Onderwaterdrone:het verhaal van de waanzin

Dit artikel beschrijft het ontwerpproces, de ontwikkeling en de montage van het prototype van de onderwaterdrone, aangedreven door Raspberry Pi.

Ik heb veel programma's over uitvinders bekeken op Discovery Channel en heb ooit besloten om zelf iets interessants te doen, zodat het tegelijkertijd heel indrukwekkend en moeilijk kon zijn:sommige elektromotoren, controllers, bediening, camera. Nadat ik veel nuttige (en niet erg nuttige) dingen had gekocht, begon ik na te denken over wat voor soort project ik moest beginnen. Uiteindelijk kwam ik tot de conclusie dat er veel vliegende en rijdende drones zijn, maar het gaat niet om onderwaterdrones (ha ha, maar zoals ik het nu begrijp, had ik het toen vreselijk mis).

Nadat ik op internet had gesurft, vond ik verschillende interessante projecten, maar de meeste bevonden zich in de ontwikkelingsfase of waren niet goedkoop (3k++ dollar). Degenen die geïnteresseerd zijn in deze projecten kunnen er hier een aantal vinden.

Vooruitkijkend kan ik zeggen dat ik een werkend prototype heb dat enkele meters diep kan zwemmen, hoewel het zijn voor- en nadelen heeft. Ik kan niet beweren dat ik eindelijk een gemakkelijk te controleren spul heb of dingen die meer kunnen doen dan alleen mijn ingenieursenthousiasme te kalmeren. Maar alle eenheden van dit spul werken naar behoren, en het is erg belangrijk dat mijn fouten en ervaring iemand kunnen helpen om iets echt belangrijks te creëren (zelfs als het alleen voor hem/haarzelf belangrijk is).

Omdat er veel werk is verzet, kan dit artikel worden onderverdeeld in de volgende hoofdstukken:

• Gek idee (teaser)
• De componenten kiezen
• ESC-programmering
• Raspberry Pi Server-configuratie
• Handling van elektrische motoren met Raspberry Pi
• Gyroscoop
• Raspberry Pi zaklamp bediening
• Client-server communicatieprotocol
• Toepassing voor Android
• Videostream
• Scherm- en joystickbediening
• Constructie assembleren en testen
• Conclusies

Gek idee (teaser)

Nou, ten eerste wil ik zeggen dat ik een amateur ben, en de meeste dingen die ik deed, werden gedaan met wetenschappelijke vallen en opstaan, omdat het voor mij leuk is om iets te construeren en te testen, dan om alle mogelijkheden toe te staan ​​en te begrijpen, dat het in theorie niet zal werken. Er was een verscheidenheid aan mogelijke projecten en ideeën, en onder hen waren er echt absurde ideeën (een daarvan zal hieronder worden beschreven, gewoon voor de lol). De eerste en belangrijkste taak voor mij was het bouwen van een gesloten behuizing in huiselijke omstandigheden en tegelijkertijd het overbrengen van het koppel op de aandrijfschroef. Zoals meestal gebeurt, zijn de ideeën in het begin niet de slimste (en ik ben niet gewend om twee keer na te denken), dus probeerde ik een experiment om het koppel met magneten over te brengen. Ik heb het eenvoudigste ontwerp gekozen en zo'n "high-tech" apparaat gebouwd:

Twee magneten zijn in tandwiel geschroefd en verbonden met de elektromotoren (de polariteit van de magneten respecterend), er is een plaat tussen de tandwielen die de wanden van de behuizing imiteert. Als je het artikel wilt sluiten en je ogen wilt uitsteken nadat je dit hebt gezien, is dit een normale reactie, maar ik heb je in het begin gewaarschuwd 🙂 Ondanks enkele gebreken kun je na het lanceren van het model zeker zeggen:"En toch is het beweegt' (c).

Het koppel wordt overgedragen, de onderdelen draaien, maar magnetisme verhoogt de wrijving. Nog een nadeel, afgezien van tientallen andere, is dat als je een denkbeeldige schroef stopt, de magneten hun contact verliezen en niet meer aan elkaar plakken vanwege het snelheidsverschil

Zelfs als je zo'n model monteert met behulp van lagers, tandwielen en magneten, zal het niet het beste idee zijn, omdat efficiëntie, eenvoudige implementatie en gewoon gezond verstand de zwakke punten van dit model zijn.

Ten slotte werd besloten om geen hersens te kraken en de borstelloze motor te nemen en indien nodig de motorwikkeling te bedekken met vernis. Dus het idee was om de draden uit de behuizing recht in het water te leggen en ze gewoon af te dichten. Het zou veel gemakkelijker zijn dan een model te bouwen met olie en oliekeerringen of een ander ingewikkeld mechanisme om mechanische en elektronische onderdelen uit de buurt van water te houden.

Dus laten we verder gaan met belangrijkere dingen.

De componenten kiezen

Hieronder vind je een lijst met verschillende dingen die zijn gebruikt om het apparaat te maken.

Moederbord

Onder de verscheidenheid aan controllers heb ik gekozen voor Raspberry Pi 3B. Ik zou geen Arduino-achtige boards aanbevelen voor dit project, omdat het zo'n complexe taak niet aankan, omdat het nodig is om ten minste 4 motoren, diodes, gyroscoop te besturen, videostream van de camera te verzenden en tegelijkertijd te ontvangen en verwerkingsopdrachten van besturingsapparaten. Raspberry Pi 3B wordt geleverd met ingebouwde Wi-Fi en Ethernet voor RJ-45-connector, wat u ongetwijfeld zal helpen bij al deze bewerkingen.

Communicatiekanaal

Nou, ja, je hebt gelijk, een twisted-pair draad. Het was altijd moeilijk om de gegevens onder water over te dragen. Water is een uitstekend schild en daarom kunt u elke draadloze gegevensoverdracht vergeten (fans van "en hoe zit het met onderzeeërs" - zoek uit wat de grootte van de antenne is voor de implementatie van een dergelijke overdracht en de kosten van technologie, complexiteit en breedte van het transmissiekanaal). Er was dus geen andere uitweg. Er was een checklist die met succes werd doorlopen:

• De mogelijkheid om gegevens onder water over te dragen.
• De snelheid van gegevensoverdracht onder water.
• Universalisme (het past perfect bij de Raspberry Pi 3B en de zender).

Er is een speciale kabel voor water met neutraal drijvend en, maar je kunt geen 100 meter apart kopen, en ik wilde geen 500+ dollar uitgeven aan een haspel.

Basiszender

NEXX minirouter Er waren 3 hoofdopties voor overdracht:

• Probeer een wifi-antenne van water naar land te bedraden (in dit geval moet in plaats van een getwiste draad een stevige draad worden gebruikt), maar er waren veel controversiële punten.
• Maak een client-server bridge-verbinding tussen twee Raspberry Pi 3B (het zou passend zijn, maar duurder en verontrustender).
• Verbind een minirouter met Raspberry met behulp van een getwiste draad. Deze optie is als basis genomen, omdat deze het meest betrouwbaar, snel en goedkoop is. De ervaring heeft geleerd dat dit best een goede optie is.

Elektrische motor

N2830/2212 1000KV

Na het testen van 3 verschillende motoren koos ik voor dit model. U vraagt ​​zich misschien af ​​waarom? Nou, hij is krachtig genoeg, hij heeft een tweede as zodat je 2 propellers kunt gebruiken. Over het algemeen werken alle motoren normaal in water totdat de algen of het zand in de motor komen. Als u kiest voor een snelle en minder krachtige, zult u ontdekken dat dit soort motoren niet het beste geschikt zijn voor water. Ook goedkopere motoren voldeden niet aan de verwachtingen. Welnu, de kwaliteit voldoet aan de prijs.

Besturingskaart (ESC)

Het is ook vrij eenvoudig. Het kan worden geprogrammeerd om vooruit/achteruit te schakelen, en het vermogen van 30 ampère zou voldoende moeten zijn voor de geteste motoren. Bovendien hoefde ik er niet een maand of twee op te wachten om het uit China te bezorgen (maar er is natuurlijk een addertje onder het gras 🙂 ).

Afro ESC USB-programmeertool

Programmeertool voor ESC. Met dit apparaat kun je de benodigde firmware uploaden. Maar eigenlijk is dit de vangst. Ik heb er anderhalve maand op moeten wachten.

LED

CREE XHP50

Dit model is bedoeld om met zijn licht alles uit te branden. Dit was dus het doel.

LED-pulsdriver

7-30В 3А of vergelijkbaar

Dit is perfect geschikt voor onze doeleinden - het bevat twee bovengenoemde LED's, en het maakt ook verbinding met de Raspberry en stelt u in staat om de helderheid van de LED aan te passen.

Bron:Underwater Drone:The Story of the Madness