DIY növényellenőrző kertészeti drone (összecsukható tricopter a költségvetésben): 20 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Hétvégi házunkban van egy szép kis kertünk, sok gyümölccsel és zöldséggel, de néha nehéz lépést tartani a növények változásával. Állandó felügyeletet igényelnek, és nagyon sebezhetőek az időjárással, fertőzésekkel, hibákkal stb.

Az eszközkészletben sok multikopter tartalék alkatrész volt a régi projektekben, ezért úgy döntöttem, hogy tervezek és gyártok egy drónt, amely a Rasperry Pi Zero W és annak NoIR PiCamera segítségével elemzi a növényeket. Videót is akartam készíteni erről a projektről, de ez elég nehéz az egyetem mellett, ezért csak feltöltöm a nyers felvételeket.

A közeli infravörös képalkotás elmélete

Javaslom, hogy olvassa el ezt a Wikipedia cikket. Röviden: ha a növények normálisan működnek, visszaverik a Napból érkező infravörös fényt. Sok állat láthat infravörös fényt, például kígyók és hüllők, de a fényképezőgép is látja (próbálja ki egy TV távirányítójával). Ha eltávolítja az infravörös szűrőt a fényképezőgépről, lilás, kimosott képet kap. Ha nem akarja összetörni a fényképezőgépét, akkor próbálja ki a NoIR PiCamera segítségével, amely alapvetően megegyezik a standard PiCamera -val, de nem rendelkezik beépített infravörös szűrővel. Ha az infrablue szűrőt a fényképezőgép lencséje alá helyezi, akkor csak az infravörös fényt kapja a piros csatornán, a kék fényt a kék csatornán, a zöld és a piros kiszűrik. A normalizált különbség vegetáció index képletét használva minden pixelre, nagyon jó mutatót kaphat növénye egészségéről és fotoszintetikus aktivitásáról. Ezzel a projekttel sikerült átvizsgálnom a kertünket, és azonosítani egy egészségtelen növényt a körtefa alatt.

Miért pont tricopter?

A tricoptereket kicsit jobban szeretem, mint például a quadokat, a hatékonyságuk miatt. Hosszabb repülési idővel rendelkeznek, olcsóbbak, és összecsukhatja őket, ami valószínűleg a legjobb tulajdonság a barkácsdrónok esetében. Én is élvezem a repülést ezzel a tricopterrel, van egy kissé "repülőgépes" vezérlésük, amit tapasztalni fogsz, ha velem együtt építed ezt a drónt. Ha triszról van szó, David Windestal neve valószínűleg az első a Google -keresésben, azt javaslom, hogy nézze meg az oldalát, én is az összecsukható keretét használom.

1. lépés: Repülési felvételek

Ez volt a második próbarepülésem, ahol a helikopter már be volt hangolva és készen állt a növényelemzésre. Van néhány fedélzeti felvételem az akciókamerámból, madártávlatból megnézheti gyönyörű környezetünket. Ha látni szeretné az NDVI felvételeket, folytassa az utasítás utolsó lépésével. Sajnos nem volt időm teljes körű útmutatót készíteni erről a tricopterről, de feltöltöttem ezt a rövid repülési tesztvideót.

2. lépés: Szükséges eszközök és alkatrészek

A fából készült gémek és a festékszóró kivételével minden alkatrész az eszköztárban feküdt, így a projekt összköltsége 5 dollár körül volt számomra, de megpróbálok megtalálni az eBay vagy a Banggood linkeket minden használt részemhez. Nagyon ajánlom, hogy nézzen körül az alkatrészek között, talán jobb árat kaphat, mint én.

Eszközök

• Forrasztópáka
• Dremel eszköz
• 3D nyomtató (nincs ilyenem, a barátom segített nekem)
• Vágó eszközök
• Drótvágó
• Pillanatragasztó
• Cipzáras nyakkendők (sok közülük, 2 méretben)
• Festékszóró (tetszőleges színnel - feketét használtam)

Alkatrészek

1. ArduCopter Flight Controller (régi APM 2.8 -at használtam, de érdemes PixHawk vagy PIX Mini -t választani)
2. GPS antenna magnetométerrel
3. MAVLink Telelemetry modul (földi állomás kommunikációhoz)
4. 6CH vevő + adó
5. Videó adó
6. Szervo motor (legalább 1,5 kg nyomaték)
7. 10 "-os légcsavarok (2 CCW, 1 CW + pótlás)
8. 3 30A SimonK ESC (elektronikus sebességszabályozó) + 3 920kv motor
9. 3S akkumulátor 5,2 Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (infrablue szűrővel)
11. 2 Akkpántok
12. Rezgéscsillapítók
13. 1,2 cm -es négyszögletes fa gémek (vettem egy 1,2 méteres rudat)
14. 2-3 mm vastag fából készült laminált lemez
15. Akciókamera (4k képes GoPro klónt használtam - SJCAM 5000x)

Ezeket az alkatrészeket használtam a drónomhoz, nyugodtan módosítsd ízlésed szerint. Ha nem biztos benne, hogy mit használjon, írjon megjegyzést, és megpróbálok segíteni. Megjegyzés: A megszűnt APM kártyát repülésvezérlőként használtam, mert volt egy tartalékom. Jól repül, de ez a tábla már nem támogatott, ezért valószínűleg érdemes beszereznie egy másik repülésvezérlőt, amely kompatibilis az ArduCopterrel a nagyszerű GPS -funkciók érdekében.

3. lépés: A keret vágása

Töltse le a keretfájlt, nyomtassa ki és vágja ki. Ellenőrizze, hogy a nyomtatott méret megfelelő -e, majd egy tollal jelölje meg a falemez alakját és lyukait. Fűrésszel vágja le a keretet, és fúrja ki a lyukakat 3 mm -es fúróval. Ebből csak kettőre lesz szüksége, én 4 -et készítettem pótalkatrészként.

4. lépés: Szerelje össze a keretet

A keret összeállításához 3 mm -es csavarokat és anyákat használtam. Mindegyik gémet 35 cm hosszúra vágtam, és egy 3 cm hosszúat hagytam a keret elején. Ne húzza túl az ízületeket, de ügyeljen arra, hogy elegendő súrlódás legyen, hogy a karok ne hajtsanak össze. Ez egy igazán okos kialakítás, kétszer lezuhantam, és semmi, csak a karok hátrahajtva.

5. lépés: Lyukak fúrása a motorokhoz

Ellenőrizze a motorcsavarok méretét és a köztük lévő távolságot, majd fúrjon két lyukat a bal és a jobb fa karba. 5 mm mély és 8 mm széles lyukat kellett fúrnom a karokban, hogy a tengelyeknek elegendő helyük legyen a forgáshoz. Csiszolópapírral távolítsa el ezeket a kis szilánkokat, és fújja ki a port. Nem szeretne port a motorokba, mert ez szükségtelen súrlódást és hőt okozhat.

6. lépés: A GPS -tartó összecsukása

A megfelelő illeszkedés érdekében extra lyukakat kellett fúrnom a GPS antennámhoz. Az iránytűt magasan kell elhelyezni, hogy ne zavarja a motorok és vezetékek mágneses mezőjét. Ez egy egyszerű összecsukható antenna, amely segít abban, hogy a lehető legkompaktabb legyen a beállításom.

7. lépés: A keret festése

Most mindent le kell csavarni, és el kell végezni a festést. Végül ezt a matt mély fekete színű spray -t választottam. Az alkatrészeket egy szálra akasztottam, és egyszerűen lefestettem. Az igazán jó eredmény érdekében használjon 2 vagy több réteg festéket. Az első réteg valószínűleg kissé kimosottnak tűnik, mert a fa felszívja a nedvességet. Nos, ez történt az én esetemben.

8. lépés: A rezgéscsillapító platform felszerelése

Volt ez a kardántartó platform, amely a konstrukciómban akkumulátortartóként is működik. Ezt a keret alá kell rögzíteni cipzárral és/vagy csavarokkal. Az akkumulátor súlya segít sok rezgés elnyelésében, így igazán szép kamerás felvételeket kap. A műanyag rudakra néhány futóművet is felszerelhet, szükségtelennek éreztem. Ez a fekete szín jól sikerült, ezen a ponton szép kerettel kell rendelkeznie, és ideje beállítani a repülésvezérlőt.

9. lépés: Az ArduCopter beállítása

A repülésvezérlő beállításához további ingyenes szoftverre lesz szüksége. Töltse le a Mission Planner alkalmazást Windows rendszeren vagy APM Planner programot Mac OS rendszeren. Amikor csatlakoztatja a repülésvezérlőt, és megnyitja a szoftvert, a varázsló segítője telepíti a legfrissebb firmware -t az alaplapra. Segíteni fog az iránytű, a gyorsulásmérő, a rádióvezérlő és a repülési módok kalibrálásában is.

Repülési módok

Azt javaslom, hogy használja a Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home és Land hat repülési módját. A Circle nagyon hasznos, amikor növényellenőrzésről van szó. Egy adott koordináta körül fog keringni, így segít a növények minden szögből történő nagyon pontos elemzésében. Tudok pályát csinálni a botokkal, de nehéz fenntartani a tökéletes kört. A Loiter olyan, mintha a drónját az égen parkolná, így nagy felbontású NDVI képeket készíthet, és az RTH hasznos, ha elveszíti a jelet vagy elveszíti drónjának irányát.

Ügyeljen a vezetékeire. A vázlat segítségével csatlakoztassa az ESC -ket a megfelelő tűkhöz, és ellenőrizze a Mission Plannerben a bemeneti csatornák vezetékezését. Soha ne tesztelje ezeket támaszokkal!

10. lépés: A GPS, a kamera és a repülésvezérlő telepítése

A repülésvezérlő kalibrálása után használhat habszalagot, és a keret közepére helyezheti. Ügyeljen arra, hogy előre nézzen, és legyen elég hely a kábeleknek. Szerelje fel a GPS -t 3 mm -es csavarokkal, és cipzárral rögzítse a fényképezőgépet a helyén. Ezek a GoPro klónok az összes szerelési segédprogrammal együtt érkeznek, így a telepítés meglehetősen egyszerű volt.

11. lépés: ESC -k és tápkábel

Az akkumulátoraim XT60 csatlakozóval rendelkeznek, így 3 pozitív és 3 negatív vezetéket forrasztottam a női csatlakozó minden tűjére. Használjon valamilyen zsugorcsövet, hogy megvédje a csatlakozásokat a rövidzárlattól (használhat elektromos szalagot is). Amikor forrasztja ezeket a vastag huzalokat, dörzsölje össze őket, és rögzítse őket egy rézhuzalhoz, majd adjon hozzá sok olvadt forrasztást. Nem akar hideg forrasztási kötéseket, különösen az ESC -k bekapcsolásakor.

12. lépés: Vevő és antennák

A jó vétel érdekében az antennákat 90 fokban kell felszerelni. Cipzárral és hőre zsugorodó csövekkel erősítettem a vevő antennáimat a drónom elejére. A legtöbb vevőegység kábelekkel van ellátva, és a csatornák fel vannak tüntetve, így könnyen beállítható.

13. lépés: A farokmechanizmus

A farokmechanizmus egy tricopter lelke. A neten találtam ezt a dizájnt, ezért kipróbáltam. Úgy éreztem, hogy az eredeti kialakítás kissé gyenge, de ha megfordítja a mechanizmust, akkor tökéletesen működik. A felesleges részt dremel szerszámmal vágtam le. A képen úgy tűnhet, hogy a szervomotorom szenved egy kicsit, de hibátlanul működik. A csavarok meghúzásakor használjon egy csepp szuperragasztót, hogy ne essenek le a rezgések miatt; vagy összecsukhatja a motorokat, mint én.

14. lépés: Lebegő teszt elvégzése és PID hangolás

Ellenőrizze az összes csatlakozást, és győződjön meg arról, hogy nem süt semmit, amikor csatlakoztatja az akkumulátort. Telepítse a propellereit, és próbálja meg lebegni a drónjával. Az enyém meglehetősen sima volt a dobozból, csak egy kis ringatózást kellett elvégeznem, mert túlságosan korrigált. Nem tudom megtanítani a PID hangolást ebben az Instructable -ben, szinte mindent Joshua Bardwell videó bemutatójából tanultam. Ezt sokkal jobban elmagyarázza, mint én.

15. lépés: Válasszon egy málnát, és telepítse a Raspbian -t (Jessie)

Ezt a lehető legkisebb súlyon akartam tartani, ezért az RPi Zero W -vel indultam. A Raspbian Jessie -t használom, mert az újabb verzióknak volt némi problémája az OpenCV -vel, amelyet a nyers felvételekből kiszámítunk. Ha magasabb FPS -arányt szeretne, akkor válassza a Raspberry Pi v4 -et. A szoftvert innen töltheti le.

Függőségek telepítése

Ebben a projektben a PiCamera, az OpenCV és a Numpy programokat fogjuk használni. Képérzékelőként a kisebb, 5 megapixeles kamerát választottam, amely csak a Zero kártyákkal kompatibilis.

1. Villogtassa a képet kedvenc eszközével (szeretem Balena Etcher -t).
2. Indítsa el a Raspberry -t csatlakoztatott monitorral.
3. Engedélyezze a kamera és az SSH interfészeket.
4. Ellenőrizze IP -címét az ifconfig segítségével a terminálon.
5. SSH -t az RPi -be az ssh pi@YOUR_IP paranccsal.
6. Másolja és illessze be az utasításokat a szükséges szoftverek telepítéséhez:

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 (teszteléshez) import cv2 cv2._ verzió_

Választ kell látnia az OpenCV könyvtár verziószámával.

16. lépés: A NoIR kamera és az NDVI Imaging tesztelése

Kapcsolja ki az RPi kártyát, helyezze be a kamerát, majd megpróbálhatunk vele némi NDVI képalkotást végezni. A virágon (a piros háttérrel) látható, hogy a zöldebb részek némi fotoszintetikus tevékenységet mutatnak. Ez volt az első tesztem, amit Infragrammal készítettem. Megtanultam az összes képletet és színleképezést a webhelyükön, hogy teljesen működőképes kódot írjak. A dolgok automatizálása érdekében készítettem egy Python -szkriptet, amely rögzíti a képkockákat, kiszámítja az NDVI -képeket, és 1080p -ben elmenti őket a helikopterre.

Ezeknek a képeknek furcsa színképe lesz, és úgy fognak kinézni, mintha egy másik bolygóról származnának. Végezzen néhány tesztet, változtasson néhány változót, finomhangolja az érzékelőt az első küldetés előtt.

17. lépés: Az RPi Zero W telepítése a drónra

A tricopter elejére telepítettem a Pi Zero -t. A kamerával előre is nézhet, ahogy én, vagy lefelé. Az enyém azért néz előre, mert megmutatja a különbséget a növények és más nem fotoszintetikus tárgyak között. Megjegyzés: Előfordulhat, hogy egyes felületek visszaverik az infravörös fényt, vagy melegebbek, mint a környezet, ezért világos sárga színűek.

18. lépés: Videó -adó hozzáadása (opcionális)

Ezt a VTx -et is lefektettem, ezért a helikopter hátsó karjára szereltem. Ennek hatótávolsága 2000 méter, de nem használtam tesztelés közben. Csak egy szórakoztató FPV repülés volt vele. Ha nem használom, a kábeleket eltávolítják, különben a keret alá rejtik, hogy szép és tiszta maradjon az építményem.

19. lépés: Növényelemzés elvégzése

Két 25 perces repülést végeztem a megfelelő elemzéshez. A legtöbb zöldségünk rendben volt, a burgonyát némi extra gondozásra és öntözésre volt szükség. Megyek ellenőrizni, ami néhány nap alatt segített. Elég zöldek a képen a narancs és rózsaszín fákhoz képest.

Szeretek körrepüléseket végezni, hogy minden szögből megvizsgálhassam a növényeket. Jól látható, hogy a gyümölcsfák alatt egyes zöldségek nem jutnak elegendő napfényhez, ami miatt az NDVI képeken kékre vagy feketére válnak. Nem jelent problémát, ha a fa egyik része nem kap elegendő napfényt a napszakban, de rossz, ha az egész növény fekete -fehérré változik.

20. lépés: Repülj biztonságosan;)

Köszönöm, hogy elolvasta ezt az utasítást, remélem, néhányan megpróbálnak kísérleteket végezni az NDVI képalkotással vagy drónok építésével. Nagyon jól szórakoztam, hogy ezt a projektet fából készült alkatrészekből nulláról készítettem, ha tetszett, fontolja meg, hogy segít a szíves szavazásában. Ó, repülj biztonságosan, soha ne állj emberek fölé, és élvezd a hobbit!

Első díj a Make It Fly Challenge -ben