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

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

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

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

Uz to, pomoću Raspberry Pi -a i PiCamere možete prenositi 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 za umjetni vid za funkcije koje zahtijevaju da je bespilotna letjelica "pametna".

U ovom uputstvu ćete naučiti:

• Koje alate/dijelove morate kupiti
• Kako popraviti sve dijelove na okviru
• Kako uspostaviti veze za pogonski sistem
• Kako konfigurirati mikrokontroler
• Kako spojiti prijemnik na predajnik
• Kako streamirati video zapis snimljen dronom na vašem telefonu
• Kako podesiti svoj PID za bolju kontrolu
• Kako implementirati praćenje osoba

Takođe, bespilotna letjelica ima crvenu LED lampicu koja se uključuje kada bespilotna letjelica traži nekoga i zelenu LED lampicu kada je netko otkriven, a bespilotna letjelica ga prati. Implementirano je i dugme za isključivanje Pi -a prije nego što odspojite bateriju sa SD kartice Raspberry Pi -a.

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

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

Ovaj kontroler leta ima žiroskop, akcelerometar i barometar. Možete mu dodati i Bluetooth modul i GPS.

Za povezivanje između Raspberry Pi -a i kontrolera leta koristimo FTDI adapter. Tako možemo poslati naredbe kontroleru s našeg Pi -a. 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 takođe pruža tok koji se može pregledati na bilo kom pregledaču sa uređaja, na primer telefona. Na ovaj način možemo vidjeti šta Pi kamera vidi kada je u zraku.

Korak 2: Prikupljanje dijelova

Za uspješno završavanje ovog vodiča potrebni su sljedeći dijelovi:

1) Okvir: 4-osni 450 F okvir

2) Odašiljač i prijemnik: 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 (x4): ESC 30A bez četkica firmver bez četkica sa 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): FidgetGear 10x4.5 propeler (plavi)

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

14) Neki termoskupljajući omotači: Skupljiva cijev - SODIAL

15) Žice: 16GA žica

16) Lemilica: Komplet lemilica Holife, 60W 110V Alat za zavarivanje podesive temperature

Opcionalno

• Zvučni signal: Venom niskonaponski monitor za 2S do 8S LiPO baterije
• Podrška/stalak za Pi i kontroler leta: Box Storage Case za Raspberry Pi
• Poboljšajte svoje iskustvo lemljenja pomoću: Elenco Helping Hands i 60-40 lemljenog jezgra za lemljenje s olovom od olova

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. Razvodna ploča (u našem slučaju integrirana u okvir)

Upotrijebite ženske tx konektore na žicama koje ste dodali na distribucijsku ploču, muške tx konektore na bočnim žicama razvodne ploče ESC -a i zlatne 3,5 mm konektore na 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 lemiti, ne ustručavajte se pogledati našu web stranicu.

Učvrstite dijelove na okvir:

1. Pomoću dva vijka pričvrstite motore na krajeve svake ruke.
2. Pričvrstite nosač elektronike na okvir maticama i vijcima.
3. Pričvrstite Pi na nosač maticama i vijcima.
4. Zalijepite jastučić za montažu (da apsorbira vibracije) na vrh nosača i zalijepite Multiwii na njega pazeći da se nalazi točno u sredini okvira i da strelica pokazuje između dva kraka iste boje.
5. Pričvrstite prijemnik na držač pomoću čičak trake.
6. Stavite ESC-ove na svaku ruku s omotom kravate.
7. Koristite trake za pričvršćivanje baterije na donji nivo okvira.
8. Izbušite propelere i stavite ih na motore uz pomoć posebnog vijka koji dolazi s motorom

Korak 4: Veze

Za prijemnik:

• Priključite pinove za gas na MultiWii na kanal 3 na prijemniku.
• Spojite pinove za zaključavanje na kanal 1 na prijemniku.
• Priključite iglice tona na kanal 2.
• Spojite zakretne igle na kanal 4.
• Spojite pomoćni 1 na kanal 5.

Za ESC -ove:

Sa Multiwii prema napred i sa crnom žicom komandnog konektora ESC -a na donjem pinu Multiwii;

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

Za Pi:

• Povežite 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 kontrolira motor i stoga je na raspolaganju 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 predajnik.
4. Postavite gas u maksimalni položaj na vašem odašiljaču.
5. Uključite razdjelnu ploču povezivanjem baterije na nju. Možete koristiti i neke aligatorske kopče i izravno spojiti bateriju na ESC.
6. Nakon nekoliko zvučnih signala, trebali biste čuti muzički ton sa 4 zvučna signala. Nakon ove prve muzike postavite gas na minimalni položaj na vašem odašiljaču.
7. Sačekajte potvrdu od UBEC -a, koja se daje zvučnim signalom.
8. Zatvorite predajnik.
9. Isključite napajanje (odspojite Li-Po bateriju)

Da biste ga testirali:

1. Uključite predajnik s minimalnim položajem gasa.
2. Spojite bateriju.
3. Postepeno 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 -a 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 za multiwii i ekstrahirajte je na računaru.
3. Idite u mapu MultiWii koja je prethodno izdvojena, a zatim otvorite MultiWii.ino koji će pokrenuti 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 učitavanje.
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 kontrolu leta:

1. Idite u fasciklu MultiWiiConf koja se nalazi u fascikli MultiWii koja je prethodno preuzeta sa njihove web lokacije.
2. Zatim idite na -> folder application.windows32 -> dvaput kliknite na aplikaciju MultiWiiConf. (Imajte na umu da čak i da imam Windows 64bit samo 32 -bitna aplikacija izgleda da radi).
3. Morate odabrati port na koji je povezan vaš kontrolor leta (u ovom slučaju COM3).
4. Kliknite na Read.
5. Kliknite na Start.
6. Stavite ploču ravno na stol, a zatim kliknite na Calib_acc.
7. Kliknite na 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 predajnika (daljinski upravljač):

Prvo, možete provjeriti koji štap kontrolira koji kanal u izborniku prikaza:

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

Prije nego što nastavite, odaberite model i ime:

1. Idite u Sistem-> Odabir modela -> odaberite model.
2. Idite u Sistem -> 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 je to kvadrirotor.
4. Postavite trim u Subtrim meniju. Kada su štapići u svom neutralnom položaju, trebate da kanali (pogledajte u izborniku Display) budu na 0% za zakretanje, nagib i okret.
5. Zadržite otkazivanje da biste spremili postavke.

Zatim, postavimo Failsafe postavke:

Ovo osigurava da, kada bespilotna letelica ode daleko od kontrolera 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%.

Možete koristiti i druge prekidače na vašem kontroleru aktiviranjem u System-> Aux. prekidači.

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

Korak 6: Prijenos uživo

Raspberry Pi je računar i ono što možete da radite sa letećim računarom ograničava samo vaša mašta.

Za prijenos uživo:

1. Omogućite PiCameru. Da biste to učinili, pokrenite Pi i na njega povežite 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 (izvorni kod: nasumični vodiči za štrebere) i stavite je u svoju kućnu mapu.
3. Pokrenite skriptu upisivanjem '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' na terminal.

Kada se skripta pokrene, možete pristupiti svom web serveru za video stream 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.

Prijenosu uživo možete pristupiti s bilo kojeg uređaja spojenog na istu mrežu kao i Raspberry Pi. Potrebno je samo da otvorite pretraživač.

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

Za pokretanje prijenosa izravno kada je Pi napajan (dakle, kada je vaš dron uključen) upišite na terminalu:

sudo nano /home/pi/.bashrc

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

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

sudo reboot

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

Čestitamo, vaš prijenos uživo je sada postavljen! Možete ga koristiti za špijuniranje susjeda ili za 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 vjerovatno sporo oscilira, vibrira ili motori zvižde. To znači da morate postaviti PID postavke!

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

1. Počnite s niskim I na nagibu (0.01) i povećavajte P dok ne vidite visokofrekventne oscilacije i smanjite ga na zadnju vrijednost.
2. Zatim povećajte I na korak i kotrljajte za korake od 0,01 dok ponovo 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 na vašem sistemu (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 osovinu zakretanja, obično je možete ostaviti zadanom, ali ako osjetite da se vaš bespilotni letjelica kreće po osi zakretanja, tada možete povećati I.

Korak 8: Funkcija Follow Me

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

Bespilotna letjelica napravljena u ovom vodiču ima mogućnost to učiniti obrađivanjem podataka koje njegovi senzori hvataju.

Da biste implementirali značajku poput praćenja osoba potrebno je:

1. Upotrijebite kameru drona da mu pomogne zabilježiti njegovo okruženje.
2. Za analizu okoliša upotrijebite algoritam umjetnog vida.
3. Planirajte putanju drona.
4. Naredite smjer kojim ćete slijediti do drona.

Preciznije, Pi kamera može pružiti prenos slika uživo Raspberry Pi -u koji je računar sa dovoljno snage za pokretanje nekih algoritama za umjetni vid.

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

Stoga, znajući položaj osobe koju želite pratiti, 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 snimljene Pi kamerom, algoritam naredi dronu da skrene desno.

Konačno, nakon što je odabran smjer kojim bi bespilotna letjelica trebala slijediti, Raspberry Pi mora poslati naredbu Multiwii -u da dozvoli dronu da ide u tom smjeru. Da biste to učinili, MSP (Multiwii serijski protokol) je koristan za komunikaciju između vašeg računara (Pi) i vašeg kontrolera 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, na primjer natjerati ga da fotografira svaki put kad vidi drvo ili životinju. Izbjegavanje objekata je također moguće implementirati ako ste samo postavili bespilotnu letjelicu da zaustavi njegovu utrku ako se nalazi 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!