nosač elektronike na okvir maticama i vijcima.
3. Pričvrstite Pi na nosač maticama i vijcima.
4. Zalijepite dio za pričvršćivanje (da apsorbira vibracije) na vrh nosača i zalijepite Multiwii na njega pazeći da je točno na sredini okvira i da strelica pokazuje između dva kraka iste boje.
5. Pričvrstite prijemnik na nosač s čičkom.
6. Stavite ESC-ove na svaku ruku s omotom kravate.
7. Pričvrstite bateriju pomoću remena na donjoj razini okvira.
8. Izbušite propelere i stavite ih na motore uz pomoć posebnog vijka koji dolazi s motorom

Korak 4: Veze

Za prijemnik:

• Spojite pinove za gas na MultiWii na kanal 3 na prijemniku.
• Spojite zatikače na kanal 1 na prijemniku.
• Spojite Pitch pinove na kanal 2.
• Spojite iglice Yaw na kanal 4.
• Spojite pomoćni 1 na kanal 5.

Za ESC -ove:

S Multiwii okrenutim prema naprijed i s crnom žicom ESC -ovog komandnog priključka na donjem pinu Multiwii;

• Spojite gornji lijevi ESC na D3.
• Spojite desni gornji ESC na D10.
• Spojite desni donji ESC na D9.
• Spojite lijevi donji ESC na D11.

Za Pi:

• Spojite PiCameru.
• Spojite FTDI na mini-USB/USB adapter i spojite ga na Pi, također spojite FTDI pinove na FTDI pinove MultiWii.
• Spojite - i + pin MultiWii na 5V i uzemljeni GPIO pinove na Pi.

Za motore

Prema zadanim postavkama, motori se okreću u smjeru suprotnom od kazaljke na satu (CCW). Dakle, za gornji lijevi i donji desni motor morate obrnuti žičanu vezu s ESC-om (crna s crvenom bojom i crvena s crnom) pa ćete imati smjer prema satu (CW).

Korak 5: Konfigurirajte sve

Uklonite propelere za sljedeće korake.

Programiranje ESC -ova:

Elektronički regulator brzine upravlja motorom pa je stoga dostupno mnogo opcija, a na vama je da prilagodite svoj ESC tako da se ponaša kako želite.

Uklonite sve žice spojene na prijemnik.

Za svaki ESC:

1. Na napajanje priključite samo jedan ESC (u našem slučaju na razdjelnu ploču) i provjerite je li baterija isključena.
2. Stavite ESC pinove u prigušni kanal prijemnika (u našem slučaju kanal 3).
3. Uključite svoj odašiljač.
4. Postavite gas u maksimalni položaj na vašem odašiljaču.
5. Uključite razdjelnu ploču spajanjem baterije na nju. Također možete koristiti neke aligatorske kopče i izravno spojiti bateriju na ESC.
6. Nakon nekoliko zvučnih signala, trebali biste čuti glazbeni ton s 4 zvučna signala. Nakon ove prve glazbe, postavite gas na minimalni položaj na vašem odašiljaču.
7. Pričekajte potvrdu od UBEC -a, koja se daje zvučnim signalom.
8. Zatvorite odašiljač.
9. Isključite napajanje (odspojite Li-Po bateriju)

Da biste ga testirali:

1. Uključite odašiljač s minimalnim položajem leptira za gas.
2. Spojite bateriju.
3. Postupno povećavajte gas do maksimalne snage. Motor bi se trebao brže vrtjeti kada povećate gas.

Postavljanje ploče za kontrolu leta:

Za ovaj korak možete ukloniti USB kabel FTDI -ja na Pi i staviti ga u računalo, što će biti prikladnije za programiranje ploče.

1. Preuzmite Arduino softver na svoje računalo putem web stranice.
2. Preuzmite najnoviju verziju firmvera multiwii i raspakirajte je na računalo.
3. Idite u mapu MultiWii koja je prethodno izdvojena, a zatim otvorite MultiWii.ino koji će otvoriti Arduino.
4. Idite na datoteku config.h u Arduinu, uklonite // ispred #define QUADX za postavljanje vrste konfiguracije vašeg multikoptera i ispred #define CRIUS_SE_v2_0 za odabir vrste ploče.
5. Zatim idite u Alati -> Ploča -> i odaberite Arduino Pro ili Pro Mini i provjerite u Alati -> Procesor -> da je odabran ATMmega328P (5V, 16MHz).
6. Zadnja konfiguracija koju moramo napraviti prije postavljanja na ploču je otići u Tools -> Port -> odabrati port vašeg MultiWii (COM3 za nas).
7. Kliknite na potvrdi, a zatim na prijenos.
8. Kako se kôd učitava na Crius MultiWii SE v2.6, trebali biste vidjeti kako svjetla trepere i na upravljačkoj ploči i na FTDI ploči.

Kalibrirajte senzore na ploči za upravljanje letom:

1. Idite na mapu MultiWiiConf koja se nalazi u mapi MultiWii koju ste prethodno preuzeli s njihove web stranice.
2. Zatim idite na -> mapa application.windows32 -> dvaput kliknite aplikaciju MultiWiiConf. (Imajte na umu da čak i da imam Windows 64bit samo 32 -bitna aplikacija izgleda da radi).
3. Morate odabrati priključak na koji je spojen vaš kontrolor leta (u ovom slučaju COM3).
4. Pritisnite Pročitaj.
5. Kliknite na Start.
6. Stavite ploču ravno na stol, a zatim kliknite na Calib_acc.
7. Pritisnite Calib_mag i tada morate rotirati ploču u svim smjerovima tijekom 30 sekundi što je brže moguće. Trebali biste vidjeti šiljke po cijelom grafikonu.

Da biste ga testirali:

Okrećite ploču po osi nagiba, kotrljanja i zakretanja i provjerite ima li smisla ono što senzori prikazuju na softveru

Postavljanje odašiljača (daljinski upravljač):

Najprije možete provjeriti koji štap kontrolira koji kanal u izborniku zaslona:

1. Prije nego što pokrenete regulator, provjerite jesu li svi prekidači podignuti i je li ručica za gas (lijevi štap) dolje.
2. Pokrenite kontroler.
3. Držite gumb U redu.
4. Idite u Setup (Postavljanje), zatim Display (Zaslon).
5. Možete pomicati štapiće da vidite koji kanal reagira.

Prije nego što nastavite, odaberite model i ime:

1. Idite u Sustav-> Odabir modela -> odaberite model.
2. Idite u Sustav -> Naziv modela. I daj mu ime. Zadržite otkazivanje da biste spremili promjene.
3. Idite u System-> Type select i postavite ga kao zrakoplov ili jedrilicu čak i ako se radi o kvadrirotoru.
4. Postavite trim u Subtrim izborniku. Kad su štapići u svom neutralnom položaju, trebate da kanali (pogledajte u izborniku Zaslon) budu na 0% za zakretanje, pomak i zakretanje.
5. Zadržite otkazivanje za spremanje postavki.

Zatim, postavimo Failsafe postavke:

Time se osigurava da, kada bespilotna letjelica ode daleko od upravljača i izgubi signal, sve kontrole idu u neutralni položaj. Dakle, da bismo to učinili, moramo postaviti kanal 1, 2 i 4 na 0% i na njima aktivirati failsafe putem Failsafe izbornika. Također moramo aktivirati sigurnosnu grešku na gasu i postaviti je na 100%.

Također možete upotrijebiti druge prekidače na vašem kontroleru aktiviranjem u System-> Aux. sklopke.

Više detalja o ovom odjeljku možete imati na našoj web stranici.

Korak 6: Prijenos uživo

Raspberry Pi je računalo i ono što možete učiniti s letećim računalom ograničava samo vaša mašta.

Za prijenos uživo:

1. Omogućite PiCameru. Da biste to učinili, pokrenite Pi i na njega spojite miš i monitor. Kliknite na logotip Rasbian u gornjem lijevom kutu, idite u postavke, zatim Raspberry Pi konfiguracija, a zatim na kartici sučelja označite da je kamera označena kao omogućena. Zatim kliknite na OK.
2. Preuzmite skriptu (izvor koda: nasumični tutoriali za štrebere) i stavite je u svoju kućnu mapu.
3. Pokrenite skriptu upisivanjem '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' na terminal.

Nakon pokretanja skripte možete pristupiti svom web poslužitelju videotoka na: https://: 8000. Zamijenite vlastitom Raspberry Pi IP adresom, u mom slučaju

Ako ne znate svoju Pi IP adresu, možete je znati upisivanjem ifconfig u terminal koji vam daje adresu.

Streamu uživo možete pristupiti putem bilo kojeg uređaja spojenog na istu mrežu kao i Raspberry Pi. Vi samo trebate otvoriti preglednik.

Ovaj program možete pokrenuti i sa svog pametnog telefona. Samo trebate instalirati aplikaciju Terminus (ako imate IPhone).

Da biste pokrenuli stream izravno kada je Pi napajan (dakle, kad je vaš dron uključen), upišite na terminalu:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Zatim idite na zadnji redak i dodajte, echo Trčanje pri pokretanju

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

sudo ponovno podizanje sustava

Spremite datoteku pritiskom na Ctrl+X, zatim upišite Y i kliknite Enter.

Čestitamo, vaš prijenos uživo je sada postavljen! Možete ga upotrijebiti za špijuniranje susjeda ili utrku na FPV -u!

Korak 7: Umjetnost PID ugađanja

Spremni ste za prvi let. Prvo što trebate učiniti je isprobati svoj dron bez propelera kako biste provjerili reagira li sve dobro.

Zatim možete dodati svoje propelere i početi polako povećavati gas kako biste vidjeli možete li poletjeti.

Vaš dron vjerojatno sporo oscilira, vibrira ili motori zvižde. To znači da morate postaviti svoje PID postavke!

Ovaj dio traje neko vrijeme ako želite vrlo stabilan dron koji dobro reagira na vaše naredbe. PID postavka je subjektivna pa doista na vama je kako želite da vaš dron leti. Evo postupka:

1. Počnite s niskim I na pitch and roll (0,01) i povećavajte P dok ne vidite visokofrekventne oscilacije i smanjite ga na zadnju vrijednost.
2. Zatim povećavajte I na korak i kotrljajte za korake od 0,01 dok ponovno ne vidite vibracije ili osjetite da je vaš dron ukočen i ne reagira. Obično vam postavka I može pomoći ako osjetite padove visine i zanošenje. On suzbija smetnje u vašem sustavu (dron).
3. Spustite P ako ste vidjeli bilo kakve visokofrekventne oscilacije.
4. Smanjite D ako vam se bespilotna letjelica čini previše prigušenom (nisko da reagira).

Za os zakretanja, obično je možete ostaviti zadanom, ali ako osjetite da se vaš dron pomiče u osi zakretanja, tada možete povećati I.

Korak 8: Značajka Follow Me

Autonomni dron je super, može letjeti i kretati se bez brige.

Bespilotna letjelica napravljena u ovom vodiču ima mogućnost to učiniti obradom podataka koje njegovi senzori bilježe.

Da biste implementirali značajku kao što je praćenje osoba, morate:

1. Upotrijebite kameru drona da mu pomogne zabilježiti svoje okruženje.
2. Za analizu okoliša upotrijebite algoritam umjetnog vida.
3. Planirajte putanju drona.
4. Zapovijedajte smjer prema dronu.

Točnije, Pi kamera može pružiti prijenos slika uživo Raspberry Pi -u koji je računalo s dovoljno snage za pokretanje nekih algoritama umjetnog vida.

Ovi algoritmi mogu otkriti osobu na slici i analizirati položaj te osobe. Haar kaskadni algoritam ili duboke neuronske mreže mogu biti korisni algoritmi za to.

Stoga, poznavajući položaj osobe koju želite slijediti, možete planirati kako se motori kreću i kojim smjerom krenuti ovisno o položaju praćenog objekta u okviru. Na primjer, ako se osoba koju treba pratiti nalazi s desne strane kadra snimljenog Pi kamerom, algoritam zapovijeda dronu da skrene desno.

Konačno, nakon što je odabran smjer kojim bi bespilotna letjelica trebala slijediti, Raspberry Pi mora poslati naredbu Multiwii kako bi dronu omogućio kretanje u tom smjeru. Da biste to učinili, MSP (Multiwii serijski protokol) koristan je za komunikaciju između vašeg računala (Pi) i vašeg kontrolora leta.

Ovdje u prilogu možete pronaći način kako to kodirati.

Robusnija metoda koja koristi tenzorski tok i duboke neuronske mreže za otkrivanje osoba prikazana je na našoj web stranici.

Možete zamisliti i mnoge druge načine za poboljšanje vašeg autonomnog drona, primjerice natjerati ga da fotografira svaki put kad vidi drvo ili životinju. Izbjegavanje objekata je također moguće implementirati samo ste postavili bespilotnu letjelicu da zaustavi njegovu utrku ako je bliže od određene udaljenosti od objekta.

Također, na web stranici možete naučiti kako spojiti LED diodu na Pi i uključiti je kada dron otkrije nekoga da prati!

Korak 9: Sretan let

Pokrenite svoj dron i uživajte u letu.

Ako želite ići dalje i implementirati praćenje osoba na svom dronu, možete se obratiti našoj web stranici za vodič o tome.

Hvala vam što ste pripremili ovaj vodič!