การบินอัตโนมัติ: โดรน GPS Arduino

การซื้อโดรน DJI เป็นเรื่องง่าย การเขียนโปรแกรมอัลกอริทึม PID สำหรับการรักษาสมดุลด้วยตนเองนั้นเป็นศาสตร์ชั้นสูงด้านวิศวกรรมการบินและฟิสิกส์ โปรเจกต์ Arduino GPS Drone จะบังคับให้คุณสร้าง "Flight Controller" ขึ้นมาเองตั้งแต่เริ่มต้น โดยต้องควบคุม brushless motors ที่ส่งเสียงดังสี่ตัวเพื่อต้านแรงโน้มถ่วงแบบเรียลไทม์

สมการการบินหลัก (PID)

Arduino Uno ทำงานที่ 16MHz ซึ่งเร็วแทบไม่พอที่จะทำให้โดรนลอยอยู่กลางอากาศได้

1. การหลอมรวมเซ็นเซอร์: MPU6050 ประมวลผลการคำนวณหลายพันครั้งต่อวินาทีเพื่อพิจารณาว่าโดรนกำลังเอียงซ้ายหรือขวา
2. ลูป PID: Proportional, Integral, Derivative
   • หากโดรนเอียงซ้าย 5 องศา (Error = 5) Arduino จะสั่งการด้วยหลักคณิตศาสตร์ให้มอเตอร์ซ้ายสองตัวหมุนเร็วขึ้น 15% เพื่อดันโดรนกลับสู่ระดับเดิม
   • สมการนี้ทำงาน 250 ครั้งต่อวินาทีอย่างไม่มีที่ติ เพื่อป้องกันไม่ให้ quadcopter พลิกคว่ำและตกในทันที

GPS และ Barometric Telemetry

การเพิ่มคุณสมบัติการบินอัตโนมัติ:

1. การรักษาระดับความสูง: BMP280 Barometer วัดความดันอากาศในระดับจุลภาค Arduino ใช้ข้อมูลนี้เพื่อรู้ว่าอยู่ห่างจากพื้นดิน 10 เมตร หรือ 10.5 เมตร โดยปรับ throttle โดยอัตโนมัติเพื่อลอยตัวได้อย่างสมบูรณ์แบบ
2. การนำทางด้วย Waypoint: เสาอากาศ NEO-6M GPS ล็อกสัญญาณดาวเทียมได้ 8 ดวง หากคุณเปิดสวิตช์ "Return to Home" บนรีโมตของคุณ Arduino จะหยุดรับฟัง joystick ของคุณ มันจะคำนวณทิศทางตรีโกณมิติย้อนกลับไปยังพิกัด GPS ที่เริ่มบินและบินกลับไปที่นั่นเอง!

ฮาร์ดแวร์การบินที่จำเป็น

• Arduino Mega or ESP32: แนะนำเป็นอย่างยิ่งมากกว่า Uno สำหรับ RAM ที่ลึกกว่าและคณิตศาสตร์แบบ float ที่เร็วกว่า
• F450 or F330 Quadcopter Frame Kit
• 2212 1000KV Brushless Motors (x4) and 30A ESCs (x4)
• NEO-6M GPS Module and BMP280 Barometer
• A 6-Channel 2.4GHz Radio Receiver and Transmitter (FlySky)
• (คำเตือน: การสร้างโดรนเป็นอันตรายอย่างยิ่ง ควรถอดใบพัดที่หมุนออกเสมอขณะเขียนโค้ดและทดสอบบนโต๊ะทำงานของคุณ!)