วิธีสร้าง Rc Drone และเครื่องส่งสัญญาณโดยใช้ Arduino: 11 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

การทำโดรนเหล่านี้เป็นงานง่ายๆ ในปัจจุบัน แต่คุณจะต้องเสียค่าใช้จ่ายมาก ดังนั้น ฉันจะบอกคุณถึงวิธีสร้างโดรนโดยใช้ Arduino ด้วยต้นทุนที่ต่ำ นอกจากนี้ ฉันจะบอกคุณถึงวิธีสร้างเครื่องส่งสัญญาณของโดรน ด้วยดังนั้น โดรนตัวนี้จึงทำเองได้อย่างเต็มที่ คุณไม่จำเป็นต้องซื้อบอร์ดควบคุมการบินหรือเครื่องส่งสัญญาณใดๆ

เสบียง

เราต้องการสิ่งของเพื่อทำโดรน

• สำหรับโดรน-

  1. Frame– “กระดูกสันหลัง” ของ quadcopter เฟรมคือสิ่งที่ช่วยยึดทุกส่วนของเฮลิคอปเตอร์ไว้ด้วยกัน ต้องแข็งแรง แต่ในทางกลับกัน ต้องเบาด้วย เพื่อที่มอเตอร์และแบตเตอรี่จะได้ไม่ต้องดิ้นรนเพื่อให้อยู่ในอากาศ
  2. มอเตอร์– แรงขับที่ช่วยให้ Quadcopter ลอยขึ้นไปในอากาศนั้นมาจากมอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน และแต่ละตัวจะถูกควบคุมแยกกันโดยตัวควบคุมความเร็วอิเล็กทรอนิกส์หรือ ESC
  3. ESCs – ตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์เป็นเหมือนเส้นประสาทที่ส่งข้อมูลการเคลื่อนไหวจากสมอง (ตัวควบคุมการบิน) ไปยังกล้ามเนื้อแขนหรือขา (มอเตอร์) มันควบคุมปริมาณพลังงานที่มอเตอร์ได้รับ ซึ่งกำหนดความเร็วและการเปลี่ยนแปลงทิศทางของรูปสี่เหลี่ยม
  4. ใบพัด – คุณสามารถใช้อุปกรณ์ประกอบฉากขนาด 9 ถึง 10 หรือ 11 นิ้ว (สำหรับการถ่ายภาพทางอากาศที่มั่นคงและมั่นคง) หรืออุปกรณ์ประกอบฉากการแข่งรถขนาด 5 นิ้วสำหรับแรงขับที่น้อยกว่าแต่ได้ความเร็วมากกว่า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของรูปสี่เหลี่ยม
  5. แบตเตอรี่ – คุณสามารถเลือกจากแบตเตอรี่ 2S, 3S, 4S หรือแม้แต่ 5S ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในการตั้งค่าของคุณ แต่มาตรฐานสำหรับรถสี่ล้อที่วางแผนไว้ว่าจะใช้สำหรับการถ่ายภาพทางอากาศ (ตัวอย่าง) คุณจะต้องใช้แบตเตอรี่ 11.4 V 3S คุณสามารถใช้ 22.8 V 4S ได้หากคุณกำลังสร้างรถแข่งและต้องการให้มอเตอร์หมุนเร็วขึ้นมาก
  6. บอร์ด Arduino(นาโน)
  7. IMU (MPU 6050) – บอร์ดที่รวมเซ็นเซอร์ต่างๆ เข้าด้วยกัน (ขึ้นอยู่กับตัวเลือกของคุณ) ซึ่งช่วยให้ควอดของคุณรู้ว่ามันอยู่ที่ไหนและจะปรับระดับตัวเองอย่างไร

• สำหรับเครื่องส่ง-

  1. โมดูลตัวรับส่งสัญญาณ NRF24L01
  2. NRF24L01 + PA + LNA
  3. โพเทนชิออมิเตอร์
  4. เซอร์โวมอเตอร์
  5. สวิตช์สลับ
  6. จอยสติ๊ก
  7. Arduino Pro Mini

ขั้นตอนที่ 1: แผนผัง

นี่คือพิมพ์เขียวหลักของการดำเนินงานของคุณ

วิธีเชื่อมต่อ ESCs:

• พินสัญญาณ ESC 1 – D3
• พินสัญญาณ ESC 3 – D9
• ขาสัญญาณ ESC 2 – D10
• พินสัญญาณ ESC 4 – D11

วิธีเชื่อมต่อโมดูลบลูทูธ:

• Tx – Rx
• Rx – Tx

วิธีเชื่อมต่อ MPU-6050:

• SDA – A4
• SCL – A5

วิธีเชื่อมต่อไฟแสดงสถานะ LED:

ขาแอโนด LED – D8

วิธีเชื่อมต่อเครื่องรับ:

• คันเร่ง – 2Elerons – D4
• ปีกนก – D5
• หางเสือ – D6
• AUX 1 – D7 คุณต้องมี MPU-6050 โมดูล Bluetooth เครื่องรับ และ ESC เพื่อต่อสายดิน และในการทำเช่นนั้น คุณต้องเชื่อมต่อพิน GND ทั้งหมดเข้ากับพิน Arduino GND

ขั้นตอนที่ 2: ประสานทุกอย่างเข้าด้วยกัน

• สิ่งแรกที่คุณต้องทำคือนำส่วนหัวของผู้หญิงและประสานเข้ากับบอร์ดต้นแบบ นี่จะเป็นที่ตั้งของบอร์ด Arduino ของคุณ
• ประสานพวกมันตรงกลางเพื่อให้มีที่ว่างสำหรับส่วนหัวที่เหลือสำหรับ MPU, โมดูล Bluetooth, ตัวรับ และ ESC และเว้นที่ว่างสำหรับเซ็นเซอร์เพิ่มเติมบางตัวที่คุณอาจตัดสินใจเพิ่มในอนาคต

• ขั้นตอนต่อไปคือการบัดกรีส่วนหัวของตัวรับและ ESCs จากส่วนหัวของ Arduino ตัวเมีย คุณจะมีเฮดเดอร์ ESC ตัวผู้กี่แถว ขึ้นอยู่กับว่าโดรนของคุณจะมีมอเตอร์กี่ตัว ในกรณีของเรา เรากำลังสร้างควอดคอปเตอร์ ซึ่งหมายความว่าจะมีโรเตอร์ 4 ตัว และ ESC สำหรับแต่ละอัน นั่นหมายถึง 4 แถวโดยแต่ละอันมีส่วนหัวของตัวผู้ 3 ตัว ส่วนหัวแรกในแถวแรกจะใช้สำหรับสัญญาณ PID ส่วนที่สองสำหรับ 5V (แต่ขึ้นอยู่กับ ESC ของคุณที่มีพิน 5V หรือไม่ ถ้าไม่ คุณจะปล่อยให้ส่วนหัวเหล่านี้ว่างเปล่า) และส่วนที่สาม ส่วนหัวจะเป็นสำหรับ GND

  เมื่อส่วนบัดกรี ESCs สิ้นสุดลง คุณสามารถไปยังส่วนบัดกรีส่วนหัวของตัวรับ ในกรณีส่วนใหญ่ รูปสี่เหลี่ยมมี 4 ช่องสัญญาณ เหล่านี้คือ Throttle, Pitch, Yaw และ Roll ช่องว่างที่เหลือ (ช่องที่ห้า) ใช้สำหรับเปลี่ยนโหมดเครื่องบิน (ช่องเสริม) ซึ่งหมายความว่าคุณจะต้องบัดกรีส่วนหัวของตัวผู้ใน 5 แถว และแต่ละอันจะมีส่วนหัวเดียว ในขณะที่แถวเดียวในแถวนั้นต้องการ 3 ส่วนหัวติดต่อกัน

• กราวด์ทั้งหมดเชื่อมต่อกับกราวด์ Arduino ซึ่งรวมถึงกราวด์ ESC ทั้งหมด กราวด์ตัวรับ (ส่วนหัวของสัญญาณคันเร่งอยู่ทางด้านขวา) และโมดูล Bluetooth และกราวด์ MPU
• จากนั้น คุณต้องทำตามแผนผังและการเชื่อมต่อที่เราได้อธิบายไว้ข้างต้น ตัวอย่างเช่น MPU (SDA – A4 และ SCL – A5) และสำหรับ Bluetooth (TX – TX และ RX – RX) ของ Arduino หลังจากนั้น เพียงทำตามการเชื่อมต่อที่เราเขียน: หมุดสัญญาณของ ESC1, ESC2… ถึง D3, D10… ของ Arduino จากนั้นหมุดสัญญาณ ตัวรับ Pitch – D2, Roll – D4… และอื่นๆ นอกจากนี้ คุณต้องเชื่อมต่อ Long Lead ของ LED (ขั้วบวก) กับ Arduino D8 Pin รวมทั้งเพิ่มตัวต้านทาน 330-ohm ระหว่างกราวด์ของ Arduino และ LED Short lead (ขั้วลบ) สิ่งสุดท้ายที่ต้องทำคือการจัดเตรียมการเชื่อมต่อแหล่งพลังงาน 5V และสำหรับสิ่งนั้น คุณต้องเชื่อมต่อสายสีดำ (กราวด์ของแบตเตอรี่) แบบขนานกับกราวด์ของส่วนประกอบทั้งหมดของคุณ และต่อสายสีแดงกับ Arduino, MPU และโมดูล Bluetooth, พิน 5V ตอนนี้ MPU 6050 จะต้องบัดกรีกับส่วนหัวของตัวผู้กับส่วนหัวที่คุณวางแผนจะใช้ หลังจากนั้น หมุนบอร์ด 180 องศา และเชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมดของคุณกับส่วนหัวที่เกี่ยวข้องบนบอร์ดต้นแบบ
• เพิ่มพลังให้ Arduino ของคุณพร้อมสำหรับการเพิ่มรหัสผ่านคอมพิวเตอร์!

ขั้นตอนที่ 3: วิธีตั้งโปรแกรม ARDUINO FLIGHT CONTROLLER ของคุณ

1. ขั้นแรก คุณต้องดาวน์โหลด MultiWii 2.4 จากนั้นดึงออก
2. เข้าไปในโฟลเดอร์ MultiWii แล้วมองหาไอคอน MultiWii แล้วเปิดขึ้นมา
3. ใช้ Arduino IDE เพื่อค้นหา "ไฟล์ Arduino" หรือไฟล์ Multiwii ด้วย ".ino" “ไฟล์ CPP” หรือ “ไฟล์ H” เป็นไฟล์สนับสนุนสำหรับรหัส Multiwii ของเรา ดังนั้นอย่าเปิดไฟล์เหล่านั้น เพียงใช้ไฟล์ Multiwii.ino
4. เมื่อคุณเปิดไฟล์ คุณจะพบแท็บ Alarms.cpp, Alarms.h, EEPROM.cpp, EEPROM.h และอีกมากมาย ค้นหา “config.h”
5. เลื่อนลงมาจนพบ ‘ประเภทของคอปเตอร์หลายตัว” จากนั้นลบ “//” ที่คุณทำเครื่องหมายว่าถูกกำหนดและกำลังทำงานอยู่ Quad X เนื่องจากเราคิดว่าคุณกำลังใช้การกำหนดค่าโรเตอร์ "X" บนควอดของคุณ
6. ตอนนี้ให้เลื่อนลงมาและมองหา "บอร์ด IMU แบบรวม" และเปิดใช้งานประเภทของ Gyro+Acc Board ที่คุณกำลังใช้งาน ในกรณีของเรา เราใช้ GY-521 ดังนั้นเราจึงเปิดใช้งานตัวเลือกนั้น
7. หากคุณตัดสินใจที่จะเพิ่มเซ็นเซอร์อื่นๆ เช่น บารอมิเตอร์หรือเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก สิ่งที่คุณต้องทำคือ "เปิดใช้งาน" เซ็นเซอร์เหล่านี้ที่นี่ เซ็นเซอร์จะทำงาน
8. ถัดไปคือ "หมุด Buzzer" คุณต้องเปิดใช้งานตัวเลือกตัวบ่งชี้เที่ยวบิน (3 อันแรก)
9. ถอดปลั๊กบอร์ด Arduino ออกจากตัวควบคุม Flight แล้วเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ของคุณโดยใช้ USB เมื่อออกจาก FC และเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ของคุณแล้ว คุณจะพบ TOOLS และเลือกประเภทของบอร์ด Arduino ของคุณ (ในกรณีของเรา Arduino Nano)
10. ตอนนี้ให้หา “Serial Port” และเปิดใช้งาน COM Port ที่ Arduino Nano เชื่อมต่ออยู่ (ในกรณีของเราคือ COM3) สุดท้าย ให้คลิกที่ลูกศรและอัปโหลดรหัส แล้วรอจนกว่ารหัสจะถูกโอน
11. เมื่อการอัปโหลดเสร็จสิ้น ให้ถอด Arduino ออกจาก USB แล้วเสียบกลับเข้าที่ในบอร์ด FC และเชื่อมต่อแบตเตอรี่ 5V เพื่อให้ FC ทั้งหมดได้รับพลังงาน จากนั้นรอจนกว่า LED บน Arduino จะเป็นสีแดง ซึ่งหมายความว่าบูตเสร็จแล้วและคุณสามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ของคุณได้อีกครั้ง ตอนนี้ ให้ค้นหาโฟลเดอร์ Multiwii 2.4 จากนั้นไปที่ MultiwiiConfig และค้นหาโฟลเดอร์ที่เข้ากันได้กับระบบปฏิบัติการของคุณ ในกรณีของเรา มันคือ “application.windows64”
12. เริ่มต้นแอปพลิเคชัน MultiwiiConf เท่านี้ก็เรียบร้อย! คุณจะสังเกตเห็นทันทีว่าคุณย้าย FC, ค่าสำหรับข้อมูลมาตรความเร่งและไจโรสโคปบนหน้าจออย่างไร การวางแนวของ FC ของคุณจะแสดงที่ด้านล่าง ในอินเทอร์เฟซนี้ คุณสามารถเปลี่ยนค่า PID และปรับแต่งรูปสี่เหลี่ยมของคุณเป็น ตรงกับความชอบส่วนตัวของคุณ และคุณยังสามารถกำหนดโหมดการบินให้กับตำแหน่งสวิตช์เสริมบางตำแหน่งในอินเทอร์เฟซนี้ได้ สิ่งที่คุณต้องทำตอนนี้คือหาที่สำหรับ Arduino FC ของคุณบนเฟรมและพร้อมที่จะทะยานสู่ท้องฟ้า

ขั้นตอนที่ 4: เฟรม

ตอนนี้คุณต้องทำคือตั้งชิ้นส่วนทั้งหมดเข้ากับเฟรม คุณสามารถซื้อกรอบหรือสร้างเองที่บ้านก็ได้

ขั้นตอนที่ 5: การประกอบมอเตอร์และตัวควบคุมความเร็ว

• ก่อนอื่นคุณต้องเจาะรูในเฟรมของมอเตอร์ตามระยะห่างระหว่างรูสกรูบนมอเตอร์ จะเป็นการดีที่จะทำรูอีกรูหนึ่งเพื่อให้คลิปและเพลาของมอเตอร์เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ
• ขอแนะนำให้เชื่อมต่อตัวควบคุมความเร็วที่ด้านล่างของเฟรมเนื่องจากสาเหตุหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของโดรน เหตุผลเหล่านี้รวมถึงจะ "ขนถ่าย" ส่วนบนของโดรนซึ่งควรเพิ่มส่วนประกอบอื่นๆ

ขั้นตอนที่ 6: การเพิ่ม Flight Controller และ Battery

• ตอนนี้ประกอบตัวควบคุมการบินที่ทำที่บ้านของเรา (ตัวรับ Arduino) ไปที่กึ่งกลางของเฟรมโดรน
• ขอแนะนำให้วางฟองน้ำชิ้นเล็กๆ ไว้ที่ด้านล่างของตัวควบคุมการบิน เพราะจะดูดซับและลดการสั่นสะเทือนจากมอเตอร์ ดังนั้น โดรนของคุณจะมีเสถียรภาพมากขึ้นในขณะบิน และความมั่นคงเป็นกุญแจสำคัญในการบินโดรน
• ตอนนี้เพิ่มแบตเตอรี lipo ที่ด้านล่างของเฟรมและตรวจสอบให้แน่ใจว่าโดรนนั้นสมดุลกับศูนย์กลาง
• ตอนนี้โดรนของคุณพร้อมที่จะบินแล้ว

ขั้นตอนที่ 7: การสร้างเครื่องส่ง

• การสื่อสารทางวิทยุของคอนโทรลเลอร์นี้ใช้โมดูลตัวรับส่งสัญญาณ NRF24L01 ซึ่งหากใช้กับเสาอากาศแบบขยาย จะสามารถมีช่วงที่เสถียรถึง 700 เมตรในพื้นที่เปิดโล่ง มีช่องสัญญาณ 14 ช่อง โดยแบ่งเป็นช่องสัญญาณอนาล็อก 6 ช่องและช่องสัญญาณดิจิตอล 8 ช่อง
• มันมีจอยสติ๊กสองตัว โพเทนชิโอมิเตอร์สองตัว สวิตช์สลับสองตัว ปุ่มหกปุ่ม และหน่วยวัดภายในเพิ่มเติมที่ประกอบด้วยมาตรความเร่งและไจโรสโคปซึ่งสามารถใช้สำหรับควบคุมสิ่งต่าง ๆ เพียงแค่เคลื่อนที่หรือเอียงตัวควบคุม

ขั้นตอนที่ 8: แผนภาพวงจร

• สมองของตัวควบคุม RC นี้คือ Arduino Pro Mini ซึ่งใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ LiPo 2 ก้อนที่ผลิตได้ประมาณ 7.4 โวลต์ เราสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับพิน RAW ของ Pro Mini ซึ่งมีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ลดแรงดันไฟฟ้าลงเหลือ 5V โปรดทราบว่า Arduino Pro Mini มีสองเวอร์ชัน เช่นเดียวกับที่ฉันมีที่ทำงานที่ 5V และอีกรุ่นทำงานที่ 3.3V
• ในทางกลับกัน โมดูล NRF24L01 ต้องการ 3.3V อย่างเคร่งครัด และขอแนะนำให้มาจากแหล่งเฉพาะ ดังนั้นเราจึงต้องใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า 3.3V ซึ่งเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่และแปลง 7.4V เป็น 3.3V นอกจากนี้เรายังต้องใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนถัดจากโมดูลเพื่อให้แรงดันไฟฟ้ามีเสถียรภาพมากขึ้น ดังนั้นการสื่อสารทางวิทยุก็จะมีเสถียรภาพมากขึ้นเช่นกัน โมดูล NRF24L01 สื่อสารกับ Arduino โดยใช้โปรโตคอล SPI ในขณะที่เครื่องวัดความเร่ง MPU6050 และโมดูลไจโรใช้โปรโตคอล I2C
• คุณต้องประสานทุกส่วนเข้าด้วยกันตามไดอะแกรม คุณสามารถออกแบบและพิมพ์วงจรซึ่งทำให้ง่ายขึ้น

ขั้นตอนที่ 9: การเข้ารหัสตัวส่งสัญญาณ

• สำหรับการตั้งโปรแกรมบอร์ด Pro Mini เราจำเป็นต้องมีอินเทอร์เฟซ UART แบบ USB กับซีเรียล ซึ่งสามารถเชื่อมต่อกับส่วนหัวของโปรแกรมที่อยู่ด้านบนสุดของคอนโทรลเลอร์ได้
• จากนั้นในเมนูเครื่องมือ Arduino IDE เราจำเป็นต้องเลือกบอร์ด Arduino Pro หรือ Pro Mini เลือกโปรเซสเซอร์รุ่นที่เหมาะสม เลือกพอร์ตและเลือกวิธีการเขียนโปรแกรมเป็น "USBasp"
• นี่คือรหัส Arduino ที่สมบูรณ์สำหรับเครื่องส่งสัญญาณ DIY Arduino RC นี้
• อัปโหลดไปยัง Arduino pro mini

ขั้นตอนที่ 10: การเข้ารหัสตัวรับ

• นี่คือรหัสตัวรับอย่างง่ายซึ่งเราจะได้รับข้อมูลและพิมพ์บนจอภาพแบบอนุกรมเพื่อให้เราทราบว่าการสื่อสารทำงานได้อย่างถูกต้อง อีกครั้ง เราจำเป็นต้องรวมไลบรารี RF24 และกำหนดวัตถุและโครงสร้างในลักษณะเดียวกับในรหัสเครื่องส่ง ในส่วนการตั้งค่าเมื่อกำหนดการสื่อสารทางวิทยุ เราจำเป็นต้องใช้การตั้งค่าเดียวกันกับตัวส่งและตั้งค่าโมดูลเป็นเครื่องรับโดยใช้ฟังก์ชัน radio.startListening()
• อัพโหลดขึ้นเครื่องรับ

ขั้นตอนที่ 11: ถอดโดรน

• ประการแรก วางตำแหน่งโดรนของคุณบนพื้นและเตรียมใช้งาน หยิบเครื่องควบคุมการบินของคุณแล้วเริ่มเที่ยวบินแรกอย่างระมัดระวังและปลอดภัย
• อย่างไรก็ตาม ขอแนะนำอย่างยิ่งให้เค้นเสียงขึ้นจมูกอย่างช้าๆ นอกจากนี้ อย่าลืมบินในระดับความสูงที่ต่ำกว่านี้เป็นครั้งแรก
• ฉันหวังว่าบทความนี้จะช่วยคุณสร้างโดรนทำเอง
• อย่าลืมที่จะชอบสิ่งนี้และแสดงความคิดเห็น