การบินอัตโนมัติ: โดรน Arduino GPS

การซื้อโดรน DJI เป็นเรื่องง่าย แต่การเขียนโปรแกรมอัลกอริทึม PID สำหรับการรักษาเสถียรภาพด้วยตัวเองนั้นเป็นสุดยอดวิชาทางวิศวกรรมการบินและฟิสิกส์ โปรเจกต์ Arduino GPS Drone จะพาคุณสร้าง "Flight Controller" ขึ้นมาใหม่ทั้งหมด โดยควบคุมมอเตอร์ brushless สี่ตัวที่หมุนอย่างรวดเร็วเพื่อต้านแรงโน้มถ่วงแบบเรียลไทม์

สมการการบินหลัก (PID)

Arduino Uno ทำงานที่ความเร็ว 16MHz ซึ่งเร็วพอแค่จะทำให้โดรนลอยอยู่กลางอากาศได้

1. การรวมข้อมูลเซ็นเซอร์ (Sensor Fusion): MPU6050 ประมวลผลการคำนวณหลายพันครั้งต่อวินาทีเพื่อตรวจสอบว่าโดรนเอียงซ้ายหรือขวา
2. PID Loop: Proportional, Integral, Derivative.
   • หากโดรนเอียงไปทางซ้าย 5 องศา (Error = 5) Arduino จะสั่งงานมอเตอร์สองตัวทางซ้ายให้หมุนเร็วขึ้น 15% เพื่อดันโดรนกลับสู่ระดับเดิมด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์
   • สมการนี้ทำงาน 250 ครั้งต่อวินาทีอย่างไม่มีที่ติ เพื่อป้องกันไม่ให้ quadcopter พลิกคว่ำและตกในทันที

GPS และ Barometric Telemetry

การเพิ่มฟีเจอร์การบินอัตโนมัติ:

1. การรักษาระดับความสูง (Altitude Hold): BMP280 Barometer วัดความดันอากาศในระดับไมโครสโคปิก Arduino ใช้ข้อมูลนี้เพื่อทราบว่าโดรนอยู่สูงจากพื้น 10 เมตร หรือ 10.5 เมตร และปรับ throttle โดยอัตโนมัติเพื่อการบินรักษาระดับที่สมบูรณ์แบบ
2. การนำทางด้วย Waypoint (Waypoint Navigation): เสาอากาศ NEO-6M GPS ล็อกสัญญาณจากดาวเทียม 8 ดวง หากคุณกดสวิตช์ "Return to Home" บนรีโมตของคุณ Arduino จะหยุดรับคำสั่งจากจอยสติ๊ก มันจะคำนวณทิศทางตรีโกณมิติกลับไปยังพิกัด GPS ที่โดรนบินขึ้น และจะบินกลับไปที่นั่นด้วยตัวเอง!

ฮาร์ดแวร์ด้านการบินที่จำเป็น

• Arduino Mega หรือ ESP32: ขอแนะนำอย่างยิ่งเหนือกว่า Uno สำหรับ RAM ที่มากกว่าและการคำนวณ float ที่รวดเร็วกว่า
• ชุดโครงโดรน Quadcopter รุ่น F450 หรือ F330
• 2212 1000KV Brushless Motors (x4) และ 30A ESCs (x4)
• NEO-6M GPS Module และ BMP280 Barometer
• Radio Receiver และ Transmitter 6-Channel 2.4GHz (FlySky)
• (คำเตือน: การสร้างโดรนมีความอันตรายสูง ถอดใบพัดที่หมุนออกเสมอในขณะเขียนโค้ดและทดสอบบนโต๊ะทำงานของคุณ!)