DIY_Drone() - 자율 비행하는 드론 만들기

지규선 지음

지샘즈북 2022년 06월 20일 출간

작품소개

책소개

요즘 상업용 드론들은 10만원대임에도 불구하고 고해상도 카메라에 RTH 기능까지 갖춰 출시됩니다. 직접 자작하면 맞출 수 없는 금액이지요.

“그러니까, 돈 주고 사고 말지, 뭐 하러 고생하며 만들어?”

맞는 말입니다. 그런데 문제는, 그 가성비 좋은 제품들이 모두 중국산이라는 거죠. 드론을 소비하기만 하는 국가가 될 수는 없는 노릇입니다. 이 책을 쓰는 첫 번째 동기일 수 있습니다.
최근 상업용 FC(Flight Controller) 보드들은 stm32F4, stm32F7, stm32H7 시리즈를 사용하는 추세입니다. 그런데 인터넷에 떠도는 드론 관련 코드들은 주로 아두이노용이고, stm32용으로 공유되는 코드들도 주로 자세 제어용 파편들 뿐입니다. 고도 제어와 위치 제어, 자율 비행과 관련된 고급 정보는 MultiWii와 그로부터 파생된 오픈 펌웨어 안에 꼭꼭 숨겨져 있어요. 드론 초급 메이커들이 엄두를 못 내는 이유죠.
자세 제어는 물론 고도 홀딩, 위치 홀딩, 자율비행과 같은 고급 코딩 정보를 가능하면 알기 쉽게 전달하고 싶습니다. 이 책을 쓰는 두 번째 동기예요.

이 책은 크게 두 부분으로 구성됩니다.
1부는 주로 FC보드와 기체를 만들어 자세제어를 테스트하는 데 초점을 맞추었고, 제 2부는 주로 자동제어 쪽을 다룹니다.
모든 과정을 소화하면 아마도, 상업용에 버금가는 드론을 처음부터 끝까지 자작했다는 자긍심이 생기지 않을까 싶습니다.

마지막으로 각 장 별 소스 코드는 각 장의 [목차] 옆에 링크해 놓았는데요,
다운로드한 압축 파일 그대로 (stm32CubeIDE로 불러 들여) 사용하면 됩니다

목차

DIY1. FC 주기
1. 시스템 클럭 설정
2. FC 주기
3. 1KHz 타이머 설정
4. FC 주기 1ms 구현
5. 검증
6. 한걸음 더
DIY2. 디버깅
1. USART 프로토콜
2. USART2 설정
3. USART2 구현
4. 검증
DIY3. 기울기센서
1. SPI1 설정
2. 회로구성
3. icm20602 초기화
4. 원시자료 추출
5. 0점 조정
6. 자이로센서의 각속도
7. 자이로와 가속도센서의 회전각
7-1. 자이로센서의 회전각
7-2. 가속도센서의 회전각
8. 자이로 요 & 드리프트 보정
8-1. 자이로 요보정
8-2. 자이로 드리프트 보정
9. 한걸음 더
DIY4. FSI6 송수신기
1. iBus 프로토콜
2. USART6 설정
3. 송수신기 바인딩 & 회로구성
4. USART6 구현
5. 한걸음 더
DIY5. PID제어기
1. PID 제어 알고리즘
2. 이중(Double) PID제어기
2-1. 현재값과 목표값 정하기
2-2. RC 스틱값으로만 제어하기
2-3. 회전각으로 한 번 더 보완하기
2-4. 최종 오차 공식1309700.0
2-5. (최종) 이중 PID 제어기
3. 논리적 검증
DIY6. ESC 출력(oneShot125)
1. ESC 프로토콜
2. 2KHz 주파수 만들기
3. oneShot125 구현
4. 한걸음 더
DIY7. 안전장치1515
1. ARMING & DISARMING
2. 저전압알람
3. Fail Safe
4. 헤딩락
5. GPS WatchDog
6. 작은 한걸음 더
DIY8. GCS(지상관제시스템)
1. GCS 구성
2. FC(GCS 클라이언트)
3. ESP32(GCS 서버)
4. 안드로이드 앱(GCS 클라이언트)
5. 검증
DIY9. 이득계수(양필드론)
9-1. 양팔드론 만들기
1. 설계 및 조립
2. 회로 구성
3. 필수 작업(3종)
4. 동작확인
5. 한걸음 더(자동비행)
9-2. 최적의 이득계수
1. 이득계수 바꾸는 법
2. 이득계수 변화에 따른 양팔드론의 반응
3. 최적의 이득계수
DIY10.기체 조립(Quad)
1. 몸체 설계 및 조립
2. 회로 구성
3. 필수 작업(3종)
4. 동작확인
5. 한걸음 더(자동비행)
DIY11. 자세제어(4축 시뮬레이터)
1. 설계 조립 설치
2. 3축 자세제어 테스트
3. 미루었던 검증들(4종)
DIY12. 자동고도제어
1. SPI2 설정
2. 회로구성
3. 원시값으로부터 실제 기압 산출
4. (고도제어용) PID 제어기
5. 자동고도제어
DIY13-1. 절대요각(HMC5983)
1. I2C1 설정
2. 회로구성
3. HMC5983 초기화
4. 원시자료 추출
5. 절대요각 산출
DIY13-2. 자동위치제어(GPS)
1. USART3 설정
2. 회로 구성
3. GPS 설정코드 얻기
4. 설정코드 전송 to GPS
5. 원시 자료 수신 from GPS
6. GPS 주파수 업그레이드 to 200Hz
7. (GPS) PID 제어
8. GPS 홀딩 테스트
DIY14. 자율비행
1. RTH(Return To Home)
2. Follow Me
3. 원비행
4. 다중목적지비행

작가정보

저자(글) 지규선

저자는 30년을 초등교사로 지내다가 60 즈음에 명퇴했습니다. 코로나19로 제 2의 직업 찾기가 쉽지 않을 때, 평소 지녔던 드론에 대한 관심을 아예 전문적 영역으로 확장시키면 어떨까?
낱낱의 부품을 모아 FC 보드를 만들고 펌웨어를 코딩하여 검증하는데 꼬박 1년이 걸렸습니다. 드론과 관련한 특별한 이력은 없습니다. 경인교대를 졸업하고, 교원대학교 대학원 컴퓨터교육과를 수료한 것, 재직 중 아이들에게 가끔 C언어를 가르친 게 다예요. 어릴 적 '연'에 대한 환상이 좀 남달랐다는 점이 잠재적 동력일지도 모르겠습니다.