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.
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.
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.
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.
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).
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).
Кстати, в доноре за 150 р. оказался вполне сносный аккумулятор 18650 с емкостью около 2500mAh, его в результате и оставил на устройстве.
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!
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.
Настройка Pixhawk для выдачи команды на спуск — дело привычное, у меня на всех аппаратах примерно так и сделано.
Осталось закрепить провода синей изолентой, и вперед, можно летать, снимать, анализировать состояние растительности.
Вот как устройство работает, смотрите видео: