地面控制站無人機開源分享

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資料介紹

描述

**注意** 如果您想直接進入構建過程，請跳過帶 (*) 的部分

介紹 *

如今，無人機比以前更受歡迎，因為系統成本更低，應用范圍更廣。許多高科技公司甚至涉足該領域，例如亞馬遜，他們推出了 Prime Air 送貨無人機。

élikos Polytechnique Montréal 是一個學生俱樂部，旨在幫助對該工程領域感興趣的學生擴展他們對那些可用的無人系統的知識。愛好者社區已經開始改進定制飛行控制器，現在可以找到多種開放式飛行控制軟件（如PX4和ArduPilot ）的解決方案。

地面控制站 (GCS)... 為什么？我的筆記本電腦可以完成所有工作！*

當我提出通過添加一個完整的控制系統來提高我們的飛行序列的有效性的想法時，這正是我必須處理的第一個問題。我們主要使用筆記本電腦，但考慮到設置Mission Planner (ArduPilot) 或QGroundControl (PX4)等軟件需要一些知識，我總是發現該解決方案是臨時的。讓每個人都使用相同的設置很復雜，而且對于那些只對駕駛無人機感興趣的人來說，測試他們建造的東西太費時了。所以我認為讓每個人都使用連接到地面控制站的同一臺計算機將是一個很大的進步。

GCS 的功能 - 我想改進什么？*

élikos participated in few competitions over the years like the IARC (International Aerial Robotics Competition) and the SUAS (Student Unmanned Aerial System) competition. Both of those contests brought challenges that we had to find solutions for. Last year, it was required to fly a UAV over a solar panel out of the line of sight to detect with cameras those that were damaged (using IR). We went with a typical solution using analog video-feed to help a pilot to navigate to the solar panel location. Many issues came out at this moment:

The screen was way too small for this purpose.
Analog systems are reliable and simple but the video quality isn't great and it's hard to analyze anything captured by it.
我們沒有實施數據通信系統，因此我們無法在飛行過程中實時分析數據。

讓我們深入

我將這個項目劃分如下：

機械的
電氣（交流和直流）
軟件與網絡

機械部分：

GCS 需要便攜，所以我選擇了當時我們已經擁有的 Nanuk 型號 945。

下一步，我設計了 3 個主要組件以安裝在內部：背板、蓋底板和蓋頂板。

1 / 3 ?用于安裝導軌、線槽和所有組件的背板

有了圖紙，我聯系了一家公司用激光進行切割。現在制造起來非常便宜。材料：SS-304 和鋁 6061 。

掌握了所有零件（電氣和機械部件）后，我開始組裝：

1 / 3 ? SS-304 不銹鋼背板 - 20.4724 x 15.3543 x 0.075

用于此構建的孔尺寸：1/8"
使用帶墊圈的#6 自攻螺絲固定 DIN 導軌和線槽

然后是所有組件的標記和接線。我決定標記我系統中的每根電線，以便能夠使用電氣原理圖快速找到任何連接。如果您不使用提供標記電線功能的 AutoCAD Electrical，我建議您只需按照自己的系統從 100 開始到 1XX。不要忘記將數字放在電線的每一端。

1 / 4

我在這個過程中使用了 Dymo Rhino 標簽打印機，但任何標簽打印機都可以。

目前的最終結果如下所示：

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電氣部分：

該系統可分為兩個子類：交流和直流。當我們在室外使用GCS時，直流電路將使用6S鋰聚合物電池作為備用電源。該項目的這一部分仍然需要更多測試，因為它需要一些電池管理功能。電氣原理圖已經包含了設計的這一部分。

我使用 AutoCAD Electrical 來創建原理圖，因此根據經驗可能不是每個人都清楚，但簡而言之，請遵循以下簡單準則：

2 個來源：120VAC 和 6S 鋰聚合物電池（6 節電池 * 4.2V 最大值/電池 = 25.2V）
獲取 120VAC 至 24VDC 的 AC/DC
使用電池管理系統 (BMS) 保護 Lipo 免受過放電和過電流的影響。*使用普通的Lipo充電器給電池充電。
在 24VDC（來自 AC/DC 和 25.2V Lipo）之間使用 SPDT 開關
使用兩個 DC/DC（24V/12V、24V/5V 或 12-24/5V 等）
使用保險絲或斷路器（C 型或 D 型）為過流和短路提供一些保護。*經驗法則：1.25*電流消耗 = 額定電流
PoE 以太網交換機非常昂貴，所以我改用無源 PoE 電纜。為此，只需取下插孔連接器并將其插入 24V 系統即可。*重要說明* 使用鋰聚合物電池的直流電壓時，請驗證設備的耐受性，因為電壓會略有變化。對于 Ubiquiti 設備，公差通常在 +/- 10% 的范圍內。
查看我的物料清單 (BOM)，了解有關組件的更多詳細信息。

保護：

在每個 AC/DC 或 DC/DC 轉換器之后放置至少一個斷路器或保險絲，以遵守模塊的最大電流輸出。
您應該在每個重要設備（如 PC、顯示器或無線電調制解調器）之前執行相同的操作。

電力調配：

24V直流：

PoE 無源電纜（為 Ubiquiti 設備供電）
DC/DC 轉換器（5V 和 12V）

12VDC：

監視器
電腦（英特爾 NUC7i7BNH）
風扇（1X 排氣和 1X 進氣）

5VDC：

RFD900（無線電調制解調器）
**Raspberry Pi 如果您更喜歡它而不是普通 PC

備注 DC 部分：

電池管理系統在系統中實現非常重要，以保護電池免受過度放電。一個偉大而簡單的解決方案是使用鋰聚合物電池測試儀，我們可以移除蜂鳴器來觸發繼電器，將電池與電路斷開。DIY Perks有一個很好的教程。
最后，只需將 BMS 的輸出連接到 SPDT 開關即可。此開關選擇來自 AC/DC 轉換器的電壓或來自電池的 DC。（仍在進行中）

軟件和網絡：

為了取代之前使用模擬通信的系統，我使用 Ubiquiti 設備在 GCS 和無人機之間實現 Wi-Fi 通信。該項目中使用的產品系列稱為airMAX 。更具體地說，我使用了兩個Bullet AC以提高便攜性，但任何 airMAX 產品都可以相互配合使用。LiteBeam和 Bullet AC 也是獲得更好射程的良好組合。

網絡圖

在DeplotDepot的贊助下，我能夠輕松獲得所有 Ubiquiti 設備，非常感謝。此圖中未顯示的最后一件事是接入點。我選擇了連接到 GCS 中的以太網交換機的 Ubiquiti AC Pro。此功能允許任何人遠程連接到 GCS 并獲取 Wi-Fi 通信提供的所有數據。我在 GCS 中使用了 Intel NUC7i7BNH 而不是 Raspberry Pi，以便讓所有軟件在一臺功能強大到足以分析數據的計算機上運行。

Ubiquiti 設備非常易于使用。這些是軟件團隊遵循的準則：

如何使用橋接器設置 Bullet AC 和 LiteBeam AC Gen2（或其他 Bullet AC）

1) 啟動 Bullet 并讓它廣播它的 SSID

2) 當您看到 SSID“Bullet (...)”時，使用筆記本電腦連接它

3) 確保在連接的 wifi 連接上為筆記本電腦設置靜態 IP 地址。（我使用 192.168.1.21，因為 192.168.1.20 是 Bullet 的 IP。掩碼是 255.255.255.0，網關是 192.168.1.1）

4) 有了靜態地址后，就可以在子彈創建的網絡中進行通信了。打開網絡瀏覽器并在地址欄中輸入 Bullet 的地址 (192.168.1.20)。

5) 按照說明創建管理員帳戶。如果您沒有說明，而是有一個登錄頁面，則需要重置 Bullet（或 LiteBeam），重新啟動它并再次執行第 4 步。

6) 現在您應該能夠連接到 Bullet 的管理面板。轉到左側的設置部分。

7) 轉到網絡選項卡。

8) 確保模式為“Access Point PtP”（默認為“Station PtP”）

9) 將 Bullet 的 IP 地址設置為 192.168.1.2（默認為 192.168.1.20）并保存更改。這是必要的，因為另一個 Bullet（或 LiteBeam）的默認 IP 為 192.168.1.20，它們將無法通信。

10) 現在您可以通過以太網連接您的筆記本電腦或任何設備，該設備將成為網絡的一部分。

與 LiteBeam 配對

11) 啟動 LiteBeam 并按照與 Bullet 相同的步驟進行設置。確保保留 IP 地址 192.168.1.20（也不要執行第 9 步）并將網絡模式保持為“Station PtP”（也不要執行第 8 步）

12) Bullet 和 LiteBeam 應該自動相互連接。對于要從?? Bullet 端或 LiteBeam 端添加到網絡的任何設備，請確保設置一個未被使用的靜態 IP 地址（掩碼為 255.255.255.0，網關為 192.168.1.1）網絡中的任何其他設備。或者，您可以嘗試設置 DHCP 服務器或讓 Bullet 和 LiteBeam 使用 IPV6。

13) 您現在應該有一個可以用作 LAN 的功能網絡。