Подводный дрон:история безумия

В этой статье описывается процесс проектирования, разработки и сборки прототипа подводного дрона на базе Raspberry Pi.

Я смотрел много передач об изобретателях на канале Discovery и однажды решил сделать что-нибудь интересное сам, чтобы это могло быть действительно впечатляюще и сложно одновременно:какие-то электродвигатели, контроллеры, манипуляторы, камера. Купив много полезного (и не очень полезного), я начал думать, какой проект мне начать. В итоге я пришел к выводу, что летающих и управляющих дронов много, но речь не идет о подводных дронах (ха-ха, но, как я теперь понимаю, тогда я был ужасно неправ).

Покопавшись в Интернете, я нашел несколько интересных проектов, но большинство из них либо находились в стадии разработки, либо были недешевыми (3k ++ долларов). Те, кому интересны эти проекты, могут найти их здесь.

Забегая вперед, могу сказать, что у меня есть рабочий прототип, который может плавать на несколько метров глубиной, хотя у него есть свои плюсы и минусы. Я не могу утверждать, что наконец-то у меня появился элемент, который легко контролировать, или что-то, что может сделать больше, чем просто успокоить мой инженерный энтузиазм. Но все звенья этой штуки работают исправно, и очень важно, что мои ошибки и опыт могут помочь кому-то создать что-то действительно значимое (даже если оно будет значимым только для него самого).

Так как проделана большая работа, эту статью можно разделить на следующие главы:

• Безумная идея (тизер)
• Выбор компонентов
• Программирование ESC
• Конфигурация сервера Raspberry Pi
• Работа с электродвигателем с использованием Raspberry Pi
• Гироскоп
• Управление фонариком Raspberry Pi
• Протокол связи клиент-сервер
• Приложение для Android
• Видеопоток
• Управление экраном и джойстиком
• Строительно-монтажные и испытательные работы
• Выводы

Безумная идея (тизер)

Что ж, во-первых, я хочу сказать, что я любитель, и большинство вещей, которые я делал, было сделано путем научных проб и ошибок, потому что для меня забавно построить что-то и проверить это, чем допускать все возможности и понимать, что теоретически это не сработает. Было множество возможных проектов и идей, и среди них были действительно абсурдные идеи (одна из них будет описана ниже, просто для удовольствия). Первой и главной задачей для меня было построить герметичный корпус в домашних условиях и одновременно передать крутящий момент на ведущий винт. Как это обычно бывает, идеи вначале не самые умные (и я не привык дважды думать), поэтому я попробовал провести эксперимент с передачей крутящего момента с помощью магнитов. Я выбрал самую простую конструкцию и сконструировал вот такое «высокотехнологичное» устройство:

Два магнита были ввинчены в шестерню и подключены к электродвигателям (соблюдая полярность магнитов), между шестернями имеется пластина, имитирующая стенки корпуса. Если у вас возникло желание закрыть статью и выколоть глаза, увидев это, это нормальная реакция, но я вас предупредил в начале 🙂 Несмотря на некоторые недоработки, после запуска модели вы с уверенностью можете сказать:«И все же это движется »(с).

Крутящий момент передается, детали вращаются, но магнетизм увеличивает трение. Еще один недостаток, помимо множества других, заключается в том, что если вы остановите воображаемый винт, то магниты потеряют контакт и не слипнутся еще раз из-за разницы в скоростях

Это будет не лучшая идея, даже если вы соберете такую ​​модель с использованием подшипников, шестерен и магнитов, потому что эффективность, простота реализации и просто здравый смысл - слабые места этой модели.

В конце концов было решено не ломать голову и взять бесщеточный мотор, а при необходимости покрыть обмотку мотора лаком. Идея заключалась в том, чтобы вытащить провода из корпуса прямо в воду и просто заделать их. Это будет намного проще, чем построить модель с масляными и масляными уплотнениями или каким-либо другим сложным механизмом, чтобы механические и электронные детали не попадали в воду.

Итак, перейдем к более важным вещам.

Выбор компонентов

Ниже вы найдете список различных материалов, которые использовались при создании устройства.

Материнская плата

Среди множества контроллеров я выбрал Raspberry Pi 3B. Я бы не рекомендовал для этого проекта платы типа Arduino, потому что он не справится с такой сложной задачей, как необходимо управлять как минимум 4 моторами, диодами, гироскопом, отправлять видеопоток с камеры и одновременно получать и обрабатывать команды от устройств управления. Raspberry Pi 3B поставляется со встроенным Wi-Fi и Ethernet для разъема RJ-45, что, несомненно, поможет вам во всех этих операциях.

Канал связи

Ну да, ты прав, витая пара. Перенести данные под воду всегда было сложно. Вода - отличный щит, а значит, о любой беспроводной передаче данных можно забыть (любители «а что насчет подводных лодок» - узнайте, пожалуйста, какой размер антенны для осуществления такой передачи и сколько стоит технология, сложность и ширина канала передачи). Так что другого выхода не было. Контрольный список был успешно пройден:

• Возможность передачи данных под водой.
• Скорость передачи данных под водой.
• Универсализм (идеально подходит для Raspberry Pi 3B и передатчика).

Есть специальный кабель для воды с нейтральным плаванием и, но 100 метров отдельно не купишь, и я не хотел тратить 500+ долларов на катушку.

Базовый передатчик

Мини-роутер NEXX Было 3 основных варианта переноса:

• Попробуйте подключить антенну Wi-Fi от воды к суше (в этом случае вместо витой пары следует использовать сплошной провод), но было много спорных моментов.
• Создайте мостовое соединение клиент-сервер между двумя Raspberry Pi 3B (это было бы уместно, но более дорого и проблематично).
• Подключите мини-роутер к Raspberry с помощью витой пары. Этот вариант был взят за основу, так как он самый надежный, быстрый и дешевый. Опыт показал, что это неплохой вариант.

Электродвигатель

N2830 / 2212 1000кВ

Испытав 3 разных мотора, я выбрал эту модель. Вы спросите, почему? Что ж, он достаточно мощный, у него есть вторая ось, поэтому можно использовать 2 гребных винта. В общем, все моторы нормально работают в воде, пока водоросли или песок не попадут внутрь мотора. Если вы выберете высокоскоростной и менее мощный, вы обнаружите, что эти типы двигателей не подходят для воды. Более дешевые моторы также не оправдали ожиданий. Что ж, качество соответствует цене.

Плата управления (ESC)

Это тоже довольно просто. Его можно запрограммировать на переключение вперед / назад, а мощности в 30 ампер должно хватить для тестируемых моторов. К тому же мне не пришлось ждать месяц или два, чтобы доставить из Китая (но, конечно, есть одна загвоздка 🙂).

USB-инструмент для программирования Afro ESC

Инструмент для программирования ESC. С помощью этого устройства вы можете загрузить необходимую прошивку. Но на самом деле это загвоздка. Пришлось ждать полтора месяца.

Светодиод

CREE XHP50

Эта модель предназначена для того, чтобы все выжечь своим светом. Итак, это была цель.

Импульсный драйвер светодиода

7-30В 3А или аналогичный

Он идеально подходит для наших целей - он содержит два вышеупомянутых светодиода, а также подключается к Raspberry и позволяет регулировать яркость светодиода.

Источник:Подводный дрон:История безумия