Блок управления квадрокоптером ArDrone 2.0 на модуле MPU6050 и ESP8266: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Размеры, цена и наличие Wi-Fi позволяют сделать бюджетный блок управления квадрокоптером ArDrone 2.0 на модуле ESP8266 (цены на AliExpress, Gearbest). Для управления будем использовать модуль Gy-521 на микросхеме MPU6050 (гироскоп, акселерометр).

Попугай AR. Дрон - это радиоуправляемый квадрокоптер, то есть вертолет с четырьмя несущими винтами, размещенными на удаленных диагональных лучах. AR. Сам дрон работает под управлением операционной системы Linux, и почти любой смартфон или планшет с сенсорным экраном Android или iOS может выступать в качестве пульта дистанционного управления для квадрокоптера. Дистанция стабильного управления по Wi-Fi составляет от 25 до 100 метров и зависит от помещения и погодных условий, если полеты проходят на улице.

Шаг 1. Подключение ESP8266 к точке доступа Ar Drone 2.0

При включении AR. Drone создает точку доступа SSIS «ardrone_XX_XX». Подключение без пароля.

Попробуем подключиться к точке доступа Ar. Dron с помощью AT-команд. Подключите карту ESP8266 к com-порту компьютера через адаптер питания UART USB 3.3 В.

Откройте Arduino IDE, монитор последовательного порта и отправьте AT-команды на плату ESP (квадрокоптер должен быть включен)

Шаг 2. Связь с AR. Дрон выполняется с использованием AT-команд

Команды отправляются в AR. Drone в виде пакетов UDP или TCP;

Один пакет UDP должен содержать как минимум одну полную команду или несколько; Если пакет содержит более одной команды, для разделения команд используется символ 0x0A.

Строки кодируются как 8-битные символы ASCII;

Максимальная длина команды - 1024 символа;

Между командами существует задержка 30 мс.

Команда состоит из

AT * [имя команды] = [порядковый номер команды в виде строки] [, аргумент 1, аргумент 2…]

Список основных AT-команд для управления AR. Дрон:

AT * REF - используется для взлета, посадки, сброса и аварийной остановки;

AT * PCMD - эта команда используется для управления AR. Движение дрона;

AT * FTRIM - в горизонтальной плоскости;

AT * CONFIG-настройка AR. Параметры дрона;

AT * LED-установка светодиодной анимации на AR. Дрон;

AT * ANIM - установка анимации полета на AR. Дрон.

AT * COMWDG-команда сброса сторожевого таймера - отправляем постоянно на квадрокоптер.

Для связи используются следующие порты:

Порт 5556-UDP-отправка команд в AR. Дрон;

Порт 5554-UDP-прием пакетов данных от AR. Дрон;

Порт 5555 - поток ответов на видеопакеты от AR. Дрон;

Пакеты порта 5559-TCP для критических данных, которые нельзя потерять, обычно для настройки.

Клиент отключается от порта UDP через 2 секунды после отправки последней команды !!! - следовательно, вы должны постоянно посылать команды, если необходимо - AT * COMWDG.

Рассмотрите возможность получения навигационных данных от ARDrone (порт 5554-UDP). Пакет навигационных данных в демонстрационном режиме имеет длину 500 байт. Если что-то пойдет не так, дрон может отправить 32- и 24-байтовый пакет. Если размер пакета составляет 24 байта, это означает, что порт 5554 находится в режиме BOOTSTRAP, и вам необходимо повторно подключиться к порту, чтобы переключить его в демонстрационный режим. ARDrone может передавать данные навигации клиенту в двух формах:

сокращенно (или демонстрационный), размером 500 байт. полный.

Чтобы получить демонстрационные данные, сначала отправьте четыре байта 0x01, 0x00, 0x00, 0x00 на порт 5554, а затем отправьте команду на порт 5556

AT * CONFIG = "+ (seq ++) +", / "general: navdata_demo \", / "TRUE \", где seq - порядковый номер команды.

Структура пакета навигационных данных. В начале пакета есть 4 именованных значения:

32-битный заголовок пакета: флаги состояния вертолета 32 бита;

порядковый номер последней команды, посланной вертолету клиентом 32 бита;

флаг видения 32 бита. Далее - опция navdata Заголовок: 20-23.

Параметр navdata имеет следующие поля:

АККУМУЛЯТОР = 24; заряд аккумулятора в процентах;

PITCH = 28; угол наклона по продольной оси;

РОЛЛ = 32; угол наклона относительно поперечной оси;

YAW = 36; угол поворота относительно вертикальной оси;

ВЫСОТА = 40; рост;

VX = 44; скорость по оси x;

VY = 48; скорость оси y;

VZ = 52; скорость по оси z.

Шаг 3. Подключение дисплея Nokia 5110 к плате ESP8266

Подключите дисплей Nokia 5110 к модулю ESP8266 и выведите на него некоторые навигационные данные и на монитор последовательного порта.

Шаг 4. Получение навигационных данных и их отображение на дисплее Nokia5110

Загрузите (эскиз ardrone_esp8266_01. Ino) и наблюдайте за выводом навигационных данных на последовательный порт и экран дисплея.

Шаг 5: Отправка команд взлета и посадки

Теперь добавим в наш проект взлет и посадку квадрокоптера командами с пульта. Для взлета нужно отправить команду

AT * REF = [Порядковый номер], 290718208

Для посадки

AT * REF = [Порядковый номер], 290717696

Перед взлетом необходимо отправить команду на горизонтальную калибровку, иначе Ar Drone не сможет стабилизироваться во время полета.

AT * F TRIM = [Порядковый номер]

Загрузите скетч ardrone_esp8266_02.ino () на плату ESP8266, включите квадрокоптер Ar Drone 2.0 и проверьте работу кнопки. При нажатии-взлет, при следующем нажатии - посадка и т. Д.

Шаг 6: Подключение MPU6050 для управления Ardrone 2.0

Датчики для определения положения в пространстве используются для управления квадрокоптерами. Микросхема MPU6050 содержит как акселерометр, так и гироскоп на борту, а также датчик температуры. MPU6050 является основным элементом модуля Gy-531 (рис. 15.44). Помимо этой микросхемы, плата модуля содержит необходимую обвязку MPU6050, в том числе подтягивающие резисторы интерфейса I2C, а также стабилизатор напряжения 3,3 В с небольшим перепадом напряжения (при питании от 3,3 В вывод стабилизатор будет 3 ровно вольта) с конденсаторами фильтра.

Подключение к микроконтроллеру по протоколу I2C.

Шаг 7: Управление квадрокоптером с помощью MPU6050

Использование акселерометра и гироскопа позволяет определять отклонения по осям x и y, причем отклонения «превращаются» в команды для перемещения квадрокоптера по соответствующим осям. Перевод показаний, полученных с датчика, на угол отклонения.

Команда для отправки на Ar Drone для управления полетом

AT * REF = [порядковый номер], [битовое поле флага], [Roll], [Pitch], [Gaz], [Yaw]

Значения Roll и Pitch в диапазоне от -1 до 1 взяты из таблицы const int float , индекс соответствует углу отклонения, рассчитанному по данным датчика mu6050.

Загрузите скетч ardrone_esp8266_03.ino на плату ESP8266, включите квадрокоптер ar Drone 2.0 и проверьте работу пульта.