Comment faire un drone avec un Arduino, étape par étape (2023)

Les drones sont devenus l’un des produits les plus populaires ces dernières années, grâce à leur capacité à capturer des vidéos aériennes uniques et à leur praticité. Si vous avez toujours voulu construire votre propre drone, nous allons vous apprendre comment fabriquer un mini drone DIY à l’aide d’Arduino et de quelques autres composants.

Tout d’abord, vous aurez besoin des composants suivants: 1 carte Arduino, 1 moteur brushless, 2 moteurs électriques, 1 hélice, 1 contrôleur de vol, 1 batterie, 1 émetteur/récepteur radio, des câbles et des connecteurs, un système d’alimentation, et un boîtier pour l’assemblage. Vous pouvez trouver la plupart de ces composants sur Amazon ou dans des magasins de bricolage spécialisés (voir les liens ci-dessous). Une fois que vous avez réuni tous les composants, vous êtes prêt à commencer la construction.

Très rapidement, la première étape est de connecter le moteur brushless à la carte Arduino et de le programmer. Vous devrez ensuite connecter les autres moteurs électriques, l’hélice, et le contrôleur de vol. Une fois ces étapes terminées, vous devrez alors connecter le système d’alimentation et le récepteur radio.

Une fois que tous les composants sont connectés, vous pouvez alors monter le drone dans le boîtier. Vous devrez également configurer le logiciel, ce qui vous permettra de contrôler le drone à distance via votre smartphone ou votre ordinateur. Une fois le tout réglé, votre mini drone DIY sera prêt à décoller!

On regarde ça de suite!

Dans cet article,je vais vous montrer comment construire et programmer votre propredroneavecArduino àpartir de zéro.Nous étudierons en profondeur tous les concepts nécessaires jusqu’à ce que nous soyons capables de construire et de programmer ledrone étape par étape et de savoir ce que nous faisons.

Chaque section présente un composant et explique comment programmer chacune des parties les plus importantes de notre futur drone.

Je vais d’abord aller surquelques concepts debase que nous devons savoir sur ledroneque nous allons construire.

• Pour définir la position de notredronelorsqu’il est en l’air, nous allons utiliser ce que l’on appelle l’angle de navigation, le Pitch , le Roll et le Yaw.En inclinant ledronesur ces trois axes on va le faire bouger dans la direction que l’on veut.La rotation sur l’axe de tangage feraavancer / reculerledrone, le déplacement sur l’axe deroulisferabougerledrone àgauche / à droite, et la rotation sur son axe delacetle fera tourner sur son propre axe vertical.En plus de ces trois mouvements, ledroneVous pourrez également monter ou descendre, gagner ou perdre de la hauteur :

Rappelez-vous simplement les conceptsPitch, Roll et Yaw, car ils apparaîtront continuellement tout au long de ceblog.

• Il existe deux types de configuration que nous pouvons utiliser avec le mêmecadre(structure) dequadricoptère,la configuration «x» et la configuration «+».Les conséquences de l’utilisation ou l’autre configuration sont très importantes ,car elles définissent cette décisionlà l’orientationdu capteurMPU6050dans lecadre,mais rassurez –vous, nous endiscuterons plus loin dans un autreposte.Ledroneque nous allons construire est de type ‘x’.Comme on peut le voir sur l’image suivante, la configuration que nous sélectionnons implique que les moteurs impliqués sont différents pour effectuer le même mouvement.Dans la configuration de type’x’, pour avancer il faut accélérer les deux moteurs arrière et décélérer les deux avant, c’est-à-dire agir sur les quatre moteurs en même temps.De cette façon ledrones’appuie sur son axePitchet on le fait avancer :

Tapez «x»

Pour une configuration de type ‘+’,en revanche, nous n’avons qu’un moteur arrière et un moteur avant, laissant les deux autres sur les côtés.De cette façon,pour avancer, il suffirait d’accélérer l’arrière et de décélérer l’avant, en laissant les deux moteurs latéraux à vitesse constante.Ces moteurs vont alors agir pour se déplacer sur les côtés, c’est-à-dire sur l’axeRoulis:

Tapez ‘+’

Enrevanche, larotation autour de l’axe delacetest indépendante de la configuration.Si nous voulons tourner dans le sens horaire, nous accélérons les moteurs qui tournent dans le sens antihoraire.Plus tard et dans un autrepostnous verrons comment faire tourner les moteurs dans le sens que nous voulons :

Drone Arduino: Matériel nécessaire et assemblage des composants matériels

Matériel nécessaire pour construire undrone

Le matériel minimum dont nous aurons besoin pour construire ledroneest le suivant.Ne vous inquiétez pas si vous ne comprenez pas la fonction de l’un des composants, nous les analyserons en profondeur dans différentes entrées plus tard, une par une. Je vous laisse également les liens d’achat des mêmes produits que j’ai utilisés.

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Liste des composants

• Arduino Nano
• Cadre 450mm
• Moteurs 1000kW
• ESC 20A
• MPU6050
• Contrôle radio
• Batterie
• Batteries chargées
• Tableau de distribution
• LED
• Plaque à souder
• Connecteurs à vis
• Connecteurs à puce
• ACL
• Résistances
• Tinner
• Interrupteur 20A

Matière principale en détail

• 1xArduino Nano.Le cerveau de notredroneet où s’exécutera le logiciel de contrôle de vol.

• 1xFrame450.C’est la structure où nous assemblerons tous les composantsmatérielsdenotredrone.Nous allons utiliser uncadre de450 mm :

• 4xmoteurs 1000kV et 4xESC20Amp.L’un des composants les plus importants de notredrone, les moteurs et les 4ESCchargés de les faire tourner.Nous utiliserons des moteurs 1000kV et desESCd’au moins 20 ampères.Assurez-vous que lepack quevous achetez comprend également les hélices.La taille d’hélice recommandée pour ces moteurs est de 10 × 4,5R:

Celui-ci est parfait: cliquez!

• 1x MPU6050.Le capteur le plus important de notredrone, sans lequel il serait impossible de le faire voler de manière contrôlée.Je recommande d’en acheter plusieurs pour avoir des pièces détachées, c’est très bon marché à acquérir.

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• Plaque de montage(pour les composants à souder).Nous allons l’utiliser pour souder les différents composants dudrone.Cette plaque sera ensuite placée sur le dessus ducadre.

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• 1x télécommandeet récepteur RC.Nous l’utiliserons pour contrôler ledroneet le faire bouger à notre guise.Il existe d’innombrables modèles disponibles, je vous laisse celui que j’utilise, dont les caractéristiques sont suffisantes pour cette application.Assurez-vous que le modèle que vous achetez comprend également le récepteur.

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• 1xbatterie 3S 22000mAh.Source d’énergiedudrone.Nous utiliserons une batterie3S2200mAh.

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• 1xchargeur de batterie 3S.Nous allons l’utiliser pour recharger la batterie.

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• 1xtableau de distribution électrique.Nous utiliserons cette plaque pour souder les quatreESCà la batterie de manière robuste.Cette connexion peut être effectuée simplement à l’aide d’un câble, mais il est plus confortable et plus sûr de le faire à l’aide d’une plaque comme celle-ci.

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• 1×16×2ACL.Nous l’utiliserons pour visualiser certaines variables et alarmes pouvant survenir pendant le vol.Assurez-vous qu’il comprend un adaptateuri2Cpour faciliter la connexion.

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• 1xPackdeLED.Je recommande d’acheter unpackdeLEDde différentes couleurs.Nous les utiliserons pour visualiser les paramètres pendant le vol.J’ai utilisédesLEDbleues, oranges et rouges.

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• Connecteurs bullet(pour moteurs).Il est essentiel de connecter lesESCet les moteurs de manière robuste.Pour cela, nous utiliserons des connecteurs de type bullet.

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• Connecteur à vis à 2 broches(pour les signaux de commande).Pour connecter les sorties de la carteArduinoavec les différents périphériques (MPU6050, ESC, LEDs…) nous utiliserons des connecteurs vissés.

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• Pince à sertir et cosses.Nous les utiliserons pour sécuriser les câbles de signaux et faciliter leur connexion lors de leur insertion dans les bornes à vis :
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• Interrupteur 20 ampères.Nous l’utiliserons pour éteindre et allumer ledrone(connecter / déconnecter la batterie) de manière sûre et contrôlée.

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Kit derésistance.Nous n’en utiliserons pas beaucoup, mais il est toujours bon d’avoir unkitde ce type, car ils sont très bon marché.

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Autres composants

• Bricoler(et étain).Indispensable pour souder les différents composants de manière robuste.Ils sont très bon marché à acquérir.

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• Polymètre.Je recommande d’avoir un multimètre de base à la maison pour la moyenne tension et les impédances.Assurez-vous qu’il intègre un ampèremètre et un impédancemètre.

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• Support anti-vibration (en option).Enmontantle capteurMPU6050sur un support anti-vibration, onempêcherales vibrations produites par les moteurs de passer à la commande, déstabilisant ledrone.Son utilisation est facultative, je ne l’ai pas utilisé depuis que j’ai calibré les moteurs avec précision.
• 

• Oscilloscope(seulement si vous en avez un, ils sont très chers).Il existe une variante moins chère deHantek, qui est celle que j’utilise.Il est très utile pour la résolution de problèmes.
• Câble, attaches, ruban isolant…

Comme vous pouvez le voir, j’ai ajouté 4LEDset un petitLCD16×2 pour afficher certains paramètres lors de l’initialisation dudrone, mais ces composants sont optionnels.En plus de cela, on peut toujours compléter le montage avec de nouveaux capteurs tels que baromètre/altimètre pour contrôler précisément l’altitude de vol, module GPS pour connaître la position exacte dudrone…

L’assemblage dudroneest quelque chose d’ouvert à l’imagination de chacun, il n’y a pas qu’une seule façon de le faire, bien qu’il y ait un certain nombre d’aspects à prendre en compte.Le schéma électrique qui doit être monté est le suivant :

Je vous laisse une série de conseils et de directives générales de montage pour vous faciliter la tâche.Si vous avez des questions, n’hésitez pas à me les poser dans les commentaires, j’essaierai de résoudre vos doutes au plus vite :

• Essayez de garder le poids équilibré et aussi centré que possible, placez la batterie aussi bas et centrée que possible.Saisissez-le bien à l’aide d’une attache zippée.Je l’ai placé dans la partie inférieure ducadre.J’ai utilisé un «tableau de distribution d’alimentation» pour connecter les quatreESCà la tension de la batterie:

• Montez les composants électroniques(MPU6050, LED,connecteurs…) sur une plaque où vous pourrez souder facilement et solidement les composants.Vissezfermementla plaque aucadre.Une fois les composants placés, vous pouvez découper la plaque à votre guise et lui donner la forme qui vous plaît le plus.Si vous regardez les photos que je vous ai laissées plus tard, vous verrez que j’ai découpé la plaque pour donner à l’ensemble dudroneune forme plus ‘agressive’:

• Le capteur doit toujours être orienté avec l’un des axes de mouvement.Il suffira d’orienter la ‘date Y’ du capteur avec ce que l’on considère comme ‘l’avant’ de notredrone, de cette façon, nous alignerons cet axe avec notre axePitch.Maintenant, lorsque nous déplaçons lestick de l’axePitchvers le haut, ledronese déplacera «en avant», c’est-à-dire dans la direction indiquée par la «flèche Y».Plus d’informations dans larubrique dédiée au capteurMPU6050:

N’oubliez pas que nous allons construire undrone detype ‘x‘, nous n’aurons donc pas à orienter le capteur avec l’un des bras duchâssis:

• Il est pratique de monter la puceMPU6050dans le support anti-vibration que j’ai indiqué dans la liste (bien que je ne l’ai pas fait).
• Il est important de numéroter les moteurs comme suit.Le moteur avant droit sera notre moteur numéro 1 (vous pouvez mettre une petite étiquette sur chaque moteur) :

• Fixez solidement les quatreESCaux pieds ducadre, par exemple à l’aide de ruban isolant.
• Utilisez des connecteurs appropriés pour établir la connexion entre l’ESCet les moteurs, ne le faites en aucun cas.Une mauvaise connexion entre ces deux composants peut détruire les composants et les rendre inutilisables (j’ai cassé plusieursESCet moteurs à cause de mauvaises connexions).Utilisez des «connecteurs à puce».Vous avez plus d’informations dans larubrique dédiée auxESCet moteurs.

• J’utilise deux connecteurs à vis de labroche pour transmettre les signaux PWM de commande de l’ArduinoborddesCES.Vous avez plus d’informations dans larubrique dédiée aux ESC et moteurs.

• Pour câbler correctement le récepteur de la télécommande RC, vous devez savoir quel levier de commande agit sur chaque canal.Vous avez plus d’informations dans l’entrée dédiée à la commande et au récepteur RC.
• Au moins un interrupteur principal doit être utilisé pourpouvoir couper facilement l’alimentation de la batterie.Utilisez un connecteur pouvant supporter au moins 20 ampères.
• L’interrupteur secondaire est optionnel, il sert à alimenter indépendamment la partie puissance de la partie commande.
• Il est pratique d’installer plusieurs LED (et si possible unLCD, bien que ce soit en option) pour pouvoir afficher n’importe quelle alarme ou variable de manière simple et visuelle.
• Soyez prudent lorsque vous montez le diviseur résistif et effectuez les connexions avec la batterie.Vous devez vous assurer que les pôles positif et négatif de la batterie ne se toucheront jamais.Vous avez plus d’informations dans l’entrée dédiée à la batterie.
• Utilisez un système d’amortissement lorsque ledroneatterrit à peu près, j’ai déjà utilisé des bouchons de bouteille placés sur chacune des 4 pattes.
• Pour le moment, nous n’allons pas installer les hélices, nous le ferons plus tard lorsque nous aurons démarré le logiciel et que nous serons en mesure de contrôler les moteurs en toute sécurité.

Je vous laisse quelques images de mondronepour vous inspirer.Comme vous pouvez le voir, j’ai utilisé une configuration à plusieurs niveaux en utilisant une plaque perforée où j’ai placé les différents composants.

Maintenant que vous savez comment fabriquer un drone, vous pouvez partager votre expérience sur les réseaux sociaux. N’oubliez pas d’utiliser le hashtag #DIYDrone, et n’hésitez pas à inviter vos amis à essayer de construire leur propre drone. Vous pourriez même lancer un concours de conception de mini drone sur Facebook! Quoi qu’il en soit, construire un drone est une expérience amusante et gratifiante, alors n’hésitez pas à le faire!

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