水下无人机：疯狂的故事

本文介绍了基于树莓派的水下无人机样机的设计过程、开发和组装操作。

我在探索频道上看过很多关于发明家的节目，有一次我决定自己做一些有趣的事情，这样它就可以一次非常令人印象深刻和困难：一些电动机、控制器、操纵、相机。买了很多有用（而且不是很有用）的东西后，我开始考虑我应该开始什么样的项目。最后我得出的结论是，有很多飞行和驾驶无人机，但不是关于水下无人机（哈哈，但据我所知，我当时大错特错）。

在网上冲浪后，我发现了几个有趣的项目，但大多数都处于开发阶段，或者价格不菲（3k++美元）。对这个项目感兴趣的人可以在这里找到一些。

展望未来，我可以说我已经有了一个可以游泳几米深的工作原型，尽管它有其优点和缺点。我不能断言我终于得到了一个易于控制的东西或者可以做的不仅仅是平息我的工程师热情的东西。但是这些东西的所有单元都正常工作，非常重要的是我的错误和经验可以帮助某人创造出真正有意义的东西（即使它只对他自己有意义）。

由于做了大量工作，本文可分为以下几章：

• 疯狂的想法（预告片）
• 选择组件
• ESC 编程
• 树莓派服务器配置
• 使用 Raspberry Pi 处理电机
• 陀螺仪
• 树莓派手电筒控制
• 客户端-服务器通信协议
• 安卓应用
• 视频流
• 屏幕和操纵杆控制
• 施工组装和测试
• 结论

疯狂的想法（预告片）

好吧，首先我想说我是一个业余爱好者，我所做的大部分事情都是通过科学的反复试验来完成的，因为对我来说构建并测试它比允许所有可能性和理解更有趣，它在理论上是行不通的。有各种可能的项目和想法，其中有一些非常荒谬的想法（下面将介绍其中一个，仅供娱乐）。我的首要任务是建造符合国内条件的密封外壳，同时将扭矩传递给驱动螺旋桨。通常情况下，一开始的想法并不是最聪明的（而且我不习惯三思而后行），所以我尝试了一个使用磁铁传递扭矩的实验。我选择了最简单的设计，并构建了这样一个“高科技”设备：

两个磁铁拧入齿轮并连接到电动机（考虑到磁铁的极性），齿轮之间有一块板，模仿外壳的壁。如果你看到这篇文章后有种想闭上眼睛的冲动，这是正常的反应，但我一开始就警告过你🙂尽管有些缺陷，但在推出模型后，你肯定会说：“然而它移动”（c）。

传递扭矩，零件旋转，但磁性会增加摩擦。除了许多其他缺点之外，还有一个缺点是，如果您停止一个假想的螺丝，那么由于速度差异，磁铁将失去接触并且不会再粘在一起

即使您使用轴承、齿轮和磁铁组装这样的模型，这也不是最好的主意，因为效率、易于实施和只是常识是该模型的弱点。

最后还是决定不绞尽脑汁，拿无刷电机，必要时用清漆覆盖电机绕组。因此，我们的想法是将电线从外壳中直接放入水中并密封它们。为了使机械和电子部件远离水，这比构建带有油和油封或其他复杂机构的模型要容易得多。

所以让我们继续做更重要的事情。

选择组件

您会在下方找到用于创建设备的不同材料的列表。

主板

在众多控制器中，我选择了 Raspberry Pi 3B。我不会为这个项目推荐类似 Arduino 的板，因为它不会管理如此复杂的任务，因为它需要控制至少 4 个电机、二极管、陀螺仪、从相机发送视频流并同时接收并处理来自控制设备的命令。 Raspberry Pi 3B 内置 Wi-Fi 和以太网用于 RJ-45 连接器，这无疑会帮助您完成所有这些操作。

沟通渠道

嗯，是的，你是对的，双绞线。在水下传输数据总是很困难。水是一个很好的屏蔽，因此，您可以忘记任何无线数据传输（“以及潜艇怎么样”的粉丝 - 请找出实现这种传输的天线尺寸和技术成本，传输通道的复杂性和宽度）。所以没有其他出路。有一个检查表成功通过了：

• 能够在水下传输数据。
• 水下数据传输速度。
• 通用性（它非常适合 Raspberry Pi 3B 和发射器）。

有专门的水线，中性浮和，但是不能单独买100米的，不想花500+买一个卷线器。

基站发射器

NEXX 迷你路由器有 3 个主要的传输选项：

• 尝试将 Wi-Fi 天线从水中连接到陆地（在这种情况下，应使用实心线代替双绞线），但存在很多争议点。
• 在两个 Raspberry Pi 3B 之间创建客户端-服务器桥接连接（这很合适，但更昂贵且更麻烦）。
• 使用双绞线将迷你路由器与 Raspberry 连接。这个选项被作为基础，因为它是最可靠、快速和便宜的。经验证明，这是一个不错的选择。

电动机

N2830/2212 1000KV

在测试了 3 个不同的电机后，我选择了这个模型。你可能会问为什么？嗯，它足够强大，它有第二个轴，因此您可以使用 2 个螺旋桨。一般来说，所有电机在水中正常运行，直到藻类或沙子进入电机内部。如果您选择高速且功率较小的电机，您会发现这些类型的电机并不适合水。更便宜的电机也没有达到预期。嗯，质量符合价格。

控制板（ESC）

这也很简单。它可以被编程为正向/反向切换，30安培的功率对于被测电机来说应该足够了。此外，我不必等一两个月就可以从中国发货（但是，当然，有一个陷阱🙂）。

Afro ESC USB 编程工具

电调编程工具。使用此设备，您可以上传必要的固件。但实际上，这就是问题所在。我不得不等待一个半月。

LED

科锐XHP50

这个模型旨在用它的光烧毁一切。所以，这就是目标。

LED 脉冲驱动器

7-30В 3А 或类似

这非常适合我们的目的——它装有两个上述 LED，它还连接到 Raspberry 并允许您调节 LED 的亮度。

来源：水下无人机：疯狂的故事