Направи си сам инспекция на растенията градинарски дрон (сгъваем трикоптер с ограничен бюджет): 20 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

В нашата уикенд къща имаме хубава малка градина с много плодове и зеленчуци, но понякога е просто трудно да сме в крак с това как се променят растенията. Те се нуждаят от постоянен надзор и са много уязвими към времето, инфекциите, бъговете и т.н.

Имах много резервни части за многокоптери от стари проекти, лежащи в кутията ми с инструменти, затова реших да проектирам и изградя дрон, който може да прави анализ на растенията с помощта на Rasperry Pi Zero W и неговата NoIR PiCamera. Исках също да направя видео по този проект, но това е доста трудно до университета, така че просто ще кача необработените кадри.

Теорията зад инфрачервените изображения

Препоръчвам ви да прочетете тази статия в Уикипедия. Накратко, когато растенията функционират нормално, те отразяват инфрачервената светлина, идваща от Слънцето. Много животни могат да виждат инфрачервена светлина, като змии и влечуги, но камерата ви също може да я види (опитайте с дистанционно управление на телевизора). Ако премахнете инфрачервения филтър от камерата, ще получите лилаво, измито изображение. Ако не искате да счупите камерата си, трябва да я опитате с NoIR PiCamera, която по същество е същата като стандартната PiCamera, но няма вграден IR филтър. Ако поставите инфрачервения филтър под обектива на фотоапарата, ще получите само инфрачервена светлина на вашия червен канал, синя светлина на син канал, зелено и червено се филтрират. Използвайки нормализираната формула за различен индекс на растителност за всеки пиксел, можете да получите много добър индикатор за здравето и фотосинтетичната активност на вашето растение. С този проект успях да сканирам задния ни двор и да идентифицирам нездравословно растение под нашата круша.

Защо трикоптер?

Харесвам трикоптерите малко повече от четворките например поради тяхната ефективност. Те имат по -дълго време за полет, те са по -евтини и можете да ги сгънете, което е може би най -добрата характеристика, когато става въпрос за дронове „направи си сам“. Също така се радвам да летя с този трикоптер, те имат донякъде "самолетен" контрол, който ще изпитате, ако създадете този дрон заедно с мен. Що се отнася до tris Името на David Windestal е може би първото в търсенето с Google, препоръчвам да проверите неговия сайт, използвам и дизайна на сгъваемата му рамка.

Стъпка 1: Кадри с полет

Това беше вторият ми изпитателен полет, където хеликоптерът вече беше настроен и готов да направи анализ на растенията. Имам някои вградени записи от моята екшън камера, можете да разгледате красивата ни обстановка от птичи поглед. Ако искате да видите записите на NDVI, преминете към последната стъпка от тази инструкция. За съжаление нямах време да направя пълно видео как да ръководя видеото на този трикоптер, но качих този кратък полетен видеоклип.

Стъпка 2: Необходими инструменти и части

С изключение на дървените стрели и спрея за боядисване, които всяка част оставих в кутията си с инструменти, така че общата цена на този проект беше около 5 долара за мен, но ще се опитам да намеря връзки към eBay или Banggood към всяка част, която използвах. Силно препоръчвам да се огледате за частите, може би можете да получите по -добра цена от мен.

Инструменти

• Поялник
• Инструмент Dremel
• 3D принтер (нямам такъв, приятелят ми ми помогна)
• Режещи инструменти
• Резачка за тел
• Супер лепило
• Връзки с цип (много от тях, в 2 размера)
• Спрей за боя (с цвят, който ви харесва - използвах черен)

Части

1. ArduCopter Flight Controller (Използвах стар APM 2.8, но трябва да отидете за PixHawk или PIX Mini)
2. GPS антена с магнитометър
3. Модул за телеметрия MAVLink (за комуникация със наземна станция)
4. 6CH приемник + предавател
5. Видео предавател
6. Серво мотор (най -малко 1,5 кг въртящ момент)
7. 10 "витла (2 CCW, 1 CW + допълнително за смяна)
8. 3 30A SimonK ESCs (електронен регулатор на скоростта) + 3 920kv двигатели
9. 3S батерия 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (идва с инфрачервен филтър)
11. 2 ленти за батерии
12. Опора за вибрации
13. Дървени стрели с квадратна форма 1,2 см (купих пръчка от 1,2 метра)
14. 2-3 мм дебела дървена ламинарна плоча
15. Екшън камера (използвах 4K способен GoPro клонинг - SJCAM 5000x)

Това са частите, които използвах за моя дрон, не се колебайте да го модифицирате по ваш вкус. Ако не сте сигурни какво да използвате, оставете коментар и ще се опитам да ви помогна. Забележка: Използвах прекратената платка APM като полетен контролер, защото имах един резервен. Лети добре, но тази дъска вече не се поддържа, така че вероятно трябва да получите друг полетен контролер, съвместим с ArduCopter за страхотни GPS функции.

Стъпка 3: Изрязване на рамката

Изтеглете файла с рамката, отпечатайте го и го изрежете. Проверете дали отпечатаният размер е правилен, след това използвайте химикалка, за да маркирате формата и дупките на дървената плоча. Използвайте трион, за да изрежете рамката и пробийте дупките с бита 3 мм. Ще ви трябват само две от тях, току -що направих 4 като резервни части.

Стъпка 4: Сглобете рамката

Използвах 3 мм винтове и гайки, за да сглобя рамката. Нарязах всяка стрела с дължина 35 см и оставих дължина 3 см в предната част на рамката. Не затягайте прекалено ставите, но се уверете, че има достатъчно триене, така че ръцете да не се сгъват. Това е наистина умен дизайн, разбих се два пъти и нищо само ръцете бяха сгънати назад.

Стъпка 5: Пробиване на отвори за двигателите

Проверете размера на винтовете на двигателя и разстоянието между тях, след това пробийте два отвора в лявата и дясната дървена рамена. Трябваше да пробия 5 мм дълбока и 8 мм широка дупка в ръцете, така че валовете да имат достатъчно място за въртене. Използвайте шкурка, за да премахнете тези малки частици и да издухате праха. Не искате прах в двигателите си, защото това може да причини ненужно триене и топлина.

Стъпка 6: Сгъваема GPS стойка

Трябваше да пробия допълнителни дупки за моята GPS антена за добро прилягане. Трябва да поставите компаса високо, така че да не пречи на магнитното поле на двигателите и проводниците. Това е проста сгъваема антена, която ми помага да запазя настройката си възможно най -компактна.

Стъпка 7: Боядисване на рамката

Сега трябва да развиете всичко и да свършите боядисването. В крайна сметка избрах този матов спрей с дълбок черен цвят. Закачих частите на конец и просто ги боядисах. За наистина добър резултат използвайте 2 или повече слоя боя. Първият слой вероятно ще изглежда малко измит, защото дървото ще изпие влагата. Е, това се случи в моя случай.

Стъпка 8: Монтиране на платформата за намаляване на вибрациите

Имах тази платформа за държач на кардан, която в моята конструкция също служи като държач за батерия. Трябва да монтирате това под рамката си с ципове и/или винтове. Теглото на батерията помага да се абсорбират много вибрации, така че ще получите наистина хубави кадри от камерата. Можете също така да монтирате някои колесници на пластмасовите пръти, почувствах, че е излишно. Този черен цвят се получи добре, в този момент трябва да имате добре изглеждаща рамка и е време да настроите своя полетен контролер.

Стъпка 9: Настройка на ArduCopter

За да настроите полетния контролер, ще ви е необходим допълнителен безплатен софтуер. Изтеглете Mission Planner за Windows или APM Planner за Mac OS. Когато включите вашия полетен контролер и отворите софтуера, помощникът на съветника ще инсталира най -новия фърмуер на вашата дъска. Това ще ви помогне да калибрирате вашия компас, акселерометър, радиоконтролер и режими на полет.

Режими на полет

Препоръчвам да използвате Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home and Land като шест полетен режим. Circle е наистина полезен, когато става въпрос за проверка на растенията. Той ще обикаля около дадена координата, така че ще ви помогне да анализирате вашите растения от всеки ъгъл по много прецизен начин. Мога да правя орбита с пръчките, но е трудно да се поддържа перфектен кръг. Помощта е като да паркирате своя дрон в небето, така че можете да правите снимки с висока разделителна способност NDVI и RTH е полезен, ако загубите сигнал или загубите ориентацията на вашия дрон.

Обърнете внимание на кабелите си. Използвайте схемата, за да включите вашите ESC в правилните щифтове и проверете в Mission Planner окабеляването на вашите входни канали. Никога не тествайте това с реквизит!

Стъпка 10: Инсталиране на GPS, камерата и контролера на полета

След като вашият полетен контролер е калибриран, можете да използвате лента от пяна и да го инсталирате в средата на рамката. Уверете се, че е обърнат напред и има достатъчно място за кабелите. Монтирайте GPS с 3 мм винтове и използвайте ципове, за да поддържате камерата на място. Тези клонинги на GoPro идват с всички помощни програми за монтаж, така че беше доста лесно да инсталирате този.

Стъпка 11: ESC и захранващ кабел

Батериите ми имат конектор XT60, така че запоявах 3 положителни и 3 отрицателни проводника към всеки щифт на женски конектор. Използвайте термосвиваема тръба, за да предпазите връзките от късо съединение (можете да използвате и електрическа лента). Когато запоявате тези дебели проводници, ги разтривайте заедно и ги фиксирайте с медна жица, след което добавете много разтопен спойка. Не искате студени спойки, особено при захранване на ESC.

Стъпка 12: Приемник и антени

За да получите добро приемане на сигнал, трябва да монтирате антените си на 90 градуса. Използвах ципове и термосвиваеми тръби, за да монтирам приемните си антени в предната част на моя дрон. Повечето приемници се доставят с кабели, така че каналите са етикетирани, така че трябва да е лесно да ги настроите.

Стъпка 13: Механизмът на опашката

Опашният механизъм е душата на трикоптер. Намерих този дизайн онлайн, затова го опитах. Имах чувството, че оригиналният дизайн е малко слаб, но ако обърнете механизма, той работи перфектно. Изрязах излишната част с инструмент dremel. На снимката може да изглежда, че моят серво мотор страда малко, но работи безупречно. Използвайте малка капка суперлепило при затягане на винтове, за да не паднат поради вибрациите; или можете да завържете циповете на моторите както аз.

Стъпка 14: Извършване на тест при зависване и настройка на PID

Проверете отново всичките си връзки и се уверете, че няма да пържите нищо, когато включите батерията. Инсталирайте витлата си и се опитайте да се движите с вашия дрон. Моят беше доста гладък от кутията, просто трябваше да направя малко настройка на криволичене, защото коригира твърде много. Не мога да преподавам PID настройка в тази инструкция, научих почти всичко от видео урока на Джошуа Баруел. Той обясни това много по -добре от мен.

Стъпка 15: Изберете Raspberry и инсталирайте Raspbian (Джеси)

Исках да запазя това възможно най -малко, затова отидох с RPi Zero W. Използвам Raspbian Jessie, защото по -новите версии имаха някои проблеми с OpenCV, които използваме за изчисляване на растителния индекс от необработените кадри. Ако искате по -висока скорост на FPS, трябва да изберете Raspberry Pi v4. Можете да изтеглите софтуера тук.

Инсталиране на зависимости

Ще използваме PiCamera, OpenCV и Numpy в този проект. Като сензор за изображение избрах по -малката 5MP камера, която е съвместима само с Zero платки.

1. Мигайте изображението си с любимия си инструмент (харесвам Balena Etcher).
2. Стартирайте вашия Raspberry със свързан монитор.
3. Активирайте интерфейсите за камера и SSH.
4. Проверете вашия IP адрес с ifconfig в терминала.
5. SSH във вашия RPi с командата ssh pi@YOUR_IP.
6. Копирайте и поставете инструкциите, за да инсталирате необходимия софтуер:

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.0-dev sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran sudo pip install numpy python-opencv python (за да го тества) импортиране на cv2 cv2._ версия_

Трябва да видите отговор с номера на версията на вашата OpenCV библиотека.

Стъпка 16: Тестване на NoIR камерата и NDVI изображения

Изключете вашата RPi платка, поставете камерата и след това можем да опитаме да направим някои NDVI изображения с нея. Можете да видите на цветето (това с червен фон), че по -зелените части отвътре показват някаква фотосинтетична активност. Това беше първият ми тест, направен с Infragram. Научих всички формули и цветово картографиране на техния сайт, за да напиша напълно функционален код. За да направя нещата по -автоматизирани, направих скрипт на Python, който улавя кадри, изчислява NDVI изображенията и ги записва в 1080p на коптера.

Тези изображения ще имат странна цветова карта и ще изглеждат сякаш са от друга планета. Направете няколко теста, променете някои променливи, прецизно настройте сензора си преди първата мисия.

Стъпка 17: Инсталиране на RPi Zero W на Drone

Инсталирах Pi Zero в предната част на трикоптера. Можете да гледате камерата си напред, както аз или надолу. Причината, поради която моята е обърната напред, е да покаже разликата между растенията и други нефотосинтезиращи обекти. Забележка: Може да се случи, че някои повърхности отразяват инфрачервена светлина или са по -топли от околната среда, което ги кара да имат ярко жълт цвят.

Стъпка 18: Добавяне на видеопредавател (по избор)

Имах и този VTx, разположен наоколо, така инсталиран на задната ръка на хеликоптера ми. Това има обхват от 2000 метра, но не съм го използвал, докато правех тестове. Само FPV полет за забавление с него. Когато не го използвам, кабелите се отстраняват, в противен случай те са скрити под рамката, за да поддържат конструкцията ми хубава и чиста.

Стъпка 19: Извършване на анализ на растенията

Направих два 25 -минутни полета за правилен анализ. Повечето от нашите зеленчуци изглеждаха добре, картофите се нуждаеха от допълнителни грижи и поливане. Отивам да проверя, което помогна за няколко дни. Те изглеждат доста зелени на снимката в сравнение с портокаловите и розовите дървета.

Обичам да правя кръгови полети, за да мога да разглеждам растенията от всеки ъгъл. Можете ясно да видите, че под овощните дървета някои зеленчуци не получават достатъчно слънчева светлина, което ги прави сини или черни в изображенията на NDVI. Не е проблем, ако една част от дървото не получава достатъчно слънчева светлина по едно и също време на деня, но е лошо, ако цялото растение се превърне в черно и бяло.

Стъпка 20: Fly Safe;)

Благодарим ви, че прочетохте тази инструкция, надявам се някои от вас да се опитат да направят експерименти с NDVI изображения или с изграждане на дронове. Много се забавлявах, като направих този проект от нула от дървени части, ако и на вас ви хареса, можете да помислите да ми помогнете с вашия любезен вот. О, летете безопасно, никога над хората и се насладете на хобито!

Първа награда в предизвикателството Make It Fly