DIY taimede kontrollimise aiandusdroon (kokkuklapitav trikopter eelarvel): 20 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Meie nädalavahetusmajas on meil kena väike aed, kus on palju puu- ja köögivilju, kuid mõnikord on lihtsalt raske taimede muutumisega kursis olla. Nad vajavad pidevat järelevalvet ja on väga haavatavad ilmastiku, nakkuste, vigade jms suhtes …

Mul oli tööriistakastis palju multikopteri varuosi vanadest projektidest, nii et otsustasin kavandada ja ehitada drooni, mis suudab tehaseanalüüsi Rasperry Pi Zero W ja selle NoIR PiCamera abil. Tahtsin ka selle projekti kohta video teha, kuid see on ülikooli kõrval päris raske, nii et laadin lihtsalt üles tooraine.

Teooria infrapunakiirguse taga

Soovitan lugeda seda Vikipeedia artiklit. Lühidalt, kui taimed normaalselt toimivad, peegeldavad nad Päikeselt tulevat infrapunavalgust. Paljud loomad näevad IR -valgust, näiteks maod ja roomajad, kuid ka teie kaamera näeb seda (proovige seda teleri kaugjuhtimispuldiga). Kui eemaldate kaamerast infrapunafiltri, saate lillaka ja pestud pildi. Kui te ei soovi oma kaamerat rikkuda, peaksite seda proovima NoIR PiCameraga, mis on põhimõtteliselt sama, mis tavaline PiCamera, kuid millel pole sisseehitatud IR -filtrit. Kui asetate infrablue filtri kaamera objektiivi alla, saate punasel kanalil ainult infrapunavalgust, sinisel kanalil sinist, rohelisel ja punasel filtrit. Kasutades iga piksli jaoks normaliseeritud erinevuse taimestikuindeksi valemit, saate oma taime tervise ja fotosünteesi aktiivsuse kohta väga hea näitaja. Selle projektiga suutsin meie koduõue skaneerida ja tuvastada meie pirnipuu all ebatervisliku taime.

Miks just trikopter?

Mulle meeldivad trikopterid nende efektiivsuse tõttu natuke rohkem kui näiteks neljarattalised. Neil on pikem lennuaeg, need on odavamad ja saate need kokku voltida, mis on ilmselt parim omadus isetehtud droonide osas. Mulle meeldib ka selle trikopteriga lennata, neil on mõnevõrra "lennukiga" juhtimine, mida saate kogeda, kui ehitate selle drooni koos minuga. Kui rääkida kolmest, siis David Windestali nimi on Google'i otsingus ilmselt esimene, soovitan vaadata tema saiti, kasutan ka tema kokkupandava raami kujundust.

1. samm: lennukaadrid

See oli minu teine katselend, kus kopter oli juba häälestatud ja valmis taimeanalüüsi tegema. Mul on oma tegevuskaamerast mõned salvestused pardal, saate vaadata meie kaunist ümbrust linnulennult. Kui soovite näha NDVI salvestusi, minge selle juhendi viimasele sammule. Kahjuks ei olnud mul aega selle tricopteri kohta täielikku juhendamisvideot koostada, kuid olen selle lühikese lennutesti video üles laadinud.

Samm: vajalikud tööriistad ja osad

Kui puidust poomid ja värvipihustus välja arvata, olid mul kõik tööriistakastis asetsevad osad, nii et selle projekti kogumaksumus oli minu jaoks umbes 5 dollarit, kuid proovin leida eBay või Banggoodi lingid iga kasutatud osa jaoks. Soovitan soojalt varuosi vaadata, ehk saate parema hinna kui mina.

Tööriistad

• Jootekolb
• Dremeli tööriist
• 3D -printer (mul pole seda, mu sõber aitas mind välja)
• Lõikeriistad
• Traadi lõikur
• Super liim
• Tõmblukud (palju, kahes suuruses)
• Värvipihusti (teile meeldiva värviga - ma kasutasin musta)

Osad

1. ArduCopteri lennujuht (kasutasin vana APM 2.8, kuid peaksite kasutama PixHawki või PIX Mini)
2. GPS -antenn koos magnetomeetriga
3. MAVLinki telemeetria moodul (maapealse jaama side jaoks)
4. 6CH vastuvõtja + saatja
5. Video saatja
6. Servomootor (vähemalt 1,5 kg pöördemomenti)
7. 10 "propellerid (2 CCW, 1 CW + lisavarustus)
8. 3 30A SimonK ESC (elektrooniline kiiruse regulaator) + 3 920 kv mootorid
9. 3S aku 5,2 Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (kaasas infra -sinine filter)
11. 2 Aku rihmad
12. Vibratsiooni summutavad alused
13. 1,2 cm ruudukujulised puidust poomid (ostsin 1,2 -meetrise varda)
14. 2-3 mm paks puidust laminaatplaat
15. Tegevuskaamera (kasutasin 4k võimekat GoPro klooni - SJCAM 5000x)

Need on osad, mida ma oma drooni jaoks kasutasin, muutke seda vabalt oma maitse järgi. Kui te pole kindel, mida kasutada, jätke kommentaar ja proovin teid aidata. Märkus: kasutasin lõpetatud APM -plaati lennujuhina, sest mul oli üks varu. Lendab hästi, kuid seda plaati enam ei toetata, nii et tõenäoliselt peaksite muretsema teise lennujuhtimise, mis sobib suurepäraste GPS -funktsioonide jaoks ArduCopteriga.

Samm: raami lõikamine

Laadige raamfail alla, printige ja lõigake see välja. Kontrollige, kas trükitud suurus on õige, seejärel märkige puitplaadil kuju ja augud pliiatsiga. Kasutage raami lõikamiseks saega ja puurige augud 3 mm otsikuga. Teil on neid vaja ainult kahte, ma tegin just 4 varuosadena.

Samm: raami kokkupanek

Raami kokkupanemisel kasutasin 3 mm kruvisid ja mutreid. Lõikasin iga poomi 35 cm pikkuseks ja jätsin raami ette 3 cm pikkuse. Ärge pingutage liigeseid liialt, kuid veenduge, et hõõrdumine oleks piisav, et käed ei voldiks kokku. See on tõesti nutikas disain, kukkusin kaks korda kokku ja mitte midagi, vaid käed tagasi volditud.

Samm: puurige augud mootoritele

Kontrollige oma mootorikruvide suurust ja nendevahelist kaugust, seejärel puurige kaks auku vasakusse ja paremasse puusse. Pidin puurima kätesse 5 mm sügavuse ja 8 mm laiuse augu, et võllidel oleks piisavalt ruumi keerutamiseks. Kasutage liivapaberit, et need killud eemaldada ja tolm välja puhuda. Te ei soovi oma mootorites tolmu, sest see võib põhjustada tarbetut hõõrdumist ja kuumust.

6. samm: GPS -kinnituse kokkuklapitav

Pidin oma GPS -antenni jaoks lisaaukudesse puurima, et see hästi istuks. Kompass tuleks asetada kõrgele, et see ei segaks mootorite ja juhtmete magnetvälja. See on lihtne kokkupandav antenn, mis aitab mul seadistust võimalikult kompaktsena hoida.

Samm: raami värvimine

Nüüd peate kõik lahti keerama ja värvimistööd tegema. Lõpuks valisin selle matt -sügava musta värvi sprei. Haakisin osad niidile ja värvisin need lihtsalt ära. Tõeliselt hea tulemuse saamiseks kasutage kahte või enamat värvikihti. Esimene kiht näeb ilmselt pisut välja pestud, sest puit hakkab niiskust jooma. Noh, see juhtus minu puhul.

8. samm: vibratsiooni summutava platvormi paigaldamine

Mul oli see kardaanihoidja platvorm, mis minu ehituses toimib ka akuhoidjana. Peate selle oma raami alla kinnitama tõmblukkude ja/või kruvidega. Aku kaal aitab neelata palju vibratsiooni, nii et saate tõeliselt kena kaadrit. Plastvarrastele saab paigaldada ka mõned maandumisseadmed, mulle tundus, et see pole vajalik. See must värv õnnestus hästi, sel hetkel peaks teil olema kena välimusega raam ja on aeg oma lennujuht üles seada.

Samm: seadistage ArduCopter

Lennukontrolleri seadistamiseks vajate täiendavat tasuta tarkvara. Laadige Mission Planner alla Windowsis või APM Planner Mac OS -is. Kui ühendate lennukontrolleri ja avate tarkvara, installib nõustaja abimees teie pardale uusima püsivara. See aitab teil kalibreerida ka kompassi, kiirendusmõõturit, raadiokontrollerit ja lennurežiime.

Lennurežiimid

Soovitan kuue lennurežiimina kasutada Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home and Land. Ring on taimede kontrollimisel tõesti kasulik. See hakkab orbiidile ümber antud koordinaadi, nii et see aitab teie taimi väga täpselt analüüsida iga nurga alt. Ma saan pulgadega orbiiti teha, kuid täiuslikku ringi on raske säilitada. Loiter on nagu teie drooni parkimine taevasse, nii et saate teha kõrge eraldusvõimega NDVI pilte ja RTH on kasulik, kui kaotate signaali või kaotate oma drooni suuna.

Pöörake tähelepanu juhtmestikule. Kasutage skeemi, et ühendada oma ESC -d õigesse tihvti ja kontrollida missiooniplaneerijas sisendkanalite juhtmestikku. Ärge kunagi katsetage neid rekvisiitidega!

Samm: GPS -i, kaamera ja lennujuhtimispuldi installimine

Kui teie lennujuht on kalibreeritud, võite kasutada vahtteipi ja paigaldada selle raami keskele. Veenduge, et see on suunatud ettepoole ja et kaablite jaoks oleks piisavalt ruumi. Paigaldage GPS 3 mm kruvidega ja kasutage kaamera paigal hoidmiseks tõmblukke. Need GoPro kloonid on varustatud kõigi kinnitusvahenditega, nii et selle paigaldamine oli üsna lihtne.

Samm: ESC -d ja toitekaabel

Minu patareidel on XT60 pistik, nii et ma jootsin naissoost pistiku iga tihvti külge 3 positiivset ja 3 negatiivset juhet. Ühenduste kaitsmiseks lühise eest kasutage mõnda termokahanevat toru (võite kasutada ka elektrilinti). Nende paksude juhtmete jootmisel hõõruge need kokku ja kinnitage vasktraat, seejärel lisage palju sulatatud jootet. Te ei soovi külma jooteühendusi, eriti ESC -de sisselülitamisel.

12. samm: vastuvõtja ja antennid

Signaali hea vastuvõtu tagamiseks peate antennid paigaldama 90 kraadi. Kasutasin tõmblukke ja termokahanevaid torusid, et oma vastuvõtjaantennid oma drooni esiküljele paigaldada. Enamik vastuvõtjaid on varustatud kaablitega ja kanalid on märgistatud, nii et selle seadistamine peaks olema lihtne.

13. samm: sabamehhanism

Saba mehhanism on trikopteri hing. Leidsin selle disaini Internetist, nii et proovisin seda. Mulle tundus, et algne disain oli natuke nõrk, kuid kui mehhanismi ümber pöörata, töötab see ideaalselt. Lõikasin üleliigse osa dremeli tööriistaga. Pildil võib tunduda, et mu servomootor kannatab pisut, kuid töötab laitmatult. Kasutage kruvide pingutamisel väikest tilka superliimi, et need vibratsiooni tõttu maha ei kukuks; või võite mootorid tõmblukuga siduda nagu mina.

14. samm: hõljuktesti tegemine ja PID -häälestus

Kontrollige veel kord kõiki ühendusi ja veenduge, et aku ühendamisel ei praaks midagi. Paigaldage oma propellerid ja proovige oma drooniga hõljuda. Minu oma oli karbist päris sile, pidin lihtsalt natuke häälestama, sest see parandas liiga palju. Ma ei saa selles juhendatavas PID -häälestust õpetada, õppisin peaaegu kõike Joshua Bardwelli videoõpetusest. Ta selgitas seda palju paremini kui mina.

Samm: valige vaarikas ja installige Raspbian (Jessie)

Tahtsin seda võimalikult kergena hoida, seega läksin RPi Zero W -i. Kasutan Raspbian Jessie't, kuna uuematel versioonidel oli OpenCV -ga mõningaid probleeme, mida kasutame taimkatte indeksi arvutamiseks toores kaadrist. Kui soovite kõrgemat FPS -i määra, peaksite valima Raspberry Pi v4. Tarkvara saate alla laadida siit.

Sõltuvuste installimine

Selles projektis kasutame PiCamera, OpenCV ja Numpy. Pildiandurina valisin väiksema 5MP kaamera, mis ühildub ainult Zero -plaatidega.

1. Välgutage oma pilti oma lemmikvahendi abil (mulle meeldib Balena Etcher).
2. Käivitage oma vaarikas ühendatud monitoriga.
3. Luba kaamera ja SSH liidesed.
4. Kontrollige oma IP -aadressi terminali ifconfig abil.
5. SSH oma RPi -sse käsuga ssh pi@YOUR_IP.
6. Vajaliku tarkvara installimiseks kopeerige ja kleepige juhised.

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 install numpy python-opencv python (selle testimiseks) import cv2 cv2._ version_

Te peaksite nägema vastust oma OpenCV teegi versiooninumbriga.

16. samm: NoIR -kaamera ja NDVI -kujutise testimine

Lülitage oma RPi -plaat välja, sisestage kaamera ja siis saame proovida sellega NDVI -kujutist teha. Lillel (punase taustaga) näete, et rohelisemad osad näitavad fotosünteesi. See oli minu esimene test, mis tehti Infragramiga. Õppisin nende saidil kõiki valemeid ja värvide kaardistamist, et kirjutada täielikult toimiv kood. Asjade automatiseerimiseks tegin Pythoni skripti, mis salvestab kaadrid, arvutab NDVI -pildid ja salvestab need helikopterisse 1080p -s.

Nendel piltidel on kummaline värvipilt ja nad näevad välja nagu oleksid pärit teiselt planeedilt. Tehke mõned testid, muutke mõningaid muutujaid, täpsustage oma andurit enne esimest missiooni.

17. samm: RPi Zero W paigaldamine droonile

Paigaldasin trikopteri esiküljele Pi Zero. Saate oma kaameraga ettepoole vaadata nagu mina või allapoole. Põhjus, miks minu poole pöördutakse, on näidata erinevust taimede ja muude mittefotosünteesivate objektide vahel. Märkus: Võib juhtuda, et mõned pinnad peegeldavad infrapunavalgust või on soojemad kui ümbrus, mis põhjustab nende erekollase värvuse.

18. toiming: videosaatja lisamine (valikuline)

Mul oli see VTx ka ümber asetatud, nii et see oli minu kopteri tagumisele käele paigaldatud. Selle ulatus on 2000 meetrit, kuid ma pole seda testide tegemisel kasutanud. FPV lendas sellega ainult oma lõbuks. Kui ma seda ei kasuta, eemaldatakse kaablid, muidu on need raami alla peidetud, et mu ehitis oleks kena ja puhas.

19. samm: taimede analüüsi tegemine

Tegin korraliku analüüsi jaoks kaks 25 -minutilist lendu. Enamik meie köögivilju tundus olevat korras, kartul vajas täiendavat hoolt ja jootmist. Lähen seda kontrollima, mis aitas mõne päevaga. Võrreldes oranžide ja roosade puudega tunduvad nad pildil päris rohelised.

Mulle meeldib teha ringlende, et saaksin taimi iga nurga alt uurida. Näete selgelt, et viljapuude all ei saa mõned köögiviljad piisavalt päikesevalgust, mis muudab need NDVI -piltidel siniseks või mustaks. Pole probleem, kui üks puuosa ei saa kellaajal piisavalt päikesevalgust, kuid halb, kui kogu taim muutub mustvalgeks.

20. samm: lendage ohutult;)

Täname, et lugesite seda juhendit, loodan, et mõned teist proovivad teha katseid NDVI -pildistamise või droonide ehitamisega. Mul oli väga lõbus teha seda projekti nullist puidust osadest, kui teile meeldis, võite kaaluda mind oma lahkel hääletusel aidata. Oh, lendage turvaliselt, mitte kunagi inimestest kõrgemale ja nautige hobi!

Esimene auhind võistlusel Make It Fly