تصميم طائرات الدرون بإستخدام أردوينو (الجزء الثاني)

تكلمنا في الدرس السابق عن ماهية الطائرات بدون طيار وتعددية استخداماتها، كما تحدثت عن كيفية صنعها بالإضافة إلى شرح التصميم واختيار المحركات والهيكل.

لذا فقد وجدت أنه من الأفضل تقسيم الشرح لجزئين حتى يتسنى للقاريء تطبيق الدرس عملياً لتحقيق أقصى استفاده ممكنة.

فقد توقفنا في الدرس الأول عند تركيب هيكل الطائرة واختيار المحركات والدائرة الإلكترونية (الخطوة الثامنة) وصنعنا معاً نموذج مبسط نسبياً لطائرة الدرون، وسأقوم في هذا الدرس بالتعمق أكثر في هذه التقنية الفريدة وشرح باقي الخطوات.

الخطوة التاسعة: إختبار التوازن

بعد تركيب هيكل الطائرة وتوصيل الدائرة الكهربائية فقد قمنا باستخدام موديول Accelerometer لتحقيق عملية التوازن بالهيكل حيث يعتبر المسئول الرئيسي لحساب وقياس الارتفاع والدوران وما شابه. ولكن قبل البدء بتجربة الطيران، يجب أولاً التحقق من قدرة الهيكل على تحقيق هذا التوازن، لذا يجب علينا معرفة ماهية هذا الموديول وما هي أنواعها المختلفة وما الفرق بين كل منها.

لذا سوف نتعمق في شرح كيفية اختيار جهاز الاستشعار فلكل منها إيجابيات وسلبيات

Accelerometer التسارع الرقمي

Digital gyro موديول الدوران الرقمي أو “الجيروسكوب الرقمي”

Magnetometer المغناطيسي الرقمي

GPS البوصلة باستخدام نظام تحديد المواقع للإتجاه

الكثير من مستشعرات الحركة الأكثر شيوعًا على الأجهازة اللوحية بشكل عام، أو حتى على جهاز iPhone، تعمل على اكتشاف حركة الهاتف بشكل من خلال مستشعر مقياس التسارع Accelerometer وهذا ما سنتكلم عليه أولاً.

1- مقياس معدل التسارع Accelerometer

الطريقة التي يعمل بها مقياس السرعة هو حساب قوة الجاذبية. فمثلاً إذا كنت في سيارة وأنت لا تتحرك تكون لديك قوة جاذبية = الصفر في جميع الاتجاهات، الآن إذا بدأت التحرك إلى الأمام يبدأ الآن الشعور بالضغط  في اتجاة الامام فيقوم المستشعر بقياس هذا التسارع بالكشف عن التغيير في ضغط الجاذبية. لذلك إذا شعر أن قوة الجذب للأمام فيعلم أنك تتحرك إلى الأمام، ونفس الحال في حال التحرك للخلف، وهكذا. ولهذا المستشعر ثلاثة محاور إلى الأعلى / يسار  / يمين يرسمون معاً الاتجاه الذي تسير خلاله. ولكن تكمن المشكلة الوحيدة في أنه لا يشعر بطريقة الميلان، لأن هناك مستشعرات أخرى تعالج هذه النقطة.

2- رقاقة جيروسكوب الرقمية Digital gyro

تبدو رقاقة جيروسكوب الرقمية مشابهة، ولكنها مختلفة لحد كبير. حيث أنها تعمل باستشعار ثلاثة محاور أخرى X Y Z ولكنه يكتشف طريقة الدوران في جميع الاتجاهات، حيث لايعلم المستشعر ما هو الاتجاه الذي تذهب إليه ولكن لدى الرقاقة القدرة على التعرف على نفسها أنها لم تعد بالوضع الصحيح: “مائلة إلى إحدى الجهات” أو “مقلوبة رأساً على عقب”. وهي تسمح أيضاً بقراءة معدل التسارع ومقدار القوة، وعادة ما تستخدم في الطائرات.

3- المغناطيس الرقمي Magnetometer

تستخدم رقاقة المغناطيس الرقمي في سد الثغرة العاجزة عن تحقيقها رقاقة (جيروسكوب الرقمية) و (مقياس معدل التسارع) وهي معرفة درجة الدوران. حيث أن درجة حساسيتها أكثر، لإنها تعمل باستخدام الحقل المغناطيسي وذلك باستشعار مجال المغناطيس على الأرض. لذلك من الناحية الفنية أنها تحدد قوة المغنطة في اتجاه الشمال تماماً كما تفعل البوصلة. وفي هذه الحالة يكون المحور Y متجهاً للشرق و Z هو المركز. وبذلك يعرف الموديول أو الرقاقة أنه مقلوب رأساً على عقب على سبيل المثال.

4-  GPS  البوصلة باستخدام نظام تحديد المواقع للاتجاه

فيما سبق، قامت الرقائق بوصف وتحديد حركة الطائرة من حيث السرعة و زاوية الدوران و الإتجاه وما شابه، ولكن لازالت هذه المستشعرات غير قادرة على تحديد الموقع بالنسبة لخطوط الطول والعرض، وهذا ما يقوم هذا المستشعر بتحقيقه. فعند قراءة مخرجات هذا المستشعر نعرف بدقة أين توجد الطائرة بالإحداثيات الجغرافية.

ولمعرفة كيف تعمل كل هذه المستشعرات سوياً وكيف يتم الاستفادة منها، يمكنك تحميل هذا التطبيق، حيث يمكنك تجربة مستشعرات الجوال واختبار كل منها، وبالتالي الاستفادة فيما بعد لشراء المستشعرات والعمل على مشروع الطائرة بنفسك.

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.wered.sensorsmultitool&hl=en

 الخطوة العاشرة: تحميل الكود

دعنا نبدأ بكيفية تحميل كود متعدد الملفات والتبويب على المتحكم أردوينو، وقد لجأت لتقسيم ملفات الكود لسهولة التعديل عليها فيما بعد. فإن كنت لا تعرف ما إذا كان البرنامج قد تم تحميله بالفعل على الشريحة أم لا، سأشرح لك ما يجب فعله.

قم أولاً بتنزيل مكتبة MultiWii الرسمية على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. قم باستخراج الملف .zip ثم افتح الملف MultiWii.ino. اختر “Arduino / Genuino UNO” وقم بتحميله على لوحة أردوينو الخاصة بك. الآن لديك microcontroller كل وظائفه مثبتة مسبقاً. يعمل الجيروسكوب والأضواء والبلوتوث مع الشفرة التي تم تحميلها. ولكن يمكن استخدام هذا الرمز فقط لاختبار ما إذا كانت الوحدات تعمل بشكل مثالي أم لا. حاول إمالة الطائرة بدون طيار، وسترى أن المحركات تدور بسبب الجيروسكوبات. يتعين علينا تعديل رمز وحدة التحكم لمتابعة الهاتف.

طريقة تحميل الكود:

1- حمل ملف الكود من هنا

2- قم بفك ضغط الملف

3- قم بتشغيل الملف MultiWii.ino على برنامج الأردوينو

4- سيتم فتح جميع الملفات معاً، قم بتحميل الكود على الأردوينو من خلال زر التحميل

الخطوة الحادية عشر: تحميل تطبيق الجوال لتتبع الطائرة

لتحقيق التواصل مع الطائرة استخدمت تطبيق SensoDuino الذي يمكن تحميله من هنا إلى هاتفك الذكي:

http://www.techbitar.com/sensoduino.html

وذلك كما ذكرت لتحقيق التواصل مع الطائرة عبر موديول البلوتوث فقط،فعليك تشغيل موديول GPS TX وتسجيل البيانات. أصبح الآن تطبيق الهاتف جاهزًا.

شرح كيفية استخدام التطبيق 

حيث يقوم هذا التطبيق بالتحكم عن طريق الكود بتحريك الطائرة وتتبعك أثناء السير. قد تجد في بعض الأحيان أن الطائرة لا تزال بسيطة لأنها ليست مشروعًا محترفاً، ولكنها تعمل بشكل جيد. أنا متأكد من أنك ستكون سعيد جداً من النتائج عند تجربة المشروع بنفسك. فقد كانت مسافة الاتصال لحوالي 8 أمتار أكثر من كافية لطائرة بدون طيار مثل هذه.

وأخيراً وليس أخراً فإن هذا المجال هو واجهة المستقبل بلا شك، خصوصاً عند خلط تقنيات العصر سوياً، فتخيل استخدام الذكاء الاصطناعي في صنع تلك الطائرات وتعزيز قدرتها في التواصل والاستجابة, لذلك أرجح القراءة في هذا المجال والاستفادة من الأبحاث العلمية المنشورة.

ويعتبر البروفيسور/ رفايلو دأندريا استاذ علم الروبوتس والتحكم في معهد ميونخ أحد رواد هذا المجال، ويمكننا من متابعة تلك الأبحاث تحقيق استفادة رائعة.