מזל"ט גינון צמחי עשה זאת בעצמך (טריקופטר מתקפל בתקציב): 20 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

בבית סוף השבוע שלנו יש גינה קטנה ונחמדה עם הרבה פירות וירקות אבל לפעמים פשוט קשה לעקוב אחרי איך הצמחים משתנים. הם זקוקים להשגחה מתמדת והם פגיעים מאוד למזג אוויר, זיהומים, באגים וכו '…

היו לי הרבה חלקי חילוף מרובי מסוקים מפרויקטים ישנים שהונחו בארגז הכלים שלי אז החלטתי לעצב ולבנות מזל ט שיכול לבצע ניתוח צמחים באמצעות Rasperry Pi Zero W ו- NoIR PiCamera שלו. רציתי גם לעשות סרטון על הפרויקט הזה אבל זה די קשה ליד האוניברסיטה אז אני פשוט אעלה את הסרטון הגולמי.

התיאוריה מאחורי הדמיה אינפרא אדומה קרובה

אני ממליץ לקרוא מאמר זה בויקיפדיה. סיפור ארוך קצר, כאשר הצמחים מתפקדים כרגיל הם משקפים אור אינפרא אדום המגיע מהשמש. הרבה בעלי חיים יכולים לראות אור IR, כמו נחשים וזוחלים אבל גם המצלמה שלך יכולה לראות את זה (נסה את זה עם שלט טלוויזיה). אם תסיר את מסנן ה- IR מהמצלמה תקבל תמונה סגולה ושטופה. אם אינך רוצה לשבור את המצלמה שלך, עליך לנסות זאת עם ה- NoIR PiCamera, שהוא בעצם אותו הדבר כמו ה- PiCamera הסטנדרטית אך אין לו מסנן IR מובנה. אם תמקם את מסנן התשתית מתחת לעדשת המצלמה שלך תקבל רק אור IR על הערוץ האדום שלך, אור כחול בערוץ הכחול, ירוק ואדום מסוננים החוצה. באמצעות נוסחת מדד הצמחייה הנורמלית של כל פיקסל תוכל לקבל אינדיקטור טוב מאוד על בריאות הצמח והפעילות הפוטוסינתטית שלו. עם הפרויקט הזה הצלחתי לסרוק את החצר האחורית שלנו ולזהות צמח לא בריא מתחת לעץ האגס שלנו.

למה טריקופטר?

אני אוהב טריקופטר קצת יותר מרובע למשל בגלל היעילות שלהם. יש להם זמני טיסה ארוכים יותר, הם זולים יותר ואתה יכול לקפל אותם שהיא כנראה התכונה הטובה ביותר בכל הנוגע למל"טים DIY. אני גם נהנה לטוס עם הטריקופטר הזה, יש להם שליטה קצת "מטוסית" שתחווה אם תבנה יחד אתי המזל"ט הזה. כשזה מגיע לשמו של טריס דיוויד ווינדסטל הוא כנראה הראשון בחיפוש בגוגל, אני ממליץ לבדוק את האתר שלו, גם אני משתמש בעיצוב המסגרות המתקפל שלו.

שלב 1: צילומי טיסה

זו הייתה טיסת המבחן השנייה שלי, שם הצלם כבר היה מכוון ומוכן לבצע ניתוח צמחים. יש לי כמה הקלטות משולבות ממצלמת האקשן שלי, אתה יכול לבדוק את הסביבה היפה שלנו מעין ציפור. אם אתה רוצה לראות את הקלטות NDVI, עברו לשלב האחרון של ההוראה. לרוע המזל לא היה לי זמן להכין סרטון מלא על הטריקופטר הזה, אבל העליתי את סרטון מבחן הטיסה הקצר הזה.

שלב 2: כלים וחלקים נדרשים

למעט בומי העץ וריסוס הצבע היה לי כל חלק מונח בארגז הכלים שלי, כך שהעלות הכוללת של הפרויקט הזה הייתה בסביבות 5 $ בשבילי, אבל אנסה למצוא קישורים של eBay או Banggood לכל חלק שהשתמשתי בו. אני ממליץ בחום לחפש את החלקים מסביב, אולי תוכל לקבל מחיר טוב יותר ממני.

כלים

• מלחם
• כלי Dremel
• מדפסת תלת מימד (אין לי אחת, חבר שלי עזר לי)
• כלי חיתוך
• קאטר
• דבק מגע
• עניבות רוכסן (הרבה מהן, בשני גדלים)
• תרסיס צבע (עם צבע שאתה אוהב - השתמשתי בשחור)

חלקים

1. בקר טיסה של ArduCopter (השתמשתי ב- APM 2.8 ישן, אבל כדאי ללכת על PixHawk או PIX Mini)
2. אנטנת GPS עם מגנטומטר
3. מודול טללמטריה MAVLink (לתקשורת תחנת קרקע)
4. מקלט 6CH + משדר
5. משדר וידאו
6. מנוע סרוו (מומנט של 1.5 ק"ג לפחות)
7. 10 "מדחפים (2 CCW, 1 CW + תוספת להחלפה)
8. 3 ESCs 30K SimonK (בקר מהירות אלקטרונית) + 3 מנועים של 920kv
9. סוללה 3S 5.2Ah
10. Raspberry Pi Zero W + NoIR PiCamera (מגיע עם מסנן אינפרא -בלו)
11. 2 רצועות סוללה
12. תושבי הרטט
13. בומים מעץ מעוצבים בגודל 1.2 ס"מ (קניתי מוט 1.2 מטר)
14. צלחת למינה עץ עבה 2-3 מ"מ
15. מצלמת פעולה (השתמשתי בשיבוט מסוג GoPro 4k - SJCAM 5000x)

אלה החלקים בהם השתמשתי למזל ט שלי, אל תהסס לשנות אותו לטעמך. אם אינך בטוח במה להשתמש, השאר הערה ואנסה לעזור לך. הערה: השתמשתי בלוח ה- APM שהופסק כבקר טיסה, כי היה לי חילוף אחד. טס היטב, אך לוח זה אינו נתמך עוד כך שכדאי שתקנה בקר טיסה אחר שתואם ArduCopter לתכונות GPS מעולות.

שלב 3: חיתוך המסגרת

הורד את קובץ המסגרת, הדפס אותו וגזור אותו. בדוק אם הגודל המודפס נכון, השתמש בעט כדי לסמן את הצורה ואת החורים שעל צלחת העץ. חותכים את המסגרת בעזרת מסור ומקדחים את החורים עם מעט 3 מ מ. אתה צריך רק שניים כאלה, הרגע הכנתי 4 כחלקי חילוף.

שלב 4: הרכיב את המסגרת

השתמשתי בברגים ואומים של 3 מ"מ להרכבת המסגרת. חתכתי כל בום באורך של 35 ס"מ והשארתי אחד באורך של 3 ס"מ לחזית המסגרת. אל תדק את המפרקים יתר על המידה, אך וודא שיש מספיק חיכוך כדי שהזרועות לא יתקפלו. זהו עיצוב ממש חכם, התרסקתי פעמיים ותו לא רק הזרועות התקפלו לאחור.

שלב 5: קידוח חורים למנועים

בדוק את גודל ברגי המנוע שלך ואת המרחק ביניהם ואז קודח שני חורים בזרועות העץ השמאליות והימניות. הייתי צריך לקדוח חור בעומק 5 מ"מ ורוחב 8 מ"מ בזרועות כך שלפירים יהיה מספיק מקום להסתובב. השתמש בנייר זכוכית כדי להסיר את הרסיסים הקטנים האלה ולפוצץ את האבק. אתה לא רוצה שום אבק במנועים שלך כי זה עלול לגרום לחיכוך וחום מיותרים.

שלב 6: קיפול GPS הר

הייתי צריך לקדוח לחורים נוספים עבור אנטנת ה- GPS שלי להתאמה טובה. עליך להציב את המצפן גבוה כך שהוא לא יפריע לשדה המגנטי של המנועים והחוטים. זוהי אנטנה מתקפלת פשוטה שעוזרת לי לשמור על ההתקנה שלי קומפקטית ככל האפשר.

שלב 7: צביעת המסגרת

עכשיו אתה צריך לפרק הכל ולעשות את עבודת הצביעה. בסופו של דבר בחרתי בתרסיס הצבע השחור -עמוק הזה. חיברתי את החלקים על חוט ופשוט ציירתי אותם. לקבלת תוצאה טובה באמת השתמשו בשתי שכבות צבע או יותר. השכבה הראשונה כנראה תיראה מעט שטופה כי העץ עומד לשתות את הלחות. ובכן, זה קרה במקרה שלי.

שלב 8: הרכבת פלטפורמת שיכוך הרטט

הייתה לי פלטפורמת מחזיק גימבל זו, שבבנייה שלי היא גם מחזיקת סוללות. אתה צריך להרכיב את זה מתחת למסגרת שלך עם קשרים ו/או ברגים. משקל הסוללה עוזר לספוג הרבה רעידות כך שתקבל צילומי מצלמה ממש נחמדים. אתה יכול גם להרכיב כמה גלגלי נחיתה על מוטות הפלסטיק, הרגשתי שזה מיותר. הצבע השחור הזה עבד היטב, בשלב זה אמורה להיות לך מסגרת למראה יפה והגיע הזמן להגדיר את בקר הטיסה שלך.

שלב 9: הגדרת ArduCopter

כדי להתקין את בקר הטיסה תזדקק לתוכנה חינמית נוספת. הורד את מתכנן המשימות ב- Windows או את APM Planner ב- Mac OS. כאשר אתה מחבר את בקר הטיסה שלך ופותח את התוכנה עוזר אשף יתקין את הקושחה העדכנית ביותר בלוח שלך. זה יעזור לך לכייל גם את המצפן, מד התאוצה, בקר הרדיו ומצבי הטיסה.

מצבי טיסה

אני ממליץ להשתמש ב- Stabilize, Altitude Hold, Loiter, Circle, Return to Home and Land כמצב הטיסה שלך. מעגל הוא מאוד שימושי בכל הנוגע לבדיקת צמחים. הוא יסתובב סביב קואורדינטות נתונות, כך שהוא עוזר לנתח את הצמחים שלכם מכל זווית בצורה מאוד מדויקת. אני יכול לעשות מסלול עם המקלות, אבל קשה לשמור על מעגל מושלם. לוטר זה כמו להחנות את המזל"ט שלך בשמיים, כך שתוכל לצלם תמונות NDVI ברזולוציה גבוהה ו- RTH שימושי אם אתה מאבד אות או משחרר את הכיוון של המזל"ט שלך.

שימו לב לחיווט שלכם. השתמש בסכימה כדי לחבר את ה- ESC שלך לפינים הנכונים ולבדוק ב- Mission Planner את החיווט של ערוצי הקלט שלך. לעולם אל תבדוק את אלה בעזרת אביזרים!

שלב 10: התקנת ה- GPS, המצלמה ובקר הטיסה

לאחר שבקר הטיסה שלך מכויל תוכל להשתמש בקלטת קצף ולהתקין אותה באמצע המסגרת. וודא שהוא פונה קדימה והיה מספיק מקום לכבלים. הרכב את ה- GPS בעזרת ברגים 3 מ מ והשתמש בקשרי רוכסן כדי לשמור את המצלמה במקום. שיבוטים אלה של GoPro מגיעים עם כל כלי ההרכבה ולכן היה די פשוט להתקין את זה.

שלב 11: ESCs וכבל חשמל

לסוללות שלי יש מחבר XT60 כך שהלחמתי 3 חוטים חיוביים ושליליים לכל סיכה של מחבר נקבה. השתמש באיזה צינור כיווץ חום כדי להגן על החיבורים מפני קיצורם (אתה יכול להשתמש גם בסרט חשמלי). כאשר אתה מלחים את החוטים העבים האלה משפשפים אותם יחד ומתקנים אותם בחוט נחושת ואז מוסיפים הרבה הלחמה מותכת. אתה לא רוצה שום מפרקי הלחמה קרה במיוחד בהפעלת ה- ESC.

שלב 12: מקלט ואנטנות

כדי לקבל קליטת אות טובה אתה צריך להרכיב את האנטנות שלך ב 90 מעלות. השתמשתי בקשרי רוכסן ובצינורות מכווצי חום כדי להרכיב את אנטנות המקלט שלי בחזית המזל ט שלי. רוב המקלטים מגיעים עם כבלים כך והערוצים מסומנים כך שיהיה קל להתקין אותו.

שלב 13: מנגנון הזנב

מנגנון הזנב הוא נשמתו של טריקופטר. מצאתי את העיצוב הזה באינטרנט אז ניסיתי. הרגשתי שהעיצוב המקורי קצת חלש אבל אם אתה הופך את המנגנון הוא עובד בצורה מושלמת. חתכתי את החלק העודף בכלי דרמל. בתמונה זה אולי נראה כאילו מנוע הסרוו שלי סובל מעט אבל הוא פועל ללא רבב. השתמש טיפה קטנה של דבק -על בעת הברקת הברגים כדי שלא ייפלו בגלל הרטט; או שאתה יכול לקשור את המנועים ברוכסן כמו שעשיתי.

שלב 14: ביצוע בדיקת ריחוף וכוונון PID

בדוק שוב את כל החיבורים וודא שלא תטגן דבר בעת חיבור הסוללה. התקן את המדחפים שלך ונסה לרחף עם המזל ט שלך. שלי היה די חלק מהקופסא, פשוט הייתי צריך לעשות קצת כוונון פיה כי זה תיקן יותר מדי. אני לא יכול ללמד כוונון PID במדריך זה, למדתי כמעט הכל מתוך סרטון ההדרכה של ג'ושוע ברדוול. הוא הסביר את זה הרבה יותר טוב ממה שיכולתי.

שלב 15: בחר פטל והתקן Raspbian (Jessie)

רציתי לשמור על משקל קל ככל האפשר ולכן הלכתי עם ה- RPi Zero W. אני משתמש ב- Raspbian Jessie מכיוון שלגרסאות החדשות היו כמה בעיות עם OpenCV בהן אנו משתמשים כדי לחשב את מדד הצמחייה מהצילומים הגולמיים. אם אתה רוצה שיעור FPS גבוה יותר, עליך לבחור ב- Raspberry Pi v4. אתה יכול להוריד את התוכנה כאן.

התקנת תלות

אנו הולכים להשתמש ב- PiCamera, OpenCV ו- Numpy בפרויקט זה. כחיישן תמונה בחרתי במצלמת 5MP הקטנה יותר שתואמת רק ללוחות האפס.

1. הבזק את התמונה באמצעות הכלי המועדף עליך (אני אוהב את Balena Etcher).
2. אתחל את הפטל שלך כאשר צג מחובר.
3. אפשר ממשקי מצלמה ו- SSH.
4. בדוק את כתובת ה- IP שלך עם ifconfig במסוף.
5. SSH לתוך RPi שלך עם הפקודה ssh pi@YOUR_IP.
6. העתק והדבק את ההוראות להתקנת התוכנות הדרושות:

עדכון sudo apt-get

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 התקן numpy python-opencv python (כדי לבדוק זאת) יבוא cv2 cv2._ version_

אתה אמור לראות תגובה עם מספר הגירסה של ספריית OpenCV שלך.

שלב 16: בדיקת מצלמת NoIR והדמיה NDVI

כבה את לוח ה- RPi שלך, הכנס את המצלמה ואז נוכל לבצע בעזרתה צילום NDVI. אתה יכול לראות על הפרח (זה עם רקע אדום), שהחלקים הירוקים יותר בפנים מראים פעילות פוטוסינתטית. זו הייתה הבדיקה הראשונה שלי, שנעשתה עם אינפראגרם. למדתי את כל הנוסחאות ומיפוי הצבעים באתר שלהם לכתוב קוד פונקציונלי במלואו. כדי להפוך את הדברים לאוטומטיים יותר הכנתי סקריפט Python שלוכד מסגרות, מחשב את תמונות NDVI ושומר אותן ב- 1080p על הקופטר.

לתמונות האלה תהיה מפת צבע מוזרה והן ייראו כאילו הן מכוכב אחר. בצע כמה בדיקות, שנה כמה משתנים, כוון את החיישן לפני המשימה הראשונה.

שלב 17: התקנת ה- RPi Zero W במזל"ט

התקנתי את ה- Pi Zero בחזית הטריקופטר. אתה יכול לכוון את המצלמה קדימה כמוני או כלפי מטה. הסיבה שלי מכוונת קדימה היא להראות את ההבדל בין צמחים לבין עצמים לא פוטוסינתטיים אחרים. הערה: זה עלול לקרות שחלק מהמשטחים מחזירים אור IR או שהם חמים יותר מהסביבה מה שגורם להם לצבע צהוב בהיר.

שלב 18: הוספת משדר וידאו (אופציונלי)

היה לי גם ה- VTx הזה מונח כך שהותקןתי על הזרוע האחורית של המתקן שלי. טווח זה של 2000 מטר אך לא השתמשתי בו בעת ביצוע בדיקות. רק עשתה טיסת FPV בשביל הכיף. כשאני לא משתמש בו הכבלים מוסרים, אחרת הם מוסתרים מתחת למסגרת כדי שהמבנה שלי יהיה נקי ונקי.

שלב 19: ביצוע ניתוח צמחים

עשיתי שתי טיסות של 25 דקות לניתוח נכון. נראה היה שרוב הירקות שלנו בסדר, תפוחי אדמה היו זקוקים לטיפול נוסף והשקייה. הולך לבדוק את זה שעזר תוך כמה ימים. הם נראים די ירוקים בתמונה לעומת העצים הכתומים והורודים.

אני אוהב לעשות טיסות מעגל כדי שאוכל לבחון את הצמחים מכל זווית. אתה יכול לראות בבירור שמתחת לעצי הפירות כמה ירקות אינם מקבלים מספיק אור שמש מה שהופך אותם לכחולים או שחורים בתמונות NDVI. זו לא בעיה אם חלק אחד של העץ לא מקבל מספיק אור שמש בכל שעות היום, אבל זה רע אם הצמח כולו הופך לשחור ולבן.

שלב 20: לטוס בטוח;)

תודה שקראתם את המדריך הזה, אני מקווה שחלקכם ינסו לבצע ניסויים בהדמיה NDVI או בבניית מל טים. היה לי כיף להכין את הפרויקט הזה מאפס מחלקי עץ, אם אהבת גם אתה תוכל לשקול לעזור לי בהצבעה הנדיבה שלך. הו, תעוף בטוח, לעולם אל מעל אנשים ותהנה מהתחביב!

פרס ראשון באתגר לגרום לזה לעוף