Ikuti Saya - Panduan Drone Cerdas Raspberry Pi: 9 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Apakah Anda selalu bertanya-tanya bagaimana cara membuat drone dari A-Z?

Tutorial ini menunjukkan kepada Anda bagaimana melakukan quadcopter 450mm selangkah demi selangkah dari membeli suku cadang hingga menguji robot udara Anda pada penerbangan pertamanya.

Selain itu, dengan Raspberry Pi dan PiCamera Anda dapat melakukan streaming video langsung di perangkat Anda dan mengontrol drone Anda dalam tampilan orang pertama! Raspberry Pi juga menawarkan kemungkinan untuk lebih meningkatkan drone Anda dan menambahkan fitur seperti pelacakan orang, penghindaran rintangan, dan stasiun cuaca. Tutorial ini akan menunjukkan kepada Anda bagaimana membuat drone Anda mengikuti Anda.

Keunggulan Raspberry Pi terutama adalah dapat memproses beberapa algoritma penglihatan buatan untuk fitur-fitur yang mengharuskan drone menjadi ''pintar''.

Dalam instruksi ini, Anda akan belajar:

• Alat / suku cadang apa yang perlu Anda beli?
• Cara memperbaiki semua bagian pada bingkai
• Cara membuat koneksi untuk sistem propulsi
• Cara mengonfigurasi pengontrol mikro Anda
• Bagaimana menghubungkan penerima ke pemancar
• Cara streaming video yang diambil oleh drone di ponsel Anda
• Cara menyetel PID Anda untuk kontrol yang lebih baik
• Bagaimana menerapkan pelacakan orang

Juga drone memiliki LED merah yang menyala ketika drone mencari seseorang dan LED hijau ketika seseorang terdeteksi dan drone mengikutinya. Tombol juga diterapkan untuk mematikan Pi sebelum melepas baterai ke kartu SD Raspberry Pi agar tidak rusak.

Tutorial ini bertujuan untuk mengatur dasar-dasar cara membuat drone pintar yang dapat disesuaikan, jadi jika Anda seorang pemula, Anda telah datang ke tempat yang tepat!

Langkah 1: Ikhtisar

Untuk membangun sebuah quadcopter, kita membutuhkan 4 motor dan 4 ESC (Electronic Speed Controller) yang masing-masing terhubung ke motor. Papan distribusi daya digunakan untuk mendistribusikan daya dari baterai ke 4 ESC.

ESC menerima perintah dari pengontrol penerbangan (di sini papan MultiWii) dan mengirimkannya ke motor.

Pengendali penerbangan ini memiliki giroskop, akselerometer, dan barometer. Anda juga dapat menambahkan modul bluetooth dan GPS ke dalamnya.

Untuk melakukan koneksi antara Raspberry Pi dan pengontrol penerbangan, kami menggunakan adaptor FTDI. Dengan demikian kita dapat mengirim perintah ke controller dari Pi kita. Selain itu, untuk melakukan kalibrasi PID dan mengunggah firmware Mulltiwii pada pengontrol penerbangan, FTDI akan sangat berguna.

Akhirnya, kami mengontrol drone dari jarak jauh dengan remote control yang mengirim perintah ke penerima dan mengirimkannya ke pengontrol penerbangan.

Raspberry Pi juga menyediakan streaming yang dapat dilihat di browser apa pun dari perangkat seperti telepon misalnya. Dengan cara ini kita dapat melihat apa yang dilihat Kamera Pi saat mengudara.

Langkah 2: Mengumpulkan Bagian

Bagian-bagian berikut diperlukan untuk berhasil menyelesaikan tutorial ini:

1) Bingkai: Bingkai 4-sumbu 450 F

2) Pemancar dan penerima: Flysky FS-i6X

3) Motherboard Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B

4) Kamera: PiCamera

5) Mikrokontroler: Crius MultiWii SEV2.6

6) Konverter FTDI: FTDI USB ke TTL / FT232

7) Kabel kecil: Elegoo 120pcs Kawat Dupont Warna-warni

8) Motor (x4): Liobaba 1100KV 2-4S Brushless Motor

9) ESCs (x4): Brushless ESC 30A Firmware Brushless ESC w / 5V 3A UBEC

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

11) Konektor: Konektor Berlapis Emas 3.5mm (x4) dan Artrinck XT-60 60A/100A Pria Wanita

12) Baling-baling (x3): FidgetGear 10x4.5 Baling-baling (Biru)

13) Bantalan pemasangan pengontrol penerbangan: Bantalan Pemasangan Pengontrol Penerbangan

14) Beberapa selubung yang dapat menyusut akibat pemanasan: Tabung yang dapat menyusut - SODIAL

15) Kabel: kawat 16GA

16) Besi solder: Kit Besi Solder Holife, Alat Pengelasan Terkendali Suhu Teratur 60W 110V

Opsional

• Sebuah buzzer: Venom Low Voltage Monitor untuk Baterai LiPO 2S hingga 8S
• Dukungan/rak untuk Pi dan pengontrol penerbangan: Kotak Penyimpanan untuk Raspberry Pi
• Tingkatkan pengalaman menyolder Anda dengan: Elenco Helping Hands dan 60-40 Tin Lead Rosin Core Solder

Biaya TOTAL dari semua bagian ini harus 450,71 CAN$.

Langkah 3: Menyolder dan Memperbaiki Bagian pada Bingkai

Dua bagian perlu disolder:

1. ESC (mereka tidak datang dengan konektor di ekstremitas)
2. Papan distribusi daya (dalam kasus kami terintegrasi dalam bingkai)

Gunakan konektor tx betina pada kabel yang Anda tambahkan ke papan distribusi, konektor tx jantan pada kabel samping papan distribusi ESC dan konektor emas 3,5 mm pada kabel samping motor ESC. Jangan lupa untuk menambahkan selubung panas-menyusut untuk mengisolasi (kami tidak ingin melihat ada kawat telanjang).

Saran untuk menyolder:

• Gunakan ujung besi datar ukuran sedang (disediakan dalam perangkat solder Anda) dan panaskan besi solder hingga 400 derajat Celcius.
• Sering bersihkan ujung kawat solder dengan spons air.
• Lelehkan beberapa solder pada dua permukaan yang ingin Anda sambungkan terlebih dahulu, lalu rekatkan dan tambahkan lebih banyak solder.

Untuk detail lebih lanjut tentang cara menyolder semuanya, jangan ragu untuk melihat situs web kami.

Perbaiki bagian-bagian pada bingkai:

1. Gunakan dua sekrup untuk memperbaiki motor di setiap ujung lengan.
2. Pasang penyangga elektronik pada rangka dengan mur dan baut.
3. Perbaiki Pi pada penyangga dengan mur dan baut.
4. Tempelkan bantalan pemasangan (untuk menyerap getaran) di bagian atas penyangga dan tempelkan Multiwii Anda ke sana untuk memastikannya tepat di tengah bingkai dan dengan panah menunjuk di antara dua lengan dengan warna yang sama.
5. Tempelkan penerima ke penyangga dengan beberapa velcro.
6. Letakkan ESC di setiap lengan dengan tie-wrap.
7. Gunakan tali pengikat untuk memasang baterai di bagian bawah bingkai.
8. Bor baling-baling dan letakkan di motor dengan bantuan baut khusus yang disertakan dengan motor

Langkah 4: Koneksi

Untuk penerima:

• Hubungkan pin Throttle pada MultiWii ke saluran 3 pada receiver.
• Hubungkan pin Roll ke saluran 1 pada penerima.
• Hubungkan pin Pitch ke saluran 2.
• Hubungkan pin Yaw ke saluran 4.
• Hubungkan Auxiliary 1 ke saluran 5.

Untuk ESC:

Dengan Multiwii menghadap ke depan dan dengan kabel hitam konektor perintah ESC di pin bawah Multiwii;

• Hubungkan ESC kiri-atas ke D3.
• Hubungkan ESC kanan-atas ke D10.
• Hubungkan ESC kanan-bawah ke D9.
• Hubungkan ESC kiri-bawah ke D11.

Untuk Pi:

• Hubungkan PiCamera.
• Hubungkan FTDI ke adaptor mini-USB/USB dan sambungkan ke Pi, sambungkan juga pin FTDI ke pin FTDI MultiWii.
• Hubungkan pin - dan + dari MultiWii ke pin GPIO 5V dan ground dari Pi.

Untuk motor

Secara default, motor berputar searah jarum jam (CCW). Jadi untuk motor kiri atas dan kanan bawah, Anda perlu membalikkan koneksi kabel dengan ESC (hitam dengan merah dan merah dengan hitam) sehingga Anda akan memiliki arah jarum jam (CW).

Langkah 5: Konfigurasikan Semuanya

Lepaskan baling-baling Anda untuk langkah-langkah berikut.

Memprogram ESC:

Pengontrol kecepatan elektronik mengontrol motor dan oleh karena itu banyak pilihan tersedia dan terserah Anda untuk menyesuaikan ESC Anda sehingga berperilaku seperti yang Anda inginkan.

Lepaskan semua kabel yang terhubung ke penerima.

Untuk setiap ESC:

1. Hubungkan hanya satu ESC ke daya (ke papan distribusi dalam kasus kami) dan pastikan baterai terputus.
2. Letakkan pin ESC di saluran throttle penerima (dalam kasus kami saluran 3).
3. Nyalakan pemancar Anda.
4. Letakkan throttle ke posisi maksimum pada pemancar Anda.
5. Nyalakan papan distribusi dengan menghubungkan baterai ke sana. Anda juga dapat menggunakan beberapa klip buaya dan menghubungkan langsung baterai ke ESC.
6. Setelah beberapa bunyi bip, Anda akan mendengar nada musik dengan 4 bunyi bip. Setelah musik pertama ini menempatkan throttle pada posisi minimum pada pemancar Anda.
7. Tunggu konfirmasi dari UBEC, yang diberikan dengan bunyi bip.
8. Tutup pemancar.
9. Lepaskan daya (lepaskan baterai Li-Po)

Untuk mengujinya:

1. Nyalakan pemancar dengan posisi throttle minimum.
2. Hubungkan baterai.
3. Tingkatkan throttle secara bertahap ke daya maksimum. Motor harus berputar lebih cepat saat Anda meningkatkan throttle.

Menyiapkan papan kontrol penerbangan:

Untuk langkah ini Anda dapat melepas kabel USB FTDI pada Pi dan meletakkannya di komputer Anda, yang akan lebih nyaman untuk memprogram papan.

1. Unduh perangkat lunak Arduino di komputer Anda melalui situs web.
2. Unduh firmware multiwii versi terbaru dan ekstrak di komputer Anda.
3. Masuk ke folder MultiWii yang sebelumnya diekstrak, lalu buka MultiWii.ino yang akan meluncurkan Arduino.
4. Buka file config.h di Arduino, hapus // di depan #define QUADX untuk mengatur jenis konfigurasi multicopter Anda dan di depan #define CRIUS_SE_v2_0 untuk memilih jenis papan.
5. Kemudian masuk ke Tools -> Board -> dan pilih Arduino Pro atau Pro Mini dan pastikan di Tools -> Processor -> bahwa ATMmega328P (5V, 16MHz) dipilih.
6. Konfigurasi terakhir yang perlu kita lakukan sebelum mengupload di board adalah masuk ke Tools -> Port -> pilih port MultiWii Anda (COM3 for us).
7. Klik verifikasi dan kemudian unggah.
8. Saat kode diunggah pada Crius MultiWii SE v2.6 Anda akan melihat lampu berkedip pada papan pengontrol dan papan FTDI.

Kalibrasi sensor pada papan kontrol penerbangan:

1. Buka folder MultiWiiConf yang ada di folder MultiWii yang diunduh sebelumnya dari situs web mereka.
2. Lalu masuk ke -> folder application.windows32 -> klik dua kali pada aplikasi MultiWiiConf. (Perhatikan bahwa meskipun saya memiliki windows 64bit, hanya aplikasi 32bit yang tampaknya berfungsi).
3. Anda harus memilih port yang terhubung dengan pengontrol penerbangan Anda (dalam hal ini COM3).
4. Klik Baca.
5. Klik Mulai.
6. Letakkan papan Anda rata di atas meja dan kemudian klik pada Calib_acc.
7. Klik pada Calib_mag dan kemudian Anda perlu memutar papan Anda ke segala arah selama 30 detik secepat mungkin. Anda akan melihat paku di seluruh grafik.

Untuk mengujinya:

Putar papan Anda pada sumbu pitch, roll, dan yaw dan lihat apakah yang ditampilkan sensor pada perangkat lunak masuk akal

Menyiapkan pemancar (pengendali jarak jauh):

Pertama, Anda dapat memverifikasi tongkat mana yang mengontrol saluran mana di Menu Tampilan:

1. Sebelum Anda memulai pengontrol, pastikan semua sakelar berada di atas dan stik throttle (stik kiri) turun.
2. Mulai pengontrol.
3. Tahan tombol Oke.
4. Masuk ke Setup, lalu Display.
5. Anda dapat menggerakkan tongkat Anda untuk melihat saluran mana yang bereaksi.

Sebelum melangkah lebih jauh, pilih model dan nama:

1. Masuk System-> Model select -> pilih model.
2. Masuk Sistem -> Nama model. Dan beri nama. Tahan batal untuk menyimpan perubahan Anda.
3. Masuk System-> Ketik pilih dan atur sebagai Pesawat atau glider meskipun itu adalah quadrirotor.
4. Atur trim di Menu Subtrim. Ketika tongkat berada di posisi netral, Anda memerlukan saluran (lihat di Menu Tampilan) berada di 0% untuk yaw, pitch, dan roll.
5. Tahan batal untuk menyimpan pengaturan Anda.

Selanjutnya, mari kita atur pengaturan Failsafe:

Ini memastikan bahwa ketika drone pergi jauh dari pengontrol dan kehilangan sinyal, semua kontrol pergi ke posisi netral. Jadi untuk melakukan ini, kita perlu mengatur saluran 1, 2 dan 4 ke 0% dan mengaktifkan failsafe melalui Menu Failsafe. Kita juga perlu mengaktifkan failsafe pada throttle dan mengaturnya ke 100%.

Anda juga dapat menggunakan sakelar lain pada pengontrol Anda dengan mengaktifkannya di System-> Aux. switch.

Anda dapat memiliki detail lebih lanjut tentang bagian ini di situs web kami.

Langkah 6: Streaming Langsung

Raspberry Pi adalah komputer dan apa yang dapat Anda lakukan dengan komputer terbang hanya membatasi imajinasi Anda.

Untuk streaming langsung:

1. Aktifkan PiCamera. Untuk melakukannya, mulai Pi dan hubungkan mouse dan monitor ke sana. Klik pada logo rasbian di kiri atas, masuk ke preferensi, lalu Konfigurasi Raspberry Pi dan kemudian di tab antarmuka buat Kamera dicentang sebagai diaktifkan. Kemudian klik oke.
2. Unduh skrip (sumber kode: tutorial nerd acak) dan letakkan di folder rumah Anda.
3. Jalankan skrip dengan mengetik ''python3 rpi_camera_surveillance_system.py'' di terminal.

Setelah skrip berjalan, Anda dapat mengakses server web streaming video Anda di: https://:8000. Ganti dengan alamat IP Raspberry Pi Anda sendiri, dalam kasus saya

Jika Anda tidak mengetahui Alamat IP Pi Anda, Anda dapat mengetahuinya dengan mengetikkan ifconfig di terminal yang memberi Anda alamat tersebut.

Anda dapat mengakses streaming langsung melalui perangkat apa pun yang terhubung ke jaringan yang sama dengan Raspberry Pi. Anda hanya perlu membuka browser.

Anda juga dapat meluncurkan program ini dari ponsel cerdas Anda. Anda hanya perlu menginstal aplikasi Terminus (jika Anda memiliki iPhone).

Untuk meluncurkan streaming secara langsung saat Pi dinyalakan (jadi saat drone Anda menyala) ketik di terminal:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Lalu pergi di baris terakhir dan tambahkan, echo Berjalan saat boot

sudo python3 /home/pi/ rpi_camera_surveillance_system.py

sudo reboot

Simpan file Anda dengan menekan Ctrl + X, lalu ketik Y dan klik Enter.

Selamat, streaming langsung Anda sekarang sudah siap! Anda dapat menggunakannya untuk memata-matai tetangga Anda atau melakukan balap FPV!

Langkah 7: Seni Penyetelan PID

Anda siap untuk penerbangan pertama Anda. Hal pertama yang harus Anda lakukan adalah mencoba drone Anda tanpa baling-baling untuk melihat apakah semuanya merespons dengan baik.

Kemudian, Anda dapat menambahkan baling-baling Anda dan mulai dengan sangat perlahan untuk meningkatkan throttle untuk melihat apakah Anda dapat lepas landas.

Drone Anda mungkin berosilasi perlahan, bergetar atau motor bersiul. Ini berarti Anda perlu mengatur pengaturan PID Anda!

Bagian ini membutuhkan waktu jika Anda menginginkan drone yang sangat stabil yang merespons perintah Anda dengan baik. Pengaturan PID bersifat subjektif sehingga terserah Anda bagaimana Anda ingin drone Anda terbang. Berikut prosedurnya:

1. Mulailah dengan I rendah pada pitch and roll (0,01) dan tingkatkan P sampai Anda melihat osilasi frekuensi tinggi dan kurangi kembali ke nilai terakhir.
2. Kemudian, tingkatkan I pada pitch and roll dengan penambahan 0,01 sampai Anda melihat getaran lagi atau Anda merasa drone Anda kaku dan tidak responsif. Biasanya pengaturan I dapat membantu Anda jika Anda mengalami penurunan ketinggian dan drifting. Ini melawan gangguan pada sistem Anda (drone).
3. Turunkan kembali P Anda jika Anda melihat osilasi frekuensi tinggi.
4. Kurangi D Anda jika drone Anda tampaknya terlalu basah (rendah untuk merespons).

Untuk sumbu yaw, biasanya Anda dapat membiarkannya secara default tetapi jika Anda merasa drone Anda melayang di sumbu yaw, maka Anda dapat meningkatkan I.

Langkah 8: Ikuti Saya Fitur

Drone otonom itu luar biasa, ia bisa terbang dan bergerak tanpa harus mengkhawatirkannya.

Drone yang dilakukan dalam tutorial ini memiliki kemampuan untuk melakukan ini dengan memproses data yang ditangkap oleh sensornya.

Untuk menerapkan fitur seperti pelacakan orang, Anda perlu:

1. Gunakan kamera drone untuk membantunya memperhatikan lingkungannya.
2. Gunakan algoritma penglihatan buatan untuk menganalisis lingkungan.
3. Rencanakan lintasan drone.
4. Perintahkan arah untuk mengikuti drone.

Lebih khusus lagi, Kamera Pi dapat memberikan aliran gambar langsung ke Raspberry Pi yang merupakan komputer dengan daya yang cukup untuk menjalankan beberapa algoritma penglihatan buatan.

Algoritme ini dapat mendeteksi seseorang dalam gambar dan menganalisis posisi orang tersebut. Algoritme kaskade haar atau jaringan saraf dalam dapat menjadi algoritme yang berguna untuk itu.

Oleh karena itu, dengan mengetahui posisi orang yang akan diikuti, Anda dapat merencanakan bagaimana motor bergerak dan arah mana yang harus diambil tergantung pada posisi objek yang dilacak dalam bingkai. Misalnya, jika orang yang akan dilacak berada di sebelah kanan bingkai yang diambil oleh Kamera Pi, algoritme memerintahkan drone untuk berbelok ke kanan.

Akhirnya, setelah arah yang harus diikuti drone telah dipilih, Raspberry Pi harus mengirim perintah ke Multiwii untuk mengizinkan drone pergi ke arah itu. Untuk melakukan itu, MSP (Multiwii Serial Protocol) berguna untuk berkomunikasi antara komputer Anda (Pi) dan pengontrol penerbangan Anda.

Di sini Anda dapat menemukan terlampir cara bagaimana mengkodekannya.

Metode yang lebih kuat menggunakan tensorflow dan jaringan saraf dalam untuk deteksi orang telah ditampilkan di situs web kami.

Anda juga dapat membayangkan banyak cara lain untuk meningkatkan drone otonom Anda, seperti membuatnya mengambil foto setiap kali dia melihat pohon atau binatang. Penghindaran objek juga dimungkinkan untuk diterapkan Anda hanya mengatur drone untuk menghentikan balapannya jika dia lebih dekat dari jarak yang ditentukan dari suatu objek.

Selain itu, Anda dapat mempelajari di situs web cara menghubungkan LED ke Pi dan menyalakannya saat drone mendeteksi seseorang untuk diikuti!

Langkah 9: Selamat Terbang

Nyalakan drone Anda dan nikmati lalat Anda.

Jika Anda ingin melangkah lebih jauh dan menerapkan pelacakan orang di drone Anda, Anda dapat berkonsultasi dengan situs web kami untuk tutorial tentang itu.

Terima kasih telah menyiapkan tutorial ini!