DIY ургамлын хяналт Цэцэрлэгжүүлэлтийн дрон (төсөвт эвхэгддэг дугуй): 20 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Манай амралтын өдрийн байшинд бид маш олон жимс, хүнсний ногоо агуулсан жижигхэн цэцэрлэгтэй боловч заримдаа ургамал хэрхэн өөрчлөгдөж байгааг ажиглахад хэцүү байдаг. Тэд байнгын хяналт шаарддаг бөгөөд цаг агаар, халдвар, алдаа гэх мэт маш эмзэг байдаг.

Надад багаж хэрэгслийн хайрцагт хуучин төслүүдийн олон тооны сэлбэг хэрэгсэл байсан тул би Rasperry Pi Zero W болон түүний NoIR PiCamera ашиглан ургамлын шинжилгээ хийх чадвартай дрон зохион бүтээхээр шийдсэн. Би бас энэ төслийн талаар видео хийхийг хүсч байсан, гэхдээ энэ нь их сургуулийн хажууд нэлээд хэцүү байгаа тул түүхий бичлэгийг л оруулах болно.

Ойролцоох хэт улаан туяаны дүрсний онол

Энэхүү Википедиа нийтлэлийг уншихыг зөвлөж байна. Урт богино өгүүлбэр, ургамал хэвийн ажиллаж байх үед нарнаас ирж буй хэт улаан туяаг тусгадаг. Олон амьтад могой, мөлхөгчид гэх мэт хэт улаан туяаны гэрлийг харж чаддаг, гэхдээ таны камер ч бас харж чаддаг (ТВ -ийн алсын удирдлагаар туршиж үзээрэй). Хэрэв та камераасаа IR шүүлтүүрийг салгавал нил ягаан, цэвэрлэсэн дүрс гарч ирнэ. Хэрэв та камераа эвдэхийг хүсэхгүй байгаа бол үүнийг стандарт PiCamera -тай адилхан боловч IR шүүлтүүргүй NoIR PiCamera ашиглан туршиж үзэх хэрэгтэй. Хэрэв та хэт ягаан туяаны шүүлтүүрийг камерынхаа линзний доор байрлуулбал Улаан суваг дээр зөвхөн IR туяа, цэнхэр суваг дээр цэнхэр гэрэл, ногоон, улаан өнгийг шүүнэ. Ургамлын индексийн томъёог ашиглан пиксел бүрийн хувьд ургамлын эрүүл мэнд, фотосинтезийн үйл ажиллагааны талаар маш сайн үзүүлэлтүүдийг олж авах боломжтой. Энэхүү төслийн тусламжтайгаар би арынхаа хашаанд скан хийж, лийрийн модны доорх эрүүл бус ургамлыг олж тогтоов.

Яагаад гурван дугуйт онгоц гэж?

Би үр ашигтай байдлаасаа болоод трикоптонд дөрвөлснөөс арай илүү дуртай. Тэд илүү урт нислэгийн хугацаатай, хямдхан бөгөөд та тэдгээрийг өөрөө нугалж болно, энэ нь DIY дронуудын хувьд хамгийн сайн шинж чанар юм. Би бас энэ трикоптероор нисэх дуртай, хэрэв тэд надтай хамт энэ дрон бүтээвэл танд "нисэх онгоцны" удирдлага бий. Дэвид Виндесталын нэр Google -ийн хайлтын эхний нэр байж магадгүй тул түүний сайтыг үзэхийг зөвлөж байна, би түүний эвхдэг хүрээний загварыг ашиглаж байна.

Алхам 1: Нислэгийн бичлэг

Энэ бол миний хоёр дахь туршилтын нислэг байсан бөгөөд нисдэг тэрэг аль хэдийн тохируулагдсан бөгөөд ургамлын шинжилгээ хийхэд бэлэн болжээ. Надад үйлдлийн камераас авсан бичлэгүүд байгаа бөгөөд та бидний үзэсгэлэнт хүрээлэн буй орчныг шувууны нүдээр харах боломжтой. Хэрэв та NDVI бичлэгийг үзэхийг хүсч байвал энэ зааврын сүүлчийн алхам руу очно уу. Харамсалтай нь би энэ трикоптер дээр хэрхэн видео хөтлөх талаар бүрэн эхээр нь бичих цаг байсангүй, гэхдээ би энэхүү богино нислэгийн туршилтын видеог байршууллаа.

Алхам 2: Шаардлагатай багаж хэрэгсэл, эд анги

Модон тэсрэлт, будгийн шүршигчээс бусад хэсгийг нь багажны хайрцагт хийж байсан тул энэ төслийн нийт өртөг миний хувьд ойролцоогоор 5 доллар байсан боловч би ашигласан хэсэг бүрийнхээ eBay эсвэл Banggood линкийг олохыг хичээх болно. Би эд ангийг хайж олохыг зөвлөж байна, магадгүй та надаас илүү сайн үнээр авах боломжтой.

Багаж хэрэгсэл

• Гагнуурын төмөр
• Dremel хэрэгсэл
• 3D принтер (надад байхгүй, найз маань надад тусалсан)
• Зүсэх хэрэгсэл
• Утас таслагч
• Супер цавуу
• Zip зангиа (ихэнх нь 2 хэмжээтэй)
• Будаг шүршигч (таны хүссэн өнгөөр - би хар өнгийг ашигласан)

Эд анги

1. ArduCopter нислэгийн хянагч (би хуучин APM 2.8 ашигладаг байсан, гэхдээ та PixHawk эсвэл PIX Mini ашиглах хэрэгтэй)
2. Магнитометр бүхий GPS антен
3. MAVLink телеметрийн модуль (газрын станцын холбооны хувьд)
4. 6CH хүлээн авагч + дамжуулагч
5. Видео дамжуулагч
6. Servo мотор (дор хаяж 1.5 кг эргүүлэх хүч)
7. 10 "сэнс (2 CCW, 1 CW + солих нэмэлт)
8. 3 30A SimonK ESCs (Цахим хурд хянагч) + 3 920kv мотор
9. 3S батерей 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (хэт ягаан туяаны шүүлтүүртэй)
11. 2 зайны оосор
12. Чичиргээ намдаах бэхэлгээ
13. 1.2 см дөрвөлжин хэлбэртэй модон бөмбөр (би 1.2 метрийн саваа худалдаж авсан)
14. 2-3мм зузаан модон ламин хавтан
15. Үйлдлийн камер (Би 4K чадвартай GoPro клон ашигласан - SJCAM 5000x)

Эдгээр нь миний нисгэгчгүй онгоцонд ашигласан хэсгүүд бөгөөд үүнийг өөрийн хүссэнээр өөрчилж болно. Хэрэв та юу ашиглахаа мэдэхгүй байгаа бол сэтгэгдлээ бичээрэй, би танд туслахыг хичээх болно. Тэмдэглэл: Би зогссон APM хавтанг нислэгийн хянагч болгон ашиглаж байсан, учир нь надад нэг сэлбэг байсан. Сайн нисдэг, гэхдээ энэ самбарыг дэмжихээ больсон тул та GPS -ийн гайхалтай онцлогт тохирсон ArduCopter өөр нислэгийн хянагч авах хэрэгтэй.

Алхам 3: Хүрээг огтлох

Хүрээний файлыг татаж аваад хэвлээд хайчилж ав. Хэвлэсэн хэмжээ зөв эсэхийг шалгаад модон хавтан дээрх хэлбэр, нүхийг үзэг ашиглан тэмдэглээрэй. Хөрөө ашиглан хүрээг хайчилж, 3 мм -ийн хэмжээтэй нүхийг өрөмд. Танд эдгээрээс ердөө хоёр нь л хэрэгтэй болно, би дөнгөж 4 ширхэгийг сэлбэг болгон хийсэн.

Алхам 4: Хүрээг угсрах

Би хүрээ угсрахдаа 3 мм -ийн эрэг, самар ашигласан. Би дэлбээ тус бүрийг 35 см урттай хайчилж, 3 см урттай хэсгийг хүрээний урд талд үлдээв. Үе мөчүүдийг хэт чангалж болохгүй, гэхдээ хангалттай үрэлт байгаа эсэхийг шалгаарай, ингэснээр гар нь нугалахгүй болно. Энэ бол үнэхээр ухаалаг загвар, би хоёр удаа унасан бөгөөд зөвхөн гараа нугалсан юм алга.

Алхам 5: Моторын цооног өрөмдөх

Моторын эрэгний хэмжээ, тэдгээрийн хоорондын зайг шалгаад зүүн ба баруун модон гар руу хоёр цооног өрөмд. Би 5 мм -ийн гүн, 8 мм -ийн өргөнтэй нүх өрөмдөх ёстой байсан тул босоо амыг эргүүлэх хангалттай зайтай болгосон. Зүлгүүр ашиглан жижиг хэсгүүдийг арилгаж, тоосыг үлээнэ. Та мотордоо тоос шороо оруулахыг хүсэхгүй, учир нь энэ нь шаардлагагүй үрэлт, халуунд хүргэж болзошгүй юм.

Алхам 6: GPS холбогчийг эвхдэг

Би сайн тохирохын тулд GPS антенныхаа нэмэлт нүхийг өрөмдөх шаардлагатай болсон. Луужингаа мотор, утаснуудын соронзон орон руу саад учруулахгүйн тулд өндөрт байрлуулах хэрэгтэй. Энэ бол тохиргоог аль болох нягт байлгахад тусалдаг энгийн эвхдэг антен юм.

Алхам 7: Хүрээг будах

Одоо та бүх зүйлийг тайлж, будгийн ажлыг хийх хэрэгтэй. Би гүнзгий хар өнгөтэй өнгөлөгч шүршигч сонгосон. Би хэсгүүдийг утсаар холбож, зүгээр л зурсан. Маш сайн үр дүнд хүрэхийн тулд 2 ба түүнээс дээш давхар будаг хэрэглэнэ. Модны чийгийг уух тул эхний давхарга нь жаахан угааж байгаа мэт харагдаж магадгүй юм. За, энэ миний хэрэг дээр болсон.

Алхам 8: Чичиргээ намдаах платформыг суурилуулах

Надад энэ gimbal эзэмшигчийн платформ байсан бөгөөд энэ нь батерейны үүргийг давхар гүйцэтгэдэг. Та үүнийг хүрээний доор бэхэлгээ ба/эсвэл эрэг ашиглан бэхлэх ёстой. Батерейны жин нь маш их чичиргээ шингээхэд тусалдаг тул та үнэхээр сайхан камерын бичлэг авах болно. Та мөн хуванцар саваа дээр буух араа суурилуулж болно, энэ нь шаардлагагүй юм шиг надад санагдсан. Энэхүү хар өнгө нь маш сайн үр дүнд хүрсэн тул та гоёмсог хүрээтэй байх ёстой бөгөөд нислэгийн хянагчаа тохируулах цаг болжээ.

Алхам 9: ArduCopter -ийг тохируулах

Нислэгийн хянагчийг тохируулахын тулд танд нэмэлт үнэгүй програм хангамж хэрэгтэй болно. Windows дээр Mission Planner эсвэл Mac OS дээр APM Planner програмыг татаж аваарай. Нислэгийн хянагчаа залгаж, програмыг нээхэд шидтэний туслах таны самбар дээр хамгийн сүүлийн үеийн програмыг суулгах болно. Энэ нь луужин, акселерометр, радио хянагч, нислэгийн горимыг тохируулахад туслах болно.

Нислэгийн горимууд

Би нислэгийн зургаан горим болгон Тогтворжуулах, Өндөр барих, Лойтер, Дугуй, Гэртээ буцах, Газар руу буцахыг ашиглахыг зөвлөж байна. Ургамлын үзлэг хийхэд тойрог нь үнэхээр хэрэгтэй байдаг. Энэ нь тодорхой координатыг тойрох гэж байгаа тул ургамлыг бүх талаас нь маш нарийвчлалтай шинжлэхэд тусална. Би саваагаар тойрог зам хийж чадна, гэхдээ төгс тойргийг хадгалахад хэцүү байдаг. Loiter бол нисгэгчгүй онгоцоо тэнгэрт байрлуулахтай адил юм, тиймээс та өндөр нарийвчлалтай NDVI зураг авах боломжтой бөгөөд хэрэв та дроноо алдах эсвэл чиглэлээ алдах юм бол RTH нь ашигтай байх болно.

Цахилгааны утсандаа анхаарлаа хандуулаарай. Схемийг ашиглан ESC -ээ зөв зүүгээр холбоод Mission Planner -д оролтын сувгийнхаа утсыг шалгана уу. Эдгээрийг таяг ашиглан хэзээ ч бүү туршиж үзээрэй!

Алхам 10: GPS, камер, нислэгийн хянагч суурилуулах

Нислэгийн хянагчийг тохируулсны дараа та хөөс соронзон хальс ашиглан хүрээнийхээ дунд суулгаж болно. Энэ нь урагшаа харсан байх ёстой бөгөөд кабельд хангалттай зай байгаа эсэхийг шалгаарай. GPS -ийг 3 мм -ийн боолтоор холбож, камераа байрлуулахын тулд цахилгаан товч ашиглана уу. Эдгээр GoPro клонууд нь бүх холбох хэрэгслүүдийн хамт ирдэг тул үүнийг суулгахад маш хялбар байсан.

Алхам 11: ESCs ба цахилгаан кабель

Миний батерейнууд XT60 холбогчтой тул би эмэгтэй холбогчийн зүү бүрт 3 эерэг ба 3 сөрөг утсыг гагнасан. Холболтыг богино холболтоос хамгаалахын тулд дулааныг багасгах хоолой ашиглана уу (та цахилгаан соронзон хальс ашиглаж болно). Та эдгээр зузаан утсыг гагнахдаа хооронд нь үрж, зэс утсыг засаад дараа нь маш их хайлсан гагнуур нэмнэ. Та хүйтэн гагнуурын үеийг, ялангуяа ESC -ийг асаахыг хүсэхгүй байна.

Алхам 12: Хүлээн авагч ба антен

Дохио сайн хүлээн авахын тулд антеннаа 90 градусаар холбох ёстой. Би дроныхоо урд талд хүлээн авагчийн антенаа суурилуулахын тулд цахилгаан товч, дулаан багасгадаг хоолой ашигласан. Ихэнх хүлээн авагчид кабелиар ирдэг бөгөөд сувгууд нь хаяглагдсан байдаг тул үүнийг тохируулахад хялбар байх ёстой.

Алхам 13: Сүүлний механизм

Сүүлний механизм нь гурван дугуйт онгоцны сүнс юм. Би энэ загварыг онлайнаар олсон тул үүнийг туршиж үзсэн. Анхны загвар нь жаахан сул байсан юм шиг санагдсан, гэхдээ хэрэв та механизмыг эргүүлбэл энэ нь төгс ажилладаг. Би илүүдэл хэсгийг дремелийн багажаар таслав. Зураг дээр миний servo мотор бага зэрэг зовж байгаа мэт санагдаж болох ч энэ нь өөгүй ажилладаг. Чичиргээнээс болж унахгүйн тулд боолтыг чангалж байхдаа бага зэрэг дусал хий. Эсвэл та моторыг над шиг холбож болно.

Алхам 14: Хөдлөх тест хийх, PID тааруулах

Бүх холболтоо дахин шалгаж, батерейгаа залгахдаа юу ч шарахгүй байхыг анхаараарай. Сэнсээ суулгаад нисгэгчгүй онгоцоороо нисэхийг хичээгээрэй. Минийх хайрцагнаас нэлээд гөлгөр байсан, учир нь энэ нь хэтэрхий их засч залруулсан байсан тул би зүгээр л жаахан тааруулах хэрэгтэй байсан. Би энэ зааварт PID тааруулахыг зааж чадахгүй, би Жошуа Бардуэллийн видео хичээлээс бараг бүх зүйлийг сурсан. Тэр үүнийг надаас илүү сайн тайлбарлаж байна.

Алхам 15: Бөөрөлзгөнө сонгоод Raspbian (Jessie) суулгана уу

Би үүнийг аль болох бага жинтэй байлгахыг хүссэн тул RPi Zero W. -тэй хамт явсан. Би Raspbian Jessie -ийг ашиглаж байна, учир нь шинэ хувилбарууд нь түүхий бичлэгээс ургамлын индексийг тооцоолоход ашигладаг OpenCV -тэй холбоотой зарим асуудалтай байсан. Хэрэв та FPS -ийн өндөр түвшинг хүсч байвал Raspberry Pi v4 -ийг сонгох хэрэгтэй. Та програмыг эндээс татаж авах боломжтой.

Хараат байдлыг суулгах

Бид энэ төсөлд PiCamera, OpenCV, Numpy -ийг ашиглах болно. Зургийн мэдрэгчийн хувьд би зөвхөн тэг самбартай нийцдэг жижиг 5 мегапикселийн камерыг сонгосон.

1. Дуртай хэрэгслээ ашиглан зургаа гялалзуулаарай (надад Balena Etcher таалагддаг).
2. Бөөрөлзгөнө -г асаалттай дэлгэцээр асаагаарай.
3. Камер ба SSH интерфэйсийг идэвхжүүлнэ үү.
4. Терминал дахь ifconfig ашиглан IP хаягаа шалгана уу.
5. SSH -ийг ssh pi@YOUR_IP командыг ашиглан RPi руу оруулна уу.
6. Шаардлагатай програм хангамжийг суулгахын тулд зааврыг хуулж буулгана уу.

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 (үүнийг шалгахын тулд) cv2 cv2 импортлох._ хувилбар_

Та OpenCV номын сангийн хувилбарын дугаартай хариуг харах ёстой.

Алхам 16: NoIR камер ба NDVI дүрслэлийг туршиж үзэх

RPi самбараа унтраагаад камераа оруулаад дараа нь NDVI дүрслэл хийхийг оролдож болно. Цэцэг дээр (улаан дэвсгэртэй) доторх ногоон хэсгүүд нь фотосинтезийн идэвхийг харуулдаг болохыг харж болно. Энэ бол миний Infragram ашиглан хийсэн анхны туршилт байсан. Бүрэн ажиллагаатай код бичихийн тулд би тэдний сайт дээрх бүх томъёо, өнгөний зургийг сурсан. Аливаа зүйлийг илүү автоматжуулахын тулд би хүрээ барьж, NDVI зургийг тооцоолж, 1080p -ээр коперт хадгалдаг Python скрипт хийв.

Эдгээр зургууд нь хачирхалтай өнгөт зурагтай болох бөгөөд өөр гаригийнх шиг харагдах болно. Хэд хэдэн туршилт хийж, зарим хувьсагчийг өөрчилж, анхны даалгавар эхлэхээс өмнө мэдрэгчээ нарийн тааруулаарай.

Алхам 17: RPi Zero W -ийг дрон дээр суулгах

Би Pi Zero -ийг гурван дугуйт онгоцны урд талд суулгасан. Та камераа над шиг урагш эсвэл доошоо харж болно. Уурхай урагшаа харж байгаа шалтгаан нь ургамал ба бусад фотосинтезийн бус объектуудын ялгааг харуулах явдал юм. Анхаарна уу: Зарим гадаргуу нь хэт улаан туяаг тусгадаг эсвэл хүрээлэн буй орчноос илүү дулаан байдаг тул тод шар өнгөтэй болдог.

Алхам 18: Видео дамжуулагч нэмэх (заавал биш)

Би энэ VTx -ийг тойруулан байрлуулж байсан тул миний машиныг арын гар дээр суулгасан. Энэ нь 2000 метрийн зайтай боловч би туршилт хийхдээ ашиглаж байгаагүй. Зөвхөн хөгжилтэй байхын тулд FPV нислэг хийсэн. Би үүнийг ашиглахгүй бол кабелийг нь салгадаг, эс тэгвээс миний бүтцийг сайхан, цэвэр байлгахын тулд хүрээний доор нуудаг.

Алхам 19: Ургамлын шинжилгээ хийх

Зөв дүн шинжилгээ хийхийн тулд би 25 минутын хоёр нислэг хийсэн. Манай хүнсний ногооны ихэнх нь зүгээр юм шиг санагдсан, төмс нэмэлт арчилгаа, услах шаардлагатай болсон. Үүнийг шалгах гэж байгаа нь хэдхэн хоногийн дотор тусалсан. Тэд улбар шар, ягаан модтой харьцуулахад зурган дээр нэлээд ногоон харагдаж байна.

Би тойрог нислэг хийх дуртай бөгөөд ингэснээр ургамлыг бүх талаас нь шалгаж үзэх боломжтой. Жимсний модны доор зарим хүнсний ногоо нарны гэрлийг хангалттай авч чаддаггүй бөгөөд энэ нь NDVI зураг дээр цэнхэр эсвэл хар өнгөтэй болдог болохыг та тодорхой харж байна. Модны нэг хэсэг өдрийн цагаар нарны гэрлийг хангалттай хэмжээгээр авч чадахгүй байвал энэ нь асуудал биш боловч ургамал бүхэлдээ хар цагаан болж хувирах нь муу юм.

Алхам 20: Аюулгүй нисэх;)

Энэхүү зааварчилгааг уншсанд баярлалаа, та нарын зарим нь NDVI дүрслэл эсвэл дрон бүтээх туршилт хийхийг оролдох болно гэж найдаж байна. Модон эд ангиас энэ төслийг тэгээс хийх нь надад маш хөгжилтэй байсан, хэрэв танд таалагдсан бол надад сайхан санал өгөхөд минь туслаарай. Өө, аюулгүй нисч, хэзээ ч хүмүүсээс дээгүүр байж, хоббигоо сайхан өнгөрүүлээрэй!

Make It Fly Challenge тэмцээний тэргүүн шагнал