Drone sous-marin :L'histoire de la folie

Cet article décrit le processus de conception, le développement et l'opération d'assemblage du prototype de drone sous-marin alimenté par Raspberry Pi.

J'ai regardé beaucoup d'émissions sur les inventeurs sur la chaîne Discovery et une fois j'ai décidé de faire quelque chose d'intéressant par moi-même, donc ça pouvait être vraiment impressionnant et difficile à la fois :quelques moteurs électriques, contrôleurs, manipulation, caméra. Après avoir acheté beaucoup de choses utiles (et pas très utiles), j'ai commencé à réfléchir au type de projet que je devrais commencer. Finalement, je suis arrivé à la conclusion qu'il y a beaucoup de drones volants et pilotant, mais il ne s'agit pas de drones sous-marins (ha ha, mais si je comprends bien maintenant, j'avais terriblement tort).

Après avoir surfé sur Internet, j'ai trouvé plusieurs projets intéressants, mais la plupart d'entre eux étaient soit en phase de développement, soit ils ne devaient pas être bon marché (3k++ dollars). Ceux qui sont intéressés par ces projets peuvent en trouver ici.

Pour l'avenir, je peux dire que j'ai un prototype fonctionnel qui peut nager à plusieurs mètres de profondeur, bien qu'il ait ses avantages et ses inconvénients. Je ne peux pas affirmer que j'ai enfin un truc facile à contrôler ou un truc qui peut faire plus que calmer mon enthousiasme d'ingénieur. Mais toutes les unités de ce truc fonctionnent correctement, et il est très important que mes erreurs et mon expérience puissent aider quelqu'un à créer quelque chose de vraiment significatif (même si cela ne sera significatif que pour lui-même).

Comme il y a eu beaucoup de travail, cet article peut être divisé en les chapitres suivants :

• Idée folle (teaser)
• Choisir les composants
• Programmation ESC
• Configuration du serveur Raspberry Pi
• Manipulation du moteur électrique à l'aide de Raspberry Pi
• Gyroscope
• Contrôle de la lampe de poche Raspberry Pi
• Protocole de communication client-serveur
• Application pour Android
• Flux vidéo
• Contrôle de l'écran et du joystick
• Assemblage et test de la construction
• Conclusion

Idée folle (teaser)

Eh bien, tout d'abord, je veux dire que je suis un amateur, et la plupart des choses que j'ai faites ont été faites par essais et erreurs scientifiques, parce que c'est amusant pour moi de construire quelque chose et de le tester, plutôt que de permettre toutes les possibilités et de comprendre, que cela ne fonctionnera pas en théorie. Il y avait une variété de projets et d'idées possibles, et parmi eux, il y avait des idées vraiment absurdes (l'une d'elles sera décrite ci-dessous, juste pour le plaisir). La première et la principale tâche pour moi était de construire un boîtier étanche dans des conditions domestiques et en même temps de transmettre le couple à l'hélice motrice. Comme il arrive généralement, les idées au début ne sont pas les plus intelligentes (et je n'ai pas l'habitude d'y réfléchir à deux fois), alors j'ai tenté une expérience de transmission du couple à l'aide d'aimants. J'ai choisi le design le plus simple et construit un tel appareil « high-tech » :

Deux aimants ont été vissés en engrenage et reliés aux moteurs électriques (en respectant les polarités des aimants), il y a une plaque entre les engrenages qui imite les parois du boîtier. Si vous avez envie de fermer l'article et de crever les yeux après avoir vu cela, c'est une réaction normale, mais je vous avais prévenu au début 🙂 Malgré quelques défauts, après avoir lancé le modèle, vous pouvez sûrement dire :« Et pourtant il se déplace » (c).

Le couple est transmis, les pièces tournent, mais le magnétisme augmente les frottements. Un autre inconvénient, à part des dizaines d'autres, est que si vous arrêtez une vis imaginaire, les aimants perdront leur contact et ne se colleront plus une fois de plus en raison de la différence de vitesse

Ce ne sera pas la meilleure idée même si vous assemblez un tel modèle à l'aide de roulements, d'engrenages et d'aimants, car l'efficacité, la facilité de mise en œuvre et le bon sens sont les points faibles de ce modèle.

Finalement, il a été décidé de ne pas se creuser la tête et de prendre le moteur brushless, et si besoin, de recouvrir le bobinage du moteur de vernis. L'idée était donc de mettre les fils hors du boîtier directement dans l'eau et juste de les sceller. Ce serait beaucoup plus facile que de construire un modèle avec des joints d'huile et d'huile ou un autre mécanisme compliqué afin de garder les pièces mécaniques et électroniques à l'abri de l'eau.

Passons donc à des choses plus importantes.

Choix des composants

Vous trouverez ci-dessous une liste des différents éléments qui ont été utilisés pour créer l'appareil.

Carte mère

Parmi la variété de contrôleurs, j'ai choisi le Raspberry Pi 3B. Je ne recommanderais pas les cartes de type Arduino pour ce projet, car elles ne géreront pas une tâche aussi complexe, car il est nécessaire de contrôler au moins 4 moteurs, diodes, gyroscope, envoyer le flux vidéo de la caméra et en même temps recevoir et traiter les commandes des dispositifs de contrôle. Raspberry Pi 3B est livré avec un connecteur Wi-Fi et Ethernet intégré pour RJ-45, ce qui vous aidera sans aucun doute dans toutes ces opérations.

Canal de communication

Eh bien, oui, vous avez raison, un fil à paire torsadée. Il a toujours été difficile de transférer les données sous l'eau. L'eau est un excellent bouclier et, par conséquent, vous pouvez oublier tout transfert de données sans fil (fans de « et qu'en est-il des sous-marins » - s'il vous plaît, découvrez quelle est la taille de l'antenne pour la mise en œuvre d'un tel transfert et le coût de la technologie, complexité et largeur du canal de transmission). Il n'y avait donc pas d'autre issue. Une liste de contrôle a été passée avec succès :

• La possibilité de transférer des données sous l'eau.
• La vitesse de transfert des données sous l'eau.
• Universalisme (il s'adapte parfaitement au Raspberry Pi 3B et à l'émetteur).

Il existe un câble spécial pour l'eau avec un flottement neutre et, mais vous ne pouvez pas acheter 100 mètres séparément, et je ne voulais pas dépenser plus de 500 dollars sur une bobine.

Émetteur de base

Mini routeur NEXX Il y avait 3 options principales de transfert :

• Essayez de câbler une antenne Wi-Fi de l'eau à la terre (dans ce cas, au lieu d'un fil à paire torsadée, un fil solide doit être utilisé), mais il y avait beaucoup de points controversés.
• Créer une connexion pont client-serveur entre deux Raspberry Pi 3B (ce serait approprié, mais plus coûteux et dérangeant).
• Connectez un mini-routeur avec Raspberry à l'aide d'un câble à paire torsadée. Cette option a été prise comme base, car c'est la plus fiable, la plus rapide et la moins chère. L'expérience a prouvé qu'il s'agit d'une très bonne option.

Moteur électrique

N2830/2212 1000KV

Après avoir testé 3 moteurs différents, j'ai choisi ce modèle. Vous pouvez demander pourquoi ? Bon, il est assez puissant, il a un deuxième axe donc on peut utiliser 2 hélices. En général, tous les moteurs fonctionnent normalement dans l'eau jusqu'à ce que les algues ou le sable pénètrent à l'intérieur du moteur. Si vous choisissez un moteur à grande vitesse et moins puissant, vous découvrirez que ces types de moteurs ne sont pas les mieux adaptés à l'eau. Les moteurs moins chers n'ont pas non plus répondu aux attentes. Eh bien, la qualité rencontre le prix.

Carte de contrôle (ESC)

C'est aussi assez simple. Il peut être programmé pour basculer avant/arrière, et la puissance de 30 ampères devrait être suffisante pour les moteurs testés. D'ailleurs, je n'ai pas eu à l'attendre un mois ou deux pour le livrer de Chine (mais, bien sûr, il y a un hic 🙂 ).

Outil de programmation Afro ESC USB

Outil de programmation pour ESC. Avec cet appareil, vous pouvez télécharger le firmware nécessaire. Mais en fait, c'est le hic. J'ai dû attendre un mois et demi pour ça.

LED

CREE XHP50

Ce modèle est destiné à tout brûler avec sa lumière. C'était donc l'objectif.

pilote d'impulsion LED

7-30 В 3  ou similaire

C'est un ajustement parfait pour nos besoins - il contient deux LED mentionnées ci-dessus, et il se connecte également au Raspberry et vous permet d'ajuster la luminosité de la LED.

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