DIY Bitki Denetimi Bahçe Drone (Bütçeye Katlanır Trikopter): 20 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Hafta sonu evimizde bir sürü meyve ve sebzeyle dolu küçük bir bahçemiz var ama bazen bitkilerin nasıl değiştiğine ayak uydurmak zor. Sürekli denetime ihtiyaçları var ve hava koşullarına, enfeksiyonlara, böceklere vb. karşı çok savunmasızlar…

Alet çantamda eski projelerden çok sayıda multikopter yedek parçası vardı, bu yüzden Rasperry Pi Zero W ve NoIR PiCamera kullanarak bitki analizi yapabilen bir drone tasarlamaya ve yapmaya karar verdim. Ben de bu projeyle ilgili bir video yapmak istedim ama üniversitenin yanında bu oldukça zor, bu yüzden sadece ham görüntüleri yükleyeceğim.

Yakın Kızılötesi Görüntülemenin Arkasındaki Teori

Bu Wikipedia makalesini okumanızı tavsiye ederim. Uzun lafın kısası, bitkiler normal şekilde çalıştıklarında Güneş'ten gelen kızılötesi ışığı yansıtırlar. Yılanlar ve sürüngenler gibi birçok hayvan IR ışığı görebilir, ancak kameranız da görebilir (bir TV uzaktan kumandasıyla deneyin). IR filtresini kameranızdan çıkarırsanız, morumsu, soluk bir görüntü elde edersiniz. Kameranızı kırmak istemiyorsanız, temel olarak standart PiCamera ile aynı olan ancak yerleşik bir IR filtresi olmayan NoIR PiCamera ile denemelisiniz. Kızılötesi filtreyi kameranızın merceğinin altına yerleştirirseniz, Kırmızı kanalınızda yalnızca IR ışığı alırsınız, Mavi kanalda mavi ışık, yeşil ve kırmızı filtrelenir. Her piksel için normalleştirilmiş fark bitki örtüsü indeksi formülünü kullanarak, bitkinizin sağlığı ve fotosentetik aktivitesi hakkında çok iyi bir gösterge elde edebilirsiniz. Bu proje ile arka bahçemizi tarayabildim ve armut ağacımızın altındaki sağlıksız bir bitkiyi tespit edebildim.

Neden Trikopter?

Örneğin verimlilikleri nedeniyle trikopterleri dörtlülerden biraz daha fazla seviyorum. Daha uzun uçuş süreleri var, daha ucuzlar ve kendin yap dronları söz konusu olduğunda muhtemelen en iyi özellik olan onları katlayabilirsiniz. Ayrıca bu tricopter ile uçmaktan zevk alıyorum, bu drone'u benimle birlikte yaparsanız deneyimleyeceğiniz biraz "uçak gibi" bir kontrolleri var. Tris denilince David Windestal'ın ismi muhtemelen bir Google aramasında ilk sırada geliyor, sitesine bir göz atmanızı tavsiye ederim, ben de onun katlanır çerçeve tasarımını kullanıyorum.

1. Adım: Uçuş Görüntüsü

Bu, helikopterin zaten ayarlanmış ve bitki analizi yapmaya hazır olduğu ikinci test uçuşumdu. Aksiyon kameramdan bazı yerleşik kayıtlarım var, güzel çevremize kuş bakışı bakabilirsiniz. NDVI kayıtlarını görmek istiyorsanız, bu talimatın son adımına gidin. Ne yazık ki bu trikopterde tam bir nasıl rehberlik yapılır videosu çekecek vaktim olmadı ama bu kısa uçuş test videosunu yükledim.

2. Adım: Gerekli Araçlar ve Parçalar

Ahşap bomlar ve boya spreyi dışında her parçayı alet çantamda bulundurdum, bu yüzden bu projenin toplam maliyeti benim için yaklaşık 5 dolardı ama kullandığım her parçanın eBay veya Banggood linklerini bulmaya çalışacağım. Parçaları araştırmanızı şiddetle tavsiye ederim, belki benden daha iyi bir fiyat alabilirsiniz.

Aletler

• Havya
• Dremel Aracı
• 3D yazıcı (Bende yok arkadaşım yardım etti)
• Kesici Aletler
• Tel makası
• Süper yapıştırıcı
• Zip Kravatlar (birçoğu, 2 boyutta)
• Boya Spreyi (sevdiğiniz bir renkle - siyah kullandım)

Parçalar

1. ArduCopter Flight Controller(Eski bir APM 2.8 kullandım ama PixHawk veya PIX Mini tercih etmelisiniz)
2. Manyetometreli GPS Anteni
3. MAVLink Telemetri Modülü (yer istasyonu iletişimi için)
4. 6CH Alıcı + Verici
5. Video Verici
6. Servo Motor (en az 1.5kg tork)
7. 10" Pervaneler (2 CCW, 1 CW + yedek için ekstra)
8. 3 adet 30A SimonK ESC (Elektronik Hız Kontrol Cihazı) + 3 adet 920kv Motor
9. 3S Akü 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (kızılötesi filtre ile birlikte gelir)
11. 2 Pil Askıları
12. Titreşim Sönümleme Bağlantıları
13. 1.2cm Kare Şekilli Ahşap Bomlar (1.2 metre çubuk aldım)
14. 2-3mm Kalınlığında Ahşap Lamina Levha
15. Aksiyon Kamerası (4k özellikli bir GoPro klonu kullandım - SJCAM 5000x)

Bunlar drone'um için kullandığım parçalar, beğeninize göre değiştirmekten çekinmeyin. Ne kullanacağınızdan emin değilseniz, bir yorum bırakın, size yardımcı olmaya çalışacağım. Not: Durdurulan APM kartını uçuş kontrolörü olarak kullandım çünkü bir yedeğim vardı. İyi uçuyor, ancak bu kart artık desteklenmiyor, bu nedenle muhtemelen harika GPS özellikleri için ArduCopter uyumlu başka bir uçuş kontrolörü almalısınız.

Adım 3: Çerçeveyi Kesmek

Çerçeve dosyasını indirin, yazdırın ve kesin. Yazdırılan boyutun doğru olup olmadığını kontrol edin, ardından bir kalem kullanarak şekli ve ahşap plaka üzerindeki delikleri işaretleyin. Çerçeveyi kesmek için bir testere kullanın ve delikleri 3 mm'lik bir uçla delin. Bunlardan sadece ikisine ihtiyacınız olacak, yedek parça olarak 4 tane yaptım.

Adım 4: Çerçeveyi Birleştirin

Çerçeveyi monte etmek için 3 mm vida ve somun kullandım. Her bir bomu 35 cm uzunluğunda kestim ve 3 cm uzunluğunda bir bomu çerçevenin önüne bıraktım. Eklemleri aşırı sıkmayın, ancak kolların katlanmaması için yeterli sürtünme olduğundan emin olun. Bu gerçekten akıllı bir tasarım, iki kez çarptım ve hiçbir şey sadece kollar geriye katlanmadı.

Adım 5: Motorlar için Delik Açma

Motor vidalarınızın boyutunu ve aralarındaki mesafeyi kontrol edin, ardından sol ve sağ ahşap kollara iki delik açın. Millerin dönmesi için yeterli alana sahip olması için kollarda 5 mm derinliğinde ve 8 mm genişliğinde bir delik açmam gerekiyordu. Bu küçük kıymıkları çıkarmak için bir zımpara kağıdı kullanın ve tozu üfleyin. Gereksiz sürtünme ve ısıya neden olabileceğinden motorlarınızda toz istemezsiniz.

Adım 6: GPS Bağlantısını Katlama

GPS antenime tam oturması için fazladan delikler açmam gerekti. Motorların ve tellerin manyetik alanına müdahale etmeyecek şekilde pusulanızı yükseğe yerleştirmelisiniz. Bu, kurulumumu olabildiğince kompakt tutmama yardımcı olan basit bir katlanır anten.

Adım 7: Çerçeveyi Boyamak

Şimdi her şeyi söküp boya işini yapmalısın. Bu mat derin siyah renkli spreyi seçtim. Parçaları bir ipe bağladım ve basitçe boyadım. Gerçekten iyi bir sonuç için 2 veya daha fazla kat boya kullanın. İlk katman muhtemelen biraz soluk görünecek çünkü ahşap nemi emecek. Benim durumumda bu oldu.

Adım 8: Titreşim Sönümleme Platformunun Monte Edilmesi

Yapımda pil tutucu olarak da kullanılabilen bu gimbal tutucu platforma sahiptim. Bunu çerçevenizin altına fermuarlı ve/veya vidalı olarak monte etmelisiniz. Pilin ağırlığı, çok fazla titreşimi emmeye yardımcı oluyor, böylece gerçekten güzel bir kamera görüntüsü elde edeceksiniz. Ayrıca plastik çubuklara iniş takımları da takabilirsiniz, gereksiz olduğunu hissettim. Bu siyah renk işe yaradı, bu noktada güzel görünen bir çerçeveye sahip olmalısınız ve uçuş kontrol cihazınızı kurmanın zamanı geldi.

Adım 9: ArduCopter Kurulumu

Uçuş kontrol cihazını kurmak için ek bir ücretsiz yazılıma ihtiyacınız olacak. Windows'ta Mission Planner'ı veya Mac OS'de APM Planner'ı indirin. Uçuş kontrol cihazınızı taktığınızda ve yazılımı açtığınızda, bir sihirbaz yardımcısı, kartınıza en son üretici yazılımını yükleyecektir. Pusula, ivmeölçer, radyo kontrolör ve uçuş modlarınızı da kalibre etmenize yardımcı olacak.

Uçuş Modları

Altı uçuş modunuz olarak Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Eve Dönüş ve Land'i kullanmanızı öneririm. Daire, tesis denetimi söz konusu olduğunda gerçekten yararlıdır. Belirli bir koordinat etrafında dönecek ve böylece bitkilerinizi her açıdan çok hassas bir şekilde analiz etmenize yardımcı olur. Çubuklarla yörüngeyi yapabilirim, ancak mükemmel bir daireyi korumak zor. Loiter, dronunuzu gökyüzüne park etmek gibidir, bu nedenle yüksek çözünürlüklü NDVI resimleri çekebilirsiniz ve RTH, dronunuzun yönünü kaybederseniz veya sinyal kaybederseniz kullanışlıdır.

Kablolamanıza dikkat edin. ESC'lerinizi doğru pinlere takmak için şemayı kullanın ve Mission Planner'da giriş kanallarınızın kablolarını kontrol edin. Bunları asla aksesuarlarla test etmeyin!

Adım 10: GPS, Kamera ve Uçuş Kontrol Cihazının Kurulumu

Uçuş kontrol cihazınız kalibre edildikten sonra biraz köpük bant kullanabilir ve çerçevenizin ortasına takabilirsiniz. Öne baktığından ve kablolar için yeterli alana sahip olduğundan emin olun. GPS'i 3 mm vidalarla monte edin ve kameranızı yerinde tutmak için fermuarlar kullanın. Bu GoPro klonları tüm montaj araçlarıyla birlikte gelir, bu yüzden bunu kurmak oldukça basitti.

Adım 11: ESC'ler ve Güç Kablosu

Pillerimin bir XT60 konektörü var, bu yüzden dişi konektörün her bir pimine 3 pozitif ve 3 negatif kablo lehimledim. Bağlantıları kısa devre yapmaya karşı korumak için bir miktar ısıyla daralan makaron kullanın (elektrik bandı da kullanabilirsiniz). Bu kalın telleri lehimlediğinizde, onları birbirine sürtün ve bir bakır tel sabitleyin, ardından bolca erimiş lehim ekleyin. Özellikle ESC'leri çalıştırırken soğuk lehim bağlantıları istemezsiniz.

Adım 12: Alıcı ve Antenler

İyi bir sinyal alımı için antenlerinizi 90 derecelik bir açıyla monte etmeniz gerekir. Alıcı antenlerimi dronumun önüne monte etmek için fermuarlar ve ısıyla daralan tüpler kullandım. Alıcıların çoğu kablolarla gelir ve kanallar etiketlenir, bu nedenle kurulumu kolay olmalıdır.

Adım 13: Kuyruk Mekanizması

Kuyruk mekanizması bir trikopterin ruhudur. Bu tasarımı internette buldum ve denedim. Orijinal tasarımın biraz zayıf olduğunu hissettim ama mekanizmayı tersine çevirirseniz mükemmel çalışıyor. Fazla kısmı bir dremel aletiyle kestim. Resimde servo motorum biraz sıkıntılı gibi görünebilir ama kusursuz çalışıyor. Vidaları sıkarken, titreşimler nedeniyle düşmemeleri için bir miktar süper yapıştırıcı kullanın; ya da motorları benim yaptığım gibi bağlayabilirsiniz.

Adım 14: Gezinme Testi ve PID Ayarı Yapma

Tüm bağlantılarınızı iki kez kontrol edin ve pilinizi takarken hiçbir şeyin kızarmayacağından emin olun. Pervanelerinizi takın ve drone'nuzla havada süzülmeye çalışın. Benimki kutunun dışında oldukça pürüzsüzdü, çok fazla düzeltme yaptığı için biraz yalpalama ayarı yapmak zorunda kaldım. Bu Eğitilebilir Kitapta PID ayarını öğretemem, Joshua Bardwell'in video eğitiminden neredeyse her şeyi öğrendim. Bunu benden çok daha iyi açıklıyor.

Adım 15: Bir Ahududu Seçin ve Raspbian'ı Kurun (Jessie)

Bunu mümkün olduğunca hafif tutmak istedim, bu yüzden RPi Zero W ile gittim. Raspbian Jessie kullanıyorum çünkü daha yeni sürümlerde OpenCV ile bazı problemler vardı ve ham görüntülerden bitki örtüsü indeksini hesaplamak için kullanıyoruz. Daha yüksek bir FPS oranı istiyorsanız Raspberry Pi v4'ü seçmelisiniz. Yazılımı buradan indirebilirsiniz.

Bağımlılıkları Yükleme

Bu projede PiCamera, OpenCV ve Numpy kullanacağız. Görüntü sensörü olarak, yalnızca Zero kartlarıyla uyumlu olan daha küçük 5MP kamerayı seçtim.

1. En sevdiğiniz aracı kullanarak resminizi parlatın (Balena Etcher'ı severim).
2. Raspberry'nizi bağlı bir monitörle başlatın.
3. Kamera ve SSH arayüzlerini etkinleştirin.
4. IP adresinizi terminalde ifconfig ile kontrol edin.
5. ssh pi@YOUR_IP komutuyla RPi'nize SSH ekleyin.
6. Gerekli yazılımları yüklemek için talimatları kopyalayıp yapıştırın:

sudo apt-get güncellemesi

sudo apt-get yükseltmesi sudo apt-get kurulumu libtiff5-dev libjasper-dev libpng12-dev sudo apt-get kurulumu libjpeg-dev sudo apt-get kurulumu libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev libv4l-dev libswscale-dev libv4l-dev kurulumu sudo apt-get.0-dev sudo apt-get kurulumu libatlas-base-dev gfortran sudo pip kurulumu numpy python-opencv python (test etmek için) içe aktar cv2 cv2._version_

OpenCV kitaplığınızın sürüm numarasıyla birlikte bir yanıt görmelisiniz.

Adım 16: NoIR Kamerayı ve NDVI Görüntülemeyi Test Etme

RPi kartınızı kapatın, kamerayı takın ve onunla biraz NDVI görüntüleme yapmayı deneyebiliriz. Çiçeğin (kırmızı bir arka plana sahip olan) üzerinde, içindeki daha yeşil kısımların bir miktar fotosentetik aktivite gösterdiğini görebilirsiniz. Bu benim Infragram ile yaptığım ilk testimdi. Tamamen işlevsel bir kod yazmak için tüm formülleri ve renk eşlemelerini sitelerinde öğrendim. İşleri daha otomatik hale getirmek için kareleri yakalayan, NDVI görüntülerini hesaplayan ve onları helikopterde 1080p olarak kaydeden bir Python betiği yaptım.

Bu görüntüler tuhaf bir renk haritasına sahip olacak ve başka bir gezegenden gelmiş gibi görünecekler. İlk görevden önce birkaç test yapın, bazı değişkenleri değiştirin, sensörünüzde ince ayar yapın.

Adım 17: RPi Zero W'nin Drone'a Kurulumu

Pi Zero'yu trikopterin önüne kurdum. Kameranızı benim yaptığım gibi ileriye veya aşağıya da bakabilirsiniz. Benimkinin ileriye dönük olmasının nedeni, bitkiler ve diğer fotosentetik olmayan nesneler arasındaki farkı göstermektir. Not: Bazı yüzeylerin IR ışığı yansıtması veya çevreden daha sıcak olması, parlak sarı bir renge sahip olmalarına neden olabilir.

Adım 18: Video Verici Ekleme (Opsiyonel)

Bu VTx'i de vardı, bu yüzden helikopterimin arka koluna taktım. Bunun 2000 metre menzili var ama test yaparken kullanmadım. Sadece eğlenmek için bir FPV uçuşu yaptı. Kullanmadığımda kablolar çıkarılıyor, aksi takdirde yapımı güzel ve temiz tutmak için çerçevenin altına gizleniyorlar.

Adım 19: Bitki Analizi Yapmak

Doğru bir analiz için 25 dakikalık iki uçuş yaptım. Sebzelerimizin çoğu iyi görünüyordu, patateslerin ekstra bakıma ve sulamaya ihtiyacı vardı. Birkaç gün içinde yardımcı olan kontrol edeceğim. Portakal ve pembe ağaçlara kıyasla resimde oldukça yeşil görünüyorlar.

Bitkileri her açıdan inceleyebilmek için daire uçuşları yapmayı seviyorum. Meyve ağaçlarının altında bazı sebzelerin yeterince güneş ışığı almadığını ve bu nedenle NDVI görüntülerinde maviye veya siyaha dönüştüğünü açıkça görebilirsiniz. Ağacın bir kısmı günün herhangi bir saatinde yeterince güneş ışığı almıyorsa sorun değil, tüm bitkinin siyah beyaz olması kötü.

Adım 20: Güvenli Uçun;)

Bu Eğitilebilir Yazıyı okuduğunuz için teşekkür ederiz, umarım bazılarınız NDVI görüntüleme veya dron inşa etme ile deneyler yapmaya çalışır. Ben bu projeyi ahşap parçalardan sıfırdan yaparken çok eğlendim, siz de beğenirseniz nazik oylarınızla bana yardımcı olmayı düşünebilirsiniz. Oh, güvenli uç, asla insanların üzerinde durma ve hobinin tadını çıkar!

Make It Fly Yarışmasında Birincilik Ödülü