Theo dõi tôi - Hướng dẫn sử dụng máy bay không người lái thông minh Raspberry Pi: 9 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Bạn luôn tự hỏi làm thế nào để chế tạo một chiếc drone từ A-Z?

Hướng dẫn này chỉ cho bạn cách thực hiện từng bước một quadcopter 450mm từ việc mua các bộ phận đến thử nghiệm robot trên không của bạn trong chuyến bay đầu tiên.

Ngoài ra, với Raspberry Pi và PiCamera, bạn có thể phát video trực tiếp trên thiết bị của mình và điều khiển máy bay không người lái của bạn ở chế độ xem người thứ nhất! Raspberry Pi cũng cung cấp khả năng cải thiện máy bay không người lái của bạn hơn nữa và thêm các tính năng như theo dõi người, tránh chướng ngại vật và trạm thời tiết. Hướng dẫn này sẽ chỉ cho bạn cách làm cho máy bay không người lái theo bạn.

Ưu điểm của Raspberry Pi chủ yếu là nó có thể xử lý một số thuật toán thị giác nhân tạo cho các tính năng yêu cầu máy bay không người lái phải '' thông minh ''.

Trong hướng dẫn này, bạn sẽ học:

• Những công cụ / bộ phận nào bạn cần mua
• Cách sửa tất cả các bộ phận trên khung
• Cách tạo các kết nối cho hệ thống đẩy
• Cách định cấu hình bộ điều khiển vi mô của bạn
• Cách kết nối bộ thu với bộ phát
• Cách phát video bằng máy bay không người lái trên điện thoại của bạn
• Cách điều chỉnh PID của bạn để kiểm soát tốt hơn
• Cách triển khai theo dõi người

Ngoài ra, máy bay không người lái còn có đèn LED màu đỏ bật khi máy bay không người lái đang tìm kiếm ai đó và đèn LED màu xanh lá cây khi ai đó được phát hiện và máy bay không người lái đang theo dõi anh ta. Một nút cũng được thực hiện để tắt Pi trước khi ngắt kết nối pin với thẻ SD của Raspberry Pi không bị hỏng.

Hướng dẫn này nhằm mục đích thiết lập những điều cơ bản về cách chế tạo một máy bay không người lái thông minh có thể tùy chỉnh, vì vậy nếu bạn là người mới bắt đầu hoàn chỉnh, bạn đã đến đúng nơi!

Bước 1: Tổng quan

Để chế tạo một chiếc quadcopter, chúng ta cần 4 động cơ và 4 ESC (Bộ điều khiển tốc độ điện tử), mỗi cái được kết nối với một động cơ. Một bảng phân phối điện được sử dụng để phân phối điện từ pin đến 4 ESC.

ESC nhận lệnh từ bộ điều khiển chuyến bay (ở đây là bảng MultiWii) và truyền nó đến động cơ.

Bộ điều khiển chuyến bay này có một con quay hồi chuyển, gia tốc kế và khí áp kế. Bạn cũng có thể thêm mô-đun bluetooth và GPS vào nó.

Để thực hiện kết nối giữa Raspberry Pi và bộ điều khiển máy bay, chúng tôi sử dụng bộ điều hợp FTDI. Vì vậy, chúng tôi có thể gửi lệnh đến bộ điều khiển từ Pi của chúng tôi. Ngoài ra, để thực hiện hiệu chuẩn PID và tải lên phần sụn của Mulltiwii trên bộ điều khiển bay, FTDI sẽ rất hữu ích.

Cuối cùng, chúng tôi điều khiển máy bay không người lái từ xa bằng bộ điều khiển từ xa gửi lệnh đến người nhận và gửi chúng đến bộ điều khiển bay.

Raspberry Pi cũng cung cấp một luồng có thể được xem trên bất kỳ trình duyệt nào từ một thiết bị như điện thoại chẳng hạn. Bằng cách này, chúng ta có thể xem những gì Camera Pi nhìn thấy khi nó ở trên không.

Bước 2: Thu thập các bộ phận

Các phần sau được yêu cầu để hoàn thành thành công hướng dẫn này:

1) Khung: Khung 450 F 4 trục

2) Máy phát và máy thu: Flysky FS-i6X

3) Raspberry Pi: Bo mạch chủ Raspberry Pi 3 Model B

4) Máy ảnh: PiCamera

5) Bộ vi điều khiển: Crius MultiWii SEV2.6

6) Bộ chuyển đổi FTDI: FTDI USB sang TTL / FT232

7) Dây nhỏ: Elegoo 120pcs Dây Dupont nhiều màu

8) Động cơ (x4): Động cơ không chổi than Liobaba 1100KV 2-4S

9) Các ESC (x4): Phần mềm ESC không chổi than ESC 30A không chổi than w / 5V 3A UBEC

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

11) Các đầu nối: Đầu nối Gold Platted 3.5mm (x4) và Artrinck XT-60 60A / 100A Male Female

12) Cánh quạt (x3): Cánh quạt FidgetGear 10x4.5 (Xanh lam)

13) Bệ gắn bộ điều khiển máy bay: Bệ gắn bộ điều khiển máy bay

14) Một số vỏ bọc có thể co lại bằng nhiệt: Ống co ngót - SODIAL

15) Dây: dây 16GA

16) Mỏ hàn: Bộ sắt hàn Holife, Dụng cụ hàn điều chỉnh nhiệt độ có thể điều chỉnh 60W 110V

Không bắt buộc

• Một còi: Màn hình điện áp thấp Venom cho Pin LiPO 2S đến 8S
• Giá đỡ / giá đỡ cho Pi và bộ điều khiển chuyến bay: Hộp lưu trữ hộp cho Raspberry Pi
• Cải thiện trải nghiệm hàn của bạn với: Bàn tay trợ giúp của Elenco và Máy hàn lõi nhựa thông chì 60-40 thiếc

TỔNG chi phí của tất cả các bộ phận này phải là 450,71 CAN $.

Bước 3: Hàn và cố định các bộ phận trên khung

Hai phần cần hàn:

1. Các ESC (chúng không đi kèm với các đầu nối ở các cực)
2. Bảng phân phối điện (trong trường hợp của chúng tôi được tích hợp trong khung)

Sử dụng đầu nối tx cái trên dây bạn đã thêm vào bảng phân phối, đầu nối tx đực trên dây bên bảng phân phối của ESCs và đầu nối 3,5 mm màu vàng trên dây phía động cơ của ESCs. Đừng quên thêm vỏ bọc co nhiệt để cách nhiệt (chúng tôi không muốn nhìn thấy bất kỳ dây trần nào).

Lời khuyên khi hàn:

• Sử dụng đầu bàn ủi phẳng kích thước trung bình (được cung cấp trong bộ dụng cụ hàn của bạn) và làm nóng bàn ủi hàn đến 400 độC.
• Thường xuyên làm sạch đầu dây hàn bằng miếng bọt biển.
• Làm tan chảy một ít chất hàn trên hai bề mặt bạn muốn kết nối trước, sau đó dán chúng lại với nhau và thêm nhiều chất hàn hơn.

Để biết thêm chi tiết về cách hàn mọi thứ, đừng ngần ngại xem tại trang web của chúng tôi.

Sửa các bộ phận trên khung:

1. Sử dụng hai vít để cố định động cơ ở mỗi đầu của cánh tay.
2. Cố định giá đỡ của thiết bị điện tử trên khung bằng đai ốc và bu lông.
3. Cố định Pi trên giá đỡ bằng đai ốc và bu lông.
4. Dán một số miếng đệm (để hấp thụ rung động) trên đầu của giá đỡ và dán Multiwii của bạn vào đó để đảm bảo rằng nó chính xác ở giữa khung và với mũi tên trỏ giữa hai cánh tay cùng màu.
5. Dán đầu thu vào giá đỡ bằng một số khóa dán.
6. Đặt cho bạn các ESC trên mỗi cánh tay bằng dây buộc.
7. Sử dụng dây đai để gắn pin ở mức dưới cùng của khung.
8. Khoan các cánh quạt và lắp chúng vào động cơ với sự trợ giúp của bu lông đặc biệt đi kèm với động cơ

Bước 4: Kết nối

Đối với người nhận:

• Kết nối chân bướm ga trên MultiWii với kênh 3 trên bộ thu.
• Kết nối các chân Cuộn với kênh 1 trên đầu thu.
• Kết nối các chân Pitch với kênh 2.
• Kết nối chân Yaw với kênh 4.
• Kết nối Phụ trợ 1 với kênh 5.

Đối với ESC:

Với Multiwii hướng về phía trước và có dây màu đen của đầu nối lệnh của ESC trên chốt dưới cùng của Multiwii;

• Kết nối ESC phía trên bên trái với D3.
• Kết nối ESC phía trên bên phải với D10.
• Kết nối ESC dưới cùng bên phải với D9.
• Kết nối ESC phía dưới bên trái với D11.

Đối với Pi:

• Kết nối PiCamera.
• Kết nối FTDI với bộ điều hợp mini-USB / USB và kết nối nó với Pi, đồng thời kết nối các chân FTDI với các chân FTDI của MultiWii.
• Kết nối chân a - và + của MultiWii với chân cắm GPIO 5V và nối đất của Pi.

Đối với động cơ

Theo mặc định, các động cơ quay theo hướng khôn ngoan của đồng hồ đếm (CCW). Vì vậy, đối với động cơ phía trên bên trái và phía dưới bên phải, bạn cần đảo ngược kết nối dây với ESC (màu đen với màu đỏ và màu đỏ với màu đen), do đó bạn sẽ có hướng đồng hồ thông minh (CW).

Bước 5: Định cấu hình tất cả

Tháo cánh quạt của bạn theo các bước sau.

Lập trình ESCs:

Bộ điều khiển tốc độ điện tử điều khiển động cơ và do đó có rất nhiều tùy chọn và bạn có thể tùy chỉnh ESC của mình để nó hoạt động như bạn muốn.

Tháo tất cả các dây kết nối với đầu thu.

Đối với mỗi ESC:

1. Chỉ kết nối một ESC với nguồn (với bảng phân phối trong trường hợp của chúng tôi) và đảm bảo rằng pin đã được ngắt kết nối.
2. Đặt chân ESC vào kênh tiết lưu của máy thu (trong trường hợp của chúng tôi là kênh 3).
3. Tăng sức mạnh cho máy phát của bạn.
4. Đặt bướm ga đến vị trí tối đa trên bộ truyền của bạn.
5. Cấp nguồn cho bảng phân phối bằng cách kết nối pin với nó. Bạn cũng có thể sử dụng một số kẹp cá sấu và kết nối trực tiếp pin với ESC.
6. Sau một số tiếng bíp, bạn sẽ nghe thấy một giai điệu âm nhạc với 4 tiếng bíp. Sau bản nhạc đầu tiên này, hãy đặt van tiết lưu ở vị trí tối thiểu trên máy phát của bạn.
7. Chờ xác nhận từ UBEC, phát ra bằng một tiếng bíp.
8. Đóng máy phát.
9. Tháo nguồn (ngắt kết nối pin Li-Po)

Để kiểm tra nó:

1. Tăng sức mạnh cho máy phát với vị trí bướm ga nhỏ nhất.
2. Kết nối pin.
3. Tăng dần ga để đạt công suất tối đa. Động cơ sẽ quay nhanh hơn khi bạn tăng ga.

Thiết lập ban điều hành chuyến bay:

Đối với bước này, bạn có thể tháo cáp USB của FTDI trên Pi và đặt nó vào máy tính của bạn, điều này sẽ thuận tiện hơn khi lập trình bo mạch.

1. Tải xuống phần mềm Arduino trên máy tính của bạn thông qua trang web.
2. Tải xuống phiên bản mới nhất của phần mềm multiwii và giải nén nó trên máy tính của bạn.
3. Vào thư mục MultiWii đã giải nén trước đó, sau đó mở MultiWii.ino, người sẽ lau Arduino.
4. Đi tới tệp config.h trong Arduino, xóa // ở phía trước #define QUADX để thiết lập loại cấu hình của đa ô của bạn và ở phía trước #define CRIUS_SE_v2_0 để chọn loại bảng.
5. Sau đó, vào Tools -> Board -> và chọn Arduino Pro hoặc Pro Mini và đảm bảo rằng trong Tools -> Processor -> ATMmega328P (5V, 16MHz) đã được chọn.
6. Cấu hình cuối cùng chúng ta cần làm trước khi tải lên bảng là vào Công cụ -> Cổng -> chọn cổng MultiWii của bạn (COM3 cho chúng tôi).
7. Nhấp vào xác minh và sau đó tải lên.
8. Khi mã đang tải lên trên Crius MultiWii SE v2.6, bạn sẽ thấy đèn nhấp nháy trên cả bảng điều khiển và bảng FTDI.

Hiệu chỉnh các cảm biến trên bảng điều khiển chuyến bay:

1. Chuyển đến thư mục MultiWiiConf có trong thư mục MultiWii đã tải xuống trước đó từ trang web của họ.
2. Sau đó vào thư mục -> application.windows32 -> nhấp đúp vào ứng dụng MultiWiiConf. (Lưu ý rằng ngay cả khi tôi có windows 64bits thì chỉ có ứng dụng 32bits có vẻ hoạt động).
3. Bạn cần chọn cổng mà bộ điều khiển máy bay của bạn được kết nối với (trong trường hợp này là COM3).
4. Nhấp vào Đọc.
5. Nhấp vào Bắt đầu.
6. Đặt bảng của bạn phẳng trên bàn và sau đó nhấp vào Calib_acc.
7. Nhấp vào Calib_mag và sau đó bạn cần xoay bảng của mình theo mọi hướng trong 30 giây càng nhanh càng tốt. Bạn sẽ thấy mức tăng đột biến trên toàn đồ thị.

Để kiểm tra nó:

Xoay bảng của bạn trên sân, trục lăn và trục nghiêng và xem những gì các cảm biến hiển thị trên phần mềm có ý nghĩa hay không

Thiết lập bộ phát (điều khiển từ xa):

Đầu tiên, bạn có thể xác minh thanh nào kiểm soát kênh nào trong Menu hiển thị:

1. Trước khi bạn khởi động bộ điều khiển, hãy đảm bảo rằng tất cả các công tắc đều bật và cần ga (cần trái) hạ xuống.
2. Khởi động bộ điều khiển.
3. Giữ nút Ok.
4. Đi tới Thiết lập, rồi đến Hiển thị.
5. Bạn có thể di chuyển gậy của mình để xem kênh nào phản ứng.

Trước khi đi xa hơn, hãy chọn một kiểu máy và tên:

1. Vào Hệ thống-> Chọn mô hình -> chọn một mô hình.
2. Vào Hệ thống -> Tên kiểu máy. Và đặt cho nó một cái tên. Giữ hủy để lưu các thay đổi của bạn.
3. Vào System-> Type, chọn và đặt nó làm Máy bay hoặc tàu lượn ngay cả khi nó là động cơ quadrirotor.
4. Đặt cắt trong Menu Subtrim. Khi các gậy ở vị trí trung lập, bạn cần các kênh (xem trong Menu hiển thị) ở 0% cho động tác lắc, cao độ và lăn.
5. Giữ hủy để lưu cài đặt của bạn.

Tiếp theo, hãy đặt cài đặt Failsafe:

Điều này đảm bảo rằng khi máy bay không người lái đi xa bộ điều khiển và mất tín hiệu, tất cả các bộ điều khiển sẽ chuyển sang vị trí trung lập. Vì vậy, để làm điều này, chúng ta cần đặt kênh 1, 2 và 4 thành 0% và kích hoạt an toàn dự phòng trên chúng thông qua Failsafe Menu. Chúng tôi cũng cần kích hoạt an toàn dự phòng trên van tiết lưu và đặt nó thành 100%.

Bạn cũng có thể sử dụng các công tắc khác trên bộ điều khiển của mình bằng cách kích hoạt chúng trong System-> Aux. các công tắc.

Bạn có thể biết thêm chi tiết về phần này trên trang web của chúng tôi.

Bước 6: Phát trực tiếp

Raspberry Pi là một chiếc máy tính và những gì bạn có thể làm với một chiếc máy tính bay chỉ giới hạn trí tưởng tượng của bạn.

Để phát trực tiếp:

1. Bật PiCamera. Để làm như vậy, hãy khởi động Pi và kết nối chuột và màn hình với nó. Nhấp vào biểu trưng rasbian ở trên cùng bên trái, vào tùy chọn, sau đó chọn Cấu hình Raspberry Pi và sau đó trong tab giao diện make sur Camera được chọn là đã bật. Sau đó bấm vào ok.
2. Tải xuống tập lệnh (nguồn của mã: hướng dẫn dành cho người yêu thích ngẫu nhiên) và đặt nó vào thư mục chính của bạn.
3. Chạy tập lệnh bằng cách nhập '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py '' trên thiết bị đầu cuối.

Khi tập lệnh đang chạy, bạn có thể truy cập máy chủ web luồng video của mình tại: https://: 8000. Thay thế bằng địa chỉ IP Raspberry Pi của riêng bạn, trong trường hợp của tôi là

Nếu bạn không biết Địa chỉ IP Pi của mình, bạn có thể biết nó bằng cách nhập ifconfig vào thiết bị đầu cuối cung cấp địa chỉ cho bạn.

Bạn có thể truy cập phát trực tiếp thông qua bất kỳ thiết bị nào được kết nối với cùng một mạng với Raspberry Pi. Bạn chỉ cần mở trình duyệt.

Bạn cũng có thể khởi chạy chương trình này từ điện thoại thông minh của mình. Bạn chỉ cần cài đặt ứng dụng Terminus (nếu bạn có iPhone).

Để khởi chạy luồng trực tiếp khi Pi được cấp nguồn (vì vậy khi máy bay không người lái của bạn đang bật), hãy nhập vào thiết bị đầu cuối:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Sau đó đi đến dòng cuối cùng và thêm, echo Chạy khi khởi động

sudo python3 / home / pi / rpi_camera_surveillance_system.py

khởi động lại sudo

Lưu tệp của bạn bằng cách nhấn Ctrl + X, sau đó nhập Y và nhấp vào Enter.

Xin chúc mừng, luồng trực tiếp của bạn hiện đã được thiết lập! Bạn có thể sử dụng nó để theo dõi hàng xóm của mình hoặc thực hiện một số cuộc đua FPV!

Bước 7: Nghệ thuật điều chỉnh PID

Bạn đã sẵn sàng cho chuyến bay đầu tiên của mình. Điều đầu tiên bạn nên làm là thử máy bay không người lái của mình mà không cần bất kỳ cánh quạt nào để xem mọi thứ có phản hồi tốt hay không.

Sau đó, bạn có thể thêm chân vịt và khởi động thật chậm để tăng ga xem có thể cất cánh hay không.

Máy bay không người lái của bạn có thể dao động chậm, rung hoặc động cơ kêu. Điều này có nghĩa là bạn cần thiết lập cài đặt PID của mình!

Phần này sẽ mất một chút thời gian nếu bạn muốn một máy bay không người lái rất ổn định, đáp ứng tốt các lệnh của bạn. Cài đặt PID là chủ quan vì vậy nó thực sự phụ thuộc vào bạn cách bạn muốn máy bay không người lái của mình bay. Đây là quy trình:

1. Bắt đầu với âm độ I thấp và cuộn (0,01) và tăng P cho đến khi bạn thấy dao động tần số cao và giảm nó trở lại giá trị cuối cùng.
2. Sau đó, tăng I theo độ cao và lăn theo từng bước 0,01 cho đến khi bạn lại thấy rung hoặc bạn cảm thấy máy bay không người lái của mình bị cứng và không phản hồi. Thông thường, cài đặt Tôi có thể giúp bạn nếu bạn gặp phải hiện tượng giảm độ cao và trôi. Nó chống lại những nhiễu loạn trên hệ thống của bạn (máy bay không người lái).
3. Hạ thấp P của bạn nếu bạn thấy bất kỳ dao động tần số cao nào.
4. Giảm D của bạn nếu máy bay không người lái của bạn có vẻ quá ẩm (thấp để phản hồi).

Đối với trục yaw, thông thường bạn có thể để nó ở chế độ mặc định nhưng nếu bạn cảm thấy máy bay không người lái của mình trôi theo trục yaw, thì bạn có thể tăng I.

Bước 8: Tính năng Follow Me

Một chiếc máy bay không người lái tự động thật tuyệt vời, nó có thể bay và di chuyển mà không cần phải lo lắng về điều đó.

Máy bay không người lái được thực hiện trong hướng dẫn này có khả năng thực hiện điều này bằng cách xử lý dữ liệu mà các cảm biến của anh ta thu được.

Để triển khai một tính năng, chẳng hạn như theo dõi người, bạn cần:

1. Sử dụng máy ảnh của máy bay không người lái để giúp anh ấy ghi lại môi trường sống của mình.
2. Sử dụng thuật toán thị giác nhân tạo để phân tích môi trường.
3. Lập kế hoạch quỹ đạo của máy bay không người lái.
4. Ra lệnh cho hướng đi theo máy bay không người lái.

Cụ thể hơn, Pi Camera có thể cung cấp một luồng hình ảnh trực tiếp cho Raspberry Pi, một máy tính có đủ sức mạnh để chạy một số thuật toán thị giác nhân tạo.

Các thuật toán này có thể phát hiện một người trong ảnh và phân tích vị trí của người này. Thuật toán tầng Haar hoặc mạng nơ ron sâu có thể là những thuật toán hữu ích cho việc đó.

Do đó, bằng cách biết vị trí của người cần theo dõi, bạn có thể lập kế hoạch chuyển động của động cơ và hướng đi tùy thuộc vào vị trí của đối tượng được theo dõi trong khung. Ví dụ: nếu người được theo dõi ở bên phải của khung hình được chụp bởi Pi Camera, thuật toán sẽ ra lệnh cho máy bay không người lái rẽ phải.

Cuối cùng, khi đã chọn hướng mà máy bay không người lái phải theo, Raspberry Pi phải gửi lệnh đến Multiwii để cho phép máy bay không người lái đi theo hướng đó. Để làm được điều đó, MSP (Multiwii Serial Protocol) rất hữu ích để giao tiếp giữa máy tính (Pi) và bộ điều khiển chuyến bay của bạn.

Ở đây bạn có thể tìm thấy một cách đính kèm cách viết mã đó.

Một phương pháp mạnh mẽ hơn sử dụng dòng căng thẳng và mạng thần kinh sâu để phát hiện người đã được hiển thị trên trang web của chúng tôi.

Bạn cũng có thể hình dung ra rất nhiều cách khác để nâng cấp máy bay không người lái tự động của mình, chẳng hạn như bắt anh ta chụp ảnh mỗi khi anh ta nhìn thấy một cái cây hoặc một con vật. Tính năng tránh vật thể cũng có thể thực hiện bạn chỉ cần đặt máy bay không người lái dừng cuộc đua của mình nếu anh ta ở gần vật thể hơn một khoảng cách xác định.

Ngoài ra, bạn có thể tìm hiểu trên trang web cách kết nối đèn LED với Pi và bật nó lên khi máy bay không người lái phát hiện có người theo dõi!

Bước 9: Bay vui vẻ

Khởi động máy bay không người lái của bạn và tận hưởng chuyến bay của bạn.

Nếu bạn muốn đi xa hơn và triển khai theo dõi người trên máy bay không người lái của mình, bạn có thể tham khảo trang web của chúng tôi để biết hướng dẫn về điều đó.

Cảm ơn bạn đã sẵn sàng hướng dẫn này!