În realizarea acestei lucrări am avut ca obiective următoarele:  Realizarea unui quadcopter în mod practice (hardware )  Crearea componentei… [617376]

Capitolul I. Introducere

1.1 Tema propusa
În realizarea acestei lucrări am avut ca obiective următoarele:
 Realizarea unui quadcopter în mod practice (hardware )
 Crearea componentei software și testarea ei
 Integrarea și folosirea camerei video si 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 qu adcopter -ului sunt alese dintr -o gamă variată pen tru a încerca realizarea
cât mai eficientă a produsului final.
Componentele quadcopter -ului trebuie să respecte modul de folosire, de lipire și aranjare a
producătorului pentru a reuși o funcționare c ât mai corectă. Pentru realizarea cadrului se va cauta
un model prefabricat . Pentru preluarea imaginii trebuie sa fie utilizată o camer ă integrat ă 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 si GoPro -ului. Pentru realizarea legăturii între quadcopter și utilizator se va folosi un
receiver și o telecomandă, iar pentru video se va folosi un transmițător.

1.2 Motivația alegerii temei
Quadcopterul 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 în care se folosesc
frecvent sunt : armată, agricultură, proiecte de cercetare, sport, publicitate și alte activități.
Datorită dezvoltării tehnologiei și a apariției echipamentelor necesare pentru controlul 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 necesare 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 cunoștințe din multe domenii
diferite, mecanică, programare, comunicații și electronica.
Aceste aparate de zbor fără pilot, au foarte multe aplicații în care pot fi folosite : î n misiuni de
recuperare în zone dificile de pătruns, echipamente de supraveghere, securitate în cadrul
proprietăților private.

1.3 Generalități
Platformele aeriene fără pilot (dronele), reprezintă una din cele mai importante investiții din
domeniul mi litar. 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 urm ătoare, 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 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 avia ției ca zbor de testare, fiind un
moment semnificativ.
De-a lungul timpului, specialiștii au ajuns la concluzia că zborul controlat, cu un pilot, este
mult mai practice și util. Frații Wright au realizat un proiect utilizând aripi din pânză pentru a
coordona ruliu aparatului de zbor. Acest proiect a dus la dezvoltarea tehnica în domeniul aviației.
Puțin mai târziu, Lawrence Sperry a realizat un aparat de zbor incorporând un giroscop pentru
a ușura munca pilotului uman.

1. Dronele în activitățile milita re
Prima utilizare a unui vehicol aerian 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 acum ula datele necesare distrugerii lor. (1)

Realizarea cu succes a acestei misiuni a israelienilor a determinat americanii sa 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 PREDATOR, 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 controlate 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 războaie 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. Domeni ul militar nu este singurul domeniu în
care dronele înregistrează transformări esențiale. Aceste UAV -uri sunt folosite în tot mai multe
domenii.
2. Dronele în activitatea civilă
Dronele au fost construite inițial în exclusivitate pentru companiile din dome niul 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 fi
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 amatori si -au construit drone sau au cumparat astfe l de aparate pentru
utilizare în scopuri publice, agențiile imobiliare au început să folosească dronele pentru a realiza
materiale publicitare proprietăților în curs de vânzare.

1.4 Specificarea temei
Quadcopterul este un aparat de zbor cu 4 elice. Acestea sunt amplasate la exteriorul motoarelor
de unde prin ajustarea vitezei lor se poate manevra aparatul în spatial tridimensional.
În cadrul unui quadcopter motoarele sunt realizate pe un cadru de configurație de tip X sau +.

Figura … 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 domeniul dronelor datorită calităților sale. Putem spune că un
avantaj major al acestor aparate este acela că pot fi utilizate în spații foarte mici și înguste. Acest
proiect s -a dezvoltat, a devenit mai accesibil și i s -au adaugat dotări semni ficative : camera
video, GPS, etc. Datorită dezvoltării lui quadcopterului i s -a adaugat 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 diferite prin ajustarea fiecărui motor în parte.

Acestea sunt puse simetric față de centrul de greutate și se rotesc astfel : 2 în sensul orar și 2 în
sensul invers.

Figura 2…Poziția motoarelor pe quadcopter

Componentele hardware ale q uadcopterului :

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 mod continuu cu quadcopterul și să se comporte ca un controler radio. Pentru a
manevra aparatul în directțiile dorite vom avea la dispozitie diferite taste.

Capitolul II. Elaborarea părții hardware
2.1 Schema bloc a aplicației

În cadrul acestui proiect schema prezentată mai sus reprezintă modul de funcționare al
quadcopterului .

2.2 Partea mecanică a quadcopterului
1.Flight Controller APM 2.6

Controlerul de zbor APM este des utilizat pentru controlarea autoturismelor RC, avioanelor și
quadcopterelor. Acest controler este popular deoarece are o capacitate excelentă în cadrul GPS –
ului , 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 incorporate 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 utilizat împreună cu modului 3DR GPS cu modul Compass.
Modul GPS/ Compass poate fi montat mai departe de sursele de zgomot decât APM -ul în sine.
Modelul 2.6 necesită o unitate GPS cu o busolă la bord pentru autonomie compl etă.

Analog input pins (traducere)
Pin 0 – 8 : pe o parte si pe alta sunt pini de intrare analogic. Aceștia sunt disponibili ca numere
de PIN între 0 și 8 inclusiv variabilele PIN.
Toate aceste pinuri pot dura până la 5V și pot fi folosiți pentru orice intrare analogical 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 alimen tării, acceptă până la 5V, putere
3DR cu scalare 10.1:1

Figura…..

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 treb uie 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.

2. Elice
Elicele sunt componentele responsabile de ridicarea quadcopterului de la sol. Ele sunt cele care
creează accelerați a 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 sensul acelor de ceasornic.

Figura…. 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 montate, în puncte diametral opus
pentru a ușura efectul giroscopic al fiecărui motor. Acest lucru duce l a stabilitatea
quadcopterului.

Figura…. 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 pentru un
motor. ESC -urile se alimentează la baterie cu 2 fire de intrare și în partea opusă se conecteaz ă
motorul.

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 motorului 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 quadcopterelor, 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 eli cele
alese pentru quadcopter.

4. Receiver și telecomandă

Figura…… Receiver și telecomandă : Turnigy 9x

Capitolul III. Elaborarea părții software
4.1 Arduino IDE
Arduino IDE (Integrated Development Environment), denumit și Arduino Software este o
aplicație pentru programarea plăcilor hardware pusă la dispoziție de către Arduino. Această
aplicație este compusă din :
 editor text
 zonă de notificări
 consolă
 bară de instrumente cu butoane pentru funcții special
 o serie de meniuri pentru configurare

Programele care sunt realizate prin intermediul acestei aplicații se numesc schițe. Ele pot fi
editate sau modificate prin editorul de text, astfel putând fi folosite pent ru diferite aplicații.
Programele care sunt scrise în Arduino sunt salvate cu extensia .ino . În timpul realizării
programelor, aplicația ne oferă notificări în timp real, iar la sfârșit ne afișează erorile existente.
În bara de instrumente a aplicației e xistă butoane care ne permit verificarea și încărcarea unui
program, realizarea unui nou program, deschiderea și salvarea unei schițe și deschiderea
monitorului de serial.
Această aplicație ne permite să lucrăm în parallel cu mai multe schițe, coduri de ar duino (fișiere
de C sau C++).
Software -ul include multe biblioteci specific mediului Arduino, dar și funcții din limbajul C.
Pentru a include o bibliotecă software în cadrul programului se folosește instrucțiunea ”#include
<Nume.h>”.
Pentru a trimite sau a recepționa date din dispozitivul hardware este folosit monitorul de serială.
Pentru a realiza comunicația serială, se folosește funcția ”Serial.begin(boud -rate)”. La
deschiderea comunicației se pot transmite date prin introducerea textului pe monitor sau prin
citirea datelor primate. Pentru a realiza aceste operații se folosec următoarele funcții :
”Serial.println()” , ”Serial,write()” sau ”Serial.read()”.

Figura…..Arduino IDE

Pentru a încărca programul, se alege placa de dezvoltare și portul la care aceasta este conectată.
Se apasă butonul Upload și programul dorit se va încărca pe microcontroler. Pentru a realiza
această operație se folosește Arduino bootloader (un program înc ărcat în microcontrolerul de pe
placă).
Pentru a semnaliza sfârșitul procesului sunt folosite ledurile Tx si Rx, iar pentru a semnaliza
erorile existente se folosește fereastra de notificări din interfața grafică Arduino IDE.
Rolul bootloader -ului e ste acela de a păstra programul chiar dacă placa este realimentată. Cu
ajutorul bootloader -ului la alimentare se va rula cea mai recent încărcată schiță.
Un posibil dezavantaj în utilizarea bootloader -ului este faptul că acesta introduce o întârziere î n
rularea programului, față de folosirea unui programator ce utilizează întreaga memorie flash a
cipului.

4.2 HTML

HTML (HyperText Markup Language) este un limbaj de marcare utilizat pentru dezvoltarea
paginilor web care pot fi afișate într -un browser. Scopul HTML -ului este prezentarea
informațiilor și documentelor sub formă de text, paragrafe, imagini, tabele, etc. Utilizând un
software de redare special izat, numit agent utilizator HTML, se realizează prezentarea
documentelor pe o singură pagină.

HTML poate fi generat direct folosind tehnologii de codare din partea serverelor cum ar fi PHP
sau JSP și este folosit de multe aplicații ca sistem de gestio nare a conținutului. [12].
Paginile de tip HTML au extensia .html sau .htm. Ele pot fi editate cu ajutorul oricărui editor
de test și sunt formate din perechi de etichete, structurate in așa mod încât una dintre ele deschide
unu bloc de instrucțiuni și cealaltă o închide.

Capitolul IV. Modul de utilizare

Capitolul V. Concluzii

BIBLIOGRAFIE
[1] Configurația de zbor http://www.coptercraft.com/multirotor -frame -configurations/ accesat la
data de 30.05.2017
[2]Arduino IDE http://arduino.cc/en/Guide/Environment accesat la data de 02.06.2017