Ο οδηγός που ήθελα να είχα στην κατασκευή ενός Arduino Drone: 9 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Αυτό το έγγραφο είναι ένα είδος τεκμηρίωσης "Πώς να καθοδηγήσετε" που περνάει από τη διαδικασία που μου πήρε για να καταλάβω τις έννοιες για να επιτύχω τον στόχο μου να κατασκευάσω ένα απλό τετράπτερο που θα μπορούσα να ελέγξω από το κινητό μου τηλέφωνο.

Για να κάνω αυτό το έργο ήθελα να πάρω μια ιδέα για το τι είναι πραγματικά ένα drone, στην περίπτωσή μου ένα τετρακόπτερο, οπότε άρχισα να κάνω κάποια έρευνα. Παρακολούθησα πολλά βίντεο στο YouTube, διάβασα ένα σωρό άρθρα και Insructible σελίδες και αυτό πήρα.

Ουσιαστικά μπορείτε να χωρίσετε ένα drone σε δύο μέρη. Το ονόμασα "Φυσικό" και "Ελεγκτή". Το Physical είναι ουσιαστικά ό, τι έχει να κάνει με τη μηχανική που κάνει το drone να πετάξει. Αυτά είναι πράγματα όπως ο κινητήρας, το πλαίσιο, η μπαταρία, οι έλικες και κάθε άλλο πράγμα που δίνει φυσικά στο drone τη δυνατότητα να πετάξει.

Ο ελεγκτής είναι ουσιαστικά ο ελεγκτής πτήσης. Τι ελέγχει το φυσικό έτσι ώστε το drone να μπορεί να πετάξει συνολικά χωρίς να πέσει. Ουσιαστικά ο μικροελεγκτής, το λογισμικό πάνω του και οι αισθητήρες που τον βοηθούν να τριγωνοποιήσει τα ρουλεμάν του. Συνολικά, λοιπόν, για να έχω ένα drone, χρειαζόμουν έναν ελεγκτή και ένα σωρό φυσικά μέρη για να «ελέγξει» το χειριστήριο.

Προμήθειες

Προϋπολογισμός για το έργο: $ 250

Διάρκεια: 2 εβδομάδες

Πράγματα προς αγορά:

• Physical Frame 20 $
• Λεπίδες 0 $ (Έρχεται με πλαίσιο)
• Μπαταρία 25 $
• ESC (Ηλεκτρονικοί ελεγκτές ταχύτητας) $ 0 (Έρχεται με κινητήρες)
• Κινητήρες 70 $

Ελεγκτής πτήσης

• Arduino nano $ 20
• Καλώδιο USB Arduino 2 $
• Μονάδα Bluetooth (HC-05) $ 8
• Αντιστάσεις και σύρματα LED 3mm και 330 Ohm 13 $
• GY-87 (Επιταχυνσιόμετρο, γυροσκόπιο) $ 5
• Prototype Board 10 $
• Κεφαλίδες ανδρών και γυναικών 5 $

Αλλα

• Σετ συγκόλλησης 10 $
• Πολύμετρο 20 $

Iθελα να απολαύσω την κατασκευή αυτού του έργου ως Μηχανικός, οπότε αγόρασα κάποια άλλα πράγματα που δεν χρειάστηκε.

Σύνολο: $ 208

Βήμα 1: Η αρχική μου εμπειρία

Αφού αγόρασα όλα τα εξαρτήματά μου, τα έβαλα όλα μαζί και στη συνέχεια προσπάθησα να εκτοξεύσω το drone, χρησιμοποιώντας το Multiwii (το λογισμικό που χρησιμοποιούν πολλοί χρήστες της DIY κοινότητας), ωστόσο γρήγορα κατάλαβα ότι δεν κατάλαβα πλήρως τι έκανε επειδή υπήρχαν πολλά λάθη και δεν είχα ιδέα πώς να τα διορθώσω.

Μετά από αυτό αποφάσισα να χωρίσω το drone και να καταλάβω κάθε στοιχείο κομμάτι -κομμάτι και να το ξαναφτιάξω με τρόπο που να καταλαβαίνω πλήρως όλα όσα συνέβαιναν.

Στις επόμενες ενότητες θα περάσω από τη διαδικασία της σύνθεσης του παζλ μαζί. Πριν από αυτό, ας πάρουμε μια γρήγορη επισκόπηση.

Φυσικός

Για το φυσικό, θα πρέπει να έχουμε: το πλαίσιο, τις προπέλες, την μπαταρία και τα escs. Θα ήταν αρκετά εύκολο να τα συνδυάσεις. Για να κατανοήσετε αυτά τα μέρη και ποια πρέπει να πάρετε, μπορείτε να επισκεφθείτε αυτόν τον σύνδεσμο. Εξηγεί τι πρέπει να γνωρίζετε για την αγορά καθενός από τα μέρη που έχω παραθέσει. Δείτε επίσης αυτό το βίντεο στο Youtube. Θα σας βοηθήσει αν έχετε κολλήσει ενώνοντας τα μέρη μεταξύ τους.

Βήμα 2: Συμβουλές σχετικά με το τεμάχιο και τον εντοπισμό σφαλμάτων στα φυσικά μέρη

Έλικες και κινητήρες

• Για να ελέγξετε αν οι έλικες σας έχουν τον σωστό προσανατολισμό (Αναποδογυρισμένο ή όχι), όταν τις περιστρέφετε προς την κατεύθυνση που υποδεικνύουν οι κινητήρες (οι περισσότεροι κινητήρες έχουν βέλη που δείχνουν πώς πρέπει να περιστρέφονται), θα πρέπει να αισθάνεστε ένα αεράκι κάτω από τις έλικες και όχι πάνω Το
• Οι βίδες στις απέναντι έλικες πρέπει να έχουν το ίδιο χρώμα.
• Το χρώμα των παρακείμενων προπέλων πρέπει να είναι το ίδιο.
• Βεβαιωθείτε επίσης ότι έχετε τοποθετήσει τους κινητήρες με τέτοιο τρόπο ώστε να περιστρέφονται όπως στην παραπάνω εικόνα.
• Αν προσπαθείτε να αναποδογυρίσετε την κατεύθυνση ενός κινητήρα, απλά αλλάξτε σύρματα σε αντίθετα άκρα. Αυτό θα αντιστρέψει την κατεύθυνση του κινητήρα.

Μπαταρία και Ισχύς

• Εάν για οποιονδήποτε λόγο τα πράγματα σπινθηρίζουν και δεν μπορείτε να καταλάβετε γιατί, είναι πολύ πιθανό επειδή έχετε αλλάξει θετικά και αρνητικά.
• Εάν δεν είστε σίγουροι πότε να φορτίσετε τις μπαταρίες σας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα βολτόμετρο για να ελέγξετε την τάση. Εάν είναι χαμηλότερη από τις προδιαγραφές της μπαταρίας, τότε πρέπει να φορτιστεί. Ελέγξτε αυτόν τον σύνδεσμο για τη φόρτιση των μπαταριών σας.
• Οι περισσότερες μπαταρίες LIPO δεν συνοδεύονται από φορτιστές μπαταριών. Τα αγοράζετε ξεχωριστά.

Βήμα 3: Ο ελεγκτής Arduino

Αυτό είναι αναμφίβολα το πιο δύσκολο μέρος ολόκληρου αυτού του έργου. Είναι πολύ εύκολο να ανατινάξετε εξαρτήματα και ο εντοπισμός σφαλμάτων μπορεί να είναι εξαιρετικά απογοητευτικός εάν δεν γνωρίζετε τι κάνετε. Επίσης σε αυτό το έργο έλεγξα το drone μου χρησιμοποιώντας bluetooth και μια εφαρμογή που θα σας δείξω πώς να φτιάξετε. Αυτό έκανε το έργο ιδιαίτερα πιο δύσκολο γιατί το 99% των σεμιναρίων εκεί χρησιμοποιούν ραδιοελεγκτές (αυτό δεν είναι γεγονός lol), αλλά μην ανησυχείτε έχω περάσει την απογοήτευση για εσάς.

Συμβουλές πριν ξεκινήσετε αυτό το ταξίδι

• Χρησιμοποιήστε ένα breadboard πριν οριστικοποιήσετε τη συσκευή σας σε PCB. Αυτό σας επιτρέπει να κάνετε αλλαγές εύκολα.
• Εάν έχετε δοκιμάσει εκτενώς ένα στοιχείο και δεν λειτουργεί, πιθανότατα δεν λειτουργεί!

• Κοιτάξτε τις τάσεις που μπορεί να χειριστεί μια συσκευή πριν την συνδέσετε!

  • Το Arduino μπορεί να χειριστεί 6 έως 20V, αλλά προσπαθήστε να το κλείσετε στα 12V για να μην το ανατινάξετε. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για τις προδιαγραφές του εδώ.
  • Το HC-05 μπορεί να χειριστεί έως και 5V, αλλά ορισμένες ακίδες λειτουργούν στα 3.3V, οπότε προσέξτε αυτό. Θα τα πούμε αργότερα.
  • Το IMU (GY-521, MPU-6050) λειτουργεί επίσης σε 5V.
• Θα χρησιμοποιήσουμε το RemoteXY για να δημιουργήσουμε την εφαρμογή μας. Εάν θέλετε να το χτίσετε σε μια συσκευή iOS, πρέπει να χρησιμοποιήσετε μια διαφορετική μονάδα bluetooth (The HM-10). Μπορείτε να μάθετε περισσότερα σχετικά με αυτό στον ιστότοπο της RemoteXY.

Ας ελπίσουμε ότι έχετε διαβάσει τις συμβουλές. Τώρα ας δοκιμάσουμε κάθε στοιχείο που θα είναι μέρος του ελεγκτή ξεχωριστά.

Βήμα 4: Το MPU-6050

Αυτή η συσκευή διαθέτει γυροσκόπιο και επιταχυνσιόμετρο, επομένως ουσιαστικά σας λέει την επιτάχυνση σε κατεύθυνση (Χ, Υ, Ζ) και τη γωνιακή επιτάχυνση κατά μήκος αυτών των κατευθύνσεων.

Για να το δοκιμάσουμε, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το σεμινάριο σχετικά με αυτό, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το σεμινάριο στον ιστότοπο Arduino. Εάν λειτουργεί, θα πρέπει να λάβετε μια ροή τιμών επιταχυνσιόμετρου και γυροσκοπίου που αλλάζουν καθώς γέρνετε, περιστρέφετε και επιταχύνετε τη ρύθμιση. Επίσης, προσπαθήστε να τροποποιήσετε και να χειριστείτε τον κώδικα, ώστε να γνωρίζετε τι συμβαίνει.

Βήμα 5: Η μονάδα Bluetooth HC-05

Δεν χρειάζεται να κάνετε αυτό το μέρος, αλλά είναι σημαντικό να μπορείτε να μεταβείτε στη λειτουργία AT (λειτουργία ρυθμίσεων) καθώς πιθανότατα θα πρέπει να αλλάξετε μία από τις ρυθμίσεις της μονάδας. Αυτό ήταν ένα από τα πιο απογοητευτικά μέρη για αυτό το έργο. Έκανα τόση έρευνα για να καταλάβω πώς να πάρω τη μονάδα μου σε λειτουργία AT, επειδή η συσκευή μου δεν ανταποκρινόταν στις εντολές μου. Μου πήρε 2 ημέρες για να καταλήξω ότι η μονάδα μου ήταν σπασμένη. Παρήγγειλα για άλλο και λειτούργησε. Δείτε αυτό το σεμινάριο για να μπείτε σε λειτουργία AT.

Το HC-05 διατίθεται σε διαφορετικά είδη, υπάρχουν άλλα με κουμπιά και άλλα χωρίς και κάθε είδους μεταβλητές σχεδίασης. Ένα από αυτά που είναι σταθερό όμως είναι ότι όλοι έχουν ένα "Pin 34". Δείτε αυτό το σεμινάριο.

Πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε

• Για να μεταβείτε στη λειτουργία AT, απλά κρατήστε πατημένο το 5V για να καρφιτσώσετε 34 της μονάδας bluetooth πριν συνδέσετε την τροφοδοσία σε αυτήν.
• Συνδέστε έναν δυνητικό διαιρέτη στην ακίδα RX της μονάδας καθώς λειτουργεί σε 3.3V. Θα μπορούσατε ακόμα να το χρησιμοποιήσετε στα 5V, αλλά μπορεί να τηγανίσει την καρφίτσα εάν κάτι πάει στραβά.
• Εάν χρησιμοποιείτε το Pin 34 (αντί για το κουμπί ή κάποιον άλλο τρόπο που βρήκατε στο διαδίκτυο), η μονάδα θα ορίσει το ρυθμό baud του bluetooth στο 38400. Γι 'αυτό στο σύνδεσμο για το σεμινάριο παραπάνω υπάρχει μια γραμμή στον κώδικα που λέει:

BTSerial.begin (38400); // HC-05 προεπιλεγμένη ταχύτητα στην εντολή AT περισσότερο

Εάν η μονάδα εξακολουθεί να μην αποκρίνεται με "OK", δοκιμάστε να αλλάξετε τις ακίδες tx και rx. Θα έπρεπε να είναι:

Bluetooth => Arduino

RXD => TX1

TDX => RX0

Εάν αυτό εξακολουθεί να μην λειτουργεί, επιλέξτε να αλλάξετε τις καρφίτσες στον κώδικα σε άλλες καρφίτσες Arduino. Δοκιμάστε, αν δεν λειτουργεί αλλάξτε τις ακίδες tx και rx, δοκιμάστε ξανά

SoftwareSerial BTSerial (10, 11); // RX | TX

Αλλάξτε την παραπάνω γραμμή. Θα μπορούσατε να δοκιμάσετε RX = 2, TX = 3 ή οποιονδήποτε άλλο έγκυρο συνδυασμό. Μπορείτε να δείτε τους αριθμούς pin Arduino στην παραπάνω εικόνα.

Βήμα 6: Σύνδεση των εξαρτημάτων

Τώρα που είμαστε σίγουροι ότι όλα λειτουργούν, ήρθε η ώρα να αρχίσουμε να τα συνδυάζουμε. Μπορείτε να συνδέσετε τα μέρη όπως ακριβώς φαίνεται στο κύκλωμα. Το πήρα από το Electronoobs. Με βοήθησε πραγματικά σε αυτό το έργο. Δείτε εδώ την εκδοχή του έργου. Εάν ακολουθείτε αυτό το σεμινάριο, δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για τις συνδέσεις του δέκτη: input_Yaw, input_Pitch, κλπ. Όλα αυτά θα αντιμετωπιστούν με bluetooth. Επίσης, συνδέστε το bluetooth όπως κάναμε στην προηγούμενη ενότητα. Οι καρφίτσες tx και rx μου δημιουργούσαν λίγο πρόβλημα, οπότε χρησιμοποίησα τα Arduino:

RX ως 2 και TX ως 3, αντί για τις κανονικές ακίδες. Στη συνέχεια, θα γράψουμε μια απλή εφαρμογή που θα συνεχίσουμε να βελτιώνουμε μέχρι να έχουμε το τελικό προϊόν.

Βήμα 7: Η ομορφιά του RemoteXY

Για πολύ καιρό σκεφτόμουν έναν εύκολο τρόπο για να φτιάξω μια εύχρηστη εφαρμογή Remote που θα μου επέτρεπε να ελέγξω το drone. Οι περισσότεροι άνθρωποι χρησιμοποιούν το MIT App Inventor, αλλά το UI δεν είναι τόσο όμορφο όσο θα ήθελα και επίσης δεν είμαι φαν του εικονογραφικού προγραμματισμού. Θα μπορούσα να το είχα σχεδιάσει χρησιμοποιώντας το Android Studio, αλλά αυτό θα ήταν πάρα πολύ δουλειά. Wasμουν εξαιρετικά ενθουσιασμένος όταν βρήκα ένα σεμινάριο χρησιμοποιώντας το RemoteXY. Εδώ είναι ο σύνδεσμος προς τον ιστότοπο. Είναι εξαιρετικά εύκολο στη χρήση και η τεκμηρίωση είναι πολύ καλή. Θα δημιουργήσουμε ένα απλό περιβάλλον χρήστη για το drone μας. Μπορείτε να προσαρμόσετε τη δική σας με τον τρόπο που σας αρέσει. Απλά βεβαιωθείτε ότι γνωρίζετε τι κάνετε. Ακολουθήστε τις οδηγίες εδώ.

Μόλις το κάνετε αυτό, θα επεξεργαστείτε τον κώδικα, έτσι ώστε να μπορούμε να αλλάξουμε το γκάζι στο χειριστή μας. Προσθέστε τις γραμμές που έχουν τα / **** πράγματα που πρέπει να κάνετε και γιατί *** / στον κωδικό σας.

Εάν δεν μεταγλωττίζεται, βεβαιωθείτε ότι έχετε κατεβάσει τη βιβλιοθήκη. Ανοίξτε επίσης ένα παράδειγμα σκίτσου και συγκρίνετε τι έχει αυτό που δεν έχει το δικό σας.

////////////////////////////////////////////////// RemoteXY περιλαμβάνει βιβλιοθήκη // /////////////////////////////////////////////

// RemoteXY επιλέξτε τη λειτουργία σύνδεσης και συμπεριλάβετε τη βιβλιοθήκη

#define REMOTEXY_MODE_HC05_SOFTSERIAL

#συμπεριλάβω #συμπεριλάβω #συμπεριλάβω

// Ρυθμίσεις σύνδεσης RemoteXY

#define REMOTEXY_SERIAL_RX 2 #define REMOTEXY_SERIAL_TX 3 #define REMOTEXY_SERIAL_SPEED 9600

// Έλικες

Servo L_F_prop; Servo L_B_prop; Servo R_F_prop; Servo R_B_prop;

// Διαμόρφωση RemoteXY

#pragma pack (push, 1) uint8_t RemoteXY_CONF = {255, 3, 0, 0, 0, 61, 0, 8, 13, 0, 5, 0, 49, 15, 43, 43, 2, 26, 31, 4, 0, 12, 11, 8, 47, 2, 26, 129, 0, 11, 8, 11, 3, 17, 84, 104, 114, 111, 116, 116, 108, 101, 0, 129, 0, 66, 10, 7, 3, 17, 80, 105, 116, 99, 104, 0, 129, 0, 41, 34, 6, 3, 17, 82, 111, 108, 108, 0} ? // αυτή η δομή ορίζει όλες τις μεταβλητές της δομής διεπαφής ελέγχου σας {

// μεταβλητή εισαγωγής

int8_t Joystick_x; // -100..100 x -συντεταγμένη θέση χειριστηρίου int8_t Joystick_y; // -100..100 θέση χειριστηρίου συντεταγμένων y int8_t ThrottleSlider; // 0..100 θέση ρυθμιστικού

// άλλη μεταβλητή

uint8_t connect_flag; // = 1 εάν το καλώδιο είναι συνδεδεμένο, αλλιώς = 0

} RemoteXY;

#pragma pack (pop)

/////////////////////////////////////////////

// ΤΕΛΟΣ RemoteXY περιλαμβάνει // /////////////////////////////////////// /

/********** Προσθέστε αυτήν τη γραμμή για να διατηρήσετε την τιμή του γκαζιού **************/

int input_THROTTLE;

void setup () {

RemoteXY_Init ();

/********** Συνδέστε τους κινητήρες στις καρφίτσες Αλλάξτε τις τιμές για να ταιριάζουν στις δικές σας **************/

L_F_prop.attach (4); // αριστερό μπροστινό μοτέρ

L_B_prop.attach (5); // αριστερό πίσω μοτέρ R_F_prop.attach (7); // δεξί μπροστινό μοτέρ R_B_prop.attach (6); // δεξί πίσω μοτέρ

/************* Αποτρέψτε την είσοδο του esc στη λειτουργία προγραμματισμού ********************

L_F_prop.writeMicroseconds (1000); L_B_prop.writeMicroseconds (1000); R_F_prop.writeMicroseconds (1000); R_B_prop.writeMicroseconds (1000); καθυστέρηση (1000)?

}

void loop () {

RemoteXY_Handler ();

/****** Αντιστοιχίστε την τιμή του γκαζιού που λαμβάνετε από την εφαρμογή σε 1000 και 2000, οι οποίες είναι οι τιμές που χρησιμοποιούν τα περισσότερα ESC σε *********/

input_THROTTLE = χάρτης (RemoteXY. ThrottleSlider, 0, 100, 1000, 2000);

L_F_prop.writeMicroseconds (input_THROTTLE);

L_B_prop.writeMicroseconds (input_THROTTLE); R_F_prop.writeMicroseconds (input_THROTTLE); R_B_prop.writeMicroseconds (input_THROTTLE); }

Βήμα 8: Δοκιμή

Εάν έχετε κάνει τα πάντα σωστά, θα πρέπει να μπορείτε να δοκιμάσετε το χειριστή σας σύροντας το γκάζι πάνω και κάτω. Φροντίστε να το κάνετε έξω. Επίσης, μην κρατάτε τις προπέλες ενεργοποιημένες γιατί αυτό θα προκαλέσει άλμα στο χαλί. Δεν έχουμε γράψει ακόμα τον κώδικα για να τον εξισορροπήσουμε, οπότε θα ήταν ΚΑΚΗ ΙΔΕΑ ΝΑ ΤΟ ΔΟΚΙΜΑΣΕΙ ΑΥΤΟ ΜΕ ΤΟΥΣ ΠΡΟΦΥΛΑΚΤΕΣ! Αυτό το έκανα μόνο γιατί.

Η επίδειξη είναι μόνο για να δείξει ότι πρέπει να είμαστε σε θέση να ελέγξουμε το γκάζι από την εφαρμογή. Θα παρατηρήσετε ότι οι κινητήρες τραυλίζουν. Αυτό συμβαίνει επειδή τα ESC δεν έχουν βαθμονομηθεί. Για να το κάνετε αυτό, ρίξτε μια ματιά στις οδηγίες αυτής της σελίδας Github. Διαβάστε τις οδηγίες, ανοίξτε το αρχείο ESC-Calibration.ino και ακολουθήστε αυτές τις οδηγίες. Αν θέλετε να καταλάβετε τι συμβαίνει, δείτε αυτό το σεμινάριο της Electronoobs.

Ενώ εκτελείτε το πρόγραμμα, βεβαιωθείτε ότι έχετε δέσει το drone με χορδές, καθώς θα τελειώσει με το γκάζι. Επίσης βεβαιωθείτε ότι οι έλικες δεν είναι ενεργοποιημένες. Το δικό μου το άφησα μόνο γιατί είμαι μισά τρελός. ΜΗΝ ΑΦΗΣΕΤΕ ΤΟΥΣ ΠΡΟΠΕΛΕΣ ΣΑΣ !!! Αυτή η επίδειξη φαίνεται στο δεύτερο βίντεο.

Βήμα 9: Εργάζομαι στον Κώδικα. Θα τελειώσει το Instructable σε λίγες μέρες

Απλώς ήθελα να προσθέσω ότι αν χρησιμοποιείτε αυτό το σεμινάριο και με περιμένετε, το δουλεύω ακόμα. Είναι απλά άλλα πράγματα στη ζωή μου που δουλεύω επίσης, αλλά μην ανησυχείτε θα το δημοσιεύσω σύντομα. Ας πούμε το αργότερο έως τις 10 Αυγούστου 2019.

Ενημέρωση 10 Αυγούστου: Δεν ήθελα να σας αφήσω κρεμασμένο. Δυστυχώς δεν είχα τον χρόνο να δουλέψω στο έργο την περασμένη εβδομάδα. Beenμουν πολύ απασχολημένος με άλλα πράγματα. Δεν θέλω να σε οδηγήσω. Ας ελπίσουμε ότι θα ολοκληρώσω το διδακτικό στο εγγύς μέλλον. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή χρειάζεστε βοήθεια, μπορείτε να προσθέσετε ένα σχόλιο παρακάτω και θα επικοινωνήσω μαζί σας.