Unterwasserdrohne:Die Geschichte des Wahnsinns

Dieser Artikel beschreibt den Designprozess, die Entwicklung und den Montagebetrieb des Unterwasserdrohnen-Prototyps mit Raspberry Pi.

Ich habe viele Sendungen über Erfinder auf dem Discovery-Kanal gesehen und einmal beschlossen, etwas Interessantes selbst zu machen, damit es wirklich beeindruckend und gleichzeitig schwierig sein kann:Elektromotoren, Steuerungen, Handhabung, Kamera. Nachdem ich viele nützliche (und nicht sehr nützliche) Sachen gekauft hatte, begann ich zu überlegen, welche Art von Projekt ich starten sollte. Schließlich bin ich zu dem Schluss gekommen, dass es viele fliegende und fahrende Drohnen gibt, aber es geht nicht um Unterwasserdrohnen (ha ha, aber wie ich jetzt verstehe, lag ich da schrecklich falsch).

Nach dem Surfen im Internet fand ich einige interessante Projekte, aber die meisten davon waren entweder in der Entwicklungsphase oder sie waren nicht billig (3k++ Dollar). Diejenigen, die sich für diese Projekte interessieren, können hier einige finden.

Mit Blick auf die Zukunft kann ich sagen, dass ich einen funktionierenden Prototyp habe, der mehrere Meter tief schwimmen kann, obwohl er seine Vor- und Nachteile hat. Ich kann nicht behaupten, dass ich endlich ein leicht zu kontrollierendes Zeug habe oder etwas, das mehr kann, als nur meine Ingenieursbegeisterung zu beruhigen. Aber alle Einheiten dieses Zeugs funktionieren richtig, und es ist sehr wichtig, dass meine Fehler und meine Erfahrung jemandem helfen können, etwas wirklich Bedeutendes zu schaffen (auch wenn es nur für ihn selbst von Bedeutung ist).

Da viel Arbeit geleistet wurde, kann dieser Artikel in folgende Kapitel unterteilt werden:

• Verrückte Idee (Teaser)
• Auswahl der Komponenten
• ESC-Programmierung
• Raspberry Pi Server-Konfiguration
• Elektromotor-Handling mit Raspberry Pi
• Gyroskop
• Raspberry Pi Taschenlampensteuerung
• Client-Server-Kommunikationsprotokoll
• Anwendung für Android
• Videostream
• Bildschirm- und Joystick-Steuerung
• Baumontage und Prüfung
• Schlussfolgerungen

Verrückte Idee (Teaser)

Nun, zunächst möchte ich sagen, dass ich ein Amateur bin, und die meisten Dinge, die ich getan habe, durch wissenschaftliches Ausprobieren entstanden sind, weil es mir Spaß macht, etwas zu konstruieren und zu testen, als alle Möglichkeiten zu berücksichtigen und zu verstehen, dass es theoretisch nicht geht. Es gab eine Vielzahl möglicher Projekte und Ideen, und darunter waren wirklich absurde Ideen (eine davon wird weiter unten beschrieben, nur zum Spaß). Die erste und wichtigste Aufgabe für mich war es, dichte Gehäuse unter häuslichen Bedingungen zu konstruieren und gleichzeitig das Drehmoment auf den antreibenden Propeller zu übertragen. Da die Ideen am Anfang leider nicht die klügsten sind (und ich bin es nicht gewohnt, zweimal nachzudenken), habe ich ein Experiment mit der Übertragung des Drehmoments mit Magneten versucht. Ich habe das einfachste Design gewählt und so ein „Hightech“-Gerät konstruiert:

Zwei Magnete wurden in Getriebe eingeschraubt und mit den Elektromotoren verbunden (Polarität der Magnete beachten), zwischen den Getrieben befindet sich eine Platte, die die Gehäusewände imitiert. Wenn Sie den Artikel schließen und sich die Augen ausstrecken möchten, nachdem Sie dies gesehen haben, ist dies eine normale Reaktion, aber ich habe Sie eingangs gewarnt 🙂 Trotz einiger Mängel können Sie nach der Einführung des Modells sicherlich sagen:„Und doch bewegt“ (c).

Das Drehmoment wird übertragen, die Teile rotieren, aber Magnetismus erhöht die Reibung. Ein weiterer Nachteil, abgesehen von Dutzenden anderer, ist, dass die Magnete ihren Kontakt verlieren und aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds nicht mehr zusammenkleben, wenn Sie eine imaginäre Schraube stoppen.

Selbst wenn Sie ein solches Modell mit Lagern, Zahnrädern und Magneten zusammenbauen, ist es nicht die beste Idee, denn Effizienz, einfache Umsetzung und einfach der gesunde Menschenverstand sind Schwachpunkte dieses Modells.

Schließlich wurde beschlossen, sich nicht den Kopf zu zerbrechen und den bürstenlosen Motor zu nehmen und die Motorwicklung gegebenenfalls mit Lack zu bedecken. Die Idee war also, die Drähte aus dem Gehäuse direkt ins Wasser zu legen und einfach abzudichten. Es wäre viel einfacher, als ein Modell mit Öl- und Öldichtungen oder einem anderen komplizierten Mechanismus zu bauen, um mechanische und elektronische Teile von Wasser fernzuhalten.

Kommen wir also zu wichtigeren Dingen.

Auswahl der Komponenten

Unten finden Sie eine Liste verschiedener Dinge, die zum Erstellen des Geräts verwendet wurden.

Hauptplatine

Unter den vielen Controllern habe ich mich für Raspberry Pi 3B entschieden. Arduino-ähnliche Boards würde ich für dieses Projekt nicht empfehlen, da es eine so komplexe Aufgabe nicht bewältigen wird, da es notwendig ist, mindestens 4 Motoren, Dioden, Gyroskop zu steuern, Videostream von der Kamera zu senden und gleichzeitig zu empfangen und verarbeiten Befehle von Steuergeräten. Raspberry Pi 3B verfügt über integriertes Wi-Fi und Ethernet für den RJ-45-Anschluss, was Ihnen bei all diesen Vorgängen zweifellos helfen wird.

Kommunikationskanal

Nun ja, Sie haben Recht, ein verdrilltes Kabel. Es war immer schwierig, die Daten unter Wasser zu übertragen. Wasser ist ein ausgezeichneter Schutz, und daher können Sie jede drahtlose Datenübertragung vergessen (Fans von „und was ist mit U-Booten“ – bitte finden Sie heraus, wie groß die Antenne für die Implementierung einer solchen Übertragung ist und welche Technologiekosten entstehen. Komplexität und Breite des Übertragungskanals). Es gab also keinen anderen Ausweg. Es gab eine Checkliste, die erfolgreich bestanden wurde:

• Die Möglichkeit, Daten unter Wasser zu übertragen.
• Die Geschwindigkeit der Datenübertragung unter Wasser.
• Universalismus (passt perfekt zum Raspberry Pi 3B und zum Sender).

Es gibt ein spezielles Kabel für Wasser mit neutralem Schweben und, aber 100 Meter kann man nicht separat kaufen, und ich wollte nicht mehr als 500 Dollar für eine Rolle ausgeben.

Basissender

NEXX Minirouter Es gab drei Hauptoptionen für die Übertragung:

• Versuchen Sie, eine Wi-Fi-Antenne vom Wasser zum Land zu verdrahten (in diesem Fall sollte anstelle eines Twisted-Pair-Kabels ein massiver Draht verwendet werden), aber es gab viele umstrittene Punkte.
• Erstellen Sie eine Client-Server-Bridge-Verbindung zwischen zwei Raspberry Pi 3B (es wäre angemessen, aber teurer und störender).
• Verbinden Sie einen Mini-Router über ein Twisted-Pair-Kabel mit Raspberry. Diese Option wurde als Grundlage genommen, da sie die zuverlässigste, schnellste und günstigste ist. Die Erfahrung hat gezeigt, dass dies eine ziemlich gute Option ist.

Elektromotor

N2830/2212 1000 KV

Nachdem ich 3 verschiedene Motoren getestet hatte, entschied ich mich für dieses Modell. Sie können fragen, warum? Nun, es ist stark genug, es hat eine zweite Achse, so dass Sie 2 Propeller verwenden können. Im Allgemeinen arbeiten alle Motoren normal im Wasser, bis Algen oder Sand in den Motor gelangen. Wenn Sie sich für einen schnellen und weniger leistungsstarken Motor entscheiden, werden Sie feststellen, dass diese Motortypen nicht für Wasser geeignet sind. Auch günstigere Motoren blieben hinter den Erwartungen zurück. Nun, die Qualität entspricht dem Preis.

Steuerplatine (ESC)

Es ist auch ziemlich einfach. Es kann so programmiert werden, dass es vorwärts / rückwärts schaltet, und die Leistung von 30 Ampere sollte für die getesteten Motoren ausreichen. Außerdem musste ich nicht ein oder zwei Monate warten, um es aus China zu liefern (aber natürlich gibt es einen Haken 🙂 ).

Afro ESC USB-Programmiertool

Programmiertool für ESC. Mit diesem Gerät können Sie die erforderliche Firmware hochladen. Aber eigentlich ist das der Haken. Darauf musste ich anderthalb Monate warten.

LED

CREE XHP50

Dieses Modell soll mit seinem Licht alles ausbrennen. Das war also das Ziel.

LED-Impulstreiber

7-30 В 3А oder ähnlich

Dies ist für unsere Zwecke perfekt geeignet – es enthält zwei oben genannte LEDs, und es wird auch mit dem Raspberry verbunden und ermöglicht es Ihnen, die Helligkeit der LED einzustellen.

Quelle:Unterwasserdrohne:Die Geschichte des Wahnsinns