Мультиспектральная съемка для экономных. Блок камер Mapir Survey 3 на Phantom 3/4.
Очередная инженерная эпопея про разработку техники, не имеющей аналогов (тм).
Пришло ТЗ, на первый взгляд простое и понятное. Нужно взять 3 мультиспектральные камеры Mapir Survey 3 и установить их на площадке, закрепляемой в ногах мультикоптера DJI Phantom 3/4. Вроде все просто и понятно, но как оказалось, инженерная разработка затянулась на 3 недели.
Комплект начинающего агронома-коптеровода.
Небольшое отступление. Зачем вообще мультиспектральная съемка? Применяется она в первую очередь в сельском хозяйстве, вкратце - для оценки как растет (или уже вырос?) урожай: где хорошо, а где не очень. Подробности для интересующихся, например, здесь. Самый дешевый способ собрать данные об агрокультурах - снять их с воздуха самой дешевой мультиспектральной камерой. По гипотезе, три «любительских» камеры Mapir Survey 3 за $400 каждая, могут заменить одну «промышленную» модульную за $5000+ или даже более простую от конкурентов, Parrot SEQUOIA за «всего лишь» $3500.
Часть 1. Просто и быстро.
Сначала пробую установить камеры на «родную» площадку. Вроде камеры влезли, как и должны.., но нет. Во-первых, площадка блокирует работу подвеса, которому не хватает места для поворотов при инициализации. Второе - подвес плоский, т.е. при полете коптера вперед съемка будет проходить не вертикально вниз, а с наклоном камер куда-то назад. Третье-же, и самое главное - индивидуально включенные камеры будут работать вразнобой (т.е. использовать разные кадры разных камер для совмещения в разные цветовые каналы не получиться), невозможно их настроить на съемку через определенное расстояние, соответствующее высоте полета. Производитель предусмотрел два варианта - через 2 и через 5 секунд, а никак не через нужное число метров.
"Родная" площадка для камер на Phantom 3.
В связи с этим появляется уточнение техзадания, нужно предусмотреть синхронную работу камер, и чтобы они могли снимать через заданное пользователем расстояние. Дополнительно - минимизировать вес, для чего сам предложил централизовать электропитание всех устройств.
Централизованное управление камерами Mapir Survey не раз опробовано, и ничего лучше полетного контроллера из мира Ardupilot для задачи нет. Производитель любезно написал руководство для внешнего управления спуском с помощью Ardupilot/Pixhawk контроллера. Но сначала нужно заново сделать «физику» - то есть деталь для размещения камер, полетного контроллера и GPS примника.
Часть 2. Нужно нарисовать невозможное.
Но сначала придумать... Почему невозможное? Оказывается, под ногами у Phatom 3 места практически нет, все занято или подвесом, или ногами. С шестой итерации, удалось кой-как разместить все устройства на одной площадке, так чтобы и камеры вниз смотрели под углом (выбран угол 25 градусов, для крейсерской скорости коптера), и развесовска была +- по центру, и провода минимально торчали наружу.
Промежуточная итерация проектирования детали. Принтер, опять же, глючил и печатал пузырями...
Процесс выращивания занимает часов 8.
Результат, ставший итоговым. Шестая, по-моему, распечатка по счету.
Кстати, насчет веса. Трехмерная деталь сложной формы, конечно же, не могла быть легче пластины. Однако вес изменился не намного, вырос с 39гр до 53, всего то на 14 грамм. И это при возросшей прочности - теперь все камеры смотрят строго параллельно, плоская же оригинальная изгибалась при закреплении на ногах коптера.
Вес оригинальной детали 39 гр.
Вес разработанной 53 гр.
Часть 3. Про самое сложное, про электричество.
Пришлось повозиться. В начале думал взять батарейку от камеры Mapir (полностью совместима с GoPro 3), и от нее запитать все три камеры и полетный контроллер. Эксперименты показали, что через внешний MiniUSB разъем питания камера может работать до 3.3-3.4 в, а полетный контроллер Pixracer вообще до 3.0 продолжает оставаться в трезвой памяти. Узким местом решения стал GPS-Глонасс приемник (в миру - клон Ublox M8N), который вроде как работал, но не принимал данные от спутников уже при 3.8в, что ставило крест на прямом подключении литий-ионной батареи (ибо 3.8в при нагрузке и низкой температуре это напряжение 20-30% разряда, наступающее минут через 15 работы).
Стендовая проверка на подоконнике
Продуман вариант питания номер два. Для него закуплен за 150 р. донорский паэр-банк с платой питания, которая умеет и заряжать литий-ионный аккумулятор, и выдавать 5В на выходе, вплоть до разряда аккумулятора (гуглить T6845-C).
Портативный аккумулятор - донор.
Кстати, в доноре за 150 р. оказался вполне сносный аккумулятор 18650 с емкостью около 2500mAh, его в результате и оставил на устройстве.
Сборка системы электропитания.
Собрал устройство, проверяю с одной камерой - все прекрасно. С тремя - никак, потребляемый всеми сразу ток превышает порог 1А буквально на чуть-чуть, и все, плата питания вырубается. На проверку, замену платы на другую (вдруг из другого паэур-банка плата будет нормально работать?) ушло еще дня три.
Что делать? Пришлось сделать комбинированную схему - питание на три мультиспектральные камеры идет напрямую от литий-ионной батареи. Пришлось переделать батареи камер в «пустышки» с проводами, и подключив их к общему выключателю. Полетный контроллер Pixracer и GPS получает свои 5в - через плату питания от паэр-банка. Все, схема наконец-то заработала!
Все устройства работают от одного аккумулятора 18650
Часть 4. Синхронный автоспуск
Здесь уже все просто и понятно. Руководство как сделать управление фотографированием через цифровой ШИМ сигнал от производителя имеется. В ближайшем магазине покупаются самые дешевые microHDMI переходники, из которых изготавливаются облегченные разъемы.
Без пайки - никак.
Настройка Pixhawk для выдачи команды на спуск - дело привычное, у меня на всех аппаратах примерно так и сделано.
320гр. Phantom должен смочь поднять.
Осталось закрепить провода синей изолентой, и вперед, можно летать, снимать, анализировать состояние растительности.
Click to view