Beni Takip Et - Raspberry Pi Akıllı Drone Kılavuzu: 9 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

A-Z'den nasıl drone yapılacağını hep merak ettiniz mi?

Bu eğitim, parçaları satın almaktan hava robotunuzu ilk uçuşunda test etmeye kadar adım adım 450 mm'lik bir quadcopter'ı nasıl yapacağınızı gösterir.

Ek olarak, bir Raspberry Pi ve bir PiCamera ile cihazınızda canlı bir video akışı gerçekleştirebilir ve drone'nuzu birinci şahıs görünümünde kontrol edebilirsiniz! Raspberry Pi ayrıca dronunuzu daha da geliştirme ve kişi takibi, engellerden kaçınma ve hava durumu istasyonu gibi özellikler ekleme imkanı sunar. Bu eğitim size dronunuzun sizi nasıl takip edeceğini gösterecek.

Raspberry Pi'nin avantajı esas olarak drone'nun "akıllı" olmasını gerektiren özellikler için bazı yapay görme algoritmalarını işleyebilmesidir.

Bu talimatta şunları öğreneceksiniz:

• Hangi araçları/parçaları satın almanız gerekiyor
• Çerçevedeki tüm parçalar nasıl sabitlenir
• Sevk sistemi için bağlantılar nasıl yapılır
• Mikro denetleyicinizi nasıl yapılandırırsınız
• Alıcı vericiye nasıl bağlanır
• Telefonunuzda drone tarafından çekilen bir videoyu nasıl aktarırsınız?
• Daha iyi bir kontrol için PID'nizi nasıl ayarlayabilirsiniz?
• Kişi takibi nasıl uygulanır

Ayrıca drone, birisini ararken yanan kırmızı bir LED'e ve biri algılandığında ve drone onu takip ettiğinde yeşil bir LED'e sahiptir. Pili Raspberry Pi'nin SD kartına çıkarmadan önce Pi'yi kapatmak için bir düğme de uygulanır.

Bu eğitim, özelleştirilebilir bir akıllı drone inşa etmenin temellerini belirlemeyi amaçlamaktadır, bu nedenle yeni başlayan biriyseniz, doğru yere geldiniz!

1. Adım: Genel Bakış

Bir quadcopter yapmak için her biri bir motora bağlı 4 motora ve 4 ESC'ye (Elektronik Hız Kontrol Cihazı) ihtiyacımız var. Aküden gelen gücü 4 ESC'ye dağıtmak için bir güç dağıtım panosu kullanılır.

ESC, komutu uçuş kontrolöründen (burada bir MultiWii kartı) alır ve motora iletir.

Bu uçuş kontrol cihazında bir jiroskop, ivmeölçer ve barometre bulunur. Ayrıca bir bluetooth modülü ve bir GPS de ekleyebilirsiniz.

Raspberry Pi ile uçuş kontrolörü arasındaki bağlantıyı yapmak için bir FTDI adaptörü kullanıyoruz. Böylece kontrolöre Pi'mizden komutlar gönderebiliriz. Ayrıca PID kalibrasyonunu yapmak ve Multiwii'nin yazılımını uçuş kontrol cihazına yüklemek için FTDI çok faydalı olacaktır.

Son olarak, alıcılara komutlar gönderen ve bunları uçuş kontrolörüne gönderen bir uzaktan kumanda ile drone'yu uzaktan kontrol ediyoruz.

Raspberry Pi ayrıca, örneğin telefon gibi bir cihazdan herhangi bir tarayıcıda görüntülenebilen bir akış sağlar. Bu şekilde Pi Kamera havadayken ne gördüğünü görebiliriz.

Adım 2: Parçaları Toplama

Bu öğreticiyi başarıyla tamamlamak için aşağıdaki parçalar gereklidir:

1) Çerçeve: 4 eksenli 450 F Çerçeve

2) Verici ve alıcı:Flysky FS-i6X

3) Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B Anakart

4) Kamera: PiCamera

5) Mikrodenetleyici: Crius MultiWii SEV2.6

6) FTDI: FTDI USB - TTL / FT232 Dönüştürücü

7) Küçük teller: Elegoo 120pcs Çok Renkli Dupont Tel

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

9) ESC'ler (x4): Fırçasız ESC 30A Fırçasız ESC üretici yazılımı w / 5V 3A UBEC

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

11) Konektörler: Altın Kaplama konektörler 3.5mm (x4) ve Artrinck XT-60 60A/100A Erkek Dişi

12) Pervaneler (x3): FidgetGear 10x4.5 Pervane (Mavi)

13) Uçuş kontrolörü montaj pedi: Uçuş Kontrolörü Montaj Pedi

14) Bazı ısıyla daralan kılıflar: Daralan tüp - SODIAL

15) Teller: 16GA tel

16) Havya:Holife Havya Takımı, 60W 110V Ayarlanabilir Sıcaklık Kontrollü Kaynak Aleti

İsteğe bağlı

• Bir zil: 2S - 8S LiPO Piller için Venom Alçak Gerilim Monitörü
• Pi ve uçuş kontrolörü için bir destek/raf: Raspberry Pi için Kutu Saklama Kutusu
• Lehimleme deneyiminizi şunlarla geliştirin: Elenco Helping Hands ve 60-40 Teneke Kurşunlu Rosin Core Lehim

Tüm bu parçaların TOPLAM maliyeti 450.71 CAN$ olmalıdır.

Adım 3: Parçaları Çerçeveye Lehimleme ve Sabitleme

İki parçanın lehimlenmesi gerekir:

1. ESC'ler (uçlarda konektörlerle birlikte gelmezler)
2. Güç dağıtım panosu (bizim durumumuzda çerçeveye entegre edilmiştir)

Dağıtım panosuna eklediğiniz kablolardaki dişi tx konektörlerini, ESC'lerin dağıtım panosu yan tellerindeki erkek tx konektörlerini ve ESC'lerin motor yan tellerindeki altın 3,5 mm konektörleri kullanın. Yalıtım için ısıyla daralan kılıfı eklemeyi unutmayın (çıplak tel görmek istemiyoruz).

Lehimleme için tavsiye:

• Orta boy yassı demir ucu (lehim kitinizde bulunur) kullanın ve havyayı 400 °C'ye kadar ısıtın.
• Lehim telinin ucunu sık sık su süngeri ile temizleyin.
• Önce bağlamak istediğiniz iki yüzeyde biraz lehim eritin, ardından bunları birbirine yapıştırın ve daha fazla lehim ekleyin.

Her şeyi nasıl lehimleyeceğiniz hakkında daha fazla bilgi için web sitemize bir göz atmaktan çekinmeyin.

Parçaları çerçeveye sabitleyin:

1. Motorları her bir kolun ucunda sabitlemek için iki vida kullanın.
2. Elektronik aksamın desteğini somun ve cıvatalarla çerçeveye sabitleyin.
3. Pi'yi somun ve cıvatalarla desteğe sabitleyin.
4. Desteğin üstüne bir miktar montaj pedi (titreşimleri emmek için) yapıştırın ve Multiwii'yi tam olarak çerçevenin ortasına ve ok aynı renkteki iki kol arasına bakacak şekilde yapıştırın.
5. Alıcıyı bir miktar cırt cırtla desteğe yapıştırın.
6. Kravat sargılı her bir kola ESC'ler koyun.
7. Pili çerçevenin alt seviyesine takmak için kayışları kullanın.
8. Pervaneleri delin ve motorla birlikte gelen özel civata yardımı ile motorların üzerine yerleştirin.

Adım 4: Bağlantılar

alıcı için:

• MultiWii'deki Gaz kelebeği pimlerini alıcıdaki kanal 3'e bağlayın.
• Roll pinlerini alıcıdaki kanal 1'e bağlayın.
• Pitch pinlerini kanal 2'ye bağlayın.
• Yaw pinlerini kanal 4'e bağlayın.
• Yardımcı 1'i kanal 5'e bağlayın.

ESC'ler için:

Multiwii öne dönük ve ESC'nin komut konektörünün siyah kablosu Multiwii'nin alt piminde;

• Sol üst ESC'yi D3'e bağlayın.
• Sağ üst ESC'yi D10'a bağlayın.
• Sağ alttaki ESC'yi D9'a bağlayın.
• Sol alt ESC'yi D11'e bağlayın.

Pi için:

• PiCamera'yı bağlayın.
• FTDI'yi bir mini-USB/USB adaptörüne bağlayın ve Pi'ye bağlayın, ayrıca FTDI pinlerini MultiWii'nin FTDI pinlerine bağlayın.
• MultiWii'nin bir - ve + pinini 5V'a bağlayın ve Pi'nin GPIO pinlerini topraklayın.

motorlar için

Varsayılan olarak, motorlar saat yönünün tersine (CCW) yönde döner. Yani sol üst ve sağ alt motorlar için, ESC ile kablo bağlantısını (siyah ile kırmızı ve kırmızı ile siyah) ters çevirmeniz gerekir, bu nedenle saat yönünde bir yöne (CW) sahip olursunuz.

Adım 5: Hepsini Yapılandırın

Aşağıdaki adımlar için pervanelerinizi çıkarın.

ESC'lerin Programlanması:

Elektronik hız kontrol cihazı motoru kontrol eder ve bu nedenle birçok seçenek mevcuttur ve ESC'nizi istediğiniz gibi çalışacak şekilde özelleştirmek size kalmıştır.

Alıcıya bağlı tüm kabloları çıkarın.

Her ESC için:

1. Güç kaynağına (bizim durumumuzda dağıtım panosuna) yalnızca bir ESC bağlayın ve pilin bağlantısının kesildiğinden emin olun.
2. ESC pinlerini alıcının gaz kelebeği kanalına yerleştirin (bizim durumumuzda kanal 3).
3. Vericinize güç verin.
4. Gaz kelebeğini vericinizde maksimum konuma getirin.
5. Pili ona bağlayarak dağıtım panosuna güç verin. Ayrıca bazı timsah klipslerini kullanabilir ve pili doğrudan ESC'ye bağlayabilirsiniz.
6. Birkaç bip sesinden sonra 4 bipli bir müzik tonu duymalısınız. Bu ilk müzikten sonra, vericinizdeki gazı minimum konuma getirin.
7. Bir bip sesiyle verilen UBEC'den onay bekleyin.
8. Vericiyi kapatın.
9. Gücü kesin (Li-Po pilin bağlantısını kesin)

Test etmek için:

1. Vericiyi minimum gaz kelebeği konumuyla çalıştırın.
2. Pili bağlayın.
3. Gazı kademeli olarak maksimum güce yükseltin. Gazı artırdığınızda motor daha hızlı dönmelidir.

Uçuş kontrol panosunun ayarlanması:

Bu adım için FTDI'nin USB kablosunu Pi'den çıkarıp bilgisayarınıza takabilirsiniz, bu kartı programlamak için daha uygun olacaktır.

1. Arduino yazılımını web sitesi üzerinden bilgisayarınıza indirin.
2. Multiwii aygıt yazılımının en son sürümünü indirin ve bilgisayarınıza çıkarın.
3. Daha önce çıkarılan MultiWii klasörüne gidin, ardından Arduino'yu başlatacak olan MultiWii.ino'yu açın.
4. Arduino'da config.h dosyasına gidin, multikopterinizin konfigürasyon tipini ayarlamak için #define QUADX'in önündeki //'yi ve kart tipini seçmek için #define CRIUS_SE_v2_0'ın önündeki // işaretini kaldırın.
5. Ardından Araçlar -> Kart -> bölümüne gidin ve Arduino Pro veya Pro Mini'yi seçin ve Araçlar -> İşlemci -> bölümünde ATMmega328P (5V, 16MHz) seçili olduğundan emin olun.
6. Panoya yüklemeden önce yapmamız gereken son yapılandırma, Araçlar -> Bağlantı Noktası -> MultiWii'nizin bağlantı noktasını seçmek (bizim için COM3).
7. Doğrula'ya ve ardından yükle'ye tıklayın.
8. Kod Crius MultiWii SE v2.6'ya yüklenirken, hem kontrol kartında hem de FTDI kartında ışıkların yanıp söndüğünü görmelisiniz.

Uçuş kontrol panosundaki sensörleri kalibre edin:

1. Daha önce web sitelerinden indirilen MultiWii klasöründe bulunan MultiWiiConf klasörüne gidin.
2. Ardından -> application.windows32 klasörüne gidin -> MultiWiiConf uygulamasına çift tıklayın. (Windows 64 bit olsa bile, yalnızca 32 bit uygulamasının işe yaradığını unutmayın).
3. Uçuş kontrol cihazınızın bağlı olduğu portu seçmeniz gerekir (bu durumda COM3).
4. Oku'ya tıklayın.
5. Başlat'a tıklayın.
6. Tahtanızı masanın üzerine düz bir şekilde koyun ve ardından Calib_acc'e tıklayın.
7. Calib_mag'e tıklayın ve ardından tahtanızı 30 saniye boyunca mümkün olduğunca hızlı bir şekilde her yöne döndürmeniz gerekir. Grafiğin her yerinde ani artışlar görmelisiniz.

Test etmek için:

Tahtanızı eğim, yuvarlanma ve yalpalama ekseninde döndürün ve sensörlerin yazılımda ne gösterdiğini görün

Vericinin ayarlanması (uzaktan kumanda):

İlk olarak, Ekran Menüsünde hangi çubuğun hangi kanalı kontrol ettiğini doğrulayabilirsiniz:

1. Kontrol cihazını çalıştırmadan önce, tüm düğmelerin açık olduğundan ve gaz kelebeğinin (sol çubuk) aşağıda olduğundan emin olun.
2. Denetleyiciyi başlatın.
3. Tamam düğmesini basılı tutun.
4. Kurulum'a, ardından Görüntü'ye gidin.
5. Hangi kanalın tepki verdiğini görmek için çubuklarınızı hareket ettirebilirsiniz.

Daha ileri gitmeden önce bir model ve bir isim seçin:

1. Sistem-> Model seç -> bir model seçin'e gidin.
2. Sistem -> Model adı'na gidin. Ve ona bir isim ver. Değişikliklerinizi kaydetmek için iptal düğmesini basılı tutun.
3. Sistem-> Tip'e gidin, seçin ve dört rotorlu olsa bile Uçak veya planör olarak ayarlayın.
4. Subtrim Menüsünde trimi ayarlayın. Çubuklar nötr konumundayken, sapma, eğim ve yuvarlanma için kanalların (Ekran Menüsü'ne bakın) %0'da olması gerekir.
5. Ayarlarınızı kaydetmek için iptali basılı tutun.

Ardından, Failsafe ayarlarını yapalım:

Bu, drone kontrolörden uzağa gittiğinde ve sinyal kaybettiğinde, tüm kontrollerin nötr konuma gitmesini sağlar. Bunu yapmak için, kanal 1, 2 ve 4'ü %0'a ayarlamamız ve Failsafe Menüsü aracılığıyla bu kanallarda failsafe'i etkinleştirmemiz gerekiyor. Ayrıca gaz kelebeğinde arıza emniyetini etkinleştirip %100'e ayarlamamız gerekiyor.

Kontrol cihazınızdaki diğer anahtarları da Sistem-> Aux'da etkinleştirerek kullanabilirsiniz. anahtarlar.

Bu bölüm hakkında daha fazla detaya web sitemizden ulaşabilirsiniz.

6. Adım: Canlı Akış

Raspberry Pi bir bilgisayardır ve uçan bir bilgisayarla yapabilecekleriniz sadece hayal gücünüzle sınırlıdır.

Canlı yayın için:

1. PiCamera'yı etkinleştirin. Bunu yapmak için Pi'yi başlatın ve ona bir fare ve bir monitör bağlayın. Sol üstteki rasbian logosuna tıklayın, tercihlere gidin, ardından Raspberry Pi Yapılandırması ve ardından arayüzler sekmesinde sur Camera'nın etkin olarak işaretlenmesini sağlayın. Ardından Tamam'a tıklayın.
2. Komut dosyasını indirin (kodun kaynağı: rastgele nerd öğreticileri) ve ana klasörünüze koyun.
3. Terminalde ''python3 rpi_camera_surveillance_system.py'' yazarak betiği çalıştırın.

Komut dosyası çalıştığında, video akışı web sunucunuza şu adresten erişebilirsiniz: https://:8000. Benim durumumda https://192.141.1.112:8000, kendi Raspberry Pi IP adresinizle değiştirin.

Pi IP Adresinizi bilmiyorsanız, size adresi veren terminalde ifconfig yazarak öğrenebilirsiniz.

Raspberry Pi ile aynı ağa bağlı herhangi bir cihaz üzerinden canlı akışa erişebilirsiniz. Sadece tarayıcıyı açmanız gerekiyor.

Bu programı akıllı telefonunuzdan da başlatabilirsiniz. Sadece Terminus uygulamasını yüklemeniz gerekir (eğer bir iPhone'unuz varsa).

Akışı doğrudan Pi'ye güç verildiğinde başlatmak için (böylece drone'nuz açıkken) terminalde şunu yazın:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Sonra son satıra gidin ve ekleyin, echo Önyüklemede çalışıyor

sudo python3 /home/pi/ rpi_camera_surveillance_system.py

sudo yeniden başlatma

Dosyanızı Ctrl+X tuşlarına basarak kaydedin, ardından Y yazın ve Enter'a tıklayın.

Tebrikler, artık canlı yayınınız hazır! Komşularınızı gözetlemek veya FPV yarışları yapmak için kullanabilirsiniz!

7. Adım: PID Ayarlama Sanatı

İlk uçuşunuz için hazırsınız. Yapmanız gereken ilk şey, her şeyin iyi tepki verip vermediğini görmek için dronunuzu pervane olmadan denemek.

Ardından pervanelerinizi ekleyebilir ve kalkış yapıp yapamayacağınızı görmek için gaz kelebeğini artırmak için çok yavaş başlayabilirsiniz.

Drone'nuz muhtemelen yavaş salınım yapıyor, titreşiyor veya motorları ıslık çalıyor. Bu, PID ayarlarınızı yapmanız gerektiği anlamına gelir!

Komutlarınıza iyi yanıt veren çok kararlı bir drone istiyorsanız bu kısım biraz zaman alıyor. PID ayarı özneldir, bu nedenle drone'nuzun nasıl uçmasını istediğiniz gerçekten size kalmış. İşte prosedür:

1. Pitch ve roll (0.01) üzerinde düşük bir I ile başlayın ve yüksek frekanslı salınımlar görene kadar P'yi artırın ve son değere geri azaltın.
2. Ardından, tekrar titreşimleri görene veya dronunuzun sert ve tepkisiz olduğunu hissedene kadar sahada I'i artırın ve 0,01'lik artışlarla yuvarlayın. Genellikle I ayarı, irtifa düşüşleri ve sürüklenme yaşarsanız size yardımcı olabilir. Sisteminizdeki (drone) bozulmalara karşı koyar.
3. Herhangi bir yüksek frekanslı salınım gördüyseniz, P'nizi geri indirin.
4. Drone'nuz çok nemli görünüyorsa (yanıt veremeyecek kadar düşükse) D'nizi azaltın.

Sapma ekseni için, genellikle varsayılanda bırakabilirsiniz, ancak dronunuzun sapma ekseninde sürüklendiğini düşünüyorsanız, I'yi artırabilirsiniz.

Adım 8: Beni Takip Et Özelliği

Otonom bir drone harikadır, endişelenmenize gerek kalmadan uçabilir ve hareket edebilir.

Bu eğitimde yapılan drone, sensörlerinin yakaladığı verileri işleyerek bunu yapma yeteneğine sahiptir.

Kişi takibi gibi bir özelliği uygulamak için yapmanız gerekenler:

1. Çevresini not almasına yardımcı olmak için dronun kamerasını kullanın.
2. Ortamı analiz etmek için bir yapay görme algoritması kullanın.
3. Drone'nun yörüngesini planlayın.
4. Drone'a takip edilecek yönü komuta edin.

Daha spesifik olarak, Pi Kamera, bazı yapay görme algoritmalarını çalıştırmak için yeterli güce sahip bir bilgisayar olan Raspberry Pi'ye canlı bir görüntü akışı sağlayabilir.

Bu algoritmalar, bir resimdeki bir kişiyi tespit edebilir ve bu kişinin konumunu analiz edebilir. Haar kademeli algoritması veya derin sinir ağları bunun için faydalı algoritmalar olabilir.

Bu nedenle takip edilecek kişinin konumunu bilerek, izlenen cismin çerçeve içindeki konumuna bağlı olarak motorların nasıl hareket edeceğini ve hangi yöne gideceğini planlayabilirsiniz. Örneğin, takip edilecek kişi Pi Kamera tarafından çekilen karenin sağ tarafındaysa, algoritma drone'a sağa dönme komutu veriyor.

Son olarak, dronun izlemesi gereken yön seçildikten sonra, Raspberry Pi, dronun o yöne gitmesine izin vermek için Multiwii'ye bir komut göndermelidir. Bunu yapmak için, MSP (Multiwii Seri Protokol), bilgisayarınız (Pi) ve uçuş kontrol cihazınız arasında iletişim kurmak için kullanışlıdır.

Burada bunu nasıl kodlayacağınızı ekte bulabilirsiniz.

Web sitemizde, kişi tespiti için tensorflow ve derin sinir ağlarını kullanan daha sağlam bir yöntem gösterilmiştir.

Otonom dronunuzu geliştirmenin bir çok başka yolunu da hayal edebilirsiniz, örneğin her ağaç veya hayvan gördüğünde fotoğrafını çekmesini sağlamak gibi. Nesneden kaçınma, bir nesneden belirli bir mesafeden daha yakınsa, drone'yu yarışını durduracak şekilde ayarladıysanız uygulamak da mümkündür.

Ayrıca web sitesinde Pi'ye bir LED'i nasıl bağlayacağınızı ve drone takip edecek birini algıladığında nasıl açacağınızı öğrenebilirsiniz!

Adım 9: Mutlu Uçuşlar

Drone'nuzu çalıştırın ve uçuşunuzun keyfini çıkarın.

Daha ileri gitmek ve drone'nuza kişi takibi uygulamak istiyorsanız, bununla ilgili bir eğitim için web sitemize başvurabilirsiniz.

Bu öğreticiyi hazırladığınız için teşekkür ederiz!