PROGRAMUL DE STUDIU: CALCULATOARE FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: IF PROIECT DE DIPLOMĂ COORDONATOR ȘTIINȚIFIC PROF.DR.ING. ȘTEFAN VARI -KAKAS ABSOLVENT HOMONE… [617375]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI TEHNOLOGIA
INFORMAȚIEI
PROGRAMUL DE STUDIU: CALCULATOARE
FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: IF

PROIECT DE DIPLOMĂ

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
PROF.DR.ING. ȘTEFAN VARI -KAKAS

ABSOLVENT: [anonimizat]_________

Lucrare de finalizare a studiilor a student: [anonimizat] – Homone Mihaela Teodora
1). Tema lucrării de finalizare a studiilor:
PROIECTAREA ȘI REALIZAREA UNEI PLATFORME STABILIZATE PENTRU FILMARE
ȘI FOTOGRAFIERE AERIANĂ
2). Termenul pentru predarea lucrării:
3). Elemente inițiale pentru elaborarea lucrării de finalizare a studiilor:

4). Conținutul lucrării de finalizare a studiilor:
5). Material grafic:
6). Locul de d ocumentare pentru elaborarea lucrării:
Laboratoarele facultății, bibliotecă, Internet
7). Data emiterii temei:

Coordonator stiintific:
Prof.Dr. Ing. Ștefan Vari -Kakas

UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI TEHNOLOGIA
INFORMAȚIEI
PROGRAMUL DE STUDIU: CALCULATOARE
FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: IF

PROIECTAREA ȘI REALIZAREA UNEI
PLATFORME STABILIZATE PENTRU
FILMARE ȘI FOTOGRAFIERE AERIANĂ

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
PROF.DR. ING. : ȘTEFAN VARI -KAKAS

ABSOLVENT: [anonimizat]

1.1 Tema propusă
În realizarea acestei lucrări am avut ca obiective următoarele:
 Realizarea unui quadcopter în mod practic (hardware)
 Crearea componentei software și testarea ei
 Integrarea și folosirea camerei video și a GoPro -ului pentru transmisia live și preluarea de
imagini
Pentru a realiza acest proiect am studiat articole și cărți de specialitate despre quadcopter și
drone. Componentele quadcopter -ului sunt alese dintr -o gamă variată pentru a încerca realizarea
cât mai eficientă a produsului final.
Pentru realizarea aplicației am avut în vedere următoarele cerințe:
 Componentele quadcopter -ului trebuie să respecte modul de folosire, de lipire și aranjare
a producătorului pentru a reuși o funcționare cât mai core ctă.
 Pentru realizarea cadrului se va cauta un model prefabricat.
 Pentru preluarea imaginii trebuie să fie utilizată o cameră integrată în cadrul
quadcopterului.
 Pentru a avea două funcții vom dezvolta aplicația instalându -i un gimbal cu GoPro.
 Pentru o filmare cât mai corectă se vor face teste pentru a stabili unghiul de instalare a
camerei ș i a GoPro -ului.
 Pentru realizarea legăturii între quadcopter și utilizator se va folosi un receiver și o
telecomandă, iar pentru video se va folosi un tran smițător.

1.2 Motivația alegerii temei
Quadcopterul (Figura 1) este un aparat de zbor fără pilot (UAV – Unmanned Aerial Vehicle ),
care are o latură mare de acoperire în diferite domenii de activitate. Acesta are un potențial mare
de a îndeplini misiuni importante, sau chiar periculoase. Domeniile de activitate î n care se
folosesc frecvent sunt : armată, agricultură, proiecte de cercetare, sport, publicitate și alte
activități.
Dezvolta rea tehnologiei și apariția echipamentelor necesare pentru control ul și siguranța
quadcopterelor au condus la producerea în masă a acestor aparate.
Motivele principale pentru care eu am ales această temă sunt pasiunea mea pentru zbor și
popularitatea acestui aparat de zbor. În cadrul acestei teme am ilustrat etapele n ecesare pentru a
construi un quadcopter care să fie capabil să zboare în mod eficient și să transmită în timp real
imagini sau video prin intermediul unei camere montate pe cadru.
Un alt motiv pentru care am ales această temă este dobândirea de cunoștin țe din multe domenii
diferite, mecanică, progra mare, comunicații și electronică .
Aceste aparate de zbor fără pilot, au foarte multe aplicații în care pot fi folosi te : în misiuni de
recuperare din zone dificile de pătruns, echipamente de supraveghere, sec uritate în cadrul
proprietăților private.

Figura 1 Quadcopter

1.3 Generalități
Platformele aeriene fără pilot (dronele), reprezintă una din cele mai importante investiții din
domeniul militar. Aceste vehicule au fost utilizate doar în misiunile de război, dar în ultimii ani
acestea au devenit prezente și în alte laturi ale activității omului, agricultură, arheologie, chiar și
jurnalism, dronele asigură o dezvoltare uriașa în deceniile următoare, marcând o schimbare
importană în viața noastră.
În anii 1890 Otto Lilienthal, a realizat teste pentru modele de zbor ușor cu planoare fără echipaj
uman, în urma multitudini i de încercări acesta a realizat proiecte ambițioase. În cazul lui Samuel
Langley, acesta a realizat un aparat de zbor numit ”Aerodrom” , aparat care era proiectat să
zboare neghidat și fără echipaj uman, a avut ca rezultat zborul pe o distanța mai mică de o milă.
Acest proiect a fost abandonat, dar acesta a rămas în cadrul avi ației ca zbor de testare, marcat ca
un mo ment semnificativ.
De-a lungul timpului, specialiștii au ajuns la concluzia că zborul controlat, cu un pil ot, este
mult mai practic și util. Frații Wright au realizat un proiect utilizând aripi din pânză pentru a
coordona ruliu aparatului de zbor. Aces t proi ect a dus la dezvoltarea tehnică în domeniul aviației.
Puțin mai târziu, Lawrence Sperry a realizat un aparat de zbor incorporând un giroscop pentru
a ușura munca pilotului uman.

1.3.1 Dronele în activitățile militare
Prima utilizare a unui vehicol aer ian fără pilot (drona) a fost într -un conflict militar care a
avut loc în 1982, în Liban. În acest conflict armata israeliană a trimis aeronave fără pilot pentru
a studia sistemele de apărare siriene și pentru a acumula datele necesare distrugerii lor. (1)

Realizarea cu succes a acestei misiuni a israelie nilor a determinat americanii să
reaprindă pasiunea pentru UAV -uri (unmanned aerial vehicles, aceasta este denumirea oficială
a dronelor). În cadrul armatei SUA, una din cele mai cunoscute drone este PREDA TOR,
aceasta fiind inspirată de un design israelian.

Datorită dezvoltării sistemului GPS ( Global Positioning System ) pe plan mondial, ce
permite navigarea oriunde pe glob, dronele pot fi folosite cu acuratețe pe toată planeta, acestea
putând să fie contro late de piloți aflați în bazele militare. Putem spune că dronele prezintă o
gamă vastă de avantaje față de aeronavele cu pilot, ele reprezentând o armă esențială de
război în cadrul armatei americane.

În ultimul deceniu, numărul dronelor folosite în războ aie au crescut considerabil, astăzi
fiind mai mult de 40 de drone Predator survolând zonele importante ale globului (Afganistan,
Pakistan sau Yemen). (1)

Datoriă succesului armatei americane, țări din întreaga lume urmează modelul lor, iar
dronele devin o componentă importantă a forțelor armate. Domeniul militar nu este singurul
domeniu în care dronele înregistrează transformări esențiale. Aceste UAV -uri sunt folosite în tot
mai multe domenii.

1.3.2 Dronele în activitatea civilă
Dronele au fost construite iniț ial în exclusivitate pentru companiile din domeniul apărării,
acestea ridicându -se la costuri foarte mari de câteva milioane de dolari. În zilele noastre pe
piață au apărut numeroase variante de mărime, design si preț , fiind mult mai accesibile și
putând f i controlate cu ajutorul smartphone -urilor.
Datorită gamei numeroase de variante a UAV -urilor acestea au început să fie folosite tot mai
mult în afara forțelor militare, fiind folosite în domenii de activitate diverse.
În diferite țări, numeroși amat ori și-au construit drone sau au cumpă rat astfel de aparate
pentru utilizare în scopuri publice, agențiile imobiliare au început să folosească dronele pentru a
realiza materiale publicitare proprietăților în curs de vânzare.

1.3.3 Quadcopterul
Quadcopterul este un aparat de zbor cu 4 elice. Acestea sunt amplasate la exteriorul motoarelor
de unde prin ajustarea vitezei lor se p oate manevra aparatul în spațiul tridimensional.
În cadrul unui quadcopter motoarele sunt realizate pe un cadru de confi gurație de tip X sau +
(Figura 2).

Figura 2 Tipuri de configurații în cadrul unui quadcopter

Configurația de tip X are stabilitate și accelerație mai mare decât cea + și oferă o vizibilitate mult
mai bună.
Quadcopterul este popular în dom eniul dronelor datorită calităților sale. Putem spune că un
avantaj major al acestor aparate este acela că pot fi utilizate în spați i foarte mici și înguste.
Acestă latură s-a dezvoltat, a devenit mai accesibil ă și i s -au adăugat dotări semnificative :
cameră video, GPS, etc. Datorită dezvoltă rii lui quadcopterului i s -a adă ugat comunicația fără fir
care oferă acces și control pe distanțe foarte mari.
Rolul motoarelor în cadrul acestui aparat este foarte important, ele realizează mișcarea în
direcții di ferite prin ajustarea fiecărui motor în parte.
Acestea sunt puse simetric față de centrul de greutate și se rotesc astfel : 2 în se nsul orar și 2 în
sensul invers (vezi figura 3).

Figura 3 Poziția motoarelor pe quadcopter

Componentele hardware ale quadcopterului :
 Flight Controller APM 2.6
 Elice
 ESC ( Electronic Speed Controller )
 Receiver și telecomandă
 Motoare
 Baterie  Frame
 Cameră
 Gimbal + GoPro
 Senzor de temperatură

După realizarea quadcopterului în sens fizic, trebuie conceput un software pentru controlul
acestuia. Software -ul trebuie să fie capabil să mențină în echilibru aparatul de zbor, să creeze o
comunicație în mo d continuu cu quadcopterul și să se comporte ca un controler radio. Pentru a
manevra aparatul în directț iile dorite vom avea la dispoziție diferite butoane.

Aplicațiile dronelor

 Cartografiere și inspectare – în acest domeniu dronele sunt folosite pentru a realiza hărți
de înaltă calitate pentru a fi utilizate în misiuni de supraveghere
 Cartofragiere, inspectare și agricultură – Ortofotografia (este o hartă aeriana creată cu
ajutorul unui software care a pus mai multe fotografii una lângă alta)
 Fotografia aeriană – fotografia aeriană a devenit tot mai populară datorită materialelor
fotografice care se pot produce cu ajutorul unei drone. Utilizarea unei drone este mult
mai ieftină ca și costuri decât echipamentele complexe(elicopter cu echipaj) și produce
lung metraje de calitate ridicată.
 Supravegherea – Cu ajutorul dronelor se pot supraveghea de la misiunile de salvare
până la festivaluri și proprietăți private
 Livrări – Tehnologia curentă dezvoltă un val de popularitate în dorința de a realiza
drone pentru a livra pachet e. Exemplu : Amazon, a declarat într-un articol că pe viitor
își doresc să utilizeze aceste aparate pentru livrarea pachetelor de mici dimensiuni.
 Pasiune – un număr tot mai mare de oameni își arată interesul pentru aceste aparate. Ele
atrag pasionații atât pe parte de programare/creare a lor, cât și simpla utilizare în
scopuri personale(vacanțe).

Capitolul II. Elaborarea părții hardware
2.1 Scheme bloc

Figura 4 Schema bloc de principiu a quadcopterului

Figura 5 Schema bloc a părții de comandă

2.2 Componente utilizate
1.Flight Controller (Pilotul automat) APM 2.6

Figura 6 Placa ArduinoPilot

Pilotul automat este considerat ”creierul” dronei deoarece cu ajutorul lui, drona procesează toate
informațiile si trimite comenzile motoarelor și suprafețelor de control.
În momentul în care vorbim despre pilotul automat ne referim la o gamă variată de componente:
aparatul de control al zborului și telemetrie. Cea mai importantă component ă este aparatul de
control al zborului deoarece el are funcția de a calcula factorii necesari pentru menținer ea
aparatului de zbor în aer. Aparatul de zbor ales pentru realizarea acestui proiect are incorporat și
un afiș aj LCD. Pentru a vedea afișajul vom utiliza un software despre care vom vorbi î n capitolul
dedicat acelei părți.
Controlerul de zbor APM (Figura 6) este des utilizat pentru controlarea autoturismelor RC,
avioanelor și quadcopterelor. Acest controler este p opular deoarece are o capacitate excelentă în
cadrul revenirii din lansare și funcționalitații Telemetry.

APM 2.6 este o revizuire a APM -ului care folosește o busolă externă. Acesta nu este prevăzut cu
o busolă incorporată și este optimizat pentru vehicule în care busola ar trebui să fie amplasată cât
mai departe de sursele de alimentare și motoare, pentru evitarea interferenței magnetice.
APM 2.6 este proiectat pentru a fi uti lizat împreună cu modul 3DR și cu modul Compass .
Modul Compass poate fi montat mai departe de sursele de zgomot decât APM -ul în sine. Placa
2.6 (figura 7) necesită o busolă la bord pentru autonomie completă.

Figura 7 Placa ArduinoPilot 2.6

Pini de intrare analogici (figura 8) :

Pin 0 – 8 : pe o parte ș i pe alta sunt pini de intrare analogic i. Aceștia sunt disponibili ca numere
de PIN I între 0 și 8 inclusiv variabilele PIN.
Toate aceste pinuri pot dura până la 5V și pot fi folosiți pentru orice intrare analogică generală.
Acestea sunt utilizate în mod obișnuit pentru intrări sonar și (airspeed) viteză.
Pin 12 : conectorul de gestionare a alimentării curentului, acceptă până la 5V

Pin 13: pinul de tensiune al conectorului de gestionare a alimentării, acceptă până la 5V, putere
3DR cu scalare 10.1:1

Figura 8 Pinii plăcii ArduinoPilot 2.6

Pini digitali de ieșire

APM 2 utilizează același set de 9 ieșiri digitale ca intrările analogice.
Pin 54 – 62 : Pentru a converti de la un număr pin analogic la un număr pin digital trebuie să
adaugăm 54 la numărul PIN. Deci pinul 54 este pinul de ieșire digital pe conectorul A0. Pinul 58
este A4, etc.
Acești pini sunt utilizați cu parametrii RELAY_PIN pentru RELAY_PIN4, permițându -ne să
controlăm lucruri precum shutter -ul aparatului foto, etc.
De asemenea, aceștia sunt utilizați ca pini ”stop” pentru sonar, permițându -ne să avem sonare
multiple și să nu le interferăm.

GPS – (sistemul de poziționare globală )

Cu ajutorul receptorulor sistemului GPS reușim sa aflăm unde se poziționează drona, el
funcționează prin măsurarea timpului de care este nevoie pentru ca un semnal trimis de la un
satelit GPS sa se intoarcă inapoi la receptor.
Cu ajutorul mai multor sateliți se poate determina chiar și o poziție 3D.
Datorită piedicilor întâlnite în parcurgerea distanței, timpul poate să fie mai mare decât în
realitate. Măsurătorile cele mai precise sunt până la distanțe de aproximativ 5 -10 m orizontal și
15 m vertical.

2. Elice
Elicele sunt componentele responsabile de ridicarea quadcopterului de la sol. Ele sunt cele care
creează accelerația care pune în mișcare quadcopterul.
Acestea sunt montate în cuplul motorului. În momentul alegerii elicelor pentru aparatul de zbor
trebuie să luăm în calcul mărimea motorului și a ramei.
Modul de numerotare și direcțiile elicelor :
Numerele se referă la ieșirea ESC – urilor controlerului de zbor APM. Elicele 1 și 2 trebuie să se
rotească în sens invers acelor de ceasornic, iar 3 și 4 în sens ul acelor de ceasornic.

Figura 9. Modul de numerotare și direcțiile elicelor

Elicele trebuie să fie configurate în acest fel deoarece, cele frontale împing aerul în jos și spate,
iar celelalte două împing aerul în jos și înainte. Ele sunt astfel montat e, în puncte diametral opus

pentru a ușura efectul giroscopic al fiecărui motor. Acest lucru duce la stabilitatea
quadcopterului.

Figura 10. Elice pentru quadcopter

3. ESC (Electronic Speed Controller )

Controlerul de viteză ESC, este o componentă din cadrul quadcopter -ului care se ocupă cu
controlul de viteză al motoarelor, instrumente care sunt folosite pentru controlul motoarelor fără
perii. În realizarea acestui proiect am folosit 4 ESC -uri de 20 A, fiecare responsabil pen tru un
motor. ESC -urile se alimentează la baterie cu 2 fire de intrare și în partea opusă se conectează
motorul.

Figura 11. ESC-uri tip Afro Slim 20A

Rolul ESC -ului este de a transmite energie în motoarele quadcopterului. Ele transmit aceasta
energie în intervale de timp configurate de utilizator pentru a -l face să se rotească la viteza
dorită.
ESC-urile transmit semnale la o secțiune specifică a motor ului pentru a active electromagneții la
intervale de timp specifice, pentru a determina aparatul să se rotească. Acest lucru se realizează
printr -un microcontroller din interiorul fiecărui ESC.
Marimea ESC -urilor se alege în funcție de greutatea quadcopte relor, la cele mici alegem ESC –
uri de 10 -12 A, iar pentru cele care sunt prevăzute cu GoPro sau cameră, alegem unele de 20 -30
A. În alegerea ESC -urilor un alt factor important este buna completare cu motoarele și elicele
alese pentru quadcopter.

4. Receiver și telecomandă

Quadcopterul din punct de vedere tehnic poate efectua zborul singur, dar pentru a fi controlabil
această parte este foarte importantă în realizarea unei platforme UAV.
Controlul radio este prescurtat si R/C sau RC.
Sistemul de control al quadcopterului este realizat din :
 Aparatul de transmisie
 Receptor

Aparatul de transmisie este partea fizică care este folosită pentru
controlul aparatului. Aceasta este prevăzută cu butoane și pârghii
care activate va transmite informații spre receptoru l aflat în
quadcopter. Receptorul va transmite aceste semnale flight
controller -ului (pilotului automat), care va executa manevrele
dorite.
Figura 12. Receiver și telecomandă

5. Motoare

În realizarea acestei platforme stabil izate am folosit motoare fara perii (brushless ). Aceste
motoare sunt des întâlnite în utilizarea dronelor deoarece au o arhitectură simplă și o durată
lungă de viață. Alimentarea lor se face cu ajutorul ESC -urilor prin curent alternativ. Pentru a se
realiza rot ația se injectează curent la 2 din cele 3 infasurari pe rând și în mod periodic. (10)

Figura 13. Motoare de tip brushless

Conductoarele din ESC furnizează curent alternativ motorului și în funcție de frecvența de
funcționare se definește și viteza motorului.

6. Baterie

Bateria este utilizată pentru a alimenta toate componentele folosite în realizarea platfomei. Cel
mai popul ar model de baterie folosit în realizarea acestor platforme este bacteria pe bază de
polimer de litiu deoarece furnizează cea mai bună densitate în comparație cu alte baterii. În
comparație cu greutatea ei, bateria de litiu acumulează cea mai mare cantitat e de energie
electrică.
Pentru a clasifica bateriile putem să folosim ca și criteriu principal voltajul. La acest tip de baterii
se definește prin numărul de celule. În realizarea acestui proiect am folosit o baterie de tip LiPO
de 5400 mAah .

Am ales acest tip de baterie și puterea ei datorită greutății quadcopter -ului.
Pentru încărcarea bateriilor de tip LiPO trebuie utilizat un încărcător special. Trebuie să se țină
cont de numărul celulelor bateriei în alegerea acestui încărcător.

Major itatea bateriilor de tip LiPO au o încărcare maximă evaluată la 5C.

Figura 14. Baterie LiPO – 5400mAh

7. Frame – Tarot FY650

Figura 15. Rama quadcopterului – Tarot FY650

Tarot Iron Man 650 este construită din fibră de carbon . Platoul ramei este principala secțiune pe
care vin montate brațele. În alegerea ramei este foarte important spațiul de care este nevoie
pentru a monta toate componentele, de pilotul automat, receptorul R/C, până la echipamentul de
telemetrie.
Brațele plat formei sunt părțile unde vin montate motoarele. Acest tip de ramă este foarte
populară datorită faptului că oferă un spațiu larg și se pot incorpora echipamente în plus. De
exemplu: Cadru pentru GoPro.
Echipamentul de aterizare, picioarele quadcopter -ului este important în momentul aterizării
deoarece ele feresc echipamentul montat dedesupt de lovirea pământului.
Deoarece am ales să încorporez un cadru pentru GoPro și gimbal a fost importană calcularea
distanței necesare pentru a ateriza aparatul în sigu ranță, fără a avaria echi pamentul din partea
inferioară.

8. Camera

Cele mai multe quadcoptere dispun de o camera incorporată cu vedere la persoana I (FPV). Rolul
acestor camera este de a transmite în timp real imagini din locul în care se afla quadcopterul.
Avantajul acestor camere este acela că sunt foarte mici și ușoare . Un dezavantaj al acestor tipuri
de camere este calitatea proastă a imaginilor.
Din cauza acestui dezavantaj ele sunt folosite
mai mult pentru controlul quadcopterului, iar
pentru filmare sau fotografiere este adaugat
GoPro -ul. Camera FPV are câteva fire care sunt
pentru conectarea alimentatorului și pentru a
emite semnale video. Folosind o cameră cu
vedere la persona I vă oferă senzația zborului
propriu -zis, deoarece sunteți în rolul pilotului
virtual.
Figura 16.

Conectarea unei camere la aparatul de transmisie FPV se face astfel : pentru a funcționa
transmisia e nevoie ca FPV -ul sa aibă un conector de intrare video și unul de putere. În schema
următoare am realizat un exemplu de componente de bază a FPV. Pe rama quadcopterului se
montează camera și aparatul de transmisie și sunt alimentate de la baterie. În momentul în care
platforma este pe sol imaginile se pot vedea live prin intermediul acesteia, iar când aceasta este
în zbo r prin intermediul unui
monitor sau telefon.

În realizarea acestui proiect am ales să folosesc camera FPV JF – 01 Mini AIO și transmițătorul
Boscam ts351 .
Figura 17. Camera FPV JF și transmițătorul Boscam ts351

9. Gimbal + GoPro

Deoarece atmosfera este instabilă, dronele de cele mai multe ori au de suferit. Curenții
ascendenți și descendenți produc vibrații ale aerului. Din cauza acestor vibrații fotografiile și
filmarea pot să fie neclare. O rezolvare în acest caz a fost gimbal -ul atașat de quadcopter. Acesta
va servi la stabilizarea GoPro -ului oferind o imagine clară.

GoPro -ul este o cameră de acțiune foarte populară în zilele
noastre care ne permit să captăm imagini și video de înaltă
calitate, unele dintre ele ajungând chiar și la 4K. Avantajul
acestor camere este mărimea și greutatea, fiind mici și ușoare
se pot incorpora în cadrul quadcopterelor cu ușurință. Aceste
camera înregistrează imaginile pe un card SD, datele fiind
mai apoi transferate cu ajutorul unui cablu în calculator. Un
alt avantaj al acestor camera este acela că pot fi conectate
direct la un aparat de transmisie video, imaginile putând fi
văzute live. Figura 18. Gimbal și GoPro

10. Senzorul de temperatură

11. Funcția GPS

Capitolul III. Elaborarea părții software
3.1 Arduino Pilot 2.6 – APM Planner (software)
Pentru a instala software -ul este nevoie de d escărcarea aplicației de pe site -ul ardupilot.org.
În continuare voi prezenta pașii pentru a instala cu succes aplicația și a putea configura
quadcopterul creat.
 Rularea fișierului .exe
 Selectarea opțiunilor – Selectați APM Planner 2 files și Qt components (figura 19).

Figura 19 Selectarea opțiunilor din APM Planner
 Instalarea cu succes a programului
 Configurarea afișajului se va exemplifica prin figura 20.

Figura 20 APM Planner temă

 Instalarea firmware -ului: în cadrul acestui pas trebuie să conectăm pilotul automat( FC –
Flight C ontroler ) la calculator cu ajutorul unui cablu USB (vezi figura 21) .

Figura 2 1 Conectarea FC la calculator

După ce am conectat Flight Controller -ul la calculator trebuie să facem setările inițiale și să instalăm
firmware -ul. După instalarea acestora trebuie să selectăm tipul de vehicol pentru care vom f ace instalarea
(vezi figura 22).

Figura 2 2 Selectarea vehicolului dorit

Calibrarea Flight Controller -ului:

Pentru calibrarea pilotului automat trebuie să se verifice inainte starea quadcopterului, firmware -ul a fost
instalat cu succes, FC este conectat la APM Planner și elicele au fost îndepărtat e de pe quadcopter.

 Setarea initial (vezi figura 23)

Figura 2 3 Setarea inițială in procesul de calibrare

 Pentru a fi complet procesul de calibrare se va face acest lucru pentru fiecare din următoarele:
rama quadcopterului , accelerometru, compas, radio și motoare. Pentru a exemplifica pași necesari
pentru a calibra fiecare dintre acestea le vom discuta pe rând.

 Rama quadcopterului : Selectarea tipului de ramă și alegerea diagramei corecte pentru a configura
vehicolul
 Accelerometru : Pentru a configura accelerometru trebuie să selectăm Accel Calibration din
meniu. Quadcopterul trebuie ținut într -un punct fix pe toata durata calibrării. (vezi figura 24) .
 Radio : pentru a realiza acest pas trebuie verificate: quadcopterul este intr -o stare bună de zbor,
firmware -ul a fost instalat, FC este conectat cu APM Planner, transmițătorul RC și receptorul sunt
legate și alimentate, elicele sunt îndepărtate.
Pregătirea transmițătorului:

Emițătorul trebuie pornit și verificat dacă ace sta se află în modul avion (APM are nevoie de acest
modul indiferent de tipul de platform ă care este pilotată) și toate centrele sunt centrate.
Pentru emițătorul de mod 1, stick -ul din stânga va controla înclinarea și stick -ul din dreapta va
controla accelerația și rotirea. Pentru emițătoarele de mod 2, stick -ul din stânga va controla
accelerația și cel din dreapta înclinarea. Pentru fiecare tip de emițător, comutatorul cu trei poziții
al emițătorului trebuie atașat la canalul 5 pentru a controla modur ile de zbor.
Pentru a calibrarea radio se va selecta Radio Calibration și se va configura pilotul automat să
lucreze cu transmițătorul și receptorul RC. Selectați Start Calibration(vezi Figura 24).

După începerea procesului, realizați cu ambele stick -uri din telecomandă câte un cerc. Mutați
comutatoarele 5 și 6 prin gama lor de poziții. Urmăriți barele roșii de pe ecran pentru a vă asigura
că sunt activate comenzile pentru fiacre mișcare de stick. Dacă barele roșii se mișcă în direcția
opusă va trebui să inversați canalul de pe emițător. Selectați End Calibrațion cănd s -a terminat
procesul.

 ESC : pentru calibrarea ESC -urilor am ales să îmi aduc contribuția personală scriind un cod cu
ajutorul programului Arduino IDE ( cod a nexă) . Pentru calibrarea ESC -urilor, primul pas
presupune sincronizarea celor 4 ESC -uri și cunoașterea semnalului PWM ( valoarea maxima și
minimă )

Calibrarea lor a fost facută folosind programul din Anexă. Fiecare ESC se conectează la placă și
primește comenzile corespunzătoare. La fin al, toate cele 4 sunt conectate la Flight Controller
pentru a fi sincronizate.

Procedura de calibrare:

 Se conectează componentele necesare (vezi figura X)
 Se rulează programul Arduino IDE
 Se trece la starea unde semnalul PMW are valoarea maxima
 Se conectează bateria și se urmăresc semnalele de la ESC : ESC intră în modul de programare.
 Se trece la starea unde PWM are valoarea minima
 Se deconectează bateria.

Această procedură se repetă pentru fiecare ESC în parte.

3.2 Aplicație pentru calculator – Mission Planner

Instalarea aplica ției

Pentru a instala aplicația prin care vom comunica cu quadcopterul trebuie să parcurgem
următorii pași :

1. Descărcarea aplicației de pe site-ul ardupilot.org

Figura Pagina de descărcare a programului
Aceast program este special conceput pentru quadcopterele care folosesc placa Arduino.
Mission Planner – Planificatorul misiunii este un program de control pentru avioane, drone și
mașini. El este compatibil doar cu sistemul de operare Windows. Mission pl anner poate fi filosit
ca program de configurație sau ca program de control dinamic pentru aparatul creat. Acest
program poate fi folosit pentru următoarele lucruri :
 Se poate încărca software -ul pentru a controla vehicolul
 Setare, configurare si reglare pentru o performanță optima
 Panificare, salvare și încărcare de misiuni autonome în autopilot cu o simplă introducere
punct -și-punct pe Google sau alte hărți
 Descărcarea și analizarea jurnalelor de misiune create de autopilot
 Creează legătura între utiliza tor și quadcopter prin intermediul calculatorului
Cu ajutorul unui dispozitiv de telemetrie adecvat puteți să:
 Monitorizați starea quadcopterului în timpul zborului
 Înregistrați jurnalele de telemetrie care conțin mult mai multe informații despre jurnalele
de bord ale autopilotului

Figura Interfață a programului Mission Planner

2. Rulați utilitarul de instalare

Figura Rularea utilitarului de instalare

3. Selectarea tipului de vehicol pentru care se dorește utilizarea interfeței

Figura Tipuri de vehicole din cadrul programului

4. Deschiderea și configurarea programului

Figura Captură din cadrul programului Mission Planner

3.3 Aplicație pentru Android – QGroundControl
QGroundControl oferă un control complet al zborului și al configurării quadcopterului. Acest
program oferă o utilizare ușoară și directă, oferind în același timp un support de înaltă calitate.

Figura Interfața principală a aplicației QGroundControl

Caracteristici cheie ale programului :
 Setarea/ configurarea completă a quadcopterului alimentat de la ArduPilot
 Suportul de zbor pentru vehicole care rulează pe AruPilot
 Planificarea misiunii pentru zborul autonom
 Afișarea hărții de zbor indicând poziția quadcopterului, pista de zbor, punctele de parcurs
și instrumentele apa ratului
 Transmisie în timp real cu suprapu nerile afișajului quadcopterului
 Sprijin pentru gestionarea mai multor aparate
 QGroundControl rulează pe : Windows, Linux, iOS și Android

Instalarea aplicației

Figura Aplicația QGroundControl

Figura Configurații în cadrul aplicației Figura Interfața aplicației QGroundControl
3.4 Arduino IDE
Arduino IDE (Integrated Development Environment)[16] denumit și Arduino Software este
aplicația oferită de Arduino pentru programarea plăcilor hardwar e. Acest mediu de programare
conține un editor text, o zonă de notificări, consola și bara de instrumente cu butoane pentru

funcții speciale și o serie de meniuri pentru configurare. Programele scrise în Arduino IDE se
numesc schițe și prin editorul de tex t pot fi editate și modificate astfel încât să poată fi folosite
pentru diferite aplicații. Programele sunt salvate cu extensia .ino. Zona de notificări oferă un
feedback în timp real iar afișarea erorilor se face la sfârșit. Butoanele de pe bara de instru mente
permit verificarea și încărcarea programului, crearea, deschiderea și salvarea schițelor, și
deschiderea monitorului de serială.
Software -ul permite lucrul în paralel cu mai multe schițe, acestea fiind coduri de arduino, fișiere
de C(cu extensia .c) sau fișiere de C++(cu extensia . cpp). Arduino include multe funcții din
limbajul C dar și biblioteci specifice doar pentru mediul Arduino. Pentru includerea bibliotecilor
software în program se folosește instrucțiunea #include <Nume.h>.
Monitorul de seri ală este folosit pentru a trimite sau a recepționa date din dispozitivul hardware.
Pentru realizarea comunicației seriale, se folosește funcția Serial.begin(boud -rate). La
deschiderea comunicației se pot transmite date introducând textul pe monitor sau put em să citim
datele primite. Pentru operațiile menționate mai sus folosim funcțiile Serial.println(),
Serial,write() sau Serial.read().

La realimentarea plăcii programul încărcat anterior nu se pierde, acesta fiind salvat în memoria
microcontrolerului. Este rolul bootloader -ului să păstreze programul și la alimentare, schița cea
mai recent încărcată va fi rulată. Dezavantajul folosirii unui bootloader este faptul că acesta
introduce o întârziere în rularea programului, față de folosirea unui programator ce utilizează
întreaga memorie flash a cipului.

Capitolul IV. Modul de utilizare

Quadcopterul este un aparat de zbor UAV folosit pentru filmare și fotografiere aeriană. Înainte
de folosirea lui există câteva reguli importante pe care trebuie să le cun oaștem.
1. Informații legate de securitate
Fiecare țară are propriile reguli pentru a putea asigura calmul și siguranța în zbor. De exemplu în
UK regulamentele sunt relaxante și acceptabile, însă în Europa ai nevoie de o licență specială
pentru a putea ridic a un astfel de aparat de la sol.

2. Locul desfășurării zborului
În momentul în care se dorește ridicarea aparatului de la sol și efectuarea zborului trebuie să se
cunoască activitatea din jurul locului. Trebuie luate în considerare pericolul de a accidenta
oamenii sau de a lovi drona de construcții, dar și pericolul de a încurca sau chiar produce un
accident aerian.
În mod general, nu se poate zbura în apropierea aeroporturilor numai cu permisiunea ATC -ului
(controlor de trafic aerian), însă pentru a verifica activitatea aeriană din acea zonă se poate
verifica periodic NOTAM -ul (notificare către toate echipajele umane aeriene) emis de CAA.

În următoarea imagine am prezentat o imagine cu ariile restricționate pentru zborul aerian unde
nu se permite intrarea.

Figura 19. Captură dintr -un NOTAM

3. Pregătirea quadcopterului înainte de zbor

Quadco pterul este o platformă relative ușor de asamblat din punct de vedere hardware, însă pentru a
ridica aparatul de la sol în siguranță trebuie cunoscute tehnicile de bază ale zborului. Zborul se poate
exersa cu ajutorul simulatoarelor de zbor, unde se pot învăța tehnicile de bază.

Pentru a începe zborul propriu -zis trebuie efectuați câțiva pași înainte de a ridica de la sol aparatul :

1. Verificarea bateriilor.
Bateriile au un rol important, și trebuie verificate cu atenție sporită. Bateriile trebuie să fie încărcate
atât pentru dronă cât și pentru laptop -ul sau tableta folosită pentru transmiterea live și afișarea OSD.
2. Verificarea dronei
Înainte de orice zbor trebuie făcută o verificare amănunțită a aparat ului. Trebuie să ne asigurăm că
toate componentele sunt fixate în locul stabilit.

După ce s -a verificat partea tehnică a aparatului trebuie verficată și partea software a acestuia, pentru
a ne asigura că vom avea un control cât mai. Pilotul automat joacă un rol destul de important și
trebuie verificat și acesta să funcționeze în parametrii buni. Pentru GPS trebuie verificat dacă acesta
este legat la suficienți sateliți pentru a putea face estimări cât mai corecte asupra poziției.
Un alt aspect impotant este verificarea sistemului de transmisie. Acest a trebuie să comunice în mod
corect cu p ilotul automat.
Ultimul lucru care trebuie controlat înaintea zborului este partea mecanică, de la brațele
quadcopterului până la gimbal și GoPro.

Metoda de operare a quadcopterului:

(1) Comandă de putere, se împinge în sus / în jos pe butonul din stân ga pentru a controla în sus
/ în jos

(2) Comandă de direcție, se apasă butonul din dreapta spre stânga / dreapta pentru al face să
zboare în lateral

(3) Comandă de direcție, se împinge în sus / în jos butonul din dreapta pentru a avansa înainte /
înapoi.

(4) Comandă de direcție, se împinge butonul din stânga spre stânga / dreapta pentru a face
stânga / dreapta.

(5) Atingerea butonul ui 360 ° , galben, indică faptul că modul de blocare este activat. Apăsarea
butonul ui din dreapta Sus / jos, stânga / dreapta face quadcopterul să se încline înainte / înapoi /
stânga / dreapta.

Conectarea transmițătorului cu quadcopterul

Se impinge maneta de putere în poziția de jos, când contro lerul este încă oprit. Se contectează bateria
LiPO cu dispo zitivul (quadcopterul). Se pornește controlerul și se asociază cu quadcopterul. În momentul
în care operația este cu succes se vor auzi două beep -uri și luminile rămân pornite.

Controlul quadcopterului cu ajutorul aparatului de trans misie:

Se apasă accelerația în sus sau în jos,
quadcopterul va urca sau va coborî.
Se împinge maneta de direcție în sus sau în jos,
quadcopter va zbura înainte sau înapoi.

Se trage accelerația la stânga sau la dreapta,
quadcopterul va vira stânga sau dreapta.
Se trage maneta de direcție spre stânga sau spre
dreapta, quadcopter zboară spre partea stângă
sau spre partea dreapta.

În momentul în care quadcopterul continuă să
zboare înainte/înapoi, se poate corecta acest lucru
prin apăsarea butonul ui de reglaj în jos/sus. În momentul în care quadcopterul continuă să
zboare spre stânga/dreapta, se poate corecta prin
apăsarea butonului de reglaj dreapta/stânga.

Capitolul V. Concluzii
Obiectivul acestei lucrări a fost realizarea unei platforme de tip quadcopter(cu patru motoare)
controlat de la distanță cu ajutorul unei telecomenzi, cu ajutorul căruia să transmit informații foto
și video în timp real. Pentru realizarea proiectului am avut nevoie de componente de tip hardware
pentru construirea fizică a quadcopterului, am căutat informații despre funcționarea și realizarea
quadcopterelor, de resurse software pentru generarea semnalelor de control și înregistrarea
temperaturii.
Pentru a realiza acest proiect am avut în vedere căutar ea unui cadru prefabricate, pentru
preluarea imaginii am utilizat o camera integrate în cadrul quadcopterului, pentru ca aplicația să
servească doua funcții am utilizat camera integrată și un gimbal cu GoPro, executarea de teste
pentru a rezulta o filamre cât mai corectă.
Au fost studiate metode pentru generarea semnalelor, pentru realizarea comunicației și
transmisiei, pentru preluarea video în modul live și pentru realizarea unor arhitecturi funcționale.
Au fost folosite cu succes componentele hardware, a plicațiile pentru programarea și configurarea
acestora și s -a realizat cu succes programarea și configurarea lor.

Contribuții personale

BIBLIOGRAFIE

[1] ArduPilot Dev Team. , Copter Home, http://www.coptercraft.com/multirotor -frame –
configurations/ accesat la data de 30.05.2017
[2]Arduino, Arduino IDE http://arduin o.cc/en/Guide/Environment accesat la data de 02.06.2017
[3] ArduinoPilot 2.6 Planner http://.arupilot.org/copter/docs/ArduPilot.html
[4]Transmițătorul Boscam ts351
[5] Frame – Tarot FY650 www.hobbyking.com/en_us/tarot -fy650 -iron-man.html
[6]Camera FPV
[7]User Quad Manual www.flydrones.com/wp -content/uploads/2015/09/Manual -Book.pdf
[8]Aplicația Mission Planner www.arupilot.org/copter /docs/common -apm26 -overview.html
[9]Android -QGroundControl
[10]