Drone e kopshtarisë për inspektimin e bimëve DIY (Tricopter i palosshëm me një buxhet): 20 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:18

Në shtëpinë tonë të fundjavës kemi një kopsht të bukur të vogël me shumë fruta dhe perime, por ndonjëherë është thjesht e vështirë të vazhdosh me mënyrën se si ndryshojnë bimët. Ata kanë nevojë për mbikëqyrje të vazhdueshme dhe janë shumë të prekshëm nga moti, infeksionet, insektet, etj…

Unë kisha shumë pjesë rezervë të shumëkopteve nga projektet e vjetra të vendosura në kutinë time të veglave, kështu që vendosa të krijoj dhe ndërtoj një dron që mund të bëjë analiza të bimëve duke përdorur një Rasperry Pi Zero W dhe NoIR PiCamera të tij. Unë gjithashtu doja të bëja një video për këtë projekt, por kjo është shumë e vështirë pranë universitetit, kështu që unë thjesht do të ngarkoj pamjet e papërpunuara.

Teoria pas Imazheve Afër Infrared

Unë rekomandoj të lexoni këtë artikull të Wikipedia. Thënë shkurt, kur bimët funksionojnë normalisht ato reflektojnë dritën infra të kuqe që vjen nga Dielli. Shumë kafshë mund të shohin dritën IR, si gjarpërinjtë dhe zvarranikët, por edhe kamera juaj mund ta shohë atë (provojeni me një telekomandë televizori). Nëse e hiqni filtrin IR nga kamera juaj do të merrni një imazh të purpurt, të larë. Nëse nuk doni të prishni kamerën tuaj, atëherë duhet ta provoni me NoIR PiCamera, e cila është në thelb e njëjtë me PiCamera standarde, por nuk ka një filtër IR të integruar. Nëse vendosni filtrin infrablues nën lentet e kamerës tuaj do të merrni vetëm dritë IR në kanalin tuaj të Kuq, drita blu në kanalin Blu, jeshile dhe e kuqe filtrohen. Duke përdorur formulën e indeksit të vegjetacionit të normalizuar të diferencuar për çdo piksel, mund të merrni një tregues shumë të mirë për shëndetin dhe aktivitetin fotosintetik të bimës tuaj. Me këtë projekt unë kam qenë në gjendje të skanoj oborrin tonë dhe të identifikoj një bimë jo të shëndetshme nën pemën tonë të dardhës.

Pse një Tricopter?

Më pëlqejnë tricopters pak më shumë se quads për shembull për shkak të efikasitetit të tyre. Ata kanë kohë më të gjatë fluturimi, ato janë më të lira dhe ju mund t'i palosni ato që është ndoshta veçoria më e mirë kur bëhet fjalë për dronët DIY. Më pëlqen gjithashtu të fluturoj me këtë tricopter, ata kanë një kontroll disi "aeroplan" të cilin do ta përjetoni nëse e ndërtoni këtë dron së bashku me mua. Kur është fjala për tris emri i David Windestal është ndoshta i pari në një kërkim në Google, unë rekomandoj të shikoni faqen e tij, po përdor edhe modelin e tij të kornizës së palosshme.

Hapi 1: Pamjet e fluturimit

Ky ishte fluturimi im i dytë provues ku helikopteri ishte akorduar tashmë dhe ishte gati për të bërë analiza të bimëve. Kam disa regjistrime në bord nga kamera ime e veprimit, ju mund të shikoni rrethinën tonë të bukur nga syri i një zogu. Nëse doni të shihni regjistrimet NDVI shkoni në hapin e fundit të këtij udhëzuesi. Fatkeqësisht nuk kisha kohë për të bërë një përshkrim të plotë të udhëzimeve të videos në këtë tricopter, por kam ngarkuar këtë video të shkurtër të testit të fluturimit.

Hapi 2: Mjetet dhe pjesët e kërkuara

Me përjashtim të bumave prej druri dhe llakut të bojës që kisha çdo pjesë të vendosur në kutinë time të veglave, kështu që kostoja totale e këtij projekti ishte rreth 5 dollarë për mua, por do të përpiqem të gjej lidhje eBay ose Banggood me çdo pjesë që kam përdorur. Unë rekomandoj shumë që të shikoni përreth për pjesët, mbase ju mund të merrni një çmim më të mirë se unë.

Mjetet

• Makine per ngjitjen e metalit
• Mjet Dremel
• Printer 3D (nuk kam një, shoku im më ndihmoi)
• Mjete prerëse
• Prerës i telave
• Super ngjites
• Lidhëse zip (shumë prej tyre, në 2 madhësi)
• Spray bojë (me një ngjyrë sipas dëshirës tuaj - kam përdorur të zezë)

Pjesët

1. Kontrolluesi i fluturimit ArduCopter (kam përdorur një APM të vjetër 2.8, por ju duhet të shkoni për një PixHawk ose PIX Mini)
2. Antena GPS me magnetometër
3. Moduli i Telemetrisë MAVLink (për komunikimin e stacionit tokësor)
4. Marrës 6CH + Transmetues
5. Transmetues video
6. Servo Motor (çift rrotullues të paktën 1.5 kg)
7. Helika 10 "(2 CCW, 1 CW + shtesë për zëvendësim)
8. 3 30A SimonK ESC (Kontrollues Elektronik i Shpejtësisë) + 3 Motorë 920kv
9. Bateria 3S 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (vjen me filtër infrablue)
11. 2 rripa baterie
12. Vendet e fikjes së dridhjeve
13. Booms prej druri në formë katrore 1.2 cm (bleva një shufër 1.2 metra)
14. Pjatë Lamina prej druri 2-3mm e trashë
15. Kamera e Veprimit (Kam përdorur një klon GoPro të aftë për 4k - SJCAM 5000x)

Këto janë pjesët që kam përdorur për dronin tim, mos ngurroni ta modifikoni sipas dëshirës tuaj. Nëse nuk jeni të sigurt se çfarë të përdorni lini një koment dhe unë do të përpiqem t'ju ndihmoj. Shënim: Kam përdorur bordin e ndërprerë të APM si kontrollues fluturimi, sepse kisha një rezervë. Fluturon mirë, por kjo tabelë nuk mbështetet më, kështu që ju ndoshta duhet të merrni një kontrollues tjetër fluturimi që është i pajtueshëm me ArduCopter për veçori të shkëlqyera GPS.

Hapi 3: Prerja e kornizës

Shkarkoni skedarin kornizë, shtypeni dhe prerë atë. Kontrolloni nëse madhësia e shtypur është e saktë, atëherë përdorni një stilolaps për të shënuar formën dhe vrimat në pllakën prej druri. Përdorni një sharrë për të prerë kornizën dhe shponi vrimat me një copë 3 mm. Do t'ju duhen vetëm dy nga këto, unë sapo kam bërë 4 si pjesë këmbimi.

Hapi 4: Mblidhni Kornizën

Kam përdorur vida dhe arra 3 mm për të montuar kornizën. Kam prerë çdo bum 35cm të gjatë dhe kam lënë një 3cm të gjatë në pjesën e përparme të kornizës. Mos i shtrëngoni shumë nyjet, por sigurohuni që të ketë fërkime të mjaftueshme në mënyrë që krahët të mos palosen. Ky është një dizajn vërtet i zgjuar, unë u rrëzova dy herë dhe asgjë vetëm krahët e palosur mbrapa.

Hapi 5: Vrimat e shpimit për motorët

Kontrolloni madhësinë e vidhave tuaja motorike dhe distancën midis tyre, pastaj shponi dy vrima në krahët prej druri të majtë dhe të djathtë. Më duhej të bëja një vrimë të thellë 5 mm dhe të gjerë 8 mm në krahë, në mënyrë që boshtet të kenë hapësirë të mjaftueshme për të rrotulluar. Përdorni një letër zmerile për të hequr ato copëzat e vogla dhe për të nxjerrë pluhurin. Ju nuk doni asnjë pluhur në motorët tuaj sepse kjo mund të shkaktojë fërkime dhe nxehtësi të panevojshme.

Hapi 6: Palosje GPS e palosshme

Më duhej të bëja vrima shtesë për antenën time GPS për një përshtatje të mirë. Duhet ta vendosni busullën lart, në mënyrë që të mos ndërhyjë në fushën magnetike të motorëve dhe telave. Kjo është një antenë e thjeshtë palosëse që më ndihmon ta mbaj konfigurimin tim sa më kompakt të jetë e mundur.

Hapi 7: Pikturimi i kornizës

Tani ju duhet të hiqni gjithçka dhe të bëni punën e bojës. Përfundova duke zgjedhur këtë llak me ngjyrë të zezë të thellë. I bashkova pjesët në një fije dhe thjesht i pikturova ato. Për një rezultat vërtet të mirë përdorni 2 ose më shumë shtresa bojë. Shtresa e parë ndoshta do të duket pak e larë sepse druri do të pijë lagështi. Epo, kjo ndodhi në rastin tim.

Hapi 8: Montimi i Platformës së Shuarjes së Dridhjeve

Unë kisha këtë platformë mbajtëse gimbal e cila në ndërtimin tim dyfishohet edhe si mbajtëse e baterisë. Ju duhet ta montoni këtë nën kornizën tuaj me zinxhirë dhe/ose vida. Pesha e baterisë po ndihmon në thithjen e shumë dridhjeve, kështu që do të merrni një pamje vërtet të bukur të kamerës. Ju gjithashtu mund të montoni disa ingranazhe ulëse në shufrat plastike, ndjeva se është e panevojshme. Kjo ngjyrë e zezë funksionoi mirë, në këtë pikë duhet të keni një kornizë të bukur dhe është koha për të vendosur kontrolluesin tuaj të fluturimit.

Hapi 9: Vendosja e ArduCopter

Për të konfiguruar kontrolluesin e fluturimit do t'ju duhet një softuer shtesë falas. Shkarkoni Planifikuesin e Misionit në Windows ose APM Planifikuesin në Mac OS. Kur lidhni kontrolluesin tuaj të fluturimit dhe hapni softuerin, një ndihmës magjistar do të instalojë firmware -in më të fundit në bordin tuaj. Do t'ju ndihmojë të kalibroni busullën tuaj, përshpejtuesin, kontrolluesin e radios dhe mënyrat e fluturimit gjithashtu.

Mënyrat e fluturimit

Unë rekomandoj që të përdorni Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home and Land si mënyra juaj e fluturimit gjashtë. Rrethi është vërtet i dobishëm kur bëhet fjalë për inspektimin e bimëve. Do të orbitojë rreth një koordinate të caktuar, kështu që ndihmon për të analizuar bimët tuaja nga çdo kënd në një mënyrë shumë të saktë. Unë mund të bëj orbitë me shkopinj, por është e vështirë të mbash një rreth të përsosur. Loiter është si të parkoni dronin tuaj në qiell, kështu që ju mund të bëni fotografi me rezolucion të lartë NDVI dhe RTH është e dobishme nëse humbni sinjalin ose humbni orientimin e dronit tuaj.

Kushtojini vëmendje instalimeve elektrike. Përdorni skemën për të futur ESC -të tuaj në kunjat e sakta dhe kontrolloni te Mission Planner lidhjet e kanaleve tuaja të hyrjes. Asnjëherë mos i provoni këto me mjete mbështetëse!

Hapi 10: Instalimi i GPS, Kamera dhe Kontrolluesi i Fluturimit

Pasi të jetë kalibruar kontrolluesi juaj i fluturimit, mund të përdorni një shirit shkumë dhe ta instaloni në mes të kornizës tuaj. Sigurohuni që është përballë përpara dhe keni hapësirë të mjaftueshme për kabllot. Montoni GPS me vida 3 mm dhe përdorni lidhëse zip për ta mbajtur kamerën tuaj në vend. Këta klone GoPro vijnë me të gjitha shërbimet në rritje, kështu që ishte mjaft e thjeshtë për ta instaluar këtë.

Hapi 11: ESC dhe kabllo energjie

Bateritë e mia kanë një lidhës XT60 kështu që unë bashkova 3 tela pozitivë dhe 3 negativë në secilën kunj të një lidhësi femër. Përdorni një tub për tkurrjen e nxehtësisë për të mbrojtur lidhjet kundër shkurtimit të tyre (mund të përdorni edhe shirit elektrik). Kur i lidhni këto tela të trasha fërkojini së bashku dhe rregulloni një tel bakri, pastaj shtoni shumë saldim të shkrirë. Ju nuk dëshironi që të ketë lidhës të ftohtë veçanërisht në fuqizimin e ESC -ve.

Hapi 12: Marrësi dhe Antenat

Për të marrë një sinjal të mirë, duhet të montoni antenat tuaja në 90 gradë. Kam përdorur lidhëse zip dhe tuba për zvogëlimin e nxehtësisë për të montuar antenat e marrësit tim në pjesën e përparme të dronit tim. Shumica e marrësve vijnë me kabllo kështu që kanalet etiketohen kështu që duhet të jetë e lehtë për tu vendosur.

Hapi 13: Mekanizmi i bishtit

Mekanizmi i bishtit është shpirti i një tricopteri. Unë e kam gjetur këtë dizajn në internet, kështu që e provova. Ndjeva se dizajni origjinal ishte pak i dobët, por nëse e ktheni mekanizmin, ai funksionon në mënyrë perfekte. Unë e prerë pjesën e tepërt me një mjet dremel. Në foto mund të duket sikur servo motori im po vuan pak, por funksionon në mënyrë të përsosur. Përdorni një pikë të vogël të superlirit kur shtrëngoni vidhat në mënyrë që të mos bien për shkak të dridhjeve; ose mund t'i lidhni motorët me zip si unë.

Hapi 14: Bërja e një Testi Hovering dhe Akordimi i PID

Kontrolloni dy herë të gjitha lidhjet tuaja dhe sigurohuni që të mos skuqni asgjë kur lidhni baterinë. Instaloni helikat tuaja dhe përpiquni të rri pezull me dronin tuaj. Imi ishte shumë i qetë jashtë kutisë, më duhej të bëja një akordim të vogël të anijes sepse po korrigjonte shumë. Unë nuk mund të mësoj akordimin PID në këtë Instructable, kam mësuar pothuajse gjithçka nga mësimi video i Joshua Bardwell. Ai e shpjegoi këtë shumë më mirë se unë.

Hapi 15: Zgjidhni një mjedër dhe instaloni Raspbian (Jessie)

Doja ta mbaja këtë sa më pak të jetë e mundur kështu që unë shkova me RPi Zero W. Unë jam duke përdorur Raspbian Jessie sepse versionet e reja kishin disa probleme me OpenCV të cilat ne i përdorim për të llogaritur indeksin e vegjetacionit nga pamjet e para. Nëse dëshironi një normë më të lartë FPS, duhet të zgjidhni Raspberry Pi v4. Programin mund ta shkarkoni këtu.

Instalimi i varësive

Ne do të përdorim PiCamera, OpenCV dhe Numpy në këtë projekt. Si një sensor imazhi zgjodha kamerën më të vogël 5MP e cila është e pajtueshme vetëm me bordet Zero.

1. Flashoni imazhin tuaj duke përdorur mjetin tuaj të preferuar (më pëlqen Balena Etcher).
2. Nisni Raspberry tuaj me një monitor të lidhur.
3. Aktivizo ndërfaqet e kamerës dhe SSH.
4. Kontrolloni adresën tuaj IP me ifconfig në terminal.
5. SSH në RPi -në tuaj me komandën ssh pi@YOUR_IP.
6. Kopjoni dhe ngjisni udhëzimet për të instaluar programet e kërkuara:

përditësim sudo apt-get

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 (për ta testuar atë) import cv2 cv2._ version_

Ju duhet të shihni një përgjigje me numrin e versionit të bibliotekës tuaj OpenCV.

Hapi 16: Testimi i kamerës NoIR dhe imazhit NDVI

Fikni tabelën tuaj RPi, futni kamerën dhe pastaj mund të përpiqemi të bëjmë disa imazhe NDVI me të. Ju mund të shihni në lule (atë me sfond të kuq), që pjesët më të gjelbra brenda tregojnë disa aktivitete fotosintetike. Ky ishte testi im i parë, i cili u bë me Infragram. Mësova të gjitha formulat dhe hartën e ngjyrave në faqen e tyre për të shkruar një kod plotësisht funksional. Për t'i bërë gjërat më të automatizuara, unë bëra një shkrim Python që kap kornizat, llogarit imazhet NDVI dhe i ruan ato në 1080p në helikopter.

Këto imazhe do të kenë një hartë të çuditshme dhe do të duken sikur janë nga një planet tjetër. Bëni disa teste, ndryshoni disa variabla, rregulloni mirë sensorin tuaj para misionit të parë.

Hapi 17: Instalimi i RPi Zero W në Drone

Unë instalova Pi Zero në pjesën e përparme të tricopter. Mund të përballeni me kamerën përpara si unë ose poshtë gjithashtu. Arsyeja pse imja po përballet përpara është të tregoj ndryshimin midis bimëve dhe objekteve të tjera jo fotosintetike. Shënim: Mund të ndodhë që disa sipërfaqe të reflektojnë dritën IR ose të jenë më të ngrohta se rrethina, gjë që i bën ata të kenë një ngjyrë të verdhë të ndritshme.

Hapi 18: Shtimi i një transmetuesi video (Opsionale)

Unë e kisha këtë VTx të vendosur përreth ashtu si dhe të instaluar në krahun e pasmë të helikopterit tim. Kjo ka një rreze prej 2000 metrash, por nuk e kam përdorur gjatë bërjes së testeve. Bëri vetëm një fluturim FPV për argëtim me të. Kur nuk e përdor kabllot hiqen, përndryshe ato fshihen nën kornizë për ta mbajtur ndërtesën time të bukur dhe të pastër.

Hapi 19: Bërja e analizës së bimëve

Bëra dy fluturime 25 minutëshe për një analizë të duhur. Shumica e perimeve tona dukej se ishin në rregull, patatet kishin nevojë për kujdes dhe lotim shtesë. Do të kontrolloni atë që ndihmoi brenda pak ditësh. Ato duken mjaft të gjelbra në foto në krahasim me pemët portokalli dhe rozë.

Më pëlqen të bëj fluturime rrethore në mënyrë që të mund të ekzaminoj bimët nga çdo kënd. Ju mund ta shihni qartë se nën pemët frutore disa perime nuk marrin dritë të mjaftueshme të diellit, gjë që i bën ato të bëhen blu ose të zeza në imazhet NDVI. Nuk është problem nëse një pjesë e pemës nuk merr dritë të mjaftueshme të diellit në një kohë të ditës, por është keq nëse e gjithë bima kthehet në të zezë dhe të bardhë.

Hapi 20: Fluturo i sigurt;)

Faleminderit që lexuat këtë Instructable, shpresoj se disa prej jush do të përpiqen të bëjnë eksperimente me imazhe NDVI ose me ndërtimin e dronëve. U kënaqa shumë duke e bërë këtë projekt nga pjesët prej druri zero, nëse ju pëlqeu gjithashtu ju mund të konsideroni të më ndihmoni me votën tuaj të sjellshme. Oh, fluturoni të sigurt, kurrë mbi njerëzit dhe shijoni hobin!

Çmimi i parë në Sfidën Make It Fly