DIY o'simliklarni tekshirish bog'dorchilik droni (byudjet bo'yicha trikopter): 20 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Dam olish kunlari uyimizda bizda meva va sabzavotlar ko'p bo'lgan go'zal bog 'bor, lekin ba'zida o'simliklar qanday o'zgarishini kuzatib borish qiyin. Ular doimiy nazoratga muhtoj va ular ob -havo, infektsiyalar, xatolar va boshqalarga juda zaif …

Menda asboblar qutisida eski loyihalarning ko'plab multikopter ehtiyot qismlari bor edi, shuning uchun Rasperry Pi Zero W va uning NoIR PiCamera yordamida o'simliklarni tahlil qila oladigan uchuvchisiz samolyotni loyihalash va qurishga qaror qildim. Men ham bu loyiha haqida video qilishni xohlardim, lekin bu universitet yonida juda qiyin, shuning uchun men faqat rasmlarni yuklayman.

Yaqin infraqizil tasvirlash nazariyasi

Men ushbu Vikipediya maqolasini o'qishni tavsiya qilaman. Qisqasi, o'simliklar normal ishlayotganda, ular Quyoshdan keladigan infraqizil nurni aks ettiradi. Ko'p hayvonlar ilon va sudralib yuruvchilar kabi IQ nurini ko'ra oladi, lekin sizning kamerangiz ham uni ko'ra oladi (televizorning masofadan boshqarish pulti yordamida sinab ko'ring). Agar siz IR filtrini kamerangizdan olib tashlasangiz, binafsha rang, yuvilgan tasvirni olasiz. Agar siz kamerangizni sindirmoqchi bo'lmasangiz, uni NoIR PiCamera bilan sinab ko'rishingiz kerak, u asosan standart PiCamera bilan bir xil, lekin o'rnatilgan IR filtri yo'q. Agar siz infraqizil filtrni kamerangiz linzalari ostiga qo'ysangiz, siz Qizil kanalda faqat IQ nurini olasiz, Moviy kanalda ko'k chiroq, yashil va qizil filtrlanadi. Har bir piksel uchun normallashtirilgan o'simlik indeksining formulasidan foydalanib, siz o'simlikning sog'lig'i va fotosintez faolligi bo'yicha juda yaxshi ko'rsatkichni olishingiz mumkin. Bu loyiha yordamida men hovlimizni ko'zdan kechirib, nok daraxti ostidagi nosog'lom o'simlikni aniqlay oldim.

Nega trikopter?

Menga trikopterlar to'rtburchakdan ko'ra ko'proq yoqadi, chunki ularning samaradorligi. Ularda parvoz vaqti uzoqroq, ular arzonroq va siz ularni katlay olasiz, bu DIY dronlari haqida gap ketganda, eng yaxshi xususiyatdir. Menga ham bu trikopter bilan uchish yoqadi, ularda "samolyot ishi" boshqaruvi bor, agar siz bu dronni men bilan birga qursangiz, boshdan kechirasiz. Tris haqida gap ketganda, Devid Vindestalning ismi, ehtimol, Google qidiruvida birinchi bo'lib, men uning saytini tekshirishni maslahat beraman, men uning katlanadigan ramkasidan ham foydalanaman.

1 -qadam: Parvoz tasvirlari

Bu mening ikkinchi sinov parvozim edi, u erda kopter allaqachon sozlangan va o'simliklarni tahlil qilishga tayyor edi. Mening harakat kameramdan bir nechta yozuvlar bor, siz bizning go'zal atrofimizni qush ko'zidan ko'rishingiz mumkin. Agar siz NDVI yozuvlarini ko'rishni xohlasangiz, bu ko'rsatmaning oxirgi bosqichiga o'ting. Afsuski, men ushbu trikopterda qanday qilib video ko'rsatma berishga vaqt topolmadim, lekin men bu qisqa parvoz test videosini yukladim.

2 -qadam: Kerakli asboblar va ehtiyot qismlar

Yog'och bum va bo'yoq spreyi bundan mustasno, men har bir qismini asboblar qutisiga joylashtirdim, shuning uchun bu loyihaning umumiy qiymati men uchun taxminan 5 dollarni tashkil etdi, lekin men ishlatgan har bir qismimga eBay yoki Banggood havolalarini topishga harakat qilaman. Men ehtiyot qismlarni qidirishni tavsiya qilaman, ehtimol siz mendan yaxshiroq narxga ega bo'lishingiz mumkin.

Asboblar

• Lehimlash temir
• Dremel vositasi
• 3D printer (menda yo'q, do'stim menga yordam berdi)
• Kesish asboblari
• Tel kesuvchi
• Super elim
• Zip galstuklari (ularning ko'pchiligi, 2 o'lchamda)
• Bo'yoq spreyi (sizga yoqadigan rang bilan - men qora rangdan foydalanardim)

Qismlar

1. ArduCopter Flight Controller (men eski APM 2.8 dan foydalanganman, lekin siz PixHawk yoki PIX Mini -ni tanlashingiz kerak)
2. Magnitometrli GPS antenna
3. MAVLink telemetriya moduli (yer stantsiyasi aloqasi uchun)
4. 6CH qabul qilgich + uzatuvchi
5. Video uzatuvchi
6. Servo dvigatel (kamida 1,5 kg moment)
7. 10 "pervanel (2 ta CCW, 1 CW + almashtirish uchun qo'shimcha)
8. 3 30A SimonK ESC (elektron tezlikni boshqaruvchi) + 3 920kv dvigatellari
9. 3S Batareya 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (infraqizil filtr bilan birga keladi)
11. 2 Batareya tasmasi
12. Vibratsiyali susaytirgichlar
13. 1,2 sm kvadrat shaklidagi yog'och bumlar (men 1,2 metrli tayoq sotib oldim)
14. 2-3 mm qalinlikdagi yog'och qatlamli plastinka
15. Harakatlar kamerasi (men 4k o'lchamli GoPro klonidan foydalanardim - SJCAM 5000x)

Bu men dron uchun ishlatgan qismlar, uni xohlaganingizcha o'zgartirish mumkin. Agar nima ishlatishni bilmasangiz, sharh qoldiring va men sizga yordam berishga harakat qilaman. Eslatma: Men to'xtatilgan APM kartasini parvoz boshqaruvchisi sifatida ishlatardim, chunki menda bitta zaxira bor edi. Yaxshi uchadi, lekin bu taxta endi qo'llab -quvvatlanmaydi, shuning uchun siz GPS -ning ajoyib xususiyatlariga mos keladigan ArduCopter -ga mos keladigan boshqa parvoz boshqaruvchisini olishingiz kerak.

3 -qadam: ramkani kesish

Ramka faylini yuklab oling, chop eting va kesib oling. Chop etilgan o'lchamning to'g'riligini tekshiring, so'ngra yog'och plastinkadagi shakl va teshiklarni belgilash uchun qalamdan foydalaning. Ramkani kesib olish uchun arra ishlating va teshiklari 3 mm. Sizga faqat ikkitasi kerak bo'ladi, men faqat 4tasini ehtiyot qism sifatida tayyorladim.

4 -qadam: ramkani yig'ing

Men ramkani yig'ish uchun 3 mm vintlardek va yong'oqlardan foydalandim. Men har bir bumni 35 sm uzunlikda kesib tashladim va 3 sm uzunlikdagi ramkaning old tomoniga qoldirdim. Qo'shimchalarni ortiqcha tortmang, lekin qo'llar bukilmasligi uchun ishqalanish etarli ekanligiga ishonch hosil qiling. Bu chindan ham aqlli dizayn, men ikki marta yiqildim va faqat qo'llar orqaga o'ralgani yo'q.

5 -qadam: Dvigatellar uchun teshiklarni burg'ulash

Dvigatel vintlarining o'lchamini va ular orasidagi masofani tekshiring, so'ngra chap va o'ng yog'och qo'llarga ikkita teshik oching. Qo'llarda chuqurligi 5 mm va kengligi 8 mm bo'lgan teshikni burishim kerak edi, shunda vallar aylanishi uchun joy yetadi. Kichkina bo'laklarni olib tashlash va changni tozalash uchun zımpara qog'ozidan foydalaning. Siz dvigatellaringizga chang kirishini xohlamaysiz, chunki bu ortiqcha ishqalanish va issiqlikka olib kelishi mumkin.

6 -qadam: GPS -ni o'rnatish

Yaxshi joylashishi uchun GPS antennasi uchun qo'shimcha teshiklarni burishim kerak edi. Siz kompasni dvigatellar va simlarning magnit maydoniga xalaqit bermasligi uchun baland joyga qo'yishingiz kerak. Bu oddiy katlanadigan antenna, bu menga sozlamalarni iloji boricha ixcham saqlashga yordam beradi.

7 -qadam: ramkani bo'yash

Endi siz hamma narsani echib, bo'yash ishlarini bajarishingiz kerak. Men bu mat qora rangdagi spreyi tanladim. Men qismlarni ipga bog'lab qo'ydim va shunchaki bo'yab qo'ydim. Yaxshi natijaga erishish uchun 2 yoki undan ko'p qatlamli bo'yoqlardan foydalaning. Ehtimol, birinchi qavat ozgina yuvilgan ko'rinadi, chunki yog'och namlikni yutadi. Xo'sh, bu mening vaziyatimda sodir bo'ldi.

8 -qadam: Vibratsiyali söndürme platformasini o'rnatish

Menda bu gimbal ushlagich platformasi bor edi, u mening akkumulyator ushlagichi sifatida ikki baravar ko'p edi. Siz uni ramka ostiga fermuar va/yoki vintlar bilan o'rnatishingiz kerak. Batareyaning og'irligi juda ko'p tebranishlarni yutishga yordam beradi, shuning uchun siz juda yaxshi kamera tasvirini olasiz. Bundan tashqari, siz plastmassa tayanchlarga bir nechta qo'nish mexanizmlarini o'rnatishingiz mumkin, menimcha, bu kerak emas. Bu qora rang yaxshi ishladi, bu vaqtda siz chiroyli ko'rinadigan ramkaga ega bo'lishingiz kerak va parvoz boshqaruvchisini sozlash vaqti keldi.

9 -qadam: ArduCopter -ni sozlash

Parvoz boshqaruvchisini sozlash uchun sizga qo'shimcha bepul dastur kerak bo'ladi. Windowsda Mission Planner yoki Mac OS -da APM Planner -ni yuklab oling. Agar siz parvoz boshqaruvchisini ulasangiz va dasturni ochsangiz, sehrgar yordamchisi bortingizga eng yangi dasturiy ta'minotni o'rnatadi. Bu sizga kompas, akselerometr, radio boshqaruvchi va parvoz rejimlarini sozlashga yordam beradi.

Parvoz usullari

Men sizga oltita parvoz rejimi sifatida Stabilizatsiya, Balandlikni ushlab turish, Loiter, Doira, Uyga qaytish va quruqlikdan foydalanishni maslahat beraman. Aylana o'simliklarni tekshirishda juda foydali. U ma'lum bir koordinata atrofida aylanadi, shuning uchun u sizning o'simliklarni har tomondan juda aniq tahlil qilishga yordam beradi. Men tayoqlar bilan orbita qila olaman, lekin mukammal doirani saqlab qolish qiyin. Loiter sizning samolyotingizni osmonda to'xtatishga o'xshaydi, shuning uchun siz yuqori aniqlikdagi NDVI tasvirini olishingiz mumkin, agar siz signalni yo'qotib qo'ysangiz yoki droningiz yo'nalishini yo'qotib qo'ysangiz, RTH foydalidir.

Kabelga e'tibor bering. ESCni to'g'ri pinlarga ulash uchun sxemadan foydalaning va kirish kanallarining simlarini Mission Planner -da tekshiring. Hech qachon ularni rekvizitlar bilan sinab ko'rmang!

10 -qadam: GPS, kamera va parvoz boshqaruvchisini o'rnatish

Parvoz boshqaruvi sozlangandan so'ng, siz ko'pikli lentani ishlatishingiz va uni ramkaning o'rtasiga o'rnatishingiz mumkin. U oldinga qaraganligiga ishonch hosil qiling va kabellar uchun joy yetarli. GPS -ni 3 mm vintlar bilan mahkamlang va kamerani joyida saqlash uchun fermuarlardan foydalaning. Bu GoPro klonlari barcha o'rnatish dasturlari bilan birga keladi, shuning uchun uni o'rnatish juda oddiy edi.

11 -qadam: ESC va quvvat kabeli

Mening batareyalarimda XT60 ulagichi bor, shuning uchun men har bir ulagichga 3 ta musbat va 3 ta salbiy simni lehimladim. Ulanishlarni qisqa tutashuvdan himoya qilish uchun issiqlik qisqaruvchi trubkadan foydalaning (elektr tasmasini ham ishlatishingiz mumkin). Qachonki siz bu qalin simlarni lehimlasangiz, ularni bir -biriga ishqalang va mis simni mahkamlang, keyin ko'p erigan lehim qo'shing. Siz sovuq lehim bo'g'inlarini xohlamaysiz, ayniqsa ESCni yoqishda.

12 -qadam: qabul qilgich va antennalar

Signalni yaxshi qabul qilish uchun siz antennalarni 90 darajaga o'rnatishingiz kerak. Men qabul qilgich antennalarimni uchuvchisiz samolyotning old qismiga o'rnatish uchun fermuar va issiqlik qisqaruvchi naychalardan foydalanardim. Qabul qiluvchilarning ko'pchiligi kabellar bilan birga keladi va kanallar etiketlanadi, shuning uchun uni sozlash oson bo'lishi kerak.

13 -qadam: quyruq mexanizmi

Quyruq mexanizmi trikopterning ruhidir. Men ushbu dizaynni Internetda topdim, shuning uchun men uni sinab ko'rdim. Menga original dizayn biroz kuchsiz tuyulardi, lekin agar siz mexanizmni teskari aylantirsangiz, u mukammal ishlaydi. Ortiqcha qismini dremel asbobi bilan kesib tashladim. Rasmda mening servo motorim biroz azob chekayotganga o'xshaydi, lekin u mukammal ishlaydi. Vintlarni mahkamlashda ozgina tomchi super yopishtirgichdan foydalaning, shunda ular tebranish tufayli tushmaydi. Yoki men kabi dvigatellarni bog'lab qo'yishingiz mumkin.

14 -qadam: Hovering testini o'tkazish va PID -ni sozlash

Barcha ulanishlarni ikki marta tekshiring va batareyani ulashda hech narsa qovurmasligiga ishonch hosil qiling. Pervanellarni o'rnating va uchuvchisiz uchishga harakat qiling. Meniki qutidan juda silliq edi, men ozgina yawni sozlashim kerak edi, chunki u juda ko'p narsani to'g'rilagan edi. Men bu yo'riqnomada PID sozlashni o'rgata olmayman, men deyarli hamma narsani Joshua Bardvellning video darsligidan o'rgandim. U buni mendan ko'ra yaxshiroq tushuntiradi.

15 -qadam: Malinani tanlang va Raspbian (Jessi) ni o'rnating

Men buni iloji boricha yengilroq ushlab turishni xohlardim, shuning uchun men RPi Zero W. bilan bordim. Men Raspbian Jessi -dan foydalanayapman, chunki yangi versiyalarda OpenCV bilan bog'liq muammolar bor edi, biz ularni xom ashyodan o'simlik indeksini hisoblash uchun ishlatamiz. Agar siz yuqori FPS tezligini xohlasangiz, Raspberry Pi v4 ni tanlashingiz kerak. Siz bu erda dasturiy ta'minotni yuklab olishingiz mumkin.

Bog'liqliklarni o'rnatish

Biz bu loyihada PiCamera, OpenCV va Numpy -dan foydalanamiz. Tasvir sensori sifatida men faqat nolinchi platalarga mos keladigan 5 megapikselli kichikroq kamerani tanladim.

1. O'zingizning sevimli vositangiz yordamida rasmingizni yarating (menga Balena Etcher yoqadi).
2. Ulangan monitor bilan Raspberry -ni ishga tushiring.
3. Kamera va SSH interfeyslarini yoqish.
4. IP -manzilingizni terminalda ifconfig yordamida tekshiring.
5. Ssh pi@YOUR_IP buyrug'i bilan RPi -ga SSH kiriting.
6. Kerakli dasturlarni o'rnatish uchun ko'rsatmalarni nusxalash va joylashtirish:

sudo apt-get yangilanishi

sudo apt-get upgrade sudo apt-get 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 libgtk2 ni o'rnatish..0-dev sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran sudo pip install numpy python-opencv python (test qilish uchun) cv2 cv2 import._ versiya_

OpenCV kutubxonangizning versiya raqami ko'rsatilgan javobni ko'rishingiz kerak.

16 -qadam: NoIR kamerasi va NDVI tasvirini sinab ko'rish

RPi kartasini o'chiring, kamerani joylashtiring, shunda biz u bilan NDVI tasvirini olishga harakat qilishimiz mumkin. Siz gulda (qizil fonli), yashilroq qismlar fotosintez faolligini ko'rsatadi. Bu mening Infragram yordamida qilingan birinchi sinovim edi. Men to'liq formulali kod yozish uchun ularning saytidagi barcha formulalar va ranglarning xaritalashini o'rgandim. Ishlarni avtomatlashtirish uchun men kadrlarni yozadigan, NDVI tasvirlarini hisoblaydigan va ularni kopterda 1080p formatida saqlaydigan Python skriptini yaratdim.

Bu rasmlar g'alati rangli xaritaga ega bo'ladi va ular boshqa sayyoradan kelganga o'xshaydi. Bir nechta testlarni o'tkazing, ba'zi o'zgaruvchilarni o'zgartiring, birinchi topshiriqdan oldin sensori sozlang.

17 -qadam: Drone -da RPi Zero W -ni o'rnatish

Men Pi Zero -ni trikopterning old qismiga o'rnatdim. Siz kamerangizni men kabi oldinga yoki pastga qarata olasiz. Mening oldimga qaraganimning sababi, o'simliklar va boshqa fotosintetik bo'lmagan narsalar o'rtasidagi farqni ko'rsatishdir. E'tibor bering: ba'zi yuzalar IQ nurini aks ettirishi mumkin yoki ular atrofdan issiqroq bo'lib, ular yorqin sariq rangga ega bo'ladi.

18 -qadam: Video uzatgichni qo'shish (ixtiyoriy)

Menda VTx bor edi, shuning uchun u kopterimning orqa qo'liga o'rnatildi. Bu masofa 2000 metrni tashkil qiladi, lekin men uni sinov paytida ishlatmaganman. Faqat FPV parvozi u bilan zavqlanish uchun qilingan. Qachonki men foydalanmasam, kabellar olib tashlanadi, aks holda ular chiroyli va toza bo'lishi uchun ramka tagiga yashirinadi.

19 -qadam: o'simliklarni tahlil qilish

To'g'ri tahlil qilish uchun men 25 daqiqalik ikkita parvoz qildim. Sabzavotlarimizning ko'pchiligi yaxshi bo'lib tuyuldi, kartoshka qo'shimcha parvarish va sug'orishga muhtoj edi. Buni tekshirish uchun bir necha kun ichida yordam berdi. Ular to'q sariq va pushti daraxtlarga qaraganda rasmda juda yashil ko'rinadi.

Men aylanalarni uchishni yaxshi ko'raman, shunda men o'simliklarni har tomondan tekshiraman. Siz aniq ko'rishingiz mumkinki, mevali daraxtlar ostida ba'zi sabzavotlar quyosh nuri tushmaydi, bu ularni NDVI tasvirlarida ko'k yoki qora rangga aylantiradi. Agar daraxtning bir qismi kunduzi quyosh nuri tushmasa, bu muammo emas, lekin butun o'simlik qora va oq rangga aylanib qolsa, yomon.

20 -qadam: Xavfsiz uchish;)

Ushbu ko'rsatmalarni o'qiganingiz uchun tashakkur, umid qilamanki, sizlardan ba'zilari NDVI yordamida yoki dronlar yaratish bilan tajriba o'tkazishga harakat qiladilar. Men bu loyihani yog'och qismlardan noldan yasashdan juda xursand bo'ldim. Oh, xavfsiz uching, hech qachon odamlardan ustun turmang va sevimli mashg'ulotingizdan rohatlaning!

Make It Fly Challenge da birinchi sovrin