Suivez-moi - Guide du drone intelligent Raspberry Pi : 9 étapes

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-23 14:45

Vous êtes-vous toujours demandé comment fabriquer un drone de A à Z ?

Ce tutoriel vous montre comment faire un quadcopter de 450 mm étape par étape, de l'achat des pièces au test de votre robot aérien lors de son premier vol.

De plus, avec un Raspberry Pi et une PiCamera, vous pouvez diffuser une vidéo en direct sur votre appareil et contrôler votre drone en vue à la première personne ! Le Raspberry Pi offre également la possibilité d'améliorer encore plus votre drone et d'ajouter des fonctionnalités telles que le suivi des personnes, l'évitement d'obstacles et une station météo. Ce tutoriel va vous montrer comment faire en sorte que votre drone vous suive.

L'avantage du Raspberry Pi est principalement qu'il peut traiter certains algorithmes de vision artificielle pour des fonctionnalités qui nécessitent que le drone soit ''intelligent''.

Dans ce instructable, vous apprendrez:

• Quels outils/pièces vous devez acheter
• Comment fixer toutes les pièces sur le cadre
• Comment faire les connexions pour le système de propulsion
• Comment configurer votre micro-contrôleur
• Comment connecter le récepteur à l'émetteur
• Comment diffuser une vidéo prise par le drone sur votre téléphone
• Comment régler votre PID pour un meilleur contrôle
• Comment mettre en œuvre le suivi des personnes

De plus, le drone a une LED rouge qui s'allume lorsque le drone recherche quelqu'un et une LED verte lorsque quelqu'un est détecté et que le drone le suit. Un bouton est également implémenté pour éteindre le Pi avant de déconnecter la batterie de la carte SD du Raspberry Pi ne se corrompt pas.

Ce tutoriel a pour objectif de définir les bases de la construction d'un drone intelligent personnalisable, donc si vous êtes un débutant complet, vous êtes au bon endroit !

Étape 1: Aperçu

Pour construire un quadricoptère, nous avons besoin de 4 moteurs et de 4 ESC (Electronic Speed Controller) chacun connecté à un moteur. Un tableau de distribution d'alimentation est utilisé pour distribuer l'alimentation de la batterie aux 4 ESC.

L'ESC reçoit la commande du contrôleur de vol (ici une carte MultiWii) et la transmet au moteur.

Ce contrôleur de vol dispose d'un gyroscope, d'un accéléromètre et d'un baromètre. Vous pouvez également y ajouter un module bluetooth et un GPS.

Pour faire la connexion entre le Raspberry Pi et le contrôleur de vol, nous utilisons un adaptateur FTDI. Ainsi, nous pouvons envoyer des commandes au contrôleur depuis notre Pi. Aussi, pour faire le calibrage PID et télécharger le firmware du Mulltiwii sur le contrôleur de vol, le FTDI sera très utile.

Enfin, nous contrôlons à distance le drone avec une télécommande qui envoie des commandes aux récepteurs et les envoie au contrôleur de vol.

Le Raspberry Pi fournit également un flux qui peut être consulté sur n'importe quel navigateur à partir d'un appareil comme un téléphone par exemple. De cette façon, nous pouvons voir ce que la caméra Pi voit lorsqu'elle est dans les airs.

Étape 2: Rassembler les pièces

Les pièces suivantes sont nécessaires pour réussir ce didacticiel:

1) Le châssis: châssis 4 axes 450 F

2) L'émetteur et le récepteur: Flysky FS-i6X

3) Le Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Modèle B Carte Mère

4) La caméra: PiCamera

5) Le microcontrôleur: Crius MultiWii SEV2.6

6) Le FTDI: Convertisseur FTDI USB vers TTL/FT232

7) Petits fils: Elegoo 120pcs Fil Dupont Multicolore

8) Les moteurs (x4): Moteur Brushless Liobaba 1100KV 2-4S

9) Les ESC (x4): Brushless ESC 30A Brushless ESC firmware w / 5V 3A UBEC

10) La batterie: Batterie LiPo HRB 11.1V 5000mAh 3S 50C-100C

11) Les connecteurs: Connecteurs Plaqué Or 3.5mm (x4) et Artrinck XT-60 60A/100A Mâle Femelle

12) Les hélices (x3): Hélice FidgetGear 10x4.5 (Bleu)

13) Le coussin de montage du contrôleur de vol: Coussin de montage du contrôleur de vol

14) Quelques gaines thermorétractables: Tube rétractable - SODIAL

15) Fils: fil 16GA

16) Le fer à souder: Kit de fer à souder Holife, outil de soudage à température contrôlée réglable 60W 110V

Optionnel

• Un buzzer: Venom Low Voltage Monitor pour batteries LiPO 2S à 8S
• Un support/rack pour le Pi et le contrôleur de vol: Box Storage Case pour Raspberry Pi
• Améliorez votre expérience de soudage avec: Elenco Helping Hands et la soudure à noyau de colophane en plomb 60-40

Le coût TOTAL de toutes ces pièces devrait être de 450,71 $ CAN.

Étape 3: soudure et fixation des pièces sur le cadre

Deux parties ont besoin de soudure:

1. Les ESC (ils ne sont pas livrés avec des connecteurs aux extrémités)
2. Le tableau de distribution électrique (dans notre cas intégré au châssis)

Utilisez les connecteurs tx femelles sur les fils que vous avez ajoutés au tableau de distribution, les connecteurs tx mâles sur les fils latéraux du tableau de distribution des ESC et les connecteurs dorés de 3,5 mm sur les fils côté moteur des ESC. N'oubliez pas d'ajouter la gaine thermorétractable pour isoler (on ne veut pas voir de fil nu).

Conseils pour la soudure:

• Utilisez la pointe de fer plat de taille moyenne (fournie dans votre kit de soudure) et chauffez le fer à souder à 400 degC.
• Nettoyez souvent la pointe du fil à souder avec l'éponge à eau.
• Faites d'abord fondre un peu de soudure sur les deux surfaces que vous souhaitez connecter, puis collez-les ensemble et ajoutez plus de soudure.

Pour plus de détails sur la façon de tout souder, n'hésitez pas à consulter notre site Web.

Fixez les pièces sur le cadre:

1. Utilisez deux vis pour fixer les moteurs à l'extrémité de chaque bras.
2. Fixez le support de l'électronique sur le châssis avec des écrous et des boulons.
3. Fixez le Pi sur le support avec des écrous et des boulons.
4. Collez un tampon de montage (pour absorber les vibrations) sur le dessus du support et collez-y votre Multiwii en vous assurant qu'il se trouve exactement au milieu du cadre et avec la flèche pointant entre deux bras de la même couleur.
5. Collez le récepteur sur le support avec du velcro.
6. Mettez-vous ESC sur chaque bras avec tie-wrap.
7. Utilisez des sangles pour attacher la batterie au niveau inférieur du cadre.
8. Percez les hélices et placez-les sur les moteurs à l'aide du boulon spécial fourni avec le moteur

Étape 4: les connexions

Pour le récepteur:

• Connectez les broches d'accélérateur sur le MultiWii au canal 3 sur le récepteur.
• Connectez les goupilles cylindriques au canal 1 du récepteur.
• Connectez les broches Pitch au canal 2.
• Connectez les broches de lacet au canal 4.
• Connectez l'auxiliaire 1 au canal 5.

Pour les CES:

Avec Multiwii orienté vers l'avant et avec le fil noir du connecteur de commande de l'ESC sur la broche inférieure de la Multiwii;

• Connectez l'ESC supérieur gauche à D3.
• Connectez l'ESC supérieur droit à D10.
• Connectez l'ESC en bas à droite à D9.
• Connectez l'ESC en bas à gauche à D11.

Pour le Pi:

• Connectez la PiCamera.
• Connectez le FTDI à un adaptateur mini-USB/USB et connectez-le au Pi, connectez également les broches FTDI aux broches FTDI du MultiWii.
• Connectez une broche - et + de la MultiWii à une broche GPIO 5V et terre du Pi.

Pour les moteurs

Par défaut, les moteurs tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (CCW). Donc pour les moteurs en haut à gauche et en bas à droite, vous devez inverser la connexion des fils avec l'ESC (le noir avec le rouge et le rouge avec le noir) donc vous aurez un sens horaire (CW).

Étape 5: Configurez tout

Retirez vos hélices pour les étapes suivantes.

Programmation des ESC:

Le variateur électronique contrôle le moteur et donc beaucoup d'options sont disponibles et c'est à vous de personnaliser votre ESC pour qu'il se comporte comme vous le souhaitez.

Retirez tous les fils connectés au récepteur.

Pour chaque CES:

1. Connectez un seul ESC à l'alimentation (au tableau de distribution dans notre cas) et assurez-vous que la batterie est déconnectée.
2. Mettez la broche ESC dans le canal d'accélérateur du récepteur (dans notre cas, le canal 3).
3. Mettez votre émetteur sous tension.
4. Mettez la manette des gaz en position maximale sur votre émetteur.
5. Mettez le tableau de distribution sous tension en y connectant la batterie. Vous pouvez également utiliser des pinces crocodiles et connecter directement la batterie à l'ESC.
6. Après quelques bips, vous devriez entendre une tonalité musicale avec 4 bips. Après cette première musique mettez la manette des gaz au minimum sur votre émetteur.
7. Attendre la confirmation de l'UBEC, donnée par un bip.
8. Fermez l'émetteur.
9. Coupez l'alimentation (débranchez la batterie Li-Po)

Pour le tester:

1. Mettez l'émetteur sous tension avec la position d'accélérateur minimale.
2. Connectez la batterie.
3. Augmentez progressivement la manette des gaz jusqu'à la puissance maximale. Le moteur devrait tourner plus vite lorsque vous augmentez les gaz.

Mise en place de la carte de commandes de vol:

Pour cette étape vous pouvez retirer le câble USB du FTDI sur le Pi et le mettre dans votre ordinateur, ce sera plus pratique pour programmer la carte.

1. Téléchargez le logiciel Arduino sur votre ordinateur via le site Web.
2. Téléchargez la dernière version du firmware multiwii et extrayez-la sur votre ordinateur.
3. Allez dans le dossier MultiWii précédemment extrait, puis ouvrez MultiWii.ino qui lancera Arduino.
4. Allez dans le fichier config.h dans Arduino, supprimez // devant #define QUADX pour paramétrer le type de configuration de votre multicoptère et devant #define CRIUS_SE_v2_0 pour choisir le type de carte.
5. Ensuite, allez dans Outils -> Carte -> et sélectionnez Arduino Pro ou Pro Mini et assurez-vous dans Outils -> Processeur -> que ATMmega328P (5V, 16MHz) est sélectionné.
6. La dernière configuration que nous devons faire avant de télécharger sur la carte est d'aller dans Outils -> Port -> sélectionnez le port de votre MultiWii (COM3 pour nous).
7. Cliquez sur vérifier puis sur télécharger.
8. Au fur et à mesure que le code est téléchargé sur la Crius MultiWii SE v2.6, vous devriez voir les voyants clignoter à la fois sur la carte contrôleur et sur la carte FTDI.

Calibrez les capteurs sur la carte de commandes de vol:

1. Rendez-vous dans le dossier MultiWiiConf présent dans le dossier MultiWii téléchargé précédemment depuis leur site internet.
2. Allez ensuite dans -> dossier application.windows32 -> double-cliquez sur l'application MultiWiiConf. (Notez que même si j'avais Windows 64 bits, seule l'application 32 bits semble fonctionner).
3. Vous devez sélectionner le port auquel votre contrôleur de vol est connecté (dans ce cas COM3).
4. Cliquez sur Lire.
5. Cliquez sur Démarrer.
6. Posez votre planche à plat sur le bureau puis cliquez sur Calib_acc.
7. Cliquez sur Calib_mag et vous devez ensuite faire pivoter votre planche dans tous les sens pendant 30 secondes le plus rapidement possible. Vous devriez voir des pics sur tout le graphique.

Pour le tester:

Faites pivoter votre planche sur l'axe de tangage, de roulis et de lacet et voyez si ce que les capteurs montrent sur le logiciel a du sens

Configuration de l'émetteur (télécommande):

Tout d'abord, vous pouvez vérifier quel manche contrôle quel canal dans le menu d'affichage:

1. Avant de démarrer le contrôleur, assurez-vous que tous les interrupteurs sont relevés et que le manche des gaz (manette gauche) est abaissé.
2. Démarrez le contrôleur.
3. Maintenez le bouton Ok.
4. Allez dans Configuration, puis Affichage.
5. Vous pouvez déplacer vos sticks pour voir quel canal réagit.

Avant d'aller plus loin, sélectionnez un modèle et un nom:

1. Allez dans Système-> Sélection du modèle -> sélectionnez un modèle.
2. Allez dans Système -> Nom du modèle. Et donnez-lui un nom. Maintenez sur annuler pour enregistrer vos modifications.
3. Allez dans Système-> Type, sélectionnez-le et définissez-le comme un avion ou un planeur même s'il s'agit d'un quadrirotor.
4. Réglez le trim dans le menu Subtrim. Lorsque les manches sont dans leur position neutre, vous avez besoin que les canaux (voir dans le menu d'affichage) soient à 0% pour le lacet, le tangage et le roulis.
5. Maintenez annuler pour enregistrer vos paramètres.

Ensuite, définissons les paramètres de sécurité:

Cela garantit que lorsque le drone s'éloigne du contrôleur et perd le signal, toutes les commandes passent en position neutre. Donc, pour ce faire, nous devons définir les canaux 1, 2 et 4 à 0% et activer la sécurité intégrée sur eux via le menu Sécurité intégrée. Nous devons également activer la sécurité intégrée sur la manette des gaz et la régler à 100%.

Vous pouvez également utiliser les autres commutateurs de votre contrôleur en les activant dans System-> Aux. commutateurs.

Vous pouvez avoir plus de détails sur cette section sur notre site Web.

Étape 6: diffusion en direct

Le Raspberry Pi est un ordinateur et ce que vous pouvez faire avec un ordinateur volant ne limite que votre imagination.

Pour diffuser en direct:

1. Activez la PiCamera. Pour ce faire, démarrez le Pi et connectez-y une souris et un moniteur. Cliquez sur le logo rasbian en haut à gauche, allez dans les préférences, puis Configuration Raspberry Pi puis dans l'onglet interfaces assurez-vous que la caméra est cochée comme activée. Cliquez ensuite sur ok.
2. Téléchargez le script (source du code: random nerd tutorials) et placez-le dans votre dossier personnel.
3. Exécutez le script en tapant ''python3 rpi_camera_surveillance_system.py'' sur le terminal.

Une fois le script exécuté, vous pouvez accéder à votre serveur web de flux vidéo à l'adresse: https://:8000. Remplacez par votre propre adresse IP Raspberry Pi, dans mon cas

Si vous ne connaissez pas votre adresse IP Pi, vous pouvez la connaître en tapant ifconfig dans le terminal qui vous donne l'adresse.

Vous pouvez accéder au streaming en direct via n'importe quel appareil connecté au même réseau que le Raspberry Pi. Il vous suffit d'ouvrir le navigateur.

Vous pouvez également lancer ce programme depuis votre smartphone. Il vous suffit d'installer l'application Terminus (si vous avez un IPhone).

Pour lancer le stream directement lorsque le Pi est sous tension (donc lorsque votre drone est allumé) tapez sur le terminal:

sudo nano /home/pi/.bashrc

Ensuite, allez à la dernière ligne et ajoutez, echo Exécution au démarrage

sudo python3 /home/pi/ rpi_camera_surveillance_system.py

redémarrage sudo

Enregistrez votre fichier en appuyant sur Ctrl+X, puis tapez Y et cliquez sur Entrée.

Félicitations, votre diffusion en direct est maintenant définie ! Vous pouvez l'utiliser pour espionner vos voisins ou faire des courses FPV !

Étape 7: L'art du réglage PID

Vous êtes prêt pour votre premier vol. La première chose à faire est d'essayer votre drone sans hélice pour voir si tout répond bien.

Ensuite, vous pouvez ajouter vos hélices et commencer très lentement pour augmenter la manette des gaz pour voir si vous pouvez décoller.

Votre drone oscille probablement lentement, vibre ou les moteurs sifflent. Cela signifie que vous devez configurer vos paramètres PID !

Cette partie prend un certain temps si vous voulez un drone très stable qui répond bien à vos commandes. Le réglage du PID est subjectif, c'est donc à vous de décider comment vous voulez que votre drone vole. Voici la procédure:

1. Commencez avec un faible I sur le tangage et le roulis (0,01) et augmentez P jusqu'à ce que vous voyiez des oscillations à haute fréquence et réduisez-le à la dernière valeur.
2. Ensuite, augmentez I sur le tangage et le roulis par incréments de 0,01 jusqu'à ce que vous voyiez à nouveau des vibrations ou que vous sentiez que votre drone est rigide et ne répond plus. En règle générale, le paramètre I peut vous aider si vous rencontrez des baisses d'altitude et des dérives. Il contrecarre les perturbations sur votre système (le drone).
3. Abaissez votre P si vous avez vu des oscillations à haute fréquence.
4. Diminuez votre D si votre drone semble trop amorti (faible pour répondre).

Pour l'axe de lacet, vous pouvez généralement le laisser par défaut, mais si vous sentez que votre drone dérive dans l'axe de lacet, vous pouvez augmenter I.

Étape 8: Fonctionnalité Suivez-moi

Un drone autonome est génial, il peut voler et se déplacer sans avoir à s'en soucier.

Le drone réalisé dans ce tutoriel a la capacité de le faire en traitant les données que ses capteurs capturent.

Pour mettre en œuvre une fonctionnalité telle que le suivi des personnes, vous devez:

1. Utilisez la caméra du drone pour l'aider à prendre note de son environnement.
2. Utiliser un algorithme de vision artificielle pour analyser l'environnement.
3. Planifiez la trajectoire du drone.
4. Commandez la direction à suivre pour le drone.

Plus précisément, la caméra Pi peut fournir un flux d'images en direct au Raspberry Pi, un ordinateur suffisamment puissant pour exécuter certains algorithmes de vision artificielle.

Ces algorithmes permettent de détecter une personne sur une photo et d'analyser la position de cette personne. L'algorithme de cascade de Haar ou les réseaux de neurones profonds peuvent être des algorithmes utiles pour cela.

Par conséquent, en connaissant la position de la personne à suivre, vous pouvez planifier la façon dont les moteurs se déplacent et quelle direction prendre en fonction de la position de l'objet suivi dans le cadre. Par exemple, si la personne à suivre est à droite du cadre pris par la caméra Pi, l'algorithme commande au drone de tourner à droite.

Enfin, une fois la direction que le drone doit suivre a été choisie, le Raspberry Pi doit envoyer une commande à la Multiwii pour permettre au drone d'aller dans cette direction. Pour cela, le MSP (Multiwii Serial Protocol) est utile pour communiquer entre votre ordinateur (le Pi) et votre contrôleur de vol.

Ici vous pouvez trouver ci-joint un moyen de coder cela.

Une méthode plus robuste utilisant le tensorflow et les réseaux de neurones profonds pour la détection de personnes a été présentée sur notre site Web.

Vous pouvez aussi imaginer plein d'autres façons d'améliorer votre drone autonome, comme lui faire prendre une photo à chaque fois qu'il voit un arbre ou un animal. L'évitement d'objet est également possible à mettre en œuvre. Vous venez de régler le drone pour qu'il arrête sa course s'il est plus proche qu'une distance spécifiée d'un objet.

De plus, vous pouvez apprendre sur le site Web comment connecter une LED au Pi et l'allumer lorsque le drone détecte quelqu'un à suivre !

Étape 9: Bon vol

Démarrez votre drone et profitez de votre vol.

Si vous souhaitez aller plus loin et implémenter le tracking de personne sur votre drone, vous pouvez consulter notre site internet pour un tutoriel à ce sujet.

Merci d'avoir préparé ce tutoriel !