Urmăriți-mă - Ghid de drone inteligente Raspberry Pi: 9 pași

2025 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2025-01-23 15:04

Te-ai întrebat întotdeauna cum să faci o dronă de la A-Z?

Acest tutorial vă arată cum să faceți un quadcopter de 450 mm pas cu pas, de la cumpărarea pieselor până la testarea robotului dvs. aerian în primul său zbor.

În plus, cu un Raspberry Pi și o PiCamera puteți reda în flux un videoclip live pe dispozitivul dvs. și vă puteți controla drona în vizualizarea la prima persoană! Raspberry Pi oferă, de asemenea, posibilitatea de a vă îmbunătăți drona și mai mult și de a adăuga funcții precum urmărirea persoanei, evitarea obstacolelor și o stație meteo. Acest tutorial vă va arăta cum să vă faceți drona să vă urmeze.

Avantajul Raspberry Pi este în principal că poate procesa niște algoritmi de viziune artificială pentru caracteristici care necesită ca drona să fie „inteligentă”.

În acest instructiv, veți învăța:

• Ce instrumente / piese trebuie să cumpărați
• Cum se fixează toate piesele de pe cadru
• Cum se realizează conexiunile pentru sistemul de propulsie
• Cum să vă configurați microcontrolerul
• Cum să conectați receptorul la emițător
• Cum să transmiteți în flux un videoclip realizat de dronă pe telefonul dvs.
• Cum să vă reglați PID-ul pentru un control mai bun
• Cum se implementează urmărirea persoanelor

De asemenea, drona are un LED roșu care se aprinde când drona caută pe cineva și un LED verde când cineva este detectat și drona îl urmărește. Un buton este, de asemenea, implementat pentru a opri Pi-ul înainte de a deconecta bateria de pe cardul SD al Raspberry Pi nu se deteriorează.

Acest tutorial își propune să stabilească elementele de bază despre cum să construiești o dronă inteligentă personalizabilă, așa că, dacă ești un începător complet, ai ajuns la locul potrivit!

Pasul 1: Prezentare generală

Pentru a construi un quadcopter, avem nevoie de 4 motoare și 4 ESC (Electronic Speed Controller) conectate fiecare la un motor. O placă de distribuție a energiei este utilizată pentru a distribui energia de la baterie la cele 4 ESC.

ESC primește comanda de la controlerul de zbor (aici o placă MultiWii) și o transmite motorului.

Acest controler de zbor are giroscop, accelerometru și barometru. De asemenea, puteți adăuga un modul Bluetooth și un GPS.

Pentru a face conexiunea între Raspberry Pi și controlerul de zbor, folosim un adaptor FTDI. Astfel putem trimite comenzi către controler din Pi. De asemenea, pentru a face calibrarea PID și pentru a încărca firmware-ul Mulltiwii pe controlerul de zbor, FTDI va fi foarte util.

În cele din urmă, controlăm de la distanță drona cu o telecomandă care trimite comenzi către receptoare și le trimite controlerului de zbor.

Raspberry Pi oferă, de asemenea, un flux care poate fi vizualizat pe orice browser de pe un dispozitiv, cum ar fi un telefon, de exemplu. În acest fel, putem vedea ce vede camera Pi când este în aer.

Pasul 2: Adunarea pieselor

Următoarele părți sunt necesare pentru a finaliza cu succes acest tutorial:

1) Cadrul: 4 axe 450 F Cadru

2) Transmițătorul și receptorul: Flysky FS-i6X

3) Raspberry Pi: Placă de bază Raspberry Pi 3 Model B

4) Camera: PiCamera

5) Microcontrolerul: Crius MultiWii SEV2.6

6) FTDI: convertor FTDI USB to TTL / FT232

7) Firuri mici: Elegoo 120buc sârmă Dupont multicoloră

8) Motoarele (x4): Liobaba 1100KV 2-4S Motor fără perii

9) ESC-urile (x4): firmware ESC fără perii 30A Firmware ESC fără perii cu 5V 3A UBEC

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

11) Conectori: conectori placati cu aur de 3,5 mm (x4) si Artrinck XT-60 60A / 100A masculin feminin

12) Elice (x3): Elice FidgetGear 10x4.5 (Albastru)

13) Tamponul de montare al controlerului de zbor: Tamponul de montare al controlerului de zbor

14) Unele învelișuri termocontractabile: Tub termocontractabil - SODIAL

15) Firuri: fir 16GA

16) Fierul de lipit: Setul de fier de lipit Holife, instrument de sudare reglabil cu temperatură reglabilă 60W 110V

Opțional

• Un buzzer: Venom Monitor de joasă tensiune pentru baterii LiPO de 2S până la 8S
• Un suport / rack pentru Pi și controlerul de zbor: Cutie de depozitare Box pentru Raspberry Pi
• Îmbunătățiți-vă experiența de lipire cu: Elenco Helping Hands și 60-40 Tin Lead Plumb Colin Core

Costul TOTAL al tuturor acestor piese ar trebui să fie de 450,71 CAN $.

Pasul 3: lipirea și fixarea pieselor pe cadru

Două părți necesită lipire:

1. ESC-urile (nu vin cu conectori la extremități)
2. Placa de distribuție a energiei electrice (în cazul nostru integrată în cadru)

Utilizați conectorii femele tx pe firele pe care le-ați adăugat la placa de distribuție, conectorii masculi tx pe firele laterale ale tabloului de distribuție ale ESC și conectorii aurii de 3,5 mm pe firele laterale ale motorului ESC-urilor. Nu uitați să adăugați învelișul termocontractabil pentru a izola (nu vrem să vedem nicio sârmă goală).

Sfaturi pentru lipire:

• Utilizați vârful plat de fier de dimensiuni medii (furnizat în kitul de lipit) și încălziți fierul de lipit la 400 degC.
• Curățați adesea vârful firului de lipit cu buretele de apă.
• Topiți mai întâi lipirea pe cele două suprafețe pe care doriți să le conectați, apoi lipiți-le împreună și adăugați mai multe lipiri.

Pentru mai multe detalii despre cum să lipiți totul, nu ezitați să aruncați o privire pe site-ul nostru.

Fixează piesele de pe cadru:

1. Folosiți două șuruburi pentru a fixa motoarele la extremitatea fiecărui braț.
2. Fixați suportul electronicului pe cadru cu piulițe și șuruburi.
3. Fixați Pi pe suport cu piulițe și șuruburi.
4. Lipiți niște tampoane de montare (pentru a absorbi vibrațiile) pe partea superioară a suportului și lipiți-vă Multiwii de acesta, asigurându-vă că este exact în mijlocul cadrului și cu săgeata îndreptată între două brațe de aceeași culoare.
5. Lipiți receptorul de suport cu niște velcro.
6. Puneți-vă ESC-uri pe fiecare braț cu cravată.
7. Folosiți curele pentru a atașa bateria la nivelul inferior al cadrului.
8. Forați elicele și puneți-le pe motoare cu ajutorul șurubului special care vine cu motorul

Pasul 4: Conexiunile

Pentru receptor:

• Conectați pinii clapetei de accelerație de pe MultiWii la canalul 3 de pe receptor.
• Conectați Roll pins la canalul 1 de pe receptor.
• Conectați pinii pitch la canalul 2.
• Conectați pinii Yaw la canalul 4.
• Conectați auxiliarul 1 la canalul 5.

Pentru ESC:

Cu Multiwii orientat înainte și cu firul negru al conectorului de comandă al ESC pe pinul inferior al Multiwii;

• Conectați ESC stânga-sus la D3.
• Conectați ESC dreapta-sus la D10.
• Conectați ESC din dreapta jos la D9.
• Conectați ESC-ul din stânga jos la D11.

Pentru Pi:

• Conectați PiCamera.
• Conectați FTDI la un adaptor mini-USB / USB și conectați-l la Pi, conectați, de asemenea, pinii FTDI sau pinii FTDI ai MultiWii.
• Conectați un pin - și + al MultiWii la un pin GPIO de 5V și împământat al Pi.

Pentru motoare

În mod implicit, motoarele se rotesc în sens contrar acelor de ceasornic (CCW). Deci, pentru motoarele din stânga sus și din dreapta jos, trebuie să inversați conexiunea firelor cu ESC (negru cu roșu și roșu cu negru), prin urmare, veți avea o direcție în sens orar (CW).

Pasul 5: configurați totul

Scoateți elicele pentru pașii următori.

Programarea ESC-urilor:

Controlerul electronic de viteză controlează motorul și, prin urmare, sunt disponibile o mulțime de opțiuni și depinde de dvs. să vă personalizați ESC, astfel încât să se comporte după cum doriți.

Scoateți toate firele conectate la receptor.

Pentru fiecare ESC:

1. Conectați un singur ESC la alimentare (la placa de distribuție în cazul nostru) și asigurați-vă că bateria este deconectată.
2. Puneți pinii ESC în canalul de accelerație al receptorului (în cazul nostru canalul 3).
3. Porniți transmițătorul.
4. Puneți clapeta de accelerație la poziția maximă pe transmițător.
5. Porniți placa de distribuție conectând bateria la aceasta. Puteți utiliza, de asemenea, câteva clipuri de aligator și puteți conecta direct bateria la ESC.
6. După câteva bipuri, ar trebui să auziți un ton muzical cu 4 bipuri. După această primă muzică, puneți accelerația la poziția minimă pe transmițător.
7. Așteptați confirmarea de la UBEC, dată de un bip.
8. Închideți transmițătorul.
9. Scoateți alimentarea (deconectați bateria Li-Po)

Pentru a-l testa:

1. Porniți transmițătorul cu poziția minimă a clapetei de accelerație.
2. Conectați bateria.
3. Măriți treptat accelerația la putere maximă. Motorul ar trebui să se rotească mai repede atunci când creșteți accelerația.

Configurarea tabloului de control al zborului:

Pentru acest pas, puteți scoate cablul USB al FTDI de pe Pi și îl puteți pune în computer, ceea ce va fi mai convenabil pentru a programa placa.

1. Descărcați software-ul Arduino de pe computerul dvs. prin intermediul site-ului web.
2. Descărcați ultima versiune de firmware multiwii și extrageți-o de pe computer.
3. Accesați folderul MultiWii extras anterior, apoi deschideți MultiWii.ino care va lansa Arduino.
4. Accesați fișierul config.h din Arduino, eliminați // în fața #define QUADX pentru a configura tipul de configurație al multicopterului dvs. și în fața #define CRIUS_SE_v2_0 pentru a alege tipul de placă.
5. Apoi accesați Instrumente -> Placă -> și selectați Arduino Pro sau Pro Mini și asigurați-vă că în Instrumente -> Procesor -> este selectat ATMmega328P (5V, 16MHz).
6. Ultima configurație pe care trebuie să o facem înainte de a încărca pe tablă este să accesați Instrumente -> Port -> selectați portul MultiWii (COM3 pentru noi).
7. Faceți clic pe verificare și apoi pe încărcare.
8. În timp ce codul se încarcă pe Crius MultiWii SE v2.6, ar trebui să vedeți luminile care clipesc atât pe placa controlerului, cât și pe placa FTDI.

Calibrați senzorii de pe placa de control a zborului:

1. Accesați folderul MultiWiiConf prezent în folderul MultiWii descărcat anterior de pe site-ul lor web.
2. Apoi accesați -> folderul application.windows32 -> faceți dublu clic pe aplicația MultiWiiConf. (Rețineți că, chiar dacă am avut Windows 64 de biți, doar aplicația de 32 de biți pare să funcționeze).
3. Trebuie să selectați portul la care este conectat controlerul dvs. de zbor (în acest caz COM3).
4. Faceți clic pe Citire.
5. Faceți clic pe Start.
6. Puneți scândura pe birou și apoi faceți clic pe Calib_acc.
7. Faceți clic pe Calib_mag și apoi trebuie să vă rotiți placa în toate direcțiile timp de 30 de secunde cât mai repede posibil. Ar trebui să vedeți vârfuri pe tot graficul.

Pentru a-l testa:

Rotiți placa pe axa pitch, roll și yaw și vedeți dacă ceea ce arată senzorii pe software are sens

Configurarea transmițătorului (telecomandă):

Mai întâi, puteți verifica ce stick controlează canalul din meniul Afișare:

1. Înainte de a porni controlerul, asigurați-vă că toate comutatoarele sunt sus și că butonul de accelerație (butonul stâng) este în jos.
2. Porniți controlerul.
3. Țineți apăsat butonul Ok.
4. Accesați Configurare, apoi Afișare.
5. Puteți să vă mișcați bastoanele pentru a vedea ce canal reacționează.

Înainte de a merge mai departe, selectați un model și un nume:

1. Accesați Sistem-> Selectare model -> selectați un model.
2. Accesați Sistem -> Numele modelului. Și dă-i un nume. Țineți apăsat Anulați pentru a salva modificările.
3. Accesați Sistem-> Tastați selectați și setați-l ca avion sau planor, chiar dacă este un quadrirotor.
4. Setați decuparea în meniul Subtrim. Când bastoanele sunt în poziția lor neutră, aveți nevoie ca canalele (a se vedea în meniul de afișare) să fie la 0% pentru gura, pitch și roll.
5. Țineți apăsat pe Anulare pentru a salva setările.

Apoi, permiteți setarea setărilor de siguranță la eșec:

Acest lucru asigură că, atunci când drona se îndepărtează de controler și pierde semnalul, că toate comenzile merg în poziție neutră. Deci, pentru a face acest lucru, trebuie să setăm canalele 1, 2 și 4 la 0% și să le activăm prin eșec prin intermediul meniului Failsafe. De asemenea, trebuie să activăm fail-safe-ul pe accelerație și să-l setăm la 100%.

Puteți utiliza și celelalte comutatoare de pe controler activându-le în System-> Aux. comutatoare.

Puteți avea mai multe detalii despre această secțiune pe site-ul nostru.

Pasul 6: Stream live

Raspberry Pi este un computer și ceea ce puteți face cu un computer zburător vă limitează doar imaginația.

Pentru a transmite în direct:

1. Activați PiCamera. Pentru a face acest lucru, porniți Pi și conectați un mouse și un monitor la acesta. Faceți clic pe sigla rasbian din stânga sus, accesați preferințele, apoi configurația Raspberry Pi și apoi în fila interfețe make sur Camera este verificată ca activată. Apoi faceți clic pe ok.
2. Descărcați scriptul (sursa codului: tutoriale nerd aleatorii) și puneți-l în folderul de acasă.
3. Rulați scriptul tastând „python3 rpi_camera_surveillance_system.py” pe terminal.

Odată ce scriptul rulează, puteți accesa serverul dvs. web de flux video la: https://: 8000. Înlocuiți cu propria adresă IP Raspberry Pi, în cazul meu

Dacă nu vă cunoașteți adresa IP Pi, o puteți cunoaște tastând ifconfig în terminalul care vă oferă adresa.

Puteți accesa streamingul live prin orice dispozitiv conectat la aceeași rețea ca Raspberry Pi. Trebuie doar să deschideți browserul.

De asemenea, puteți lansa acest program de pe smartphone. Trebuie doar să instalați aplicația Terminus (dacă aveți un IPhone).

Pentru a lansa fluxul direct când Pi este alimentat (deci când drona dvs. este pornită) tastați pe terminal:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Apoi mergeți la ultima linie și adăugați, ecou Fugind la boot

sudo python3 / home / pi / rpi_camera_surveillance_system.py

sudo reboot

Salvați fișierul apăsând Ctrl + X, apoi tastați Y și faceți clic pe Enter.

Felicitări, fluxul live este acum setat! Îl puteți folosi pentru a vă spiona vecinii sau pentru a face curse FPV!

Pasul 7: Arta reglării PID

Sunteți gata pentru primul dvs. zbor. Primul lucru pe care ar trebui să-l faci este să-ți încerci drona fără nici o elice pentru a vedea dacă totul răspunde bine.

Apoi, puteți adăuga elicele și puteți începe foarte încet pentru a crește accelerația pentru a vedea dacă puteți decola.

Drona dvs. probabil oscilează încet, vibrează sau motoarele fluieră. Aceasta înseamnă că trebuie să configurați setările PID!

Această parte durează ceva timp dacă doriți o dronă foarte stabilă, care să răspundă bine la comenzile dvs. Setarea PID este subiectivă, așa că depinde de tine cum vrei să zboare drona ta. Iată procedura:

1. Începeți cu un I scăzut pe pitch and roll (0,01) și creșteți P până când vedeți oscilații de înaltă frecvență și reduceți-o înapoi la ultima valoare.
2. Apoi, creșteți I pe pitch și rulați cu trepte de 0,01 până când vedeți din nou vibrații sau simțiți că drona dvs. este rigidă și nu răspunde. De obicei, setarea I vă poate ajuta dacă vă confruntați cu scăderi de altitudine și în derivă. Contorizează perturbările sistemului dvs. (drona).
3. Coborâți spatele P dacă ați văzut oscilații de înaltă frecvență.
4. Reduceți D dacă drona dvs. pare prea umezită (scăzută pentru a răspunde).

În cazul axei de gălbenuș, în mod obișnuit îl puteți lăsa la valoarea implicită, dar dacă simțiți că drona dvs. se deplasează pe axa de gălbenuș, atunci puteți crește I.

Pasul 8: Funcția Urmărește-mă

O dronă autonomă este minunată, poate zbura și se poate deplasa fără a fi nevoie să vă faceți griji.

Drona realizată în acest tutorial are capacitatea de a face acest lucru prin procesarea datelor pe care senzorii săi le captează.

Pentru a implementa o funcție precum urmărirea persoanei, trebuie să:

1. Folosiți camera dronei pentru a-l ajuta să ia notă de mediul său.
2. Utilizați un algoritm de viziune artificială pentru a analiza mediul.
3. Planificați traiectoria dronei.
4. Comandați direcția de urmat până la dronă.

Mai precis, camera Pi poate oferi un flux live de imagini către Raspberry Pi, care este un computer cu suficientă putere pentru a rula niște algoritmi de viziune artificială.

Acești algoritmi pot detecta o persoană într-o imagine și pot analiza poziția acestei persoane. Algoritmul cascadă Haar sau rețelele neuronale profunde pot fi algoritmi utili pentru asta.

Prin urmare, prin cunoașterea poziției persoanei de urmat, puteți planifica modul în care se mișcă motoarele și ce direcție să luați în funcție de poziția obiectului urmărit în cadru. De exemplu, dacă persoana care urmează să fie urmărită se află în partea dreaptă a cadrului luat de camera Pi, algoritmul comandă dronei pentru a vira la dreapta.

În cele din urmă, odată ce a fost aleasă direcția pe care ar trebui să o urmeze drona, Raspberry Pi trebuie să trimită o comandă către Multiwii pentru a permite dronei să meargă în acea direcție. Pentru a face acest lucru, MSP (Multiwii Serial Protocol) este util pentru a comunica între computerul dvs. (Pi) și controlerul de zbor.

Aici puteți găsi atașat o modalitate de codificare a acestuia.

O metodă mai robustă care utilizează tensorflow și rețele neuronale profunde pentru detectarea persoanei a fost prezentată pe site-ul nostru.

Vă puteți imagina, de asemenea, o mulțime de alte modalități de a vă îmbunătăți drona autonomă, cum ar fi să-l faceți să facă o fotografie de fiecare dată când vede un copac sau un animal. Evitarea obiectelor este, de asemenea, posibilă pentru implementare, doar că ați setat drona să-și oprească cursa dacă este mai aproape decât o distanță specificată de un obiect.

De asemenea, puteți afla pe site cum să conectați un LED la Pi și să îl porniți când drona detectează pe cineva de urmat!

Pasul 9: Zbor fericit

Porniți drona și bucurați-vă de zbor.

Dacă doriți să mergeți mai departe și să implementați urmărirea persoanelor pe drona dvs., puteți consulta site-ul nostru pentru un tutorial cu privire la aceasta.

Vă mulțumim că ați pregătit acest tutorial!