DIY plantinspeksie tuindrone (met 'n begroting opgevoude trikopter): 20 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

By ons naweekhuis het ons 'n lekker tuintjie met baie vrugte en groente, maar soms is dit net moeilik om tred te hou met hoe die plante verander. Hulle benodig konstante toesig en is baie kwesbaar vir weer, infeksies, goggas, ens …

Ek het baie multikopter -onderdele van ou projekte in my gereedskapskas gelê, en ek het besluit om 'n hommeltuig te ontwerp en te bou wat plantanalise kan doen met 'n Rasperry Pi Zero W en die NoIR PiCamera. Ek wou ook 'n video oor hierdie projek maak, maar dit is redelik moeilik langs die universiteit, so ek laai net die rou beeldmateriaal op.

Die teorie agter Near Infrared Imaging

Ek beveel aan om hierdie Wikipedia -artikel te lees. Lang storie kort: as plante normaal funksioneer, weerspieël hulle infrarooi lig wat van die son af kom. Baie diere kan IR -lig sien, soos slange en reptiele, maar u kamera kan dit ook sien (probeer dit met 'n TV -afstandsbediening). As u die IR -filter van u kamera verwyder, kry u 'n purperige, uitgespoelde beeld. As u nie u kamera wil breek nie, moet u dit probeer met die NoIR PiCamera, wat basies dieselfde is as die standaard PiCamera, maar nie 'n ingeboude IR -filter het nie. As u die infrarooi filter onder die kamera se lens plaas, kry u slegs IR -lig op u Rooi kanaal, blou lig op Blou kanaal, groen en rooi word uitgefiltreer. Deur die genormaliseerde plantegroei -indeksformule vir elke pixel te genormaliseer, kan u 'n baie goeie aanduiding kry van u plant se gesondheid en fotosintetiese aktiwiteit. Met hierdie projek kon ek ons agterplaas skandeer en 'n ongesonde plant onder ons peerboom identifiseer.

Waarom 'n Tricopter?

Ek hou van tricopters 'n bietjie meer as quads, byvoorbeeld vanweë hul doeltreffendheid. Hulle het langer vlugtye, dit is goedkoper en u kan dit vou, wat waarskynlik die beste funksie is as dit kom by selfdrogende hommeltuie. Ek hou ook daarvan om met hierdie trikopter te vlieg; hulle het 'n ietwat 'vliegtuigagtige' beheer wat u sal ondervind as u saam met my hierdie drone bou. As dit by tris kom, is David Windestal se naam waarskynlik die eerste in 'n Google -soektog. Ek beveel aan dat u na sy webwerf kyk; ek gebruik ook sy opvoubare raamontwerp.

Stap 1: Vlugmateriaal

Dit was my tweede toetsvlug waar die copter reeds ingestel was en gereed was om plantontledings te doen. Ek het 'n paar opnames aan boord van my aksiekamera, u kan ons pragtige omgewing vanuit 'n voëloog kyk. As u die NDVI -opnames wil sien, gaan na die laaste stap van hierdie instruksies. Ongelukkig het ek nie tyd gehad om 'n volledige video oor hierdie tricopter te maak nie, maar ek het hierdie kort vlugtoetsvideo opgelaai.

Stap 2: Vereiste gereedskap en onderdele

Met die uitsondering van die houtbome en die verfspuit, het ek elke onderdeel in my gereedskapskas gelê, so die totale koste van hierdie projek was ongeveer $ 5 vir my, maar ek sal probeer om eBay- of Banggood -skakels te vind na elke onderdeel wat ek gebruik het. Ek beveel sterk aan om rond te kyk vir die onderdele, miskien kan u 'n beter prys kry as ek.

Gereedskap

• Soldeerbout
• Dremel Tool
• 3D -drukker (ek het nie een nie, my vriend het my gehelp)
• Sny gereedskap
• Draadsnyer
• Wondergom
• Ritsbande (baie van hulle, in 2 groottes)
• Verfspuit (met 'n kleur waarvan u hou - ek het swart gebruik)

Dele

1. ArduCopter Flight Controller (ek het 'n ou APM 2.8 gebruik, maar u moet 'n PixHawk of PIX Mini gebruik)
2. GPS -antenne met magnetometer
3. MAVLink Telelemetry Module (vir grondstasie kommunikasie)
4. 6CH -ontvanger + sender
5. Video -sender
6. Servomotor (wringkrag van minstens 1,5 kg)
7. 10 "propellers (2 CCW, 1 CW + ekstra vir vervanging)
8. 3 30A SimonK ESC's (Electronic Speed Controller) + 3 920kv Motors
9. 3S battery 5.2 Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (kom met infrablou filter)
11. 2 batterybande
12. Trillings dempings
13. 1.2 cm vierkantige houtbome (ek het 'n staaf van 1,2 meter gekoop)
14. 2-3 mm dik houtplaat
15. Aksiekamera (ek het 'n 4K -geskikte GoPro -kloon gebruik - SJCAM 5000x)

Dit is die dele wat ek vir my hommeltuig gebruik het; verander dit gerus na u smaak. As u nie seker is wat u moet gebruik nie, los 'n opmerking, en ek sal u probeer help. Nota: ek het die beëindigde APM -bord as 'n vlugbeheerder gebruik, want ek het een ekstra gehad. Vlieg goed, maar hierdie bord word nie meer ondersteun nie, dus moet u waarskynlik 'n ander vlugbeheerder kry wat ArduCopter verenigbaar is vir uitstekende GPS -funksies.

Stap 3: Sny die raam

Laai die raamlêer af, druk dit uit en sny dit uit. Kontroleer of die gedrukte grootte korrek is, en gebruik 'n pen om die vorm en die gate op die houtplaat te merk. Gebruik 'n saag om die raam te sny en boor die gate met 'n stuk van 3 mm. U benodig slegs twee hiervan; ek het pas 4 as onderdele gemaak.

Stap 4: Monteer die raam

Ek het 3 mm skroewe en moere gebruik om die raam te monteer. Ek sny elke spuitbalk 35 cm lank en laat 'n 3 cm lank aan die voorkant van die raam. Moenie die gewrigte te hard trek nie, maar maak seker dat daar genoeg wrywing is sodat die arms nie vou nie. Dit is 'n baie slim ontwerp; ek het twee keer neergestort en niks net die arms teruggevou nie.

Stap 5: Boor gate vir die motors

Kontroleer die grootte van u motorskroewe en die afstand tussen hulle en boor dan twee gate in die linker- en regterhoutarms. Ek moes 'n gat van 5 mm diep en 8 mm breed in die arms boor sodat die skagte genoeg spasie het. Verwyder die klein splinters met 'n skuurpapier en blaas die stof uit. U wil geen stof in u motors hê nie, want dit kan onnodige wrywing en hitte veroorsaak.

Stap 6: Opvoubare GPS -houer

Ek moes ekstra gate boor vir my GPS -antenna vir 'n goeie pas. U moet u kompas hoog plaas sodat dit nie die magnetiese veld van motors en drade belemmer nie. Dit is 'n eenvoudige opvoubare antenna wat my help om my opset so kompak as moontlik te hou.

Stap 7: Verf die raam

Nou moet u alles losskroef en die verfwerk doen. Uiteindelik het ek hierdie matte diep swart kleurbespuiting gekies. Ek het die dele aan 'n draad vasgemaak en dit eenvoudig geverf. Vir 'n baie goeie resultaat, gebruik 2 of meer lae verf. Die eerste laag lyk waarskynlik 'n bietjie uitgespoeld omdat die hout die vog gaan opdoen. Wel, dit het in my geval gebeur.

Stap 8: Monteer die vibrasie -dempingsplatform

Ek het hierdie gimbal -houerplatform gehad, wat in my bou ook as 'n batteryhouer kan dien. U moet dit met ritsbande en/of skroewe onder u raam monteer. Die gewig van die battery help om baie trillings op te neem, sodat u 'n baie goeie kamera -opname kry. U kan ook 'n paar landingsratte op die plastiekstawe monteer; ek het gevoel dat dit nie nodig is nie. Hierdie swart kleur het goed uitgewerk, op hierdie stadium behoort u 'n mooi raam te hê en dit is tyd om u vlugkontroleerder op te stel.

Stap 9: Opstel van ArduCopter

Om die vlugbeheerder op te stel, benodig u 'n ekstra gratis sagteware. Laai Mission Planner af op Windows of APM Planner op Mac OS. As u u vlugbeheerder aansluit en die sagteware oopmaak, gaan 'n assistent -helper die nuutste firmware op u bord installeer. Dit sal u ook help om u kompas, versnellingsmeter, radiobeheerder en vlugmodusse te kalibreer.

Vliegmodusse

Ek beveel aan dat u Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home en Land as u ses vlugmodusse gebruik. Sirkel is baie handig as dit by die inspeksie van die plant kom. Dit gaan om 'n gegewe koördinaat wentel, sodat dit help om u plante op 'n baie presiese manier uit elke hoek te ontleed. Ek kan met die stokke wentel, maar dit is moeilik om 'n perfekte sirkel te behou. Loiter is soos om u hommeltuig in die lug te parkeer, sodat u NDVI -foto's met 'n hoë resolusie kan neem, en RTH is handig as u die sein verloor of die oriëntasie van u hommeltuig verloor.

Gee aandag aan u bedrading. Gebruik die skema om u ESC's in die regte penne in te sluit en kontroleer die bedrading van u invoerkanale in Mission Planner. Moet dit nooit met rekwisiete toets nie!

Stap 10: Die installering van die GPS, die kamera en die vlugbeheerder

Sodra u vlugbestuurder gekalibreer is, kan u skuimband gebruik en dit in die middel van u raam installeer. Maak seker dat dit vorentoe wys en genoeg ruimte vir die kabels het. Monteer die GPS met 3 mm -skroewe en gebruik ritsbande om u kamera op sy plek te hou. Hierdie GoPro -klone kom met al die monteerhulpprogramme, dus dit was redelik eenvoudig om hierdie een te installeer.

Stap 11: ESC's en kragkabel

My batterye het 'n XT60 -aansluiting, en ek het 3 positiewe en 3 negatiewe drade aan elke pen van 'n vroulike aansluiting gesoldeer. Gebruik 'n krimpbuis om die verbindings te beskerm teen kortsluiting (u kan ook elektriese band gebruik). As u hierdie dik drade soldeer, vryf dit saam en maak dit 'n koperdraad, en voeg dan baie gesmelte soldeer by. U wil geen koue soldeerverbindings hê nie, veral as u die ESC's aanskakel.

Stap 12: Ontvanger en antennas

Om 'n goeie seinontvangs te hê, moet u u antennas in 90 grade monteer. Ek het ritsbande en krimpbuise gebruik om my ontvanger -antennas aan die voorkant van my hommeltuig te monteer. Die meeste ontvangers het kabels, en die kanale is gemerk, sodat dit maklik moet wees om dit op te stel.

Stap 13: Die stertmeganisme

Die stertmeganisme is die siel van 'n trikopter. Ek het hierdie ontwerp aanlyn gevind, en ek het dit probeer. Ek het gevoel dat die oorspronklike ontwerp 'n bietjie swak was, maar as u die meganisme omkeer, werk dit perfek. Ek sny die oortollige deel met 'n dremel -gereedskap. Op die foto kan dit lyk asof my servomotor 'n bietjie ly, maar dit werk foutloos. Gebruik 'n bietjie druppel supergom wanneer die skroewe vasgedraai word, sodat dit nie val as gevolg van die trillings nie; of jy kan die motors met rits vasbind soos ek.

Stap 14: Doen 'n sweeftoets en PID Tuning

Kontroleer al u verbindings en maak seker dat u niks braai as u u battery aansluit nie. Installeer u propellers en probeer om met u hommeltuig te beweeg. Myne was redelik glad uit die boks, ek moes net 'n bietjie afstem, want dit het te veel reggestel. Ek kan nie PID -tuning in hierdie instruksies leer nie; ek het byna alles geleer uit die video -tutoriaal van Joshua Bardwell. Hy verduidelik dit soveel beter as wat ek kon.

Stap 15: Kies 'n framboos en installeer Raspbian (Jessie)

Ek wou dit so laag as moontlik hou, so ek het met die RPi Zero W. gegaan. Ek gebruik Raspbian Jessie omdat die nuwer weergawes probleme ondervind met OpenCV wat ons gebruik om die plantegroei -indeks van die rou beeldmateriaal te bereken. As u 'n hoër FPS -koers wil hê, moet u die Raspberry Pi v4. U kan die sagteware hier aflaai.

Afhanklikheidsinstalleer

Ons gaan PiCamera, OpenCV en Numpy in hierdie projek gebruik. As 'n beeldsensor het ek die kleiner 5MP -kamera gekies wat slegs verenigbaar is met die Zero -borde.

1. Flits u beeld met u gunsteling hulpmiddel (ek hou van Balena Etcher).
2. Begin u Framboos met 'n gekoppelde monitor.
3. Aktiveer kamera- en SSH -koppelvlakke.
4. Kontroleer u IP -adres met ifconfig in die terminale.
5. SSH in u RPi met die ssh pi@YOUR_IP -opdrag.
6. Kopieer en plak die instruksies om die vereiste sagteware te installeer:

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 installeer numpy python-opencv python (om dit te toets) import cv2 cv2._ version_

U behoort 'n antwoord met die weergawenommer van u OpenCV -biblioteek te sien.

Stap 16: Toets die NoIR -kamera en NDVI -beeldvorming

Skakel u RPi -bord uit, plaas die kamera en dan kan ons probeer om NDVI -beeldvorming daarmee te doen. U kan op die blom (die een met 'n rooi agtergrond) sien dat die groener dele binne 'n paar fotosintetiese aktiwiteite toon. Dit was my eerste toets, wat met Infragram gemaak is. Ek het al die formules en kleurkaarte op hul webwerf geleer om 'n volledig funksionele kode te skryf. Om dinge meer outomaties te maak, het ek 'n Python -script gemaak wat rame opneem, die NDVI -beelde bereken en dit in 1080p op die copter stoor.

Hierdie beelde gaan 'n vreemde kleurkaart hê, en dit lyk asof dit van 'n ander planeet af kom. Doen 'n paar toetse, verander 'n paar veranderlikes, pas u sensor aan voor die eerste missie.

Stap 17: Installeer die RPi Zero W op die Drone

Ek het die Pi Zero aan die voorkant van die trikopter geïnstalleer. U kan u kamera vorentoe kyk, net soos ek, of af. Die rede waarom my vorentoe kyk, is om die verskil tussen plante en ander nie -fotosintetiese voorwerpe aan te toon. Nota: Dit kan gebeur dat sommige oppervlaktes IR -lig weerkaats of dat hulle warmer is as die omgewing, wat veroorsaak dat hulle 'n heldergeel kleur het.

Stap 18: Voeg 'n videosender by (opsioneel)

Ek het ook hierdie VTx laat lê, so op die agterarm van my copter geïnstalleer. Dit het 'n reikafstand van 2000 meter, maar ek het dit nie gebruik terwyl ek toetse gemaak het nie. Het slegs 'n FPV -vlug vir die plesier daarmee gedoen. As ek dit nie gebruik nie, word die kabels verwyder, anders word dit onder die raam weggesteek om my gebou mooi en skoon te hou.

Stap 19: Plantanalise doen

Ek het twee vlugte van 25 minute gedoen vir 'n behoorlike ontleding. Die meeste van ons groente lyk goed, aartappels benodig ekstra sorg en water. Gaan kyk of dit binne 'n paar dae gehelp het. Hulle lyk redelik groen op die prentjie in vergelyking met die oranje en pienk bome.

Ek hou daarvan om sirkelvlugte te doen sodat ek die plante vanuit elke hoek kan ondersoek. U kan duidelik sien dat sommige groente onder die vrugtebome nie genoeg sonlig kry nie, sodat dit blou of swart word in die NDVI -beelde. Dit is nie 'n probleem as een deel van die boom nie genoeg sonlig op 'n tyd van die dag kry nie, maar dit is erg as die hele plant swart en wit word.

Stap 20: vlieg veilig;)

Dankie dat u hierdie instruksies gelees het; ek hoop dat sommige van u sal probeer om eksperimente te doen met NDVI -beeldvorming of met die bou van drones. Ek het baie plesier gehad om hierdie projek van nul uit houtonderdele te maak. As u ook hou, kan u dit oorweeg om my te help met u vriendelike stem. O, vlieg veilig, nooit bo mense nie en geniet die stokperdjie!

Eerste prys in die Make It Fly Challenge