植物分析无人机的制作图解

第1步：飞行镜头

这是我的第二次试飞，直升机已经调整好并准备进行植物分析。我的动作相机上有一些板载录音，你可以从鸟眼观察我们美丽的环境。如果您想查看NDVI录音，请转到此指令的最后一步。不幸的是，我没有时间全力以赴如何引导这个三旋翼的视频，但我已经上传了这个短飞行测试视频。

第2步：必需的工具和部件

除了木质喷杆和喷漆外，我每个部分都有在我的工具箱里闲逛，所以这个项目的总成本对我来说大约是5美元，但我会尝试找到eBay或Banggood链接到我使用的每个部分。我强烈建议您四处寻找零件，也许您可以获得比我更好的价格。

工具

烙铁

Dremel工具

3D打印机（我没有，我的朋友帮帮我了）

切割工具

剪线钳

超级胶水

Zip Ties （其中很多， 2种尺寸）

油漆喷涂（用你喜欢的颜色 - 我用黑色）

零件

ArduCopter飞行控制器（我使用旧的APM 2.8，但你应该选择PixHawk或PIX Mini）

带磁强计的GPS天线

MAVLink Telelemetry模块（用于地面站通信）

6CH接收器+发射器

视频发射器

伺服电机（扭矩至少1.5kg）

10“螺旋桨（2 CCW，1 CW +额外更换）

3 30A SimonK E. SCs （电子速度控制器） + 3 920kv电机

3S电池5.2Ah

覆盆子Pi Zero W + NoIR PiCamera （带有infrablue过滤器）

2条电池带

振动阻尼安装座

1.2cm方形木制吊杆（我买了一根1.2米长的杆）

2-3mm厚木质板材

动作相机（我使用了4k功能的GoPro克隆 - SJCAM 5000x）

这些是我用于我的部件无人机，随意根据自己的喜好进行修改。如果你不确定要使用什么，请发表评论，我会尽力帮助你。注意：我使用已停产的APM板作为飞行控制器，因为我有一个备用。飞得很好，但是这个主板不再受支持，所以你应该得到另一个与ArduCopter兼容的飞行控制器，以实现出色的GPS功能。

第3步：剪切框架

下载 frame.pdf 文件，打印并剪切。检查打印尺寸是否正确，然后用钢笔在木板上标记形状和孔。使用锯切割框架并用3mm钻头钻孔。你只需要其中两个，我只做了4个作为备件。

第4步：组装框架

我使用3毫米螺钉和螺母来组装框架。我将每个吊杆切成35厘米长，并将3厘米长的吊杆留在框架的前部。不要过度拧紧关节，但要确保有足够的摩擦力，以免手臂折叠。这是一个非常聪明的设计，我撞了两次，没有任何东西只折回来。

步骤5：为电机钻孔

检查电机螺丝的尺寸和它们之间的距离，然后在左右木臂上钻两个孔。我不得不在手臂上钻一个5毫米深，8毫米宽的孔，这样轴就有足够的旋转空间。用砂纸去除那些小碎片并吹掉灰尘。您不希望电机中有任何灰尘，因为这可能会导致不必要的摩擦和热量。

第6步：折叠GPS装载

我不得不为我的GPS天线钻出额外的孔，以便更好地适应。你应该把你的罗盘放高，这样它就不会干扰电机和电线的磁场。这是一个简单的折叠天线，可以帮助我保持设置尽可能紧凑。

第7步：绘制框架

现在你必须拧下一切并完成油漆工作。我最终选择了这种哑光深黑色喷雾。我将零件连接在一个螺纹上并简单地涂上它们。要获得非常好的效果，请使用2层或更多层的涂料。第一层可能看起来有点褪色，因为木头会喝掉水分。嗯，这发生在我的情况下。

步骤8：安装减振平台

我有这个万向节支架平台，在我的版本中也兼作电池座。你必须用拉链和/或螺丝将它安装在你的框架下面。电池的重量有助于吸收大量的振动，因此您将获得非常好的摄像机镜头。你也可以在塑料杆上安装一些起落架，我觉得这是不必要的。这种黑色效果很好，此时你应该有一个漂亮的框架，是时候设置你的飞行控制器了。

步骤9：设置ArduCopter

设置飞行控制器你需要一个额外的免费软件。在Mac OS上下载Windows上的Mission Planner或APM Planner。当您插入飞行控制器并打开软件时，向导帮助程序将在您的主板上安装最新固件。它还可以帮助您校准指南针，加速度计，无线电控制器和飞行模式。

飞行模式

我建议使用稳定，海拔高度保持，懒人，圆圈，返回家园和土地作为你的六种飞行模式。 Circle 在工厂检查方面非常有用。它将围绕给定的坐标进行轨道运行，因此有助于以非常精确的方式从各个角度分析您的植物。我可以用棍子进行轨道运动，但很难保持完美的圆形。 Loiter 就像在天空中停放无人机一样，因此您可以拍摄高分辨率的NDVI图像，如果您松开信号或松开无人机的方向， RTH 非常有用。

注意接线。使用原理图将ESC插入正确的引脚，并在Mission Planner中检查输入通道的接线。永远不要用道具测试这些！

步骤10：安装GPS，摄像头和飞行控制器

一旦你的飞行控制器校准后，您可以使用一些泡沫胶带并将其安装在框架的中间。确保它朝前并有足够的空间容纳电缆。使用3毫米螺丝安装GPS并使用拉链将相机固定到位。这些GoPro克隆带有所有安装实用程序，因此安装这个实用程序非常简单。

步骤11：电介质和电源电缆

我的电池有一个XT60连接器，所以我将3根正极和3根负极焊接到一个母连接器的每个引脚上。使用一些热缩管来保护连接不会使它们短路（您也可以使用电气胶带）。当你焊接这些粗线时，将它们擦在一起并用铜线固定，然后加入大量熔化的焊料。您不希望没有冷焊点，尤其是在为ESC加电时。

步骤12：接收器和天线

要获得良好的信号接收，您必须将天线安装在90度。我使用拉链和热缩管将我的接收器天线安装在我的无人机前面。大多数接收器都带有电缆，并且通道标有标签，因此应该很容易设置它。

步骤13：尾部机制

尾部机制是三旋翼的灵魂。我在网上找到了这个设计，所以我试了一下。我觉得原来的设计有点弱，但是如果你扭转了机制，那就完美了。我用dremel工具切割多余的部分。在图片上看起来我的伺服电机可能会受到一点点影响，但它完美无瑕。拧紧螺丝时请使用一滴强力胶水，以免因振动而脱落;或者你可以像我一样拉链马达。

步骤14：进行悬停测试和PID调整

仔细检查所有连接，确保在插入电池时不会油炸任何东西。安装螺旋桨并尝试用无人机盘旋。我的开箱即用非常顺畅，我只需要进行一些偏航调整，因为它的调整方式太多了。我无法在这个Instructable中教授PID调音，我从Joshua Bardwell的视频教程中学到了几乎所有东西。他比我更好地解释了这一点。

步骤15：选择一个Raspberry并安装Raspbian（Jessie）

我想尽量保持这个重量轻，所以我选择了RPi Zero W.我使用的是Raspbian Jessie因为版本较新我们用OpenCV来解决原始素材的植被指数问题。如果你想要更高的FPS率，你应该选择Raspberry Pi v4。你可以在这里下载软件。

安装依赖项

我们将在此项目中使用PiCamera，OpenCV和Numpy。作为图像传感器，我选择了较小的500万像素摄像头，它只与零板兼容。

使用您喜欢的工具（我喜欢Balena Etcher）来闪现您的图像。

使用已连接的显示器启动Raspberry。

启用相机和 SSH 界面。

使用终端中的 ifconfig 检查您的IP地址。

使用 ssh pi @ YOUR_IP 命令将SSH连接到您的RPi。

复制并粘贴说明以安装所需的软件：

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

sudo apt-get install libtiff5-dev libjasper-dev libpng12-dev

sudo apt-get install libjpeg-dev

sudo apt-get install libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev libv4l-dev

sudo apt-get install libgtk2.0-dev

sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran

sudo pip install numpy python-opencv

python （to test it）

import cv2

cv2.__version__

您应该看到一个响应，其中包含OpenCV库的版本号。

步骤16：测试NoIR相机和NDVI成像

关闭RPi板，插入相机，然后我们可以尝试用它进行一些NDVI成像。你可以看到花朵（红色背景的那个），里面更绿的部分显示出一些光合作用。这是我的第一次测试，用 Infragram 制作。我在他们的网站上学习了所有的公式和颜色映射，以编写一个功能齐全的代码。为了使事情更加自动化，我制作了一个Python脚本来捕获帧，计算NDVI图像并将它们以1080p的形式保存在直升机上。

这些图像将会有一个奇怪的色彩图，它们看起来就像来自另一个星球。进行一些测试，更改一些变量，在第一次任务之前微调传感器。

步骤17：在无人机上安装RPi Zero W

我安装了Pi Zero在三轮车的前面。你可以像我一样向前或向下对着你的相机。我面向前的原因是显示植物和其他非光合作用物体之间的差异。 注意：有些表面可能会反射红外线，或者它们比周围环境温暖，导致它们呈现明亮的黄色。

步骤18：添加视频发送器（可选）

我把这个VTx放在一边，所以安装在直升机的后臂上。这有2000米的范围，但我在测试时没有使用它。只有FPV飞行才能获得乐趣。当我不使用它时，电缆被移除，否则它们被隐藏在框架下面以保持我的构造良好和清洁。

步骤19：进行植物分析

我做了两次25分钟的飞行以进行适当的分析。我们的大多数蔬菜似乎都没问题，土豆需要一些额外的照顾和浇水。几天后去检查它有所帮助。与橙色和粉红色的树木相比，它们在图片上看起来很绿。

我喜欢做圆圈飞行，这样我就可以从各个角度检查植物。你可以清楚地看到，在果树下，一些蔬菜没有得到足够的阳光，这使得它们在NDVI图像中变成蓝色或黑色。如果树的一部分在一天中的某个时间没有获得足够的阳光，那不是问题，但如果整个植物变成黑白，那就不好了。

第20步：安全飞行;）