تصميم طائرة بدون طيار بواسطة الأردوينو drone

بسم الله الرحمن الرحيم

مما لا شك فيه ان الدرون تعد من أحد التكنولوجيا الحديثة 

يعتبر هذا المشروع من أحد اكبر المشاريع التى يمكن تصميمها بواسطة الأردوينو 

فسنقوم اليوم بعمل طائرة درون عن طريق الأردوينو وسنتحكم فى الإتجاهات الحركة 

عن طريق متحكم سنقوم بتصميمه ايضا عن طريق الأردوينو 

وتحديد الميلان الخاص بالدرون لكى نقوم بإتزان الطائرة وتحديد المجسم المستخدم وكيفية إعداد المواتير الخاصة بالدرون و كيفية الحركة الخاصة بالمواتير 

وسنقوم بتحديد الإتصال بين الدرون والمتحكم عن طريق شريحة nrf24 او شريحة الراديو 

اولا المجسم : 

مما لاشك فيه ان المجسم من أهم الأشياء التى يجب الإهتمام بها لضمان الحركة الممتازة ويجب ايضا الإهتمام بالوزن الخاص بالدرون لأنه أهم شئ فى الدرون فيجب الا يكون الوزن الخاص بالدرون كبير جدا فسنقوم اليوم بتصميم المجسم الخاص بنا بحجم 1 كيلو جرام مع الحسابات المحددة 

بالنسبة للمجسم :

توجد العديد من المجسمات الصالحة للإستخدام مع الدرون

ولكن أشهر تصميم وهو التصميم على حرف X كما هو موضح فى الصورة الأتيه حيث يتميز هذا التصميم بسهولة التركيب وخفته و بساطته 

ويوضح هذا الفيديو لقناة : Creative Channel 

كيفية تصميم هذا المجسم بالمقاسات المحددة وبطريقة مبسطة جدا

حيث كل ما عليكم اتباع الفيديو من ناحية انشاء اجزاء المجسم والمقاسات المحددة المستخدمة و من ناحية تثبيت المواتير على الطائرة  

كل ما عليكم تغيير ابعاد القاعدة لحجم الأردوينو نانو 

ثانيا الحركة :

تعد الحركة جزء أساسى لكى تطير الدرون من الأساس

 

فكما هو موضح بالصورة يدور موتور a مع عقارب الساعة  

وبدور الموتور b عكس عقارب الساعة

يدور الموتور d مع عقارب الساعة ويدور الموتور c عكس عقارب الساعة

هذه الإتجاهات اساسية لكى تحلق الطائرة وترتفع لأعلى 

وللحصول على الحركة للأمام أو للخلف 

فكما هو موضح

الحركة للأمام نزيد سرعة الموتور c و d ونقلل سرعة الموتور a و b

الحركة للخلف نزيد سرعة الموتور a و b ونقلل سرعة الموتور c و d

وللإتجاه يمينا نزيد سرعة الموتور b و c ونقلل سرعة الموتور a و d

للإتجاه يسارا نزيد سرعة الموتور a و d  ونقلل سرعة الموتور b و c

وهذه هى الإتجاهات الأساسية والباقى كما هو موضح فى الصورة  أمامكم

ثالثا الأدوات : (الدرون)

4x 180dc motor

4x 2N4401BU transistor

arduino nano

nrf24

180dc motor

إنه نوع من نوع المواتير التى تعمل على تيار dc ويتميز هذا الموتور بسرعة دورانه وخفة وزنة

wights

4 x 180dc = 4 X 35 = 140 gm

work on 6 - 9 vdc

30000 rpm

6V, no-load current is about 0.4A, about 20,000 rpm

9V, no-load current is about 0.5A, about 30,000 rpm

12V, no-load current is about 0.7A, about 40,000 rpm

يمكن شراءه من هنا

2N4401BU transistor

هذا أحد أنواع الترانزستورات من نوع npn

بحيث عندما نعطى المنفذ الخاص بقاعدة الترانزستور موجب يمر التيار من خلال الترانزستور

4 x 2N4401BU = 4 x 2 = 8 gm

Transistor Type NPN

Current - Collector (Ic) (Max) 600mA

Voltage - Collector Emitter Breakdown (Max) 40V

يمكنكم شراءه من هنا

arduino nano

تعتبر هذه المتحكم الذى سنستخدمه للتعامل مع البيانات و يتميز هذا النوع بخفة وزنة وإمكانياته الجيدة 

weight:

7gm

يمكنكم شراءه من هنا

nrf24

تعد هذه الشريحة التى تقوم بإستلام البيانات وتعتمد هذه الشريحة بشكل كامل على موجات الراديو 

ومداه يعتبر جيد جدا بحيث يتراوح مداها بين 75 الى 300 متر

                                          

رابعا دائرة الإمداد بالطاقة :

أ - الأدوات :

لتنظيم الجهد من 9 فولت الى 5 فولت  : voltage regulator

مصدر الجهد : battery 9v

استخدامها لتجنب الصدمات الكهربائية  : capacitor 0.33 uf

capacitor 0.2 uf

ب - توصيل الدائرة 

حيث يحتوى منظم الجهد على ثلاثة منافذ 

input : 9v 

output : 5v

ref : gnd

فيتم اتباع التوصيلات الموضحة فى الصورة السابقة للحصول على 5 فولت تغذية للأردوينو نانو 

إستخدام المقاومة لكى تكون كحمل ليس الا وسيتم الإستغناء عنها عند التجربة 

عند قياس الجهد قبل وبعد نلاحظ 

قبل الجهد كان 9 فولت

بعد الجهد اصبح 5 فولت

خامسا التوصيلات الخاصة بالدرونز 

تحتوى التوصيلات على العديد من النقاط المهمة

اولا : تعتمد شريحة nrf24 فى التوصيل على بروتوكول spi

بحيث تحتوى الشريحة على منافذ

mosi : mosi : digital pin 11

miso : miso : digital pin 12

sck : sck : digital pin 13

ويتم توصيل منفذين cs و ce الى أى منفذين رقمين 

قمت بتوصيلهم الى المنافذ 7 و 8
يجب توصيل هذه الشريحة الى 3.3 فولت لتجنب حرق الشريحة

يتم توصيل المواتير الى مصدر الجهد 9 فولت و توصيل طرف إخر الى الترانزستور وتوصيل الطرف الآخر من الترانزيستور للسالب

وتوصيل القاعدة الى الأردوينو للتحكم بها

يجب تجربة منافذ الموتور للحصول على إتجاه الحركة المناسب كما هو موضح فى الصورة الآتيه

(سادسا : (الأدوات المتحكم

lcd screen

joystick module

nrf24

arduino nano
switch

lcd screen

تعتبر هذه الشاشة التى سنعرض عليها حالة الدرون فى الحركة 

joystick module

ستكون هذه الشريحة المتحكم الخاص بالإتجاهات الخاصة بالدرونز

يتم إستخدام السويتش للتحكم فى الإرتفاع الخاص بالدرون 

فعند الضغك عليه ترتفع الدرون لأعلى وعند إفلاته تحتفظ الدرون بمسافتها

سابعا التوصيلات : (المتحكم)

تحتوى هذه الصورة على العديد من النقاط المهمة 

أ - يحتوى joystick على منفذان يتم إخراج خلالهما قيمة الحركة x و y 

ويتم توصيل المنفذان على المداخل التماثلية 

ب -توصيل شاشة lcd 

gnd : gnd 

vcc : 5v

vo : gnd

rs : digital pin

rw : gnd 

e : digital pin

d4 : digital pin

d5: digital pin

d6 : digital pin

d7 : digital pin

ledA : 330 ohm to 5v 

ledC : gnd

ثامنا الكود : (المتحكم) :

#include <LiquidCrystal.h>
#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>
RF24 radio(7, 8); // CE, CSN
LiquidCrystal lcd(3,4,5,6,7,8);
const byte address[6] = "00001";
  const char text1[] = "f";
  const char text2[] = "r";
  const char text3[] = "b";
  const char text4[] = "l";
  bool state =1 ;
 int sw = 2;
void setup() {
  lcd.begin(16 ,2); lcd.clear();
  pinMode(sw,INPUT_PULLUP);
  radio.begin();
  radio.openWritingPipe(address);
  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);
  radio.stopListening();}
void loop() {
  int i = 0;
  i = digitalRead(2);
  switch(digitalRead(2)){
    case 0:
    radio.write(&i,sizeof(i)); 
    delay(500);
    break;
    case 1:
    radio.write(&i,sizeof(i)); 
    delay(500);
    break;
  }
  int x1 = analogRead(A0);
  int y = analogRead(A1);
  if(state==1){
    if(x1<=1023&&x1>=900&&y>=500&&y<=600){
      radio.write(&text1,sizeof(text1));
      lcd.print("move front");  }
      if(x1<=150&&x1>=0&&y>=500&&y<=600){
      radio.write(&text3,sizeof(text3));
      lcd.print("move back"); }  
    if(x1<=500&&x1>=600&&y>=900&&y<=1023){
     radio.write(&text2,sizeof(text2)); 
     lcd.print("move right"); }
   if(x1<=500&&x1>=600&&y>=0&&y<=150){
    radio.write(&text4,sizeof(text4));
    lcd.print("move back"); }}}

سنقوم بشرح النقاط الأساسية فى الكود 

فى البداية قمت بتعريف المكتبات الخاصة ب nrf24

وهم 

#inculde<RF24.h>

#include <nRF24L01.h>

#include<SPI.h>

 nrf24 حيث هذه هى المكتبات الأساسية لكى يتم التعامل مع

lcd ثم قمت بإضافة المكتبة الخاصة بشاشات العرض 

#include <LiquidCrystal.h>

ثم قمت بتعريف المنافذ داخل المكتبات عن طريق

RF24 radio (7,8);

حيث يتم كتابة فى الخانة الأولى ce و الخانة الثانية csn الخاصة بالردايو موديول

LiquidCrystal lcd(rs,en,d4,d5,d6,d7);

تعريف شاشة lcd للتعامل مع الأردوينو 

بعد ذلك قمت بتعريف الحروف التى سيتم إرسالها الى الدرون عند تحريك joystick

بعد ذلك قمت بتحديد أبعاد الشاشة 

lcd.begin(16,2);

بعد ذلك قمت بتهيئة شريحة الراديو موديول للإستخدام عن طريق 

radio.begin()

ثم قمت بتحديد العنوان الذي سيتم إرسال البيانات إليه عن طريق

  radio.openWritingPipe(address);

ثم قمت بتهيئة الوضع لإرسال البيانات عن طريق 

  radio.stopListening();

بعد ذلك قمت بأخذ قراءة قيمة

x و y الخاصة ب joystick 

وعمل مقارنات عليها كما هو موضح امامكم فى الكود السابق

هذا أهم النقاط التى تخص الكود السابق

وقمت ايضًا بإضافة خاصية التحكم فى الإرتفاع بحيث يمكننا التحكم فى الإرتفاع الخاص بالدرون  من حيث 
عند الضغط على السويتش ترتفع الدرون لأعلى 
عند عدم الضغط على السويتش يزال الدرون على مستوى الإرتفاع الخاص به

تاسعا كود (الدرون) :

 #include <SPI.h>

#include <nRF24L01.h>

#include <RF24.h>

RF24 radio(7, 8); // CE, CSN

const byte address[6] = "00001";

static int i = 0;

void setup() {

  pinMode(3,OUTPUT);

  pinMode(5,OUTPUT);

  pinMode(6,OUTPUT);

  pinMode(9,OUTPUT);

  radio.begin();

  radio.openReadingPipe(0, address);

  radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);

  radio.startListening();}

void loop() {

  

  if (radio.available()) {

    char val[32] = "";

    radio.read(&val, sizeof(val));

   if(val=='f'){

     analogWrite(5,255);

     analogWrite(3,255);

     analogWrite(9,100);

     analogWrite(6,100);

  } if(val=='b'){

      analogWrite(5,100);

      analogWrite(3,100);

      analogWrite(9,255);

      analogWrite(6,255);

  }  if(val=='r'){

     analogWrite(5,255);

     analogWrite(3,100);

     analogWrite(9,100);

     analogWrite(6,255);

  }   if(val=='l'){

    analogWrite(5,100);

    analogWrite(3,255);

    analogWrite(9,255);

    analogWrite(6,100);

  } 

    switch((int)val){

       case 0:

        for(int g=0;g<17;g++){

         i=i+15; 

        analogWrite(5,i);

        analogWrite(3,i);

       analogWrite(9,i);

       analogWrite(6,i); 

       delay(500);

       if(digitalRead(2)==1){goto lable11;}

    }

       break;

  lable11 :  case 1:

      break;

  }

  }

  delay(100);}

لن نتطرق لشرح الكود لاننا قمنا بشرح العديد من الأكواد مثله

لايزال هذا المشروع من أهم المشاريع التى يمكن تصميمها مع الأردوينو و يحتوى هذا المشروع على العديد من التطبيقات العديدة 

وسنقوم بشرح العديد من التطبيقات مستقبلا 

لتحميل جميع الأكواد اضغط هنا

تصميم وبرمجة : بلال حسان سعدى