من را دنبال کنید - Raspberry Pi Smart Drone Guide: 9 Step

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

آیا همیشه به این فکر کرده اید که چگونه یک هواپیمای بدون سرنشین را از A-Z بسازید؟

این آموزش به شما نشان می دهد که چگونه می توانید یک کوادکوپتر 450 میلی متری را از خرید قطعات تا آزمایش ربات هوایی خود در اولین پرواز خود گام به گام انجام دهید.

علاوه بر این ، با Raspberry Pi و PiCamera می توانید یک فیلم زنده را در دستگاه خود پخش کنید و پهپاد خود را در نمای اول شخص کنترل کنید! Raspberry Pi همچنین این امکان را برای شما فراهم می کند که پهپاد خود را حتی بیشتر بهبود بخشیده و ویژگی هایی مانند ردیابی افراد ، جلوگیری از موانع و ایستگاه هواشناسی را به آن اضافه کنید. این آموزش به شما نشان می دهد که چگونه هواپیمای بدون سرنشین خود را دنبال کنید.

مزیت رزبری پای عمدتا این است که می تواند برخی از الگوریتم های دید مصنوعی را برای ویژگی هایی که نیاز به هوشمند بودن پهپاد دارند ، پردازش کند.

در این مقاله آموزشی ، خواهید آموخت:

• چه ابزار/قطعاتی را برای خرید نیاز دارید
• نحوه تعمیر تمام قطعات روی قاب
• نحوه ایجاد اتصالات برای سیستم محرکه
• چگونه میکروکنترلر خود را پیکربندی کنید
• نحوه اتصال گیرنده به فرستنده
• نحوه پخش ویدئوی گرفته شده توسط هواپیمای بدون سرنشین در تلفن خود
• چگونه PID خود را برای کنترل بهتر تنظیم کنیم
• نحوه پیگیری پیگیری افراد

همچنین هواپیمای بدون سرنشین دارای یک LED قرمز است که هنگامی که هواپیمای بدون سرنشین در حال جستجوی شخصی است روشن می شود و یک LED سبز هنگامی که شخصی شناسایی می شود و پهپاد او را دنبال می کند روشن می شود. یک دکمه نیز برای خاموش کردن Pi قبل از قطع شدن باتری به کارت SD رزبری پای خراب می شود.

این آموزش قصد دارد اصول اولیه ساخت یک هواپیمای بدون سرنشین هوشمند قابل تنظیم را تنظیم کند ، بنابراین اگر شما یک مبتدی کامل هستید ، به مکان مناسب آمده اید!

مرحله 1: مرور کلی

برای ساخت یک کوادکوپتر ، به 4 موتور و 4 ESC (کنترل کننده الکترونیکی سرعت) نیاز داریم که هر کدام به یک موتور متصل هستند. از یک برد توزیع برق برای توزیع برق از باتری به 4 ESC استفاده می شود.

ESC فرمان را از کنترل کننده پرواز (در اینجا برد MultiWii) دریافت کرده و آن را به موتور منتقل می کند.

این کنترل کننده دارای ژیروسکوپ ، شتاب سنج و فشارسنج است. همچنین می توانید ماژول بلوتوث و GPS را به آن اضافه کنید.

برای برقراری ارتباط بین رزبری پای و کنترل کننده پرواز ، از آداپتور FTDI استفاده می کنیم. بنابراین ما می توانیم دستوراتی را از Pi خود به کنترلر ارسال کنیم. همچنین ، برای انجام کالیبراسیون PID و بارگذاری سیستم عامل Mulltiwii بر روی کنترل کننده پرواز ، FTDI بسیار مفید خواهد بود.

در نهایت ، ما هواپیمای بدون سرنشین را از راه دور با کنترل از راه دور کنترل می کنیم که فرمان هایی را به گیرنده ها ارسال می کند و آنها را به کنترل کننده پرواز ارسال می کند.

Raspberry Pi همچنین جریانی را ارائه می دهد که می تواند در هر مرورگری از دستگاهی مانند تلفن مشاهده شود. به این ترتیب ما می توانیم آنچه را که دوربین Pi در هوا می بیند مشاهده کنیم.

مرحله 2: جمع آوری قطعات

برای تکمیل موفقیت آمیز این آموزش ، قسمت های زیر مورد نیاز است:

1) قاب: 4 محور 450 F Frame

2) فرستنده و گیرنده: Flysky FS-i6X

3) مادربرد رزبری پای: رزبری پای 3 مدل B

4) دوربین: PiCamera

5) میکروکنترلر: Crius MultiWii SEV2.6

6) مبدل FTDI: FTDI USB به TTL /FT232

7) سیم های کوچک: Elegoo 120pcs چند رنگ Dupont Wire

8) موتورها (x4): موتور بدون برس Liobaba 1100KV 2-4S

9) ESC ها (x4): بدون جاروبک ESC 30A بدون برس سیستم عامل ESC با 5V 3A UBEC

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

11) اتصالات: اتصالات طلا اندود 3.5mm (x4) و Artrinck XT-60 60A/100A زن زن

12) ملخ ها (x3): FidgetGear 10x4.5 پروانه (آبی)

13) پد نصب کنترلر پرواز: پد نصب Flight Controller

14) برخی از غلاف های کوچک شونده: لوله کوچک شونده - SODIAL

15) سیم: سیم 16GA

16) آهن لحیم کاری: کیت آهن لحیم کننده Holife ، 60W 110V قابل تنظیم با درجه حرارت قابل کنترل ابزار جوشکاری

اختیاری

• صدای زنگ: مانیتور ولتاژ پایین Venom برای باتری های LiPO 2S تا 8S
• پشتیبانی/قفسه برای Pi و کنترل پرواز: جعبه ذخیره سازی جعبه برای Raspberry Pi
• تجربه لحیم کاری خود را با: Elenco Hands Hands and 60-40 Tin Lead Cosin Core Solder بهبود بخشید

هزینه کل این قطعات باید 450.71 دلار کانادا باشد.

مرحله 3: لحیم کاری و رفع قطعات روی قاب

دو قسمت نیاز به لحیم کاری دارند:

1. ESC ها (آنها با اتصالات در انتها همراه نیستند)
2. برد توزیع برق (در مورد ما یکپارچه در قاب)

از سیم های tx زن روی سیم هایی که به برد توزیع اضافه کرده اید ، از اتصالات tx مردانه روی سیم های جانبی صفحه توزیع ESC و از اتصالات طلایی 3.5 میلی متری روی سیم های جانبی موتور ESC استفاده کنید. فراموش نکنید که برای عایق کردن غلاف کوچک شونده را اضافه کنید (ما نمی خواهیم سیم برهنه ببینیم).

توصیه هایی برای لحیم کاری:

• از نوک آهن تخت اندازه متوسط (که در کیت لحیم کاری شما موجود است) استفاده کنید و آهن لحیم کاری را تا 400 درجه سانتی گراد گرم کنید.
• اغلب نوک سیم لحیم کاری را با اسفنج آب تمیز کنید.
• مقداری لحیم کاری را روی دو سطحی که می خواهید متصل کنید ابتدا ذوب کنید ، سپس آنها را به هم بچسبانید و لحیم کاری بیشتری اضافه کنید.

برای اطلاعات بیشتر در مورد نحوه لحیم کاری همه چیز ، از دیدن وب سایت ما دریغ نکنید.

قطعات روی قاب را ثابت کنید:

1. برای تعمیر موتورها در انتهای هر بازو از دو پیچ استفاده کنید.
2. با استفاده از پیچ و مهره ، پشتیبانی لوازم الکترونیکی را روی قاب ثابت کنید.
3. Pi را روی پایه با پیچ و مهره ثابت کنید.
4. مقداری پد نصب (برای جذب ارتعاشات) در بالای پشتی چسبانده و Multiwii را به آن بچسبانید تا مطمئن شوید دقیقاً در وسط قاب قرار دارد و پیکان بین دو بازوی همرنگ اشاره کرده است.
5. گیرنده را با استفاده از مخزن چسباننده به پشتیبانی متصل کنید.
6. با استفاده از کراوات روی هر بازوی خود ESC قرار دهید.
7. از بندها برای اتصال باتری در سطح پایین قاب استفاده کنید.
8. با استفاده از پیچ مخصوص موتور ، ملخ ها را سوراخ کرده و روی موتورها قرار دهید

مرحله 4: اتصالات

برای گیرنده:

• پین های دریچه گاز را در MultiWii به کانال 3 روی گیرنده وصل کنید.
• پین های رول را به کانال 1 گیرنده وصل کنید.
• پین های Pitch را به کانال 2 وصل کنید.
• پین های Yaw را به کانال 4 وصل کنید.
• کمکی 1 را به کانال 5 وصل کنید.

برای ESC ها:

با Multiwii رو به جلو و سیم مشکی اتصال ESC در پین پایینی Multiwii ؛

• ESC سمت چپ-بالا را به D3 وصل کنید.
• ESC سمت راست بالا را به D10 وصل کنید.
• ESC پایین سمت راست را به D9 وصل کنید.
• ESC پایین سمت چپ را به D11 وصل کنید.

برای Pi:

• PiCamera را وصل کنید.
• FTDI را به یک آداپتور مینی USB/USB متصل کرده و آن را به Pi متصل کنید ، همچنین پین های FTDI یا پین های FTDI MultiWii را وصل کنید.
• پین - و + MultiWii را به پین 5 ولت و پایه GPIO Pi وصل کنید.

برای موتورها

به طور پیش فرض ، موتورها در جهت عقربه های ساعت (CCW) می چرخند. بنابراین برای موتورهای بالا سمت چپ و پایین سمت راست ، باید سیم را با ESC معکوس کنید (مشکی با قرمز و قرمز با مشکی) بنابراین جهت عقربه های ساعت (CW) را خواهید داشت.

مرحله 5: همه را پیکربندی کنید

برای مراحل زیر پروانه های خود را بردارید.

برنامه نویسی ESC ها:

کنترل کننده الکترونیکی سرعت موتور را کنترل می کند و بنابراین گزینه های زیادی در دسترس است و این به شما بستگی دارد که ESC خود را سفارشی کنید تا هر طور که می خواهید رفتار کند.

تمام سیمهای متصل به گیرنده را بردارید.

برای هر ESC:

1. فقط یک ESC را به برق وصل کنید (در مورد ما به برد توزیع) و مطمئن شوید که باتری قطع شده است.
2. پین های ESC را در کانال دریچه گاز گیرنده (در مورد ما کانال 3) قرار دهید.
3. فرستنده خود را تقویت کنید
4. دریچه گاز را روی حداکثر موقعیت فرستنده خود قرار دهید.
5. با اتصال باتری به آن ، برد توزیع را روشن کنید. همچنین می توانید از چند گیره تمساح استفاده کنید و مستقیماً باتری را به ESC وصل کنید.
6. پس از چند بوق ، باید صدای موسیقی را با 4 بوق بشنوید. پس از این اولین موسیقی دریچه گاز را در حداقل موقعیت فرستنده خود قرار دهید.
7. منتظر تأیید UBEC باشید ، که توسط یک بوق داده می شود.
8. فرستنده را ببندید.
9. برق را قطع کنید (باتری Li-Po را جدا کنید)

برای آزمایش آن:

1. فرستنده را با حداقل موقعیت دریچه گاز تغذیه کنید.
2. باتری را وصل کنید.
3. به تدریج دریچه گاز را به حداکثر قدرت برسانید. وقتی گاز را افزایش می دهید موتور باید سریعتر بچرخد.

راه اندازی برد کنترل پرواز:

برای این مرحله می توانید کابل USB FTDI را روی Pi بردارید و آن را در رایانه خود قرار دهید ، که برای برنامه ریزی برد راحت تر خواهد بود.

1. نرم افزار آردوینو را از طریق وب سایت در رایانه خود بارگیری کنید.
2. آخرین نسخه سیستم عامل multiwii را بارگیری کرده و آن را در رایانه خود استخراج کنید.
3. به پوشه MultiWii که قبلاً استخراج شده بود بروید ، سپس MultiWii.ino را باز کنید که Arduino را بخواند.
4. به فایل config.h در آردوینو بروید ، // را در جلوی #define QUADX حذف کنید تا نوع پیکربندی مولتی کوپتر شما تنظیم شود و در مقابل #تعریف CRIUS_SE_v2_0 برای انتخاب نوع برد.
5. سپس وارد Tools -> Board -> شوید و Arduino Pro یا Pro Mini را انتخاب کنید و در Tools -> Processor -> ATMmega328P (5V ، 16MHz) انتخاب کنید مطمئن شوید.
6. آخرین پیکربندی که باید قبل از بارگذاری روی برد انجام دهیم این است که به قسمت Tools -> Port -> پورت MultiWii خود را انتخاب کنید (COM3 برای ما).
7. بر روی تأیید و سپس بارگذاری کلیک کنید.
8. با بارگذاری کد در Crius MultiWii SE v2.6 ، باید چراغ ها را روی برد کنترلر و برد FTDI چشمک بزنید.

سنسورهای موجود در صفحه کنترل پرواز را کالیبره کنید:

1. به پوشه MultiWiiConf موجود در پوشه MultiWii که قبلاً از وب سایت بارگیری شده است بروید.
2. سپس به پوشه -> application.windows32 -> بروید و روی برنامه MultiWiiConf دوبار کلیک کنید. (توجه داشته باشید که حتی اگر ویندوز 64 بیت داشتم ، فقط برنامه 32 بیت به نظر می رسید).
3. شما باید پورتی را انتخاب کنید که کنترل پرواز شما به آن متصل است (در این مورد COM3).
4. بر روی Read کلیک کنید.
5. بر روی Start کلیک کنید.
6. تخته خود را روی میز قرار دهید و سپس روی Calib_acc کلیک کنید.
7. روی Calib_mag کلیک کنید و سپس باید تخته خود را در 30 ثانیه در سریعترین حالت ممکن به هر جهت بچرخانید. شما باید برش هایی را در سراسر نمودار مشاهده کنید.

برای آزمایش آن:

تخته خود را در زمین ، چرخش و چرخش بچرخانید و ببینید آیا آنچه که سنسورها روی نرم افزار نشان می دهند منطقی است یا خیر

راه اندازی فرستنده (کنترل از راه دور):

ابتدا می توانید تأیید کنید که کدام چوب کدام کانال را در منوی نمایش کنترل می کند:

1. قبل از راه اندازی کنترلر ، مطمئن شوید که همه کلیدها بالا هستند و چوب گاز (چپ چپ) پایین است.
2. کنترلر را راه اندازی کنید.
3. دکمه Ok را نگه دارید.
4. وارد Setup و سپس Display شوید.
5. می توانید استیک های خود را حرکت دهید تا ببینید کدام کانال واکنش نشان می دهد.

قبل از ادامه کار ، یک مدل و نام انتخاب کنید:

1. وارد System-> Model select -> یک مدل را انتخاب کنید.
2. وارد System -> Model Model شوید. و نامی برای آن بگذارید برای ذخیره تغییرات ، لغو را نگه دارید.
3. وارد System-> Type شوید و آن را به عنوان هواپیما یا گلایدر تنظیم کنید حتی اگر یک موتور چهارگانه باشد.
4. تریم را در منوی Subtrim تنظیم کنید. هنگامی که میله ها در حالت خنثی قرار دارند ، باید کانال ها (در منوی نمایش را ببینید) 0٪ برای خمیدگی ، پیچ و رول داشته باشند.
5. برای ذخیره تنظیمات ، لغو را نگه دارید.

بعد ، اجازه دهید تنظیمات Failsafe را تنظیم کنیم:

این امر باعث می شود که وقتی هواپیمای بدون سرنشین از کنترلر دور می شود و سیگنال از دست رفته باشد ، همه کنترل ها به حالت خنثی بروند. بنابراین برای انجام این کار ، ما باید کانال 1 ، 2 و 4 را روی 0 set تنظیم کنیم و failsafe را از طریق منوی Failsafe روی آنها فعال کنیم. همچنین باید failsafe را روی دریچه گاز فعال کرده و روی 100٪ تنظیم کنیم.

همچنین می توانید سوئیچ های دیگر کنترلر خود را با فعال کردن آنها در System-> Aux استفاده کنید. سوئیچ ها

می توانید جزئیات بیشتری در مورد این بخش در وب سایت ما داشته باشید.

مرحله 6: پخش زنده

رزبری پای یک رایانه است و آنچه شما می توانید با یک کامپیوتر پرنده انجام دهید فقط تخیل شما را محدود کرده است.

برای پخش مستقیم:

1. PiCamera را فعال کنید. برای انجام این کار ، Pi را راه اندازی کنید و ماوس و مانیتور را به آن وصل کنید. روی لوگوی rasbian در بالا سمت چپ کلیک کنید ، تنظیمات را انتخاب کنید ، سپس Raspberry Pi Configuration و سپس در برگه رابط ها sur sur Camera به عنوان فعال بودن علامت زده می شود. سپس بر روی ok کلیک کنید.
2. اسکریپت را (منبع کد: آموزش تصادفی تصادفی) بارگیری کرده و روی پوشه اصلی خود قرار دهید.
3. با تایپ کردن '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' در ترمینال ، اسکریپت را اجرا کنید.

پس از اجرای اسکریپت ، می توانید به سرور وب جریان ویدیویی خود در آدرس: https://: 8000 دسترسی پیدا کنید. در مورد من https://192.141.1.112:8000 آدرس IP Raspberry Pi خود را جایگزین کنید.

اگر آدرس IP Pi خود را نمی دانید ، می توانید آن را با تایپ ifconfig در ترمینال که آدرس را به شما می دهد ، بشناسید.

می توانید از طریق هر دستگاهی که به همان شبکه Raspberry Pi متصل است ، به جریان مستقیم دسترسی داشته باشید. فقط باید مرورگر را باز کنید.

همچنین می توانید این برنامه را از تلفن هوشمند خود راه اندازی کنید. فقط باید برنامه Terminus را نصب کنید (اگر iPhone دارید).

برای راه اندازی مستقیم جریان وقتی Pi (هنگامی که پهپاد شما روشن است) در ترمینال تایپ کنید:

sudo nano /home/pi/.bashrc

سپس به آخرین خط بروید و اضافه کنید ،

اکو در حال اجرا در بوت

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

راه اندازی مجدد sudo

فایل خود را با فشردن Ctrl+X ذخیره کنید ، سپس Y را تایپ کرده و بر روی Enter کلیک کنید.

تبریک می گویم ، پخش زنده شما اکنون تنظیم شده است! می توانید از آن برای جاسوسی از همسایگان خود یا انجام برخی از مسابقات FPV استفاده کنید!

مرحله 7: هنر تنظیم PID

شما برای اولین پرواز خود آماده هستید. اولین کاری که باید انجام دهید این است که هواپیمای بدون سرنشین خود را بدون هیچ پروانه ای آزمایش کنید تا ببینید آیا همه چیز به خوبی پاسخ می دهد یا خیر.

سپس ، می توانید پروانه های خود را اضافه کنید و خیلی آهسته شروع کنید تا گاز را افزایش دهید تا ببینید آیا می توانید بلند شوید.

هواپیمای بدون سرنشین شما احتمالاً به آرامی نوسان می کند ، ارتعاش می کند یا موتورها سوت می زنند. این بدان معناست که شما باید تنظیمات PID خود را تنظیم کنید!

اگر می خواهید یک هواپیمای بدون سرنشین بسیار پایدار باشد که به خوبی به دستورات شما پاسخ دهد ، این قسمت کمی طول می کشد. تنظیم PID ذهنی است ، بنابراین واقعاً به شما بستگی دارد که چگونه می خواهید هواپیمای بدون سرنشین شما پرواز کند. در اینجا روش کار آمده است:

1. با یک I پایین در زمین و رول (0.01) شروع کنید و P را افزایش دهید تا نوسانات فرکانس بالا را مشاهده کنید و آن را به آخرین مقدار کاهش دهید.
2. سپس ، I را در زمین و رول با افزایش 0.01 افزایش دهید تا دوباره ارتعاشات را مشاهده کنید یا احساس کنید هواپیمای بدون سرنشین شما سفت و بدون واکنش است. معمولاً اگر افت ارتفاع و رانش را تجربه کردید ، تنظیم I می تواند به شما کمک کند. با اختلالات سیستم شما (هواپیمای بدون سرنشین) مقابله می کند.
3. در صورت مشاهده نوسان فرکانس بالا P خود را پایین بیاورید.
4. اگر پهپاد شما خیلی مرطوب به نظر می رسد D خود را کاهش دهید (برای پاسخگویی کم است).

برای محور انحراف معمولاً می توانید آن را به صورت پیش فرض رها کنید ، اما اگر احساس می کنید پهپاد شما در محور انحراف حرکت می کند ، می توانید I را افزایش دهید.

مرحله 8: ویژگی من را دنبال کنید

یک پهپاد خودمختار بسیار عالی است ، می تواند بدون نگرانی در مورد آن پرواز کند و حرکت کند.

پهپاد انجام شده در این آموزش توانایی انجام این کار را با پردازش داده هایی که سنسورهای او ضبط می کنند ، دارد.

برای پیاده سازی ویژگی مانند ردیابی افراد باید:

1. از دوربین هواپیمای بدون سرنشین برای کمک به او در توجه به محیط اطراف خود استفاده کنید.
2. برای تجزیه و تحلیل محیط از الگوریتم دید مصنوعی استفاده کنید.
3. مسیر پهپاد را برنامه ریزی کنید.
4. جهت پیگیری به پهپاد را دستور دهید.

به طور خاص ، دوربین Pi می تواند جریان زنده ای از تصاویر را برای Raspberry Pi که رایانه ای با قدرت کافی برای اجرای برخی الگوریتم های دید مصنوعی است ، ارائه دهد.

این الگوریتم ها می توانند شخصی را در یک تصویر تشخیص داده و موقعیت این شخص را تجزیه و تحلیل کنند. الگوریتم آبشار هار یا شبکه های عصبی عمیق می توانند الگوریتم های مفیدی برای آن باشند.

بنابراین ، با دانستن موقعیت فرد مورد نظر ، می توانید بسته به موقعیت جسم ردیابی شده در قاب ، نحوه حرکت موتورها و جهت گیری آنها را برنامه ریزی کنید. به عنوان مثال ، اگر شخصی که باید دنبال شود در سمت راست قاب گرفته شده توسط دوربین Pi قرار دارد ، دستور الگوریتم را به پهپاد بفرست تا به راست بپیچد.

سرانجام ، پس از انتخاب مسیری که پهپاد باید دنبال کند ، رزبری پای باید یک فرمان به Multiwii ارسال کند تا به پهپاد اجازه دهد در این جهت حرکت کند. برای انجام این کار ، MSP (Multiwii Serial Protocol) برای برقراری ارتباط بین کامپیوتر شما (Pi) و کنترل پرواز شما مفید است.

در اینجا می توانید راهی برای کدگذاری آن پیدا کنید.

یک روش قوی تر با استفاده از tensorflow و شبکه های عصبی عمیق برای تشخیص افراد در وب سایت ما نشان داده شده است.

همچنین می توانید راه های زیادی را برای تقویت هواپیمای بدون سرنشین خود تصور کنید ، مانند اینکه او را مجبور کنید از هر بار دیدن درخت یا حیوان عکس بگیرد. اجتناب از اجسام نیز ممکن است برای اجرای شما فقط تنظیم پهپاد برای جلوگیری از مسابقه خود را در صورت نزدیکتر از فاصله مشخص شده از یک جسم است.

همچنین ، می توانید در وب سایت نحوه اتصال LED به Pi و روشن کردن آن را هنگامی که پهپاد تشخیص می دهد فردی را دنبال می کند ، بیاموزید!

مرحله 9: پرواز مبارک

پهپاد خود را راه اندازی کنید و از پرواز خود لذت ببرید.

اگر می خواهید فراتر بروید و ردیابی افراد را در هواپیمای بدون سرنشین خود پیاده سازی کنید ، می توانید برای آموزش در مورد آن با وب سایت ما مشورت کنید.

با تشکر از شما برای آماده سازی این آموزش!