Drone subaquático:A história da loucura

Este artigo descreve o processo de design, desenvolvimento e operação de montagem do protótipo de drone subaquático movido por Raspberry Pi.

Já assisti a muitos programas sobre inventores no canal Discovery e uma vez decidi fazer algo interessante sozinho, para que pudesse ser realmente impressionante e difícil de uma vez:alguns motores elétricos, controladores, manuseio, câmera. Depois de comprar muitas coisas úteis (e não muito úteis), comecei a pensar que tipo de projeto devo começar. Finalmente cheguei à conclusão de que existem muitos drones voadores e dirigentes, mas não se trata de drones subaquáticos (ha ha, mas, pelo que entendi agora, estava terrivelmente errado na época).

Depois de navegar na Internet, encontrei vários projetos interessantes, mas a maioria deles ou estavam em fase de desenvolvimento ou não seriam baratos (3k ++ dólares). Os interessados ​​nestes projetos podem encontrar alguns aqui.

Olhando para o futuro, posso dizer que tenho um protótipo funcional que pode nadar vários metros de profundidade, embora tenha seus prós e contras. Não posso afirmar que finalmente tenho algo fácil de controlar ou algo que pode fazer mais do que apenas acalmar o entusiasmo do meu engenheiro. Mas todas as unidades desse material funcionam corretamente, e é muito importante que meus erros e experiência possam ajudar alguém a criar algo realmente significativo (mesmo que seja significativo apenas para si mesmo).

Como já foi feito um bom trabalho, este artigo pode ser dividido nos seguintes capítulos:

• Ideia maluca (teaser)
• Escolha dos componentes
• programação ESC
• Configuração do servidor Raspberry Pi
• Manuseio de motor elétrico usando Raspberry Pi
• Giroscópio
• Controle de lanterna Raspberry Pi
• Protocolo de comunicação cliente-servidor
• Aplicativo para Android
• Stream de vídeo
• Controle de tela e joystick
• Montagem e teste de construção
• Conclusões

Idéia maluca (teaser)

Bem, em primeiro lugar quero dizer que sou um amador, e a maioria das coisas que fiz foram feitas por tentativa e erro científicos, porque é divertido para mim construir algo e testá-lo, do que permitir todas as possibilidades e compreender, que não funcionará em teoria. Havia uma variedade de projetos e ideias possíveis, e entre eles havia ideias realmente absurdas (uma delas será descrita a seguir, apenas por diversão). A primeira e principal tarefa para mim foi construir uma caixa selada em condições domésticas e, ao mesmo tempo, transmitir o torque à hélice motriz. Como geralmente acontece, as ideias no começo não são as mais inteligentes (e não estou acostumado a pensar duas vezes), então tentei transmitir o torque usando ímãs. Eu escolhi o design mais simples e construí um dispositivo de “alta tecnologia”:

Dois imãs foram aparafusados ​​em engrenagem e conectados aos motores elétricos (respeitando as polaridades dos imãs), existe uma placa entre as engrenagens que imita as paredes da carcaça. Se você tem vontade de fechar o artigo e picar os olhos depois de ver isso, essa é uma reação normal, mas eu te avisei no início 🙂 Apesar de alguns defeitos, depois de lançar o modelo, com certeza você pode dizer:“E ainda assim se move ”(c).

O torque é transmitido, as peças giram, mas o magnetismo aumenta o atrito. Mais uma desvantagem, além de dezenas de outras, é que se você parar um parafuso imaginário, os ímãs perderão o contato e não ficarão presos mais uma vez devido à diferença de velocidade

Não será a melhor ideia mesmo se você montar tal modelo usando rolamentos, engrenagens e ímãs, porque eficiência, facilidade de implementação e apenas bom senso são os pontos fracos deste modelo.

Finalmente, decidiu-se não quebrar a cabeça e pegar o motor brushless e, se necessário, cobrir o enrolamento do motor com verniz. Então a ideia era colocar os fios da carcaça direto na água e apenas lacrá-los. Seria muito mais fácil do que construir um modelo com óleo e retentores ou algum outro mecanismo complicado para manter as peças mecânicas e eletrônicas longe da água.

Então, vamos prosseguir para coisas mais importantes.

Escolha dos componentes

Abaixo você encontrará uma lista de coisas diferentes que foram usadas para criar o dispositivo.

Placa-mãe

Entre a variedade de controladores, escolhi o Raspberry Pi 3B. Eu não recomendaria placas do tipo Arduino para este projeto, pois não vai dar conta de uma tarefa tão complexa, pois é necessário controlar pelo menos 4 motores, diodos, giroscópio, enviar stream de vídeo da câmera e ao mesmo tempo receber e processar comandos de dispositivos de controle. O Raspberry Pi 3B vem com Wi-Fi e Ethernet integrados para o conector RJ-45, o que sem dúvida o ajudará em todas essas operações.

Canal de comunicação

Bem, sim, você está certo, um fio de par trançado. Sempre foi difícil transferir os dados debaixo d'água. A água é um excelente escudo e, portanto, você pode esquecer qualquer transferência de dados sem fio (fãs de “e os submarinos” - por favor, descubra qual é o tamanho da antena para implementação de tal transferência e o custo da tecnologia, complexidade e largura do canal de transmissão). Portanto, não havia outra saída. Houve uma lista de verificação que foi aprovada com sucesso:

• A capacidade de transferir dados debaixo d'água.
• A velocidade da transferência de dados debaixo d'água.
• Universalismo (se encaixa perfeitamente no Raspberry Pi 3B e no transmissor).

Existe um cabo especial para água com flutuação neutra e, mas você não pode comprar 100 metros separadamente, e eu não queria gastar mais de 500 dólares em um carretel.

Transmissor de base

Mini roteador NEXX Havia 3 opções principais de transferência:

• Tente conectar uma antena Wi-Fi da água à terra (neste caso, em vez de um fio de par trançado, um fio sólido deve ser usado), mas houve muitos pontos controversos.
• Crie uma conexão de ponte cliente-servidor entre dois Raspberry Pi 3B (seria apropriado, mas mais caro e problemático).
• Conecte um mini-roteador com Raspberry usando um fio de par trançado. Esta opção foi tomada como base, por ser a mais confiável, rápida e barata. A experiência provou que esta é uma boa opção.

Motor elétrico

N2830 / 2212 1000KV

Depois de testar 3 motores diferentes, escolhi este modelo. Você pode perguntar por quê? Bem, é poderoso o suficiente, tem um segundo eixo, então você pode usar 2 hélices. Em geral, todos os motores operam normalmente na água até que as algas ou areia entrem no motor. Se você escolher um motor de alta velocidade e menos potente, descobrirá que esses tipos de motores não são os melhores para a água. Motores mais baratos também ficaram aquém das expectativas. Bem, a qualidade encontra o preço.

Placa de controle (ESC)

Também é muito simples. Ele pode ser programado para alternar para frente / para trás, e a potência de 30 amperes deve ser suficiente para os motores testados. Além disso, não precisei esperar um mês ou dois para entregá-lo da China (mas, claro, há um problema 🙂).

Ferramenta de programação USB Afro ESC

Ferramenta de programação para ESC. Com este dispositivo, você pode carregar o firmware necessário. Mas, na verdade, esse é o problema. Tive que esperar um mês e meio por isso.

LED

CREE XHP50

Este modelo se destina a queimar tudo com sua luz. Então, esse era o objetivo.

Driver de pulso LED

7-30В 3А ou similar

Este é um ajuste perfeito para nossos propósitos - ele contém dois LEDs mencionados acima, e também se conecta ao Raspberry e permite que você ajuste o brilho do LED.

Fonte:Drone subaquático:A história da loucura