คู่มือที่ฉันอยากได้ในการสร้างโดรน Arduino: 9 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

เอกสารนี้เป็นเอกสารสแลชประเภท "วิธีการแนะนำ" ที่ต้องผ่านกระบวนการ ทำให้ฉันเข้าใจแนวคิดเพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการสร้างควอดคอปเตอร์ง่ายๆ ที่ฉันควบคุมได้จากโทรศัพท์มือถือ

ในการทำโปรเจ็กต์นี้ ฉันต้องการทราบว่าจริงๆ แล้วโดรนคืออะไร ในกรณีของฉันคือควอดคอปเตอร์ ดังนั้นฉันจึงเริ่มทำการวิจัย ฉันดูวิดีโอ YouTube มากมาย อ่านบทความมากมายและหน้าเว็บที่ยากจะลบล้าง และนี่คือสิ่งที่ฉันได้รับ

โดยพื้นฐานแล้วคุณสามารถแยกโดรนออกเป็นสองส่วน ฉันเรียกมันว่า "กายภาพ" และ "ตัวควบคุม" กายภาพเป็นทุกสิ่งที่เกี่ยวข้องกับกลไกที่ทำให้โดรนบินได้ สิ่งเหล่านี้คือสิ่งต่างๆ เช่น มอเตอร์ เฟรม แบตเตอรี่ ใบพัด และสิ่งอื่น ๆ ที่ทำให้โดรนสามารถบินได้

ผู้ควบคุมคือผู้ควบคุมการบินเป็นหลัก สิ่งที่ควบคุมทางกายภาพเพื่อให้โดรนสามารถบินได้ทั้งหน่วยโดยไม่ล้ม โดยพื้นฐานแล้วไมโครคอนโทรลเลอร์ ซอฟต์แวร์บนไมโครคอนโทรลเลอร์ และเซ็นเซอร์ที่ช่วยจัดตำแหน่งแบริ่งให้เป็นรูปสามเหลี่ยม ดังนั้น ในการที่จะมีโดรน ฉันต้องการคอนโทรลเลอร์ และชิ้นส่วนทางกายภาพจำนวนมากเพื่อให้ตัวควบคุม 'ควบคุม'

เสบียง

งบประมาณสำหรับโครงการ: $250

กรอบเวลา: 2 สัปดาห์

สิ่งที่ต้องซื้อ:

• ฟิสิคัลเฟรม $20
• ใบมีด 0 บาท (มาพร้อมกรอบ)
• ชุดแบตเตอรี่ $25
• ESC (ตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์) $0 (มาพร้อมกับมอเตอร์)
• มอเตอร์ $70

ผู้ควบคุมการบิน

• Arduino นาโน $20
• สาย USB Arduino $2
• โมดูลบลูทูธ (HC-05) $8
• ตัวต้านทานและสายไฟ LED 3 มม. และ 330 โอห์ม $13
• GY-87 (มาตรความเร่ง, ไจโรสโคป) $5
• บอร์ดต้นแบบ $10
• ส่วนหัวชายและหญิง $5

อื่น

• ชุดบัดกรี $10
• มัลติมิเตอร์ $20

ฉันอยากสนุกกับการสร้างโปรเจ็กต์นี้ในฐานะวิศวกร ฉันก็เลยซื้ออย่างอื่นที่ไม่จำเป็น

รวม: $208

ขั้นตอนที่ 1: ประสบการณ์ครั้งแรกของฉัน

หลังจากซื้อส่วนประกอบทั้งหมดของฉันแล้ว ฉันก็รวบรวมมันทั้งหมดเข้าด้วยกันแล้วจึงลองเปิดตัวโดรนโดยใช้ Multiwii (ซอฟต์แวร์ไปที่ซอฟต์แวร์ที่ชุมชนโดรน DIY ส่วนใหญ่ใช้) แต่ฉันรู้ทันทีว่าฉันไม่เข้าใจสิ่งที่ฉันทำอย่างเต็มที่ ที่ทำเพราะมีข้อผิดพลาดมากมายและฉันไม่รู้ว่าจะแก้ไขอย่างไร

หลังจากนั้น ฉันตัดสินใจแยกชิ้นส่วนโดรนออกจากกันและทำความเข้าใจส่วนประกอบแต่ละชิ้น และสร้างใหม่ในลักษณะที่ฉันจะเข้าใจทุกสิ่งที่เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์

ในส่วนต่อไปนี้ ฉันจะทำกระบวนการประกอบตัวต่อเข้าด้วยกัน ก่อนนั้นเรามาดูภาพรวมคร่าวๆ กันก่อน

ทางกายภาพ

สำหรับทางกายภาพ เราควรมี: เฟรม ใบพัด แบตเตอรี่ และ escs สิ่งเหล่านี้จะค่อนข้างง่ายที่จะรวมเข้าด้วยกัน หากต้องการทำความเข้าใจส่วนต่างๆ เหล่านี้และส่วนใดบ้างที่คุณควรได้รับ โปรดไปที่ลิงก์นี้ เขาอธิบายสิ่งที่คุณต้องรู้เกี่ยวกับการซื้อชิ้นส่วนแต่ละชิ้นที่ฉันได้ระบุไว้ ดูวิดีโอ Youtube นี้ด้วย มันจะช่วยคุณได้หากคุณติดชิ้นส่วนต่างๆ เข้าด้วยกัน

ขั้นตอนที่ 2: เคล็ดลับในการประกอบและการดีบักชิ้นส่วนทางกายภาพ

ใบพัดและมอเตอร์

• เพื่อตรวจสอบว่าใบพัดของคุณอยู่ในทิศทางที่ถูกต้อง(พลิกหรือไม่) เมื่อคุณหมุนใบพัดไปในทิศทางที่ระบุโดยมอเตอร์ (มอเตอร์ส่วนใหญ่มีลูกศรแสดงว่าควรหมุนอย่างไร) คุณควรรู้สึกได้ถึงลมใต้ใบพัดและไม่อยู่เหนือ.
• สกรูบนใบพัดตรงข้ามควรมีสีเดียวกัน
• สีของใบพัดที่อยู่ติดกันควรเหมือนกัน
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้จัดเรียงมอเตอร์ในลักษณะที่มันหมุนได้เหมือนในภาพด้านบน
• หากคุณกำลังพยายามพลิกทิศทางของมอเตอร์ เพียงแค่สลับสายที่ปลายอีกด้าน สิ่งนี้จะกลับทิศทางของมอเตอร์

แบตเตอรี่และพลังงาน

• หากสิ่งใดเกิดประกายไฟขึ้นและคุณไม่สามารถหาสาเหตุได้ เป็นไปได้มากว่าคุณมีการแลกเปลี่ยนด้านบวกและด้านลบ
• หากคุณไม่แน่ใจว่าจะชาร์จแบตเตอรี่เมื่อใด คุณสามารถใช้โวลต์มิเตอร์เพื่อตรวจสอบแรงดันไฟได้ ถ้าต่ำกว่าสเปคที่แบตบอกไว้ ก็ต้องชาร์จ ตรวจสอบลิงค์นี้เกี่ยวกับการชาร์จแบตเตอรี่ของคุณ
• แบตเตอรี่ LIPO ส่วนใหญ่ไม่ได้มาพร้อมกับเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ คุณซื้อแยกต่างหาก

ขั้นตอนที่ 3: ตัวควบคุม Arduino

ไม่ต้องสงสัยเลยว่านี่คือส่วนที่ยากที่สุดของโครงการทั้งหมด การระเบิดส่วนประกอบได้ง่ายมาก และการดีบักอาจสร้างความหงุดหงิดอย่างมากหากคุณไม่รู้ว่ากำลังทำอะไรอยู่ ในโปรเจ็กต์นี้ ฉันควบคุมโดรนโดยใช้บลูทูธและแอปที่ฉันจะแสดงให้คุณเห็นถึงวิธีการสร้าง สิ่งนี้ทำให้โปรเจ็กต์ยากขึ้นเป็นพิเศษเพราะ 99% ของบทช่วยสอนที่ใช้ตัวควบคุมวิทยุ (นี่ไม่ใช่ความจริง lol) แต่อย่ากังวลว่าฉันได้ผ่านความหงุดหงิดมาเพื่อคุณแล้ว

เคล็ดลับก่อนออกเดินทางครั้งนี้

• ใช้เขียงหั่นขนมก่อนที่คุณจะปิดอุปกรณ์บน PCB ซึ่งช่วยให้คุณทำการเปลี่ยนแปลงได้อย่างง่ายดาย
• หากคุณได้ทดสอบส่วนประกอบอย่างละเอียดแล้วและใช้งานไม่ได้ แสดงว่าอาจใช้ไม่ได้ผล!

• ดูแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์สามารถจัดการได้ก่อนที่คุณจะเสียบปลั๊ก!

  • Arduino สามารถรองรับ 6 ถึง 20V แต่พยายามปิดที่ 12V เพื่อไม่ให้ระเบิด คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อมูลจำเพาะได้ที่นี่
  • HC-05 สามารถรองรับได้ถึง 5V แต่พินบางตัวทำงานที่ 3.3V ดังนั้นโปรดระวัง เราจะพูดถึงมันในภายหลัง
  • IMU (GY-521, MPU-6050) ยังทำงานที่ 5V
• เราจะใช้ RemoteXY เพื่อสร้างแอปของเรา หากคุณต้องการสร้างบนอุปกรณ์ iOS คุณต้องใช้โมดูลบลูทูธอื่น (HM-10) คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งนี้ได้จากเว็บไซต์ RemoteXY

หวังว่าคุณจะได้อ่านคำแนะนำ ตอนนี้ มาทดสอบส่วนประกอบแต่ละส่วนที่จะเป็นส่วนหนึ่งของคอนโทรลเลอร์แยกกัน

ขั้นตอนที่ 4: MPU-6050

อุปกรณ์นี้มีไจโรสโคปและมาตรความเร่ง ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้วจะบอกคุณถึงความเร่งในทิศทาง (X, Y, Z) และความเร่งเชิงมุมตามทิศทางเหล่านั้น

เพื่อทดสอบสิ่งนี้ เราสามารถใช้บทช่วยสอนเกี่ยวกับสิ่งนี้ เราสามารถใช้บทช่วยสอนนี้บนเว็บไซต์ Arduino หากใช้งานได้ คุณควรรับกระแสของมาตรความเร่งและค่าไจโรสโคปที่เปลี่ยนแปลงเมื่อคุณเอียง หมุน และเร่งการตั้งค่า พยายามปรับแต่งและจัดการโค้ดเพื่อให้คุณรู้ว่าเกิดอะไรขึ้น

ขั้นตอนที่ 5: โมดูลบลูทูธ HC-05

คุณไม่จำเป็นต้องทำส่วนนี้ แต่สิ่งสำคัญคือต้องสามารถไปที่โหมด AT (โหมดการตั้งค่า) เนื่องจากคุณจะต้องเปลี่ยนการตั้งค่าอย่างใดอย่างหนึ่งของโมดูล นี่เป็นหนึ่งในส่วนที่น่าผิดหวังที่สุดเกี่ยวกับโครงการนี้ ฉันได้ค้นคว้ามากมายเพื่อหาวิธีทำให้โมดูลของฉันเข้าสู่โหมด AT เนื่องจากอุปกรณ์ของฉันไม่ตอบสนองต่อคำสั่งของฉัน ฉันใช้เวลา 2 วันในการสรุปว่าโมดูลของฉันเสีย ฉันสั่งอีกอันแล้วใช้งานได้ ดูบทช่วยสอนนี้เกี่ยวกับการเข้าสู่โหมด AT

HC-05 มีให้เลือกหลายแบบ ทั้งแบบมีปุ่มและแบบไม่มีและแบบต่างๆ สิ่งหนึ่งที่คงที่คือพวกเขาทั้งหมดมี "Pin 34" ดูบทแนะนำนี้

เรื่องที่ควรรู้

• หากต้องการเข้าสู่โหมด AT เพียงกด 5V ค้างไว้เพื่อตรึง 34 ของโมดูลบลูทูธก่อนที่คุณจะเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ
• เชื่อมต่อตัวแบ่งที่อาจเกิดขึ้นกับพิน RX ของโมดูลขณะทำงานบน 3.3V คุณยังสามารถใช้ไฟ 5V ได้ แต่พินนั้นอาจทอดหากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น
• หากคุณใช้ Pin 34 (แทนที่จะเป็นปุ่มหรือวิธีอื่นที่คุณพบทางออนไลน์) โมดูลจะตั้งค่าอัตรารับส่งข้อมูลของบลูทูธเป็น 38400 นั่นเป็นสาเหตุที่ลิงก์สำหรับบทช่วยสอนด้านบนมีบรรทัดในโค้ดที่ระบุว่า:

BTSerial.begin(38400); // HC-05 ความเร็วเริ่มต้นในคำสั่ง AT more

หากโมดูลยังคงไม่ตอบสนองด้วย "ตกลง" ให้ลองเปลี่ยนพิน tx และ rx มันควรจะเป็น:

บลูทูธ =>Arduino

RXD =>TX1

TDX =>RX0

หากยังไม่ได้ผล ให้เลือกเปลี่ยนพินในโค้ดเป็นพิน Arduino ตัวอื่น ทดสอบ หากไม่ได้ผลให้เปลี่ยนพิน tx และ rx ให้ทดสอบอีกครั้ง

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

เปลี่ยนบรรทัดด้านบน คุณสามารถลองใช้ RX = 2, TX = 3 หรือชุดค่าผสมอื่นๆ ที่ใช้ได้ คุณสามารถดูหมายเลขพิน Arduino ในภาพด้านบน

ขั้นตอนที่ 6: การเชื่อมต่อชิ้นส่วน

ตอนนี้เรามั่นใจว่าทุกอย่างใช้งานได้แล้ว ก็ถึงเวลาเริ่มประกอบเข้าด้วยกัน คุณสามารถเชื่อมต่อชิ้นส่วนต่างๆ ได้เหมือนที่แสดงในวงจร ฉันได้รับสิ่งนั้นจาก Electronoobs เขาช่วยฉันด้วยโครงการนี้จริงๆ ตรวจสอบเวอร์ชันของโครงการที่นี่ หากคุณกำลังติดตามบทช่วยสอนนี้ คุณไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับการเชื่อมต่อเครื่องรับ: input_Yaw, input_Pitch ฯลฯ ทั้งหมดนี้จะถูกจัดการด้วยบลูทูธ เชื่อมต่อบลูทูธแบบที่เราทำในส่วนที่แล้วด้วย หมุด tx และ rx ของฉันทำให้ฉันมีปัญหาเล็กน้อย ดังนั้นฉันจึงใช้ Arduino's:

RX เป็น 2 และ TX เป็น 3 แทนที่จะเป็นพินปกติ ต่อไป เราจะเขียนแอปง่ายๆ ที่เราจะปรับปรุงต่อไปจนกว่าจะได้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

ขั้นตอนที่ 7: ความงามของ RemoteXY

เป็นเวลานานที่สุดที่ฉันกำลังคิดหาวิธีง่ายๆ ในการสร้างแอประยะไกลที่ใช้งานได้ ซึ่งจะทำให้ฉันควบคุมโดรนได้ คนส่วนใหญ่ใช้ MIT App Inventor แต่ UI ไม่สวยเท่าที่ฉันต้องการ และฉันก็ไม่ใช่แฟนของการเขียนโปรแกรมด้วยภาพด้วย ฉันสามารถออกแบบโดยใช้ Android Studio ได้ แต่นั่นคงจะเป็นงานที่มากเกินไป ฉันตื่นเต้นมากเมื่อพบบทช่วยสอนที่ใช้ RemoteXY นี่คือลิงค์ไปยังเว็บไซต์ ใช้งานง่ายมากและเอกสารประกอบดีมาก เราจะสร้าง UI ที่เรียบง่ายสำหรับโดรนของเรา คุณสามารถปรับแต่งตามที่คุณต้องการ เพียงให้แน่ใจว่าคุณรู้ว่าคุณกำลังทำอะไร ทำตามคำแนะนำที่นี่

เมื่อคุณทำเสร็จแล้ว เราจะแก้ไขโค้ดเพื่อให้เราสามารถเปลี่ยนคันเร่งบนคอปเตอร์ของเราได้ เพิ่มบรรทัดที่มี /**** สิ่งที่คุณควรทำและทำไม ***/ ในโค้ดของคุณ

หากไม่ได้รวบรวมให้แน่ใจว่าคุณได้ดาวน์โหลดไลบรารี่แล้ว เปิดภาพร่างตัวอย่างและเปรียบเทียบสิ่งที่คุณไม่มี

///////////////////////////////////////////////RemoteXY รวม ห้องสมุด // /////////////////////////////////////////////

// RemoteXY เลือกโหมดการเชื่อมต่อและรวมไลบรารี่

#define REMOTEXY_MODE_HC05_SOFTSERIAL

#รวม #รวม #รวม

// การตั้งค่าการเชื่อมต่อ RemoteXY

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

// ใบพัด

เซอร์โว L_F_prop; เซอร์โว L_B_prop; เซอร์โว R_F_prop; เซอร์โว R_B_prop;

// RemoteXY กำหนดค่า

#pragma แพ็ค (กด 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 }; // โครงสร้างนี้กำหนดตัวแปรทั้งหมดของโครงสร้างอินเทอร์เฟซการควบคุมของคุณ {

// ตัวแปรอินพุต

int8_t จอยสติ๊ก_x; // -100..100 ตำแหน่งจอยสติ๊กพิกัด x int8_t Joystick_y; // -100..100 ตำแหน่งจอยสติ๊กพิกัด y int8_t ThrottleSlider; // 0..100 ตำแหน่งตัวเลื่อน

// ตัวแปรอื่นๆ

uint8_t connect_flag; // =1 ถ้าต่อสาย อย่างอื่น =0

} RemoteXY;

#แพ็กม่าแพค(ป๊อป)

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

// END RemoteXY รวม // ///////////////////////////////////////// /

/**********เพิ่มบรรทัดนี้เพื่อเก็บค่าเค้น ***********/

int input_THROTTLE;

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () {

RemoteXY_Init ();

/**********ติดมอเตอร์เข้ากับพิน เปลี่ยนค่าให้เหมาะกับคุณ **************/

L_F_prop.แนบ(4); //มอเตอร์หน้าซ้าย

L_B_prop.แนบ(5); //มอเตอร์หลังซ้าย R_F_prop.attach(7); //มอเตอร์หน้าขวา R_B_prop.attach(6) //มอเตอร์แบ็คขวา

/*************ป้องกันไม่ให้ esc เข้าสู่โหมดการเขียนโปรแกรม*****************/

L_F_prop.writeไมโครวินาที(1000); L_B_prop.writeไมโครวินาที(1000); R_F_prop.writeไมโครวินาที(1000); R_B_prop.writeไมโครวินาที(1000); ล่าช้า (1000);

}

วงเป็นโมฆะ () {

RemoteXY_Handler ();

/****** จับคู่ค่าเค้นที่คุณได้รับจากแอปเป็น 1,000 และ 2000 ซึ่งเป็นค่าที่ ESC ส่วนใหญ่ทำงานที่ *********/

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

L_F_prop.writeไมโครวินาที(input_THROTTLE);

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

ขั้นตอนที่ 8: การทดสอบ

หากคุณทำทุกอย่างถูกต้องแล้ว คุณควรทดสอบคอปเตอร์ของคุณด้วยการเลื่อนคันเร่งขึ้นและลง ให้แน่ใจว่าคุณทำสิ่งนี้ภายนอก อย่าให้ใบพัดเปิดไว้เพราะจะทำให้คอปเตอร์กระโดดได้ เรายังไม่ได้เขียนโค้ดเพื่อสร้างความสมดุล ดังนั้นจึงเป็นความคิดที่ไม่ดีที่จะทดสอบสิ่งนี้โดยเปิดใบพัด! ฉันทำสิ่งนี้เพียงเพราะว่า

การสาธิตเป็นเพียงการแสดงให้เห็นว่าเราควรควบคุมคันเร่งจากแอพได้ คุณจะสังเกตเห็นว่ามอเตอร์กำลังพูดติดอ่าง นี่เป็นเพราะว่า ESC ไม่ได้รับการปรับเทียบ ในการดำเนินการนี้ โปรดดูคำแนะนำในหน้า Github นี้ อ่านคำแนะนำ เปิดไฟล์ ESC-Calibration.ino และปฏิบัติตามคำแนะนำเหล่านั้น หากคุณต้องการทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้น ลองดูบทช่วยสอนนี้โดย Electronoobs

ในขณะที่คุณใช้งานโปรแกรมตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณผูกโดรนไว้กับสายเพราะมันจะเค้นเต็มที่ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่ได้เปิดใบพัด ฉันทิ้งฉันไว้เพียงเพราะว่าฉันบ้าไปแล้ว อย่าปล่อยให้ใบพัดของคุณเปิดอยู่!!! การสาธิตนี้จะแสดงในวิดีโอที่สอง

ขั้นตอนที่ 9: ฉันกำลังทำงานกับโค้ด จะเสร็จสิ้นการเรียนการสอนในอีกไม่กี่วัน

แค่อยากเสริมว่า หากคุณกำลังใช้บทช่วยสอนนี้และรอฉันอยู่ ฉันยังคงดำเนินการอยู่ มันเป็นเพียงสิ่งอื่น ๆ ในชีวิตของฉันที่เกิดขึ้นที่ฉันกำลังทำงานอยู่ แต่ไม่ต้องกังวลฉันจะโพสต์ในไม่ช้า สมมติว่าล่าสุดภายในวันที่ 10 สิงหาคม 2019

อัปเดต 10 สิงหาคม: ไม่อยากปล่อยให้คุณค้างคา น่าเสียดายที่ฉันไม่มีเวลาทำงานในโครงการในช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมา ยุ่งกับเรื่องอื่นมาก ฉันไม่ต้องการที่จะนำคุณไป หวังว่าฉันจะทำการสอนให้เสร็จในอนาคตอันใกล้นี้ หากคุณมีคำถามหรือต้องการความช่วยเหลือ คุณสามารถเพิ่มความคิดเห็นด้านล่าง แล้วเราจะติดต่อกลับไป