地面控制站無人機開源分享

描述

**注意** 如果您想直接進入構(gòu)建過程，請?zhí)^帶 (*) 的部分

介紹 *

如今，無人機比以前更受歡迎，因為系統(tǒng)成本更低，應(yīng)用范圍更廣。許多高科技公司甚至涉足該領(lǐng)域，例如亞馬遜，他們推出了 Prime Air 送貨無人機。

élikos Polytechnique Montréal 是一個學(xué)生俱樂部，旨在幫助對該工程領(lǐng)域感興趣的學(xué)生擴展他們對那些可用的無人系統(tǒng)的知識。愛好者社區(qū)已經(jīng)開始改進定制飛行控制器，現(xiàn)在可以找到多種開放式飛行控制軟件（如PX4和ArduPilot ）的解決方案。

地面控制站 (GCS)... 為什么？我的筆記本電腦可以完成所有工作！*

當(dāng)我提出通過添加一個完整的控制系統(tǒng)來提高我們的飛行序列的有效性的想法時，這正是我必須處理的第一個問題。我們主要使用筆記本電腦，但考慮到設(shè)置Mission Planner (ArduPilot) 或QGroundControl (PX4)等軟件需要一些知識，我總是發(fā)現(xiàn)該解決方案是臨時的。讓每個人都使用相同的設(shè)置很復(fù)雜，而且對于那些只對駕駛無人機感興趣的人來說，測試他們建造的東西太費時了。所以我認為讓每個人都使用連接到地面控制站的同一臺計算機將是一個很大的進步。

GCS 的功能 - 我想改進什么？*

élikos participated in few competitions over the years like the IARC (International Aerial Robotics Competition) and the SUAS (Student Unmanned Aerial System) competition. Both of those contests brought challenges that we had to find solutions for. Last year, it was required to fly a UAV over a solar panel out of the line of sight to detect with cameras those that were damaged (using IR). We went with a typical solution using analog video-feed to help a pilot to navigate to the solar panel location. Many issues came out at this moment:

• The screen was way too small for this purpose.
• Analog systems are reliable and simple but the video quality isn't great and it's hard to analyze anything captured by it.
• 我們沒有實施數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，因此我們無法在飛行過程中實時分析數(shù)據(jù)。

讓我們深入

我將這個項目劃分如下：

• 機械的
• 電氣（交流和直流）
• 軟件與網(wǎng)絡(luò)

機械部分：

GCS 需要便攜，所以我選擇了當(dāng)時我們已經(jīng)擁有的 Nanuk 型號 945。

下一步，我設(shè)計了 3 個主要組件以安裝在內(nèi)部：背板、蓋底板和蓋頂板。

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1 / 3 ?用于安裝導(dǎo)軌、線槽和所有組件的背板

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有了圖紙，我聯(lián)系了一家公司用激光進行切割。現(xiàn)在制造起來非常便宜。材料：SS-304 和鋁 6061 。

掌握了所有零件（電氣和機械部件）后，我開始組裝：

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1 / 3 ? SS-304 不銹鋼背板 - 20.4724 x 15.3543 x 0.075

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• 用于此構(gòu)建的孔尺寸：1/8"
• 使用帶墊圈的#6 自攻螺絲固定 DIN 導(dǎo)軌和線槽

然后是所有組件的標(biāo)記和接線。我決定標(biāo)記我系統(tǒng)中的每根電線，以便能夠使用電氣原理圖快速找到任何連接。如果您不使用提供標(biāo)記電線功能的 AutoCAD Electrical，我建議您只需按照自己的系統(tǒng)從 100 開始到 1XX。不要忘記將數(shù)字放在電線的每一端。

我在這個過程中使用了 Dymo Rhino 標(biāo)簽打印機，但任何標(biāo)簽打印機都可以。

目前的最終結(jié)果如下所示：

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電氣部分：

該系統(tǒng)可分為兩個子類：交流和直流。當(dāng)我們在室外使用GCS時，直流電路將使用6S鋰聚合物電池作為備用電源。該項目的這一部分仍然需要更多測試，因為它需要一些電池管理功能。電氣原理圖已經(jīng)包含了設(shè)計的這一部分。

我使用 AutoCAD Electrical 來創(chuàng)建原理圖，因此根據(jù)經(jīng)驗可能不是每個人都清楚，但簡而言之，請遵循以下簡單準(zhǔn)則：

• 2 個來源：120VAC 和 6S 鋰聚合物電池（6 節(jié)電池 * 4.2V 最大值/電池 = 25.2V）
• 獲取 120VAC 至 24VDC 的 AC/DC
• 使用電池管理系統(tǒng) (BMS) 保護 Lipo 免受過放電和過電流的影響。*使用普通的Lipo充電器給電池充電。
• 在 24VDC（來自 AC/DC 和 25.2V Lipo）之間使用 SPDT 開關(guān)
• 使用兩個 DC/DC（24V/12V、24V/5V 或 12-24/5V 等）
• 使用保險絲或斷路器（C 型或 D 型）為過流和短路提供一些保護。*經(jīng)驗法則：1.25*電流消耗 = 額定電流
• PoE 以太網(wǎng)交換機非常昂貴，所以我改用無源 PoE 電纜。為此，只需取下插孔連接器并將其插入 24V 系統(tǒng)即可。*重要說明* 使用鋰聚合物電池的直流電壓時，請驗證設(shè)備的耐受性，因為電壓會略有變化。對于 Ubiquiti 設(shè)備，公差通常在 +/- 10% 的范圍內(nèi)。
• 查看我的物料清單 (BOM)，了解有關(guān)組件的更多詳細信息。

保護：

• 在每個 AC/DC 或 DC/DC 轉(zhuǎn)換器之后放置至少一個斷路器或保險絲，以遵守模塊的最大電流輸出。
• 您應(yīng)該在每個重要設(shè)備（如 PC、顯示器或無線電調(diào)制解調(diào)器）之前執(zhí)行相同的操作。

電力調(diào)配：

24V直流：

• PoE 無源電纜（為 Ubiquiti 設(shè)備供電）
• DC/DC 轉(zhuǎn)換器（5V 和 12V）

12VDC：

• 監(jiān)視器
• 電腦（英特爾 NUC7i7BNH）
• 風(fēng)扇（1X 排氣和 1X 進氣）

5VDC：

• RFD900（無線電調(diào)制解調(diào)器）
• **Raspberry Pi 如果您更喜歡它而不是普通 PC

備注 DC 部分：

• 電池管理系統(tǒng)在系統(tǒng)中實現(xiàn)非常重要，以保護電池免受過度放電。一個偉大而簡單的解決方案是使用鋰聚合物電池測試儀，我們可以移除蜂鳴器來觸發(fā)繼電器，將電池與電路斷開。DIY Perks有一個很好的教程。
• 最后，只需將 BMS 的輸出連接到 SPDT 開關(guān)即可。此開關(guān)選擇來自 AC/DC 轉(zhuǎn)換器的電壓或來自電池的 DC。（仍在進行中）

軟件和網(wǎng)絡(luò)：

為了取代之前使用模擬通信的系統(tǒng)，我使用 Ubiquiti 設(shè)備在 GCS 和無人機之間實現(xiàn) Wi-Fi 通信。該項目中使用的產(chǎn)品系列稱為airMAX 。更具體地說，我使用了兩個Bullet AC以提高便攜性，但任何 airMAX 產(chǎn)品都可以相互配合使用。LiteBeam和 Bullet AC 也是獲得更好射程的良好組合。

網(wǎng)絡(luò)圖

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在DeplotDepot的贊助下，我能夠輕松獲得所有 Ubiquiti 設(shè)備，非常感謝。此圖中未顯示的最后一件事是接入點。我選擇了連接到 GCS 中的以太網(wǎng)交換機的 Ubiquiti AC Pro。此功能允許任何人遠程連接到 GCS 并獲取 Wi-Fi 通信提供的所有數(shù)據(jù)。我在 GCS 中使用了 Intel NUC7i7BNH 而不是 Raspberry Pi，以便讓所有軟件在一臺功能強大到足以分析數(shù)據(jù)的計算機上運行。

Ubiquiti 設(shè)備非常易于使用。這些是軟件團隊遵循的準(zhǔn)則：

如何使用橋接器設(shè)置 Bullet AC 和 LiteBeam AC Gen2（或其他 Bullet AC）

1) 啟動 Bullet 并讓它廣播它的 SSID

2) 當(dāng)您看到 SSID“Bullet (...)”時，使用筆記本電腦連接它

3) 確保在連接的 wifi 連接上為筆記本電腦設(shè)置靜態(tài) IP 地址。（我使用 192.168.1.21，因為 192.168.1.20 是 Bullet 的 IP。掩碼是 255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)是 192.168.1.1）

4) 有了靜態(tài)地址后，就可以在子彈創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)中進行通信了。打開網(wǎng)絡(luò)瀏覽器并在地址欄中輸入 Bullet 的地址 (192.168.1.20)。

5) 按照說明創(chuàng)建管理員帳戶。如果您沒有說明，而是有一個登錄頁面，則需要重置 Bullet（或 LiteBeam），重新啟動它并再次執(zhí)行第 4 步。

6) 現(xiàn)在您應(yīng)該能夠連接到 Bullet 的管理面板。轉(zhuǎn)到左側(cè)的設(shè)置部分。

7) 轉(zhuǎn)到網(wǎng)絡(luò)選項卡。

8) 確保模式為“Access Point PtP”（默認為“Station PtP”）

9) 將 Bullet 的 IP 地址設(shè)置為 192.168.1.2（默認為 192.168.1.20）并保存更改。這是必要的，因為另一個 Bullet（或 LiteBeam）的默認 IP 為 192.168.1.20，它們將無法通信。

10) 現(xiàn)在您可以通過以太網(wǎng)連接您的筆記本電腦或任何設(shè)備，該設(shè)備將成為網(wǎng)絡(luò)的一部分。

與 LiteBeam 配對

11) 啟動 LiteBeam 并按照與 Bullet 相同的步驟進行設(shè)置。確保保留 IP 地址 192.168.1.20（也不要執(zhí)行第 9 步）并將網(wǎng)絡(luò)模式保持為“Station PtP”（也不要執(zhí)行第 8 步）

12) Bullet 和 LiteBeam 應(yīng)該自動相互連接。對于要從?? Bullet 端或 LiteBeam 端添加到網(wǎng)絡(luò)的任何設(shè)備，請確保設(shè)置一個未被使用的靜態(tài) IP 地址（掩碼為 255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)為 192.168.1.1）網(wǎng)絡(luò)中的任何其他設(shè)備。或者，您可以嘗試設(shè)置 DHCP 服務(wù)器或讓 Bullet 和 LiteBeam 使用 IPV6。

13) 您現(xiàn)在應(yīng)該有一個可以用作 LAN 的功能網(wǎng)絡(luò)。

學(xué)分：

非常感謝 Elikos 的軟件團隊通過網(wǎng)絡(luò)的建立使這個項目的最后一部分成為可能。最后，我要感謝 Elikos 的贊助商對我們學(xué)生俱樂部的投資，這為從頭開始設(shè)計項目帶來了難以置信的學(xué)習(xí)體驗。

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