DIY augu inspekcijas dārzkopības drons (saliekams trikopters par budžetu): 20 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:55

Mūsu nedēļas nogales mājā mums ir jauks dārzs ar daudziem augļiem un dārzeņiem, bet dažreiz ir vienkārši grūti sekot līdzi tam, kā augi mainās. Viņiem nepieciešama pastāvīga uzraudzība, un viņi ir ļoti neaizsargāti pret laika apstākļiem, infekcijām, kļūdām utt.

Manā instrumentu kastē atradās daudz multikopteru rezerves daļu no veciem projektiem, tāpēc es nolēmu izveidot un izveidot bezpilota lidaparātu, kas var veikt augu analīzi, izmantojot Rasperry Pi Zero W un tā NoIR PiCamera. Es arī gribēju uzņemt video par šo projektu, bet tas ir diezgan grūti blakus universitātei, tāpēc es vienkārši augšupielādēšu neapstrādāto kadru.

Teorija aiz infrasarkanās attēlveidošanas

Iesaku izlasīt šo Wikipedia rakstu. Īsi sakot, ja augi darbojas normāli, tie atspoguļo infrasarkano gaismu, kas nāk no Saules. Daudzi dzīvnieki var redzēt IR gaismu, piemēram, čūskas un rāpuļi, bet arī jūsu kamera to var redzēt (izmēģiniet to ar televizora tālvadības pulti). Noņemot no kameras IR filtru, jūs iegūsit purpursarkanu, izskalotu attēlu. Ja nevēlaties salauzt savu kameru, jums tas jāmēģina ar NoIR PiCamera, kas būtībā ir tāda pati kā standarta PiCamera, bet tai nav iebūvēta IS filtra. Ja novietojat infrablue filtru zem kameras objektīva, jūsu sarkanajā kanālā tiks parādīta tikai IR gaisma, zilā gaisma - zilā, zaļā un sarkanā - tiek filtrētas. Izmantojot katra pikseļa normalizētās veģetācijas indeksa formulu, jūs varat iegūt ļoti labu indikatoru par jūsu auga veselību un fotosintēzes aktivitāti. Ar šo projektu es varēju skenēt mūsu pagalmu un identificēt neveselīgu augu zem mūsu bumbierkoka.

Kāpēc Tricopter?

Man patīk trikopteri nedaudz vairāk nekā kvadracikli, piemēram, to efektivitātes dēļ. Viņiem ir garāks lidojuma laiks, tie ir lētāki, un jūs varat tos salocīt, kas, iespējams, ir labākā iezīme, ja runa ir par DIY droniem. Man arī patīk lidot ar šo trikopteru, viņiem ir nedaudz "lidmašīnas" vadība, ko jūs pieredzēsit, ja kopā ar mani uzbūvēsiet šo bezpilota lidaparātu. Runājot par tris Deivida Vindestāla vārds, iespējams, ir pirmais Google meklēšanā, iesaku apskatīt viņa vietni, es izmantoju arī viņa saliekamā rāmja dizainu.

1. solis: lidojuma kadri

Šis bija mans otrais testa lidojums, kurā helikopters jau bija noregulēts un gatavs veikt augu analīzi. Man ir daži ieraksti no manas darbības kameras, jūs varat apskatīt mūsu skaisto apkārtni no putna lidojuma. Ja vēlaties redzēt NDVI ierakstus, pārejiet pie šīs pamācības pēdējās darbības. Diemžēl man nebija laika, lai izveidotu pilnīgu ceļvedi šajā trikopterī, bet esmu augšupielādējis šo īso lidojuma testa video.

2. darbība. Nepieciešamie rīki un detaļas

Izņemot koka stieņus un krāsas aerosolu, manā instrumentu kastē bija visas detaļas, tāpēc šī projekta kopējās izmaksas man bija aptuveni 5 USD, bet es centīšos atrast eBay vai Banggood saites uz katru izmantoto daļu. Es ļoti iesaku apskatīt detaļas, varbūt jūs varat iegūt labāku cenu nekā es.

Rīki

• Lodāmurs
• Dremel rīks
• 3D printeris (man tāda nav, mans draugs man palīdzēja)
• Griešanas instrumenti
• Stiepļu griezējs
• Super līme
• Zip kaklasaites (daudz no tām, 2 izmēros)
• Krāsas aerosols (ar jums tīkamu krāsu - es izmantoju melnu)

Daļas

1. ArduCopter lidojuma kontrolieris (es izmantoju veco APM 2.8, bet jums vajadzētu izvēlēties PixHawk vai PIX Mini)
2. GPS antena ar magnetometru
3. MAVLink telemetrijas modulis (zemes staciju sakariem)
4. 6CH uztvērējs + raidītājs
5. Video raidītājs
6. Servomotors (vismaz 1,5 kg griezes moments)
7. 10 "dzenskrūves (2 CCW, 1 CW + papildus nomaiņai)
8. 3 30A SimonK ESC (elektroniskais ātruma regulators) + 3 920 kv motori
9. 3S akumulators 5,2 Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (nāk ar infrablue filtru)
11. 2 Akumulatora siksnas
12. Vibrācijas slāpēšanas stiprinājumi
13. 1,2 cm kvadrātveida koka stieņi (es nopirku 1,2 metru stieni)
14. 2-3 mm bieza koka lamināta plāksne
15. Darbības kamera (es izmantoju 4k spējīgu GoPro klonu - SJCAM 5000x)

Šīs ir detaļas, kuras es izmantoju savam dronam, nekautrējieties to pārveidot pēc saviem ieskatiem. Ja neesat pārliecināts, ko izmantot, atstājiet komentāru, un es centīšos jums palīdzēt. Piezīme. Pārtraukto APM dēli es izmantoju kā lidojuma kontrolieri, jo man bija viena rezerves daļa. Lido labi, taču šī dēlis vairs netiek atbalstīts, tāpēc, iespējams, jums vajadzētu iegādāties citu lidojuma kontrolieri, kas ir saderīgs ar ArduCopter, lai iegūtu lieliskas GPS funkcijas.

3. solis: rāmja griešana

Lejupielādējiet rāmja failu, izdrukājiet to un izgrieziet. Pārbaudiet, vai drukātais izmērs ir pareizs, tad izmantojiet pildspalvu, lai atzīmētu formu un caurumus uz koka plāksnes. Izmantojiet zāģi, lai sagrieztu rāmi, un urbiet caurumus ar 3 mm uzgali. Jums būs nepieciešami tikai divi no tiem, es tikko izgatavoju 4 kā rezerves daļas.

4. solis: samontējiet rāmi

Rāmja montāžai izmantoju 3 mm skrūves un uzgriežņus. Es sagriezu katru strēli 35 cm garumā un atstāju 3 cm garu rāmja priekšpusē. Nepārspiediet locītavas, bet pārliecinieties, ka ir pietiekami daudz berzes, lai rokas nesalocītos. Tas ir patiešām gudrs dizains, es divas reizes avarēju un nekas, tikai rokas salocītas atpakaļ.

5. solis: urbšanas urbumi motoriem

Pārbaudiet motora skrūvju izmēru un attālumu starp tām, pēc tam urbiet divus caurumus kreisajā un labajā koka rokturī. Man nācās urbt rokās 5 mm dziļu un 8 mm platu caurumu, lai vārpstām būtu pietiekami daudz vietas, lai tās varētu griezties. Izmantojiet smilšpapīru, lai noņemtu šīs mazās šķembas un izpūstu putekļus. Jūs nevēlaties, lai jūsu motoros būtu putekļi, jo tas var izraisīt nevajadzīgu berzi un karstumu.

6. darbība: GPS stiprinājuma salocīšana

Man bija jāizurbj papildu caurumi savai GPS antenai, lai tā būtu labi piemērota. Jums vajadzētu novietot kompasu augstu, lai tas netraucētu motoru un vadu magnētiskajam laukam. Šī ir vienkārša saliekamā antena, kas palīdz man saglabāt iestatījumus pēc iespējas kompaktākus.

7. solis: rāmja krāsošana

Tagad jums viss ir jāatskrūvē un jādara krāsošana. Es beidzot izvēlējos šo matēto dziļi melno krāsu aerosolu. Es saliku detaļas uz diega un vienkārši nokrāsoju. Lai iegūtu patiešām labu rezultātu, izmantojiet 2 vai vairāk krāsas slāņus. Pirmais slānis, iespējams, izskatīsies nedaudz izskalots, jo koks izdzers mitrumu. Nu, tas notika manā gadījumā.

8. solis: Vibrācijas slāpēšanas platformas uzstādīšana

Man bija šī kardāna turētāja platforma, kas manā konstrukcijā darbojas arī kā akumulatora turētājs. Tas ir jāpiestiprina zem rāmja ar rāvējslēdzējiem un/vai skrūvēm. Akumulatora svars palīdz absorbēt daudz vibrāciju, tāpēc jūs iegūsit patiešām jauku kameru. Jūs varat arī uzstādīt dažus šasijas uz plastmasas stieņiem, man šķita, ka tas nav vajadzīgs. Šī melnā krāsa izdevās labi, šajā brīdī jums vajadzētu būt jauka izskata rāmim, un ir pienācis laiks iestatīt lidojuma kontrolieri.

9. darbība: ArduCopter iestatīšana

Lai iestatītu lidojuma kontrolieri, jums būs nepieciešama papildu bezmaksas programmatūra. Lejupielādējiet Mission Planner operētājsistēmā Windows vai APM Planner operētājsistēmā Mac OS. Pievienojot lidojuma kontrolieri un atverot programmatūru, vedņa palīgs uz jūsu paneļa instalēs jaunāko programmaparatūru. Tas palīdzēs jums kalibrēt arī kompasu, akselerometru, radio kontrolieri un lidojuma režīmus.

Lidojuma režīmi

Es iesaku izmantot sešu lidojumu režīmu Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home and Land. Aplis ir patiešām noderīgs, kad runa ir par augu pārbaudi. Tas riņķos ap noteiktu koordinātu, tāpēc tas palīdz ļoti precīzi analizēt jūsu augus no jebkura leņķa. Es varu veikt orbītu ar nūjām, bet ir grūti saglabāt perfektu apli. Loiter ir kā drona novietošana debesīs, lai jūs varētu uzņemt augstas izšķirtspējas NDVI attēlus, un RTH ir noderīga, ja zaudējat signālu vai zaudējat drona orientāciju.

Pievērsiet uzmanību elektroinstalācijai. Izmantojiet shēmu, lai pievienotu ESC pareizajām tapām un misijas plānotājā pārbaudītu ievades kanālu vadus. Nekad nepārbaudiet tos ar balstiem!

10. darbība: GPS, kameras un lidojuma kontroliera instalēšana

Kad lidojuma kontrolieris ir kalibrēts, varat izmantot putu lenti un uzstādīt to rāmja vidū. Pārliecinieties, vai tas ir vērsts uz priekšu, un kabeļiem ir pietiekami daudz vietas. Uzstādiet GPS ar 3 mm skrūvēm un izmantojiet rāvējslēdzējus, lai kamera paliktu vietā. Šiem GoPro kloniem ir visas montāžas palīgprogrammas, tāpēc to instalēt bija pavisam vienkārši.

11. darbība: ESC un barošanas kabelis

Manām baterijām ir XT60 savienotājs, tāpēc es pielodēju 3 pozitīvus un 3 negatīvus vadus pie katras sieviešu savienotāja tapas. Izmantojiet kādu termiski saraušanās cauruli, lai pasargātu savienojumus no to īssavienojuma (varat izmantot arī elektrisko lenti). Lodējot šos biezos vadus, berzējiet tos kopā un nostipriniet vara stiepli, pēc tam pievienojiet daudz izkausēta lodēšanas. Jūs nevēlaties, lai nebūtu aukstu lodēšanas savienojumu, jo īpaši, ieslēdzot ESC.

12. solis: uztvērējs un antenas

Lai signāls būtu labi uztverams, antenas jāuzstāda 90 grādu leņķī. Es izmantoju rāvējslēdzējus un termiski saraušanās caurules, lai uzstādītu uztvērēja antenas mana drona priekšpusē. Lielākajai daļai uztvērēju ir kabeļi, un kanāli ir marķēti, tāpēc to vajadzētu viegli uzstādīt.

13. solis: astes mehānisms

Astes mehānisms ir tricoptera dvēsele. Es atradu šo dizainu tiešsaistē, tāpēc es to izmēģināju. Man šķita, ka sākotnējais dizains bija nedaudz vājš, bet, ja maināt mehānismu, tas darbojas perfekti. Es pārgriezu lieko daļu ar dremel instrumentu. Attēlā var šķist, ka mans servomotors nedaudz cieš, bet tas darbojas nevainojami. Pievelkot skrūves, izmantojiet nelielu pilienu superlīmes, lai tās nenokristu vibrāciju dēļ; vai arī jūs varat piesiet motorus ar rāvējslēdzēju, kā es to darīju.

14. darbība: lidojoša testa veikšana un PID regulēšana

Vēlreiz pārbaudiet visus savienojumus un pārliecinieties, ka, pievienojot akumulatoru, nekas netiks cepts. Uzstādiet propellerus un mēģiniet lidināties ar savu dronu. Manējais bija diezgan gluds no kastes, man vienkārši bija jāveic neliela pagriešanās, jo tas pārāk daudz laboja. Es šajā pamācībā nevaru iemācīt PID regulēšanu, gandrīz visu iemācījos no Džošua Bārdvela video pamācības. Viņš to izskaidro daudz labāk, nekā es varēju.

15. darbība: izvēlieties aveņu un instalējiet raspbian (Jessie)

Es gribēju to saglabāt pēc iespējas vieglāku, tāpēc es izvēlējos RPi Zero W. Es izmantoju Raspbian Jessie, jo jaunākajām versijām bija dažas problēmas ar OpenCV, ko mēs izmantojam, lai aprēķinātu veģetācijas indeksu no neapstrādātajiem materiāliem. Ja vēlaties augstāku FPS ātrumu, izvēlieties Raspberry Pi v4. Programmatūru varat lejupielādēt šeit.

Atkarību instalēšana

Šajā projektā mēs izmantosim PiCamera, OpenCV un Numpy. Kā attēla sensors es izvēlējos mazāku 5MP kameru, kas ir saderīga tikai ar Zero paneļiem.

1. Zibspuldzējiet attēlu, izmantojot savu iecienīto rīku (man patīk Balena Etcher).
2. Palaidiet savu aveņu ar pievienotu monitoru.
3. Iespējot kameras un SSH saskarnes.
4. Pārbaudiet savu IP adresi, izmantojot termināļa ifconfig.
5. SSH savā RPi, izmantojot komandu ssh pi@YOUR_IP.
6. Kopējiet un ielīmējiet norādījumus, lai instalētu nepieciešamās programmatūras:

sudo apt-get update

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 install libgtk2.0-dev sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran sudo pip instalēt numpy python-opencv python (lai to pārbaudītu) importēt cv2 cv2._ versija_

Jums vajadzētu redzēt atbildi ar OpenCV bibliotēkas versijas numuru.

16. darbība. NoIR kameras un NDVI attēlveidošanas pārbaude

Izslēdziet RPi plati, ievietojiet kameru un tad mēs varam mēģināt ar to veikt NDVI attēlu. Uz zieda (tas ar sarkanu fonu) var redzēt, ka zaļākās daļas iekšpusē parāda kādu fotosintēzes darbību. Šis bija mans pirmais tests, kas tika veikts ar Infragram. Es uzzināju visas formulas un krāsu kartēšanu viņu vietnē, lai uzrakstītu pilnībā funkcionējošu kodu. Lai padarītu lietas automatizētākas, es izveidoju Python skriptu, kas uztver kadrus, aprēķina NDVI attēlus un saglabā tos kopētājā 1080p.

Šiem attēliem būs dīvaina krāsu karte, un tie izskatīsies kā no citas planētas. Veiciet dažus testus, mainiet dažus mainīgos, precīzi noregulējiet sensoru pirms pirmās misijas.

17. solis: RPi Zero W uzstādīšana uz drona

Es uzstādīju Pi Zero trikoptera priekšpusē. Jūs varat pavērst kameru uz priekšu tāpat kā es vai uz leju. Iemesls, kāpēc mans ir vērsts uz priekšu, ir parādīt atšķirību starp augiem un citiem objektiem, kas nav fotosintēzes. Piezīme: var gadīties, ka dažas virsmas atstaro IR gaismu vai tās ir siltākas par apkārtni, tāpēc tām ir spilgti dzeltena krāsa.

18. darbība: video raidītāja pievienošana (pēc izvēles)

Man bija arī šis VTx, kas tika novietots apkārt, tāpēc tas bija uzstādīts mana helikoptera aizmugurējā rokā. Tā diapazons ir 2000 metri, bet es to neesmu izmantojis, veicot testus. Ar to FPV lidojums tika veikts tikai sava prieka pēc. Kad es to neizmantoju, kabeļi tiek noņemti, pretējā gadījumā tie ir paslēpti zem rāmja, lai mana konstrukcija būtu jauka un tīra.

19. solis: veiciet augu analīzi

Lai veiktu pareizu analīzi, es veicu divus 25 minūšu lidojumus. Lielākā daļa mūsu dārzeņu šķita kārtībā, kartupeļiem bija nepieciešama papildu aprūpe un laistīšana. Dodos pārbaudīt, kas palīdzēja dažu dienu laikā. Attēlā tie izskatās diezgan zaļi, salīdzinot ar oranžajiem un rozā kokiem.

Man patīk veikt apļa lidojumus, lai es varētu pārbaudīt augus no katra leņķa. Jūs varat skaidri redzēt, ka zem augļu kokiem daži dārzeņi nesaņem pietiekami daudz saules gaismas, kas NDVI attēlos padara tos zilus vai melnus. Tā nav problēma, ja viena koka daļa dienas laikā nesaņem pietiekami daudz saules gaismas, bet ir slikti, ja viss augs pārvēršas melnbaltā krāsā.

20. solis: lido drošībā;)

Paldies, ka izlasījāt šo pamācību, es ceru, ka daži no jums mēģinās veikt eksperimentus ar NDVI attēlveidošanu vai ar dronu veidošanu. Man bija ļoti jautri, veidojot šo projektu no nulles no koka detaļām, ja arī jums patika, varat apsvērt iespēju man palīdzēt ar jūsu laipno balsojumu. Ak, lidojiet droši, nekad virs cilvēkiem un izbaudiet hobiju!

Pirmā balva izaicinājumā Make It Fly