Создание дрона на базе Raspberry Pi — отличный способ проверить свои навыки на практике. Но какая модель Pi лучше? Читайте дальше, чтобы узнать!
Микрокомпьютер Raspberry Pi 5 На борту Raspberry Pi 5 уже есть четыре порта USB, беспроводные интерфейсы Wi-Fi/Bluetooth и полноценный гигабитный Ethernet, чтобы сразу приступить к работе.
Если вы хотите усовершенствовать свои навыки в создании летательных аппаратов, то постройка мультикоптера, безусловно, станет проверкой ваших знаний в области 3D-печати, электроники и кодирования. Обычно дроны управляются операторами вручную и не способны ни на что другое, кроме как летать с помощью своего бортового оборудования. Однако, оснащенный Raspberry Pi, дрон сможет выполнять такие сложные задачи, как автономный полет, планирование траектории, распознавание изображений и обработка данных в реальном времени.
При создании дрона используется множество компонентов: двигатели, ESC, пропеллеры, аккумулятор, полетный контроллер и радиосистема, но здесь мы сосредоточимся только на том, какая модель Raspberry Pi лучше всего подойдет для вашего мультикоптера. Существует множество вариантов Raspberry Pi, включая одноплатные компьютеры, микроконтроллеры и вычислительные модули. Поэтому мы рассмотрим самые популярные варианты и расскажем вам, на что обратить внимание.
Помните, что Raspberry Pi обычно работает в паре с полетным контроллером — центральным мозгом дрона, который управляет полетом в режиме реального времени. Вместо того чтобы стабилизировать дрон и реагировать на команды пилота, Raspberry Pi выступает в роли компьютера-компаньона, который делает все самое сложное.
Краткий обзор
| Задача | Рекомендации |
|---|---|
| Автономная навигация | Pi 4 или Pi 5, в зависимости от совместимости с ПО и требуемой производительности |
| Бортовое компьютерное зрение | Pi 4 или Pi 5, в зависимости от совместимости с ПО и требуемой производительности |
| Бортовая обработка данных | Pi 4 или Pi 5, в зависимости от того, сколько вычислительных ресурсов требуется для обработки. Если она не очень интенсивная, то может подойти и Pi Zero 2 W. |
| Сбор и регистрация данных | Pi Zero 2 W |
| Потоковая телеметрия* | Pi Zero 2 W |
| Только операции с GPIO | Pico |
| Пользовательское управление полетом | Pico |
Одноплатные компьютеры
Несмотря на свою мощность, совместимость программного обеспечения с Pi 5 может быть ограничением (Источник: Raspberry Pi)
Одноплатные компьютеры (SBC) Raspberry Pi компактны и доступны по цене. Кроме того, они оснащены выводами ввода-вывода общего назначения (GPIO), то есть цифровыми выводами, которые можно запрограммировать для управления реальными вещами, например, считыванием данных о температуре с датчика или включением и выключением света. Это позволяет широко настраивать проекты и экспериментировать.
Ниже представлены популярные Raspberry Pi SBC, которые отлично подходят для сборки дронов. Все модели оснащены Wi-Fi и Bluetooth. Обычно радиус действия Wi-Fi недостаточен, но мастера могут подключить к SBC что-то вроде USB-модема сотовой связи и общаться с наземной станцией через интернет.
Raspberry Pi 5
Самая мощная модель на сегодняшний день — Raspberry Pi 5, особенно в паре с набором ИИ. Она обладает значительным приростом производительности по сравнению с предыдущими моделями, что делает ее подходящей для таких задач, как машинное обучение, SLAM (метод автономной навигации) или компьютерное зрение в реальном времени.
Одно из главных преимуществ Pi 5 заключается в том, что вы можете приобрести его с 16 Гб оперативной памяти — у Pi 4 максимальный объем составляет 8 Гб. Еще одно важное преимущество перед другими платами Raspberry Pi — возможность использовать NVME SSD для хранения данных и даже загрузки. Это будет гораздо быстрее и надежнее, чем карта MicroSD.
Несмотря на то что Pi 5 была выпущена еще в 2023 году, некоторые программы и пакеты могут быть не полностью совместимы с ней или с набором ИИ. Причина в том, что он не имеет обратной совместимости с Ubuntu 22.04, которую используют многие программы — например, ROS 2 Humble. Поддержка сообществом Ubuntu 24.04, которую поддерживает Pi 5, также меньше, чем 22.04. Поэтому мы советуем сначала доработать свой стек программ, а затем проверить, совместим ли он с Raspberry Pi 5.
Если используемое вами программное обеспечение полностью совместимо, а более высокая цена не вызывает опасений, Pi 5 — лучшая плата, которую вы можете приобрести для своего дрона. Убедитесь в том, что оперативная память составляет не менее 8 Гб, даже если вы не занимаетесь ничем интенсивным; разница в цене по сравнению с версией на 4 Гб невелика.
Проверьте цену Raspberry Pi 5 на сайте:
Raspberry Pi 4B
С точки зрения вычислительной производительности Pi 4B довольно слаб по сравнению с Pi 5. Однако, поскольку он поддерживает Ubuntu 22.04 и существует дольше, Pi 4B обеспечивает наилучшую совместимость с программами для дронов и робототехники.
Он не работает с ускорителями ИИ, поэтому может быть немного медленнее для задач, связанных с ИИ. Также вам придется пожертвовать машинным зрением в реальном времени. Тяжелые задачи, возможно, придется переложить на хост-компьютер — наземную станцию, которая получает изображение с камеры дрона и выполняет необходимую обработку.
Хотя Pi 4B поставляется с различными вариантами оперативной памяти, максимальный объем составляет 8 ГБ. Мы рекомендуем 8 ГБ для любых задач, требующих большого количества процессора, таких как компьютерное зрение или планирование траектории, но 4 ГБ будет достаточно, если вы ограничены в бюджете и просто регистрируете данные, а не обрабатываете их.
Проверьте цену Raspberry Pi 4B на сайте:
Raspberry Pi Zero 2 W
Этот Pi Zero 2 W менее мощный, чем два предыдущих, но он отлично подходит для сценариев, где размер, вес и энергопотребление наиболее критичны. В качестве примера можно привести легкие беспилотники, которым нужно только регистрировать данные, передавать базовую телеметрию или выполнять другие простые задачи.
У него есть только порт Micro-USB — полноразмерные платы, такие как 4B и 5, оснащены стандартными портами USB. Поэтому, если вы хотите подключить к Pi Zero 2 W другие устройства через его USB, вам понадобится соответствующий USB-концентратор.
Проверьте цену Raspberry Pi Zero 2 W на сайте:
Старые платы
Платы старше Pi 4 или Zero 2 W не рекомендуются, поскольку их производительность недостаточна для большинства современных программных фреймворков, используемых при разработке дронов.
Микроконтроллер
Микроконтроллеры необходимы для того, чтобы дрон мог зависать, летать и выполнять маневры плавно и точно. В блоке полетного контроллера есть он, а также другие встроенные датчики, которые позволяют ему заботиться обо всем, что необходимо для полета мультикоптера.
Зачем же тогда добавлять еще один микроконтроллер? Обычно рекомендуется использовать микроконтроллер для всего, что требует выводов GPIO. Даже если рассмотренные выше SBC имеют на борту контакты GPIO, разделение низкоуровневых операций (т.е. датчиков и исполнительных механизмов) позволяет сохранить производительность SBC для высокоуровневых операций (т.е. анализа данных). Именно здесь на помощь приходит всеми любимый микроконтроллер Raspberry Pi.
Raspberry Pi Pico
Pico идеально подходит для сопряжения датчиков или управления другими механизмами, такими как актуаторы. Если все, что вы делаете, — это подаете на цифровые пины высокие и низкие сигналы (например, управляете светодиодами) или считываете аналоговые данные с датчиков, Pico может быть достаточно для вашего дрона. Часто проще подключить эти датчики к Raspberry Pi Pico и заставить его общаться с основным SBC через USB, а Pico, по сути, будет выступать в качестве посредника.
В качестве альтернативы можно использовать Pico в качестве полетного контроллера — правда, придется потрудиться над программным обеспечением, а также над взаимодействием со всем необходимым внешним оборудованием. Если вы пойдете по этому пути, вас, скорее всего, назовут сумасшедшим, но, к счастью, несколько создателей уже проложили свою тропу. Рави Бутани и Аниш Дей продемонстрировали свои сборки на YouTube, а наборы PiWings, основанные на дизайне Бутани, доступны через SB Components.
Другой подход — полетный контроллер Scout, разработанный Тимом Ханевичем, который опубликовал подробное руководство по созданию квадрокоптера на базе Pico, состоящее из 12 частей. Автор создал прошивку полетного контроллера с нуля, а исходный код доступен на GitHub.
Проверьте цену Raspberry Pi Pico на сайте:
Compute Modules
Compute Modules (CMs) предлагают основную вычислительную мощность стандартного Raspberry Pi в компактной форме, предназначенной для интеграции в пользовательское оборудование. Они обеспечивают большую гибкость, поскольку открывают все интерфейсы процессора, включая PCIe, каналы связи, а также интерфейсы камеры/дисплея. С помощью CM вы можете использовать только то, что вам нужно, без лишних портов.
Кроме того, CM предлагают более надежные и быстрые варианты встроенных накопителей eMMC, которые менее подвержены повреждениям и вибрациям, чем карты MicroSD. Их меньшая площадь идеально подходит для дронов с ограниченным пространством.
Однако для работы CMs требуется отдельная плата-носитель, что усложняет конструкцию и увеличивает стоимость. На этой плате должно быть реализовано управление питанием, разъемы и другие компоненты. При проектировании специализированной платы требуется тщательное управление питанием и тепловым режимом. Процессоры по-прежнему нуждаются в достаточном охлаждении при высоких нагрузках, особенно если ваш дрон будет оставаться неподвижным в воздухе в течение длительного времени.
К счастью, существуют готовые монтажные платы. Вам нужно только убедиться, что доступные варианты имеют надлежащее управление питанием, а также охлаждение, необходимое для вашего случая использования.
По сути, СМ лучше всего подходят для создания компактной пользовательской электроники, в то время как стандартные Raspberry Pis предлагают более быстрое решение «подключи и работай», позволяющее сразу же сосредоточиться на программном обеспечении.
Проверьте цену Compute Modules на сайте:
