Drone submarino:La historia de la locura

Este artículo describe el proceso de diseño, desarrollo y operación de ensamblaje del prototipo de dron submarino impulsado por Raspberry Pi.

He visto muchos programas sobre inventores en Discovery Channel y una vez decidí hacer algo interesante por mí mismo, para que pudiera ser realmente impresionante y difícil a la vez:algunos motores eléctricos, controladores, manejo, cámara. Después de comprar muchas cosas útiles (y no muy útiles), comencé a pensar qué tipo de proyecto debería comenzar. Finalmente llegué a la conclusión de que hay muchos drones que vuelan y conducen, pero no se trata de drones submarinos (ja, ja, pero como tengo entendido ahora, estaba terriblemente equivocado entonces).

Después de navegar por Internet, encontré varios proyectos interesantes, pero la mayoría de ellos estaban en la etapa de desarrollo o no iban a ser baratos (3k ++ dólares). Aquellos que estén interesados ​​en estos proyectos pueden encontrar algunos aquí.

De cara al futuro, puedo decir que tengo un prototipo funcional que puede nadar varios metros de profundidad, aunque tiene sus pros y sus contras. No puedo afirmar que finalmente tengo un material fácil de controlar o material que puede hacer más que solo calmar el entusiasmo de mi ingeniero. Pero todas las unidades de este material funcionan correctamente, y es muy importante que mis errores y mi experiencia puedan ayudar a alguien a crear algo realmente significativo (incluso si será significativo solo para él mismo).

Como se ha trabajado mucho, este artículo se puede dividir en los siguientes capítulos:

• Idea loca (avance)
• Elección de los componentes
• Programación ESC
• Configuración del servidor Raspberry Pi
• Manejo de motores eléctricos con Raspberry Pi
• Giroscopio
• Control de linterna Raspberry Pi
• Protocolo de comunicación cliente-servidor
• Aplicación para Android
• Transmisión de video
• Control de pantalla y joystick
• Montaje y prueba de la construcción
• Conclusiones

Idea loca (avance)

Bueno, en primer lugar quiero decir que soy un aficionado, y la mayoría de las cosas que hice, las hice mediante prueba y error científico, porque me divierte construir algo y probarlo, que permitir todas las posibilidades y entenderlo, que no funcionará en teoría. Había una variedad de posibles proyectos e ideas, y entre ellos había ideas realmente absurdas (una de ellas se describirá a continuación, solo por diversión). La primera y principal tarea para mí fue construir una carcasa sellada en condiciones domésticas y, al mismo tiempo, transmitir el par a la hélice motriz. Como suele suceder, las ideas al principio no son las más inteligentes (y no estoy acostumbrado a pensarlo dos veces), así que intenté un experimento con la transmisión del par mediante imanes. Elegí el diseño más simple y construí un dispositivo de "alta tecnología":

Se atornillaron dos imanes en engranajes y se conectaron a los motores eléctricos (respetando las polaridades de los imanes), hay una placa entre los engranajes que imita las paredes de la carcasa. Si tienes ganas de cerrar el artículo y sacarte los ojos después de ver esto, esta es una reacción normal, pero te lo advertí al principio 🙂 A pesar de algunos defectos, luego de lanzar el modelo seguramente podrás decir:“Y sin embargo se mueve ”(c).

El par se transmite, las piezas giran, pero el magnetismo aumenta la fricción. Un inconveniente más, aparte de muchos otros, es que si detienes un tornillo imaginario, los imanes perderán su contacto y no se pegarán una vez más debido a la diferencia de velocidad

No será la mejor idea incluso si ensambla un modelo de este tipo utilizando cojinetes, engranajes e imanes, porque la eficiencia, la facilidad de implementación y el sentido común son los puntos débiles de este modelo.

Finalmente, se decidió no torcerse los sesos y tomar el motor sin escobillas, y si es necesario, cubrir el devanado del motor con barniz. Así que la idea era sacar los cables de la carcasa directamente al agua y sellarlos. Sería mucho más fácil que construir un modelo con aceite y sellos de aceite o algún otro mecanismo complicado para mantener las partes mecánicas y electrónicas alejadas del agua.

Así que pasemos a cosas más importantes.

Elección de los componentes

A continuación, encontrará una lista de diferentes elementos que se utilizaron para crear el dispositivo.

Placa base

Entre la variedad de controladores, he elegido Raspberry Pi 3B. No recomendaría placas tipo Arduino para este proyecto, porque no manejará una tarea tan compleja, ya que es necesario controlar al menos 4 motores, diodos, giroscopio, enviar flujo de video desde la cámara y al mismo tiempo recibir y procesar los comandos de los dispositivos de control. Raspberry Pi 3B viene con Wi-Fi y Ethernet integrados para conector RJ-45, lo que sin duda te ayudará con todas estas operaciones.

Canal de comunicación

Bueno, sí, tienes razón, un cable de par trenzado. Siempre fue difícil transferir los datos bajo el agua. El agua es un excelente escudo y, por lo tanto, puede olvidarse de cualquier transferencia de datos inalámbrica (fanáticos de "y qué pasa con los submarinos":averigüe cuál es el tamaño de la antena para la implementación de dicha transferencia y el costo de la tecnología, complejidad y ancho del canal de transmisión). Así que no había otra salida. Había una lista de verificación que se aprobó con éxito:

• La capacidad de transferir datos bajo el agua.
• La velocidad de transferencia de datos bajo el agua.
• Universalismo (se adapta perfectamente a Raspberry Pi 3B y al transmisor).

Hay un cable especial para agua con flotación neutra y, pero no se pueden comprar 100 metros por separado, y no quería gastar más de 500 dólares en un carrete.

Transmisor base

Mini enrutador NEXX Había 3 opciones principales de transferencia:

• Intente conectar una antena Wi-Fi desde el agua a la tierra (en este caso, en lugar de un cable de par trenzado, se debe usar un cable sólido), pero hubo muchos puntos controvertidos.
• Cree una conexión puente cliente-servidor entre dos Raspberry Pi 3B (sería apropiado, pero más costoso y problemático).
• Conecte un mini-enrutador con Raspberry usando un cable de par trenzado. Esta opción se tomó como base, por ser la más confiable, rápida y económica. La experiencia ha demostrado que esta es una opción bastante buena.

Motor eléctrico

N2830 / 2212 1000KV

Después de probar 3 motores diferentes, elegí este modelo. ¿Puedes preguntar por qué? Bueno, es lo suficientemente potente, tiene un segundo eje para que puedas usar 2 hélices. En general, todos los motores funcionan normalmente en el agua hasta que las algas o la arena se introducen en el motor. Si elige uno de alta velocidad y menos potente, descubrirá que este tipo de motores no son los más adecuados para el agua. Los motores más baratos tampoco alcanzaron las expectativas. Bueno, la calidad se encuentra con el precio.

Tablero de control (ESC)

También es bastante simple. Se puede programar para cambiar de avance / retroceso, y la potencia de 30 amperios debería ser suficiente para los motores probados. Además, no tuve que esperar un mes o dos para entregarlo desde China (pero, por supuesto, hay un inconveniente 🙂).

Herramienta de programación USB Afro ESC

Herramienta de programación para ESC. Con este dispositivo puede cargar el firmware necesario. Pero en realidad, este es el truco. Tuve que esperar un mes y medio.

LED

CREE XHP50

Este modelo está destinado a quemar todo con su luz. Entonces, este era el objetivo.

Controlador de impulsos LED

7-30В 3А o similar

Este es un ajuste perfecto para nuestros propósitos:tiene dos LED mencionados anteriormente, y también se conecta a la Raspberry y le permite ajustar el brillo del LED.

Fuente:Dron submarino:La historia de la locura