DIY Bitki Təftiş Bahçeli Drone (Büdcədə Qatlanan Trikopter): 20 Addım (Şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Həftə sonu evimizdə çoxlu meyvə və tərəvəz olan gözəl bir bağçamız var, amma bəzən bitkilərin necə dəyişdiyini izləmək çətindir. Daimi nəzarətə ehtiyacı var və hava şəraitinə, infeksiyalara, böcəklərə və s. Qarşı çox həssasdırlar …

Alətlər qutusunda köhnə layihələrdən çoxlu multikopter ehtiyat hissələri var idi, buna görə Rasperry Pi Zero W və onun NoIR PiCamera -dan istifadə edərək bitki analizi apara biləcək bir pilotsuz təyyarə dizayn etmək və qurmaq qərarına gəldim. Mən də bu layihə ilə bağlı bir video çəkmək istədim, amma bu, universitetin yanında olduqca çətindir, ona görə də yalnız xam görüntüləri yükləyəcəyəm.

Yaxın İnfraqırmızı Görüntü Arxasında Nəzəriyyə

Bu Wikipedia məqaləsini oxumağı məsləhət görürəm. Uzun sözün qısası, bitkilər normal işlədikdə Günəşdən gələn infraqırmızı işığı əks etdirir. Bir çox heyvan ilan və sürünənlər kimi İQ işığını görə bilər, ancaq kameranız da görə bilər (TV uzaqdan idarəetmə cihazı ilə sınayın). İK filtrini kameranızdan çıxarsanız, bənövşəyi, yuyulmuş bir görüntü əldə edəcəksiniz. Kameranızı sındırmaq istəmirsinizsə, onu standart PiCamera ilə eyni olan, lakin daxili IR filtri olmayan NoIR PiCamera ilə sınamalısınız. Güclü filtri kameranızın obyektivinin altına qoysanız, Qırmızı kanalınızda yalnız İK işıq alacaqsınız, Mavi kanalda mavi işıq, yaşıl və qırmızı süzülür. Hər piksel üçün normallaşdırılmış bitki fərqi indeksi düsturundan istifadə edərək bitkinizin sağlamlığı və fotosintez fəaliyyəti ilə bağlı çox yaxşı bir göstərici əldə edə bilərsiniz. Bu layihə ilə həyətimizi taradıq və armud ağacımızın altındakı sağlam olmayan bir bitkini tanıya bildim.

Niyə Trikopter?

Trikopterləri səmərəliliyinə görə dördlükdən bir az çox sevirəm. Daha uzun uçuş müddətləri var, daha ucuzdur və onları DIY dronlarına gəldikdə, bəlkə də ən yaxşı xüsusiyyət olan qatlaya bilərsiniz. Bu trikopterlə uçmaqdan da zövq alıram, mənimlə birlikdə bu pilotsuz təyyarəni düzəltsəniz yaşayacağınız bir qədər "təyyarə işi" idarəetməsinə sahibsiniz. David Windestalın adı Google axtarışında yəqin ki, birincisidir, saytına baxmağı məsləhət görürəm, mən də onun qatlanan çərçivə dizaynından istifadə edirəm.

Addım 1: Uçuş görüntüləri

Bu, kopterin artıq kökləndiyi və bitki analizinə hazır olduğu ikinci sınaq uçuşum idi. Fəaliyyət kameramdan bəzi təyyarə qeydlərim var, gözəl ətrafımızı quş gözündən görə bilərsiniz. NDVI qeydlərini görmək istəyirsinizsə, bu təlimatın son mərhələsinə keçin. Təəssüf ki, bu trikopterdə videonu necə idarə edəcəyimi başa düşmək üçün vaxtım yox idi, amma bu qısa uçuş test videosunu yüklədim.

Addım 2: Lazımi alətlər və hissələr

Taxta bumlar və boya spreyi istisna olmaqla, hər bir hissəsini alət qutuma atdım, buna görə bu layihənin ümumi dəyəri mənim üçün təxminən 5 dollar idi, amma istifadə etdiyim hər bir hissəyə eBay və ya Banggood bağlantıları tapmağa çalışacağam. Ehtiyat hissələri axtarmağı məsləhət görürəm, bəlkə məndən daha yaxşı qiymətə ala bilərsiniz.

Alətlər

• Lehimleme dəmir
• Dremel Aləti
• 3D printer (məndə yoxdur, dostum mənə kömək etdi)
• Kəsmə alətləri
• Tel kəsici
• Super yapışqan
• Zip bağları (çoxu 2 ölçüdə)
• Boya Spreyi (bəyəndiyiniz rənglə - qara rəngdən istifadə etdim)

Hissələri

1. ArduCopter Uçuş İdarəçisi (köhnə bir APM 2.8 istifadə etdim, ancaq bir PixHawk və ya PIX Mini almalısınız)
2. Maqnitometrli GPS Antenası
3. MAVLink Telelemetriya Modulu (yer stansiyası əlaqəsi üçün)
4. 6CH Alıcı + Verici
5. Video ötürücü
6. Servo Motor (ən az 1,5 kq fırlanma anı)
7. 10 "Pervaneler (2 CCW, 1 CW + dəyişdirmə üçün əlavə)
8. 3 30A SimonK ESCs (Elektron Sürət Nəzarətçisi) + 3 920kv Mühərriklər
9. 3S Batareya 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (infrablue filtri ilə birlikdə verilir)
11. 2 batareya kəməri
12. Vibrasiya söndürmə qurğuları
13. 1,2 sm Kvadrat Formalı Taxta Bumlar (1,2 metrlik çubuq aldım)
14. 2-3 mm Qalın Taxta Lamina Lövhə
15. Fəaliyyət Kamerası (4k qabiliyyətli GoPro klonundan istifadə etdim - SJCAM 5000x)

Dronum üçün istifadə etdiyim hissələrdir, zövqünüzə uyğun olaraq dəyişdirməkdən çəkinməyin. Nə istifadə edəcəyinizdən əmin deyilsinizsə, bir şərh yazın və sizə kömək etməyə çalışacağam. Qeyd: dayandırılmış APM lövhəsini uçuş nəzarətçisi kimi istifadə etdim, çünki bir ehtiyatım var idi. Yaxşı uçur, amma bu lövhə artıq dəstəklənmir, buna görə də böyük GPS xüsusiyyətləri üçün ArduCopter -ə uyğun başqa bir uçuş nəzarətçisi almalısınız.

Addım 3: Çərçivənin kəsilməsi

Çərçivə faylını yükləyin, çap edin və kəsin. Çap ölçüsünün düzgün olub olmadığını yoxlayın, sonra taxta lövhədə forma və delikləri qeyd etmək üçün qələm istifadə edin. Çərçivəni kəsmək üçün bir mişar istifadə edin və 3 mm bit ilə deliklər qazın. Bunlardan yalnız ikisinə ehtiyacınız olacaq, yalnız 4 -ü ehtiyat hissə olaraq hazırladım.

Addım 4: Çərçivəni yığın

Çərçivəni yığmaq üçün 3 mm vintlər və qoz -fındıq istifadə etdim. Hər bumu 35 sm uzunluğunda kəsdim və 3 sm uzunluğunda birini çərçivənin önünə buraxdım. Derzləri çox sıxmayın, ancaq kifayət qədər sürtünmə olduğundan əmin olun ki, qollar bükülməsin. Bu həqiqətən ağıllı bir dizayndır, iki dəfə qəzaya uğradım və yalnız qolları arxaya büküldü.

Addım 5: Motorlar üçün deliklər qazmaq

Motor vintlərinizin ölçüsünü və aralarındakı məsafəni yoxlayın, sonra sol və sağ taxta qollara iki delik açın. Qollarda 5 mm dərinliyində və 8 mm genişliyində bir delik açmalı oldum ki, şaftların fırlanacaq yeri olsun. Kiçik parçaları çıxarmaq və tozu çıxarmaq üçün zımpara kağızı istifadə edin. Mühərriklərinizdə toz istəmirsiniz, çünki bu, lazımsız sürtünməyə və istiyə səbəb ola bilər.

Addım 6: Qatlanan GPS Dəstəyi

Yaxşı uyğunlaşmaq üçün GPS antenam üçün əlavə deliklər qazmalı oldum. Pusulanı mühərriklərin və tellərin maqnit sahəsinə müdaxilə etməməsi üçün yüksək yerə qoymalısınız. Quruluşumu mümkün qədər yığcam saxlamağa kömək edən sadə bir qatlanan antenadır.

Addım 7: Çərçivənin rənglənməsi

İndi hər şeyi sökün və boya işini etməlisiniz. Bu mat dərin qara rəngli sprey seçməyi bitirdim. Parçaları bir ipə bağladım və sadəcə boyadım. Həqiqətən yaxşı bir nəticə əldə etmək üçün 2 və ya daha çox qat boya istifadə edin. Birinci təbəqə yəqin ki, bir az yuyulmuş görünəcək, çünki odun nəm çəkəcək. Yaxşı, mənim vəziyyətimdə belə oldu.

Addım 8: Vibrasiya söndürmə platformasının quraşdırılması

Bu gimbal tutucu platforma sahib idim ki, quruluşumda da batareya tutucusu kimi ikiqat rol oynayır. Bunu çərçivənin altına fermuar və/və ya vintlər ilə bağlamalısınız. Batareyanın çəkisi bir çox titrəməni udmağa kömək edir, buna görə həqiqətən gözəl bir kamera görüntüləri əldə edəcəksiniz. Plastik çubuqlara bəzi eniş mexanizmlərini də quraşdıra bilərsiniz, lazımsız kimi hiss etdim. Bu qara rəng yaxşı işləndi, bu anda gözəl görünüşlü bir çərçivəyə sahib olmalısınız və uçuş nəzarətçinizi qurmağın vaxtı gəldi.

Addım 9: ArduCopter qurmaq

Uçuş nəzarətçisini qurmaq üçün əlavə bir pulsuz proqrama ehtiyacınız olacaq. Windows -da Mission Planner və ya Mac OS -də APM Planner proqramını yükləyin. Uçuş nəzarətçinizi bağladığınızda və proqramı açdığınızda bir sehrbaz köməkçisi lövhənizdə ən son proqramı quraşdıracaq. Pusula, akselerometr, radio nəzarətçi və uçuş rejimlərinizi də kalibr etməyinizə kömək edəcək.

Uçuş rejimi

Altı uçuş rejimi olaraq Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Home and Return to Return istifadə etməyi məsləhət görürəm. Bitki yoxlamasına gəldikdə, dairə həqiqətən faydalıdır. Müəyyən bir koordinat ətrafında orbit edəcək, buna görə bitkilərinizi hər tərəfdən çox dəqiq bir şəkildə təhlil etməyə kömək edir. Çubuqlarla orbit edə bilərəm, amma mükəmməl bir dairə saxlamaq çətindir. Loiter, pilotsuz təyyarənizi göydə saxlamağa bənzəyir, buna görə yüksək qətnamə NDVI şəkilləri çəkə bilərsiniz və dronunuzun istiqamətini itirdiyiniz və ya oriyentasiyanızı itirdiyiniz halda RTH faydalıdır.

Kabellərinizə diqqət yetirin. ESC -lərinizi düzgün sancaqlara bağlamaq və giriş kanallarınızın Mission Planner -da yoxlamaq üçün sxemdən istifadə edin. Heç vaxt bunları rekvizitlərlə sınamayın!

Addım 10: GPS, Kamera və Uçuş Nəzarətçisinin quraşdırılması

Uçuş nəzarətçiniz kalibr edildikdən sonra bir az köpük bant istifadə edərək çərçivənizin ortasına quraşdıra bilərsiniz. Ön tərəfə baxdığınızdan və kabellər üçün kifayət qədər yer olduğundan əmin olun. GPS -i 3 mm vintlər ilə bağlayın və kameranı yerində saxlamaq üçün fermuar bağlarından istifadə edin. Bu GoPro klonları bütün montaj proqramları ilə gəlir, buna görə onu quraşdırmaq olduqca sadə idi.

Addım 11: ESCs və Elektrik Kabeli

Batareyalarımda XT60 konnektoru var, buna görə bir qadın konnektorun hər pininə 3 müsbət və 3 mənfi tel lehimlədim. Bağlantıları qısaltmaqdan qorumaq üçün bəzi istilik büzücü boru istifadə edin (elektrik lentindən də istifadə edə bilərsiniz). Bu qalın telləri lehimləyərkən bir -birinə sürtün və mis tel düzəldin, sonra çoxlu ərimiş lehim əlavə edin. Xüsusilə ESC -ləri gücləndirərkən soyuq lehim birləşmələri istəmirsiniz.

Addım 12: Alıcı və Antenalar

Yaxşı bir siqnal qəbul etmək üçün antenalarınızı 90 dərəcə montaj etməlisiniz. Alıcı antenalarımı pilotsuz təyyarənin ön hissəsinə bağlamaq üçün fermuar bağlarından və istilik kiçildən borulardan istifadə etdim. Alıcıların çoxu kabellərlə gəlir və kanallar etiketlənir, buna görə də onu qurmaq asan olmalıdır.

Addım 13: Quyruq Mexanizmi

Quyruq mexanizmi trikopterin ruhudur. Bu dizaynı İnternetdə tapdım, buna görə sınadım. Orijinal dizaynın bir az zəif olduğunu hiss etdim, amma mexanizmi geri çevirsəniz mükəmməl işləyir. Artıq hissəni dremel aləti ilə kəsdim. Şəkildə servo motorumun bir az əziyyət çəkdiyi görünə bilər amma qüsursuz işləyir. Vintləri sıxarkən titrəmə səbəbindən düşməməsi üçün bir az damla super yapışqan istifadə edin; yoxsa mənim kimi mühərrikləri bağlaya bilərsiniz.

Addım 14: Hovering Testi və PID Tuning edilməsi

Bütün əlaqələrinizi iki dəfə yoxlayın və batareyanı bağlayarkən heç bir şey qızartmayacağınıza əmin olun. Pervanelerinizi quraşdırın və pilotsuz təyyarənizlə uçmağa çalışın. Mənimki qutudan olduqca hamar idi, çox düzəltdiyi üçün bir az yaw tuning etməli oldum. Bu Təlimatlandırmada PID tuningini öyrədə bilmirəm, demək olar ki, hər şeyi Joshua Bardwell -in video dərsliyindən öyrəndim. Bunu bacardığımdan daha yaxşı izah etdi.

Addım 15: Bir Moruq seçin və Raspbian (Jessie) quraşdırın

Bunu mümkün qədər yüngül saxlamaq istədim, buna görə də RPi Zero W. ilə getdim, çünki Raspbian Jessie -dən istifadə edirəm, çünki yeni versiyalarda xam görüntülərdən bitki indeksini hesablamaq üçün istifadə etdiyimiz OpenCV ilə bəzi problemlər var idi. Daha yüksək FPS dərəcəsi istəyirsinizsə, Raspberry Pi v4 seçməlisiniz. Proqramı buradan yükləyə bilərsiniz.

Asılılıqların quraşdırılması

Bu layihədə PiCamera, OpenCV və Numpy -dən istifadə edəcəyik. Bir görüntü sensoru olaraq yalnız Sıfır lövhələrlə uyğun olan daha kiçik 5MP kameranı seçdim.

1. Sevdiyiniz vasitədən istifadə edərək görüntünüzü işıqlandırın (Balena Etcher -dən xoşum gəlir).
2. Bağlı bir monitor ilə Raspberry -ni yükləyin.
3. Kamera və SSH interfeyslərini aktiv edin.
4. IP ünvanınızı terminaldakı ifconfig ilə yoxlayın.
5. Ssh pi@YOUR_IP əmri ilə RPi -yə SSH daxil edin.
6. Lazımi proqramları quraşdırmaq üçün təlimatları kopyalayın və yapışdırın:

sudo apt-get yeniləməsi

sudo apt-get upgrade sudo apt-get install libtiff5-dev libjasper-dev libpng12-dev sudo apt-get install libjpeg-dev sudo apt-get install libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev libv4l-dev sudo apt-get libgtk2 qurun.0-dev sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran sudo pip install numpy python-opencv python (test etmək üçün) cv2 cv2 idxal edin._ versiya_

OpenCV kitabxananızın versiya nömrəsi ilə bir cavab görməlisiniz.

Addım 16: NoIR Kamera və NDVI Görüntülərinin Test Edilməsi

RPi lövhənizi söndürün, kameranı daxil edin və sonra onunla NDVI görüntüləməyə çalışaq. Çiçəyin üzərində (qırmızı fonlu olan) görə bilərsiniz ki, içindəki yaşıl hissələr bəzi fotosintez aktivliyi göstərir. Bu, Infragram ilə edilən ilk sınağım idi. Tam işlək bir kod yazmaq üçün saytlarında bütün düsturları və rəng xəritələrini öyrəndim. Hər şeyi daha avtomatlaşdırmaq üçün çərçivələri tutan, NDVI şəkillərini hesablayan və helikopterdə 1080p olaraq saxlayan bir Python skripti hazırladım.

Bu şəkillərin qəribə bir rəng xəritəsi olacaq və başqa bir planetdən görünəcək. Bir neçə test edin, bəzi dəyişənləri dəyişdirin, ilk işdən əvvəl sensorunuzu dəqiq tənzimləyin.

Addım 17: RPi Zero W -nin Drone -a quraşdırılması

Pi Zero -nu trikopterin ön hissəsinə quraşdırdım. Kameramı mənim kimi irəli və ya aşağıya baxa bilərsiniz. Minanın irəli getməsinin səbəbi bitkilərlə digər fotosintetik olmayan cisimlər arasındakı fərqi göstərməkdir. Qeyd: Bəzi səthlərin İQ işığını əks etdirməsi və ya ətrafından daha isti olması onların parlaq sarı rəngə sahib olmasına səbəb ola bilər.

Addım 18: Video Verici əlavə edin (İsteğe bağlı)

Bu VTx -in ətrafına qoyulmuşdum, buna görə də helikopterimin arxa qoluna quraşdırılmışdım. Bunun 2000 metr məsafəsi var, amma testlər edərkən istifadə etməmişəm. Yalnız əylənmək üçün bir FPV uçuşu etdi. İstifadə etmədiyim zaman kabellər çıxarılır, əks halda quruluşumu gözəl və təmiz saxlamaq üçün çərçivənin altında gizlənirlər.

Addım 19: Bitki Analizi aparın

Düzgün analiz üçün 25 dəqiqəlik iki uçuş etdim. Tərəvəzlərimizin çoxu yaxşı görünürdü, kartofun əlavə qulluq və suvarma ehtiyacı var idi. Bir neçə gün ərzində kömək etdiyini yoxlamaq üçün gedirəm. Portağal və çəhrayı ağaclarla müqayisədə şəkildə olduqca yaşıl görünürlər.

Bitkiləri hər tərəfdən araşdırmaq üçün dairəvi uçuşlar etməyi sevirəm. Meyvə ağaclarının altında bəzi tərəvəzlərin kifayət qədər günəş işığı almadığını görə bilərsiniz ki, bu da NDVI görüntülərində mavi və ya qara rəngə çevrilir. Günün bir vaxtında ağacın bir hissəsi kifayət qədər günəş işığı almırsa problem deyil, amma bütün bitkinin ağ -ağa çevrilməsi pisdir.

Addım 20: Təhlükəsiz uçun;)

Bu Təlimatı oxuduğunuz üçün təşəkkür edirəm, ümid edirəm ki, bəziləriniz NDVI görüntüləmə və ya pilotsuz uçan aparatlarla təcrübələr aparmağa çalışacaqsınız. Bu layihəni taxta hissələrdən sıfırdan düzəltməkdən çox zövq aldım, əgər xoşunuza gəlirsə, mənə öz səsinizlə kömək etməyi düşünə bilərsiniz. Oh, təhlükəsiz uçun, heç vaxt insanların üstündən keçməyin və hobbinizdən zövq alın!

Make It Fly Challenge -də birinci mükafat