โครงงานวศวกรรมคอมพวเตอร ภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

เรอง

ระบบเครอขายไรสายโดยใชโดรน Drone Wireless Mesh Network

โดย

นาย ณฐวฒ เออศกดสภา 5410500539

พ.ศ. 2557

ระบบเครอขายไรสายโดยใชโดรน

Drone Wireless Mesh Network

โดย

นายณฐวฒ เออศกดสภา 5410500539

โครงงานวศวกรรมคอมพวเตอร ภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

ตามหลกสตร วศวกรรมศาสตรบณฑต

สาขาวศวกรรมคอมพวเตอร

ไดรบการพจารณาเหนชอบโดย

อาจารยทปรกษา ..........................................วนท.........เดอน .......................... พ.ศ. .......... (รองศาสตราจารย ดร.อนนต ผลเพม)

..........................................วนท.........เดอน .......................... พ.ศ. .......... (ผชวยศาสตราจารย ดร.ชยพร ใจแกว)

..........................................วนท.........เดอน .......................... พ.ศ. .......... (อาจารย ดร.อภรกษ จนทรสราง)

หวหนาภาควชา ..........................................วนท.........เดอน .......................... พ.ศ. .......... (รองศาสตราจารย ดร.อนนต ผลเพม)

i

ณฐวฒ เออศกดสภา ปการศกษา 2557 ระบบเครอขายไรสายโดยใชโดรน ปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต (สาขาวศวกรรมคอมพวเตอร) ภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

บทคดยอ

ในปจจบนมการใชเทคโนโลยการสอสารไรสายเพอสงขอมลกนอยางแพรหลาย ซงการสงขอมลดงกลาวนนจ าเปนทจะตองมการตดตงอปกรณเพอการสงไวลวงหนา หรอถาเกดเหตขดของบางอยางขนกบอปกรณเหลานนจ าเปนทจะตองใชคนในการเขาถงพนทเพอทจะท าใหการเชอมตอนนกลบมาเปนปกตได ซงในบางครงพนทเหลานนยากตอการเขาถง และเนองจากปจจบนมเทคโนโลยการบนไรคนขบขนาดเลกมากมาย ซงหนงในนนคอโดรน โดยมผน าโดรนมาประยกตเขากบงานตางๆมากมายตวอยางเชนการถายภาพทางอากาศ หรอการขนสงสนคา ผพฒนาจงมความคดทจะน าเอาตวโดรนมาประยกตเขากบการสอสารขอมล โดยจะท าการสรางซอฟตแวรทท าหนาทจดการการสงขอมลหรอการสอสารตดตงลงไปในตวโดรน เพอใหโดรนแตละตวนนสามารถสงขอมลระหวางกน และสามารถสรางเปนระบบเครอขายขนาดเลกขนไดไมเวนแมแตในบรเวณทเขาถงไดยาก ผลการทดสอบระบบสามารถสงขอมลจากตนทางไปสปลายทางได และยงสามารถสงค าสงควบคมโดรนใหท างานไดอยางถกตอง

ค าส าคญ : โดรน, โครงสรางเครอขายแบบเมซ

ii

Nuttawut Ueasaksupalick here to enter text. Academic Year 2014 Drone Wireless Mesh Network Bachelor’s Degree in Computer Engineering, Department of Computer Engineering Faculty of Engineering, Kasetsart University Project Advisers: Associate Professor Anan Phonphoem, Ph.D.

Assistant Professor Chaiporn Jaikaeo, Ph.D. Aphirak Jansang, Ph.D.

Abstract

Wireless communication is widely used all over the world. Wireless infrastructures are typically required to be set up in advance. However, sometimes these infrastructures are no longer available due to equipment malfunction or disasters. Nowadays, unmanned aerial vehicle technologies such as drones become more accessible. This article presents a communication system that applies the drone technology with wireless communication to form a small network for connecting hard-to-reach or unreachable areas. This is done by developing and installing software into the drones to manage group communication. Experimental results show that data can be sent from source to destination correctly.

Keywords: Drone, Mesh Network

iii

กตตกรรมประกาศ

การพฒนาโครงงานในครงนผพฒนาตองพบอปสรรคมากมายในการท างานทงในดานของฮารทแวรและซอฟทแวรตางอนเนองมาจากผพฒนาไมมความรและประสบการณทเพยงพอซงผพฒนาจ าเปนตองศกษาและคนหาขอมลตางๆมากมาย ทงนกไดรบความชวยเหลอจากบคคลตางๆมากมาย ขอขอบพระคณ อาจารยอนนต ผลเพม อาจารยชยพร ใจแกว และ อาจารยอภรกษ จนทรสรางเปนอยางยงทชวยใหค าแนะน าตางๆทงในเรองการเลอกใชอปกรณและไลบรารทเกยวของและเหมาะสมกบงานอกทง แนวคดในการท าโครงงาน และ ความรรวมถงวธการท างานตางๆ ขอขอบคณ ภาควชาวศวกรรมการบนและอวกาศ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร ส าหรบอปกรณโดรนทใชในการพฒนาครงน รวมถงความรตางๆทเกยวของกบระบบการบนแบบอตโนมต ขอบขอบคณ พอ แม ครอบครว และ เพอนๆทคอยใหก าลงใจคอยเปนคนพดคยเวลาทอใจและใหการสนบสนนมาโดยตลอด

นายณฐวฒ เออศกดสภา

ผจดท า

สารบญ

บทคดยอ ........................................................................................................................................................... i

Abstract ......................................................................................................................................................... ii

กตตกรรมประกาศ .......................................................................................................................................... iii

1. บทน า ..................................................................................................................................................... 1

1.1. วตถประสงคของโครงงาน .............................................................................................................. 2

1.2. ขอบเขตของโครงงาน ..................................................................................................................... 2

1.3. ประโยชนทไดรบ ............................................................................................................................ 2

1.4. ปญหา/อปสรรค/โอกาส ................................................................................................................. 2

2. ทฤษฎทเกยวของ .................................................................................................................................... 3

2.1. เทคโนโลยแลนไรสาย (Wireless LAN) .......................................................................................... 3

2.2. UAV (Unmanned aerial vehicle).............................................................................................. 4

2.3. ระบบก าหนดต าแหนงบนโลก ......................................................................................................... 4

2.4. โพรโทคอลหาเสนทาง .................................................................................................................... 5

3. เครองมอทใชในการท าโครงงาน .............................................................................................................. 6

3.1. ฮารดแวร ........................................................................................................................................ 6

3.1.1. Android Mini PC MK802 .................................................................................................... 6

3.1.2. Drone ................................................................................................................................... 7

3.2. ซอฟตแวรและไลบราร .................................................................................................................... 7

3.2.1. ภาษา C++, Python ............................................................................................................. 7

3.2.2. ไลบราร OLSR ....................................................................................................................... 7

3.2.3. Mission Planner .................................................................................................................. 7

4. ขนตอนการด าเนนงาน ............................................................................................................................ 8

4.1. ภาพรวมของระบบ ......................................................................................................................... 8

4.2. รายละเอยดของระบบ .................................................................................................................... 9

4.3. โครงสรางซอฟตแวร ..................................................................................................................... 10

5. ผลการด าเนนโครงงานและวจารณ ........................................................................................................ 11

5.1. สภาพแวดลอมและวธในการทดสอบ ............................................................................................ 11

5.2. ผลการทดสอบและวจารณผล ....................................................................................................... 13

6. สรปผลการด าเนนงานและขอเสนอแนะ ................................................................................................ 14

6.1. ปญหาและอปสรรค ...................................................................................................................... 14

6.2. ขอเสนอแนะ................................................................................................................................. 14

7. บรรณานกรม ........................................................................................................................................ 15

8. ภาคผนวก ............................................................................................................................................. 16

8.1. คมอการตดตง .............................................................................................................................. 16

8.1.1. สวนระบบควบคมบนโดรน ................................................................................................... 16

8.1.2. สวนระบบฝงผใช (สถานฐาน) ............................................................................................... 19

8.1.3. การประกอบชดอปกรณ ....................................................................................................... 19

8.2. คมอการใชงาน ............................................................................................................................. 20

สารบญรปภาพ

1.1 เครอขายไรสายแบบใชเสาสญญาณ ........................................................................................................ 1

2.1 โดรนแบบ Quad rotor .......................................................................................................................... 4

2.2 โดรนแบบเครองบนขนาดใหญ ................................................................................................................ 4

2.3 การโคจรรอบโลกของดาวเทยม จพเอส .................................................................................................. 5

3.1 Android Mini PC MK802 .................................................................................................................... 6

3.2 โดรนทใชในโครงงาน .............................................................................................................................. 7

3.3 โปรแกรม Mission Planer ..................................................................................................................... 7

4.1 ภาพรวมของระบบ .................................................................................................................................. 8

4.2 แผนผงโครงสรางของระบบ .................................................................................................................. 10

5.1 ชดอปกรณสงสญญาณและบอรดควบคม .............................................................................................. 11

5.2 การจดสภาพแวดลอมในการทดสอบ .................................................................................................... 12

5.3 กราฟความสมพนธของครงทสงขอมลกบระยะเวลา .............................................................................. 13

5.4 กราฟอตราความส าเรจในการสงขอมลตอระยะทาง .............................................................................. 13

8.1 การเขยน image file ลงไปยง SD card ............................................................................................... 16

8.2 การเชอมตอระหวางอปกรณบนโดรน ................................................................................................... 19

สารบญตาราง

3.1. คณสมบต Android Mini PC MK802 .................................................................................................... 6

1

1. บทน า

ทผานมานนมการใชเทคโนโลยการสอการไรสายเพอสงขอมลกนอยางแพรหลาย ซงการสงขอมลดงกลาวนนจ าเปนทจะตองตดตงอปกรณเพอการสงไวลวงหนา โดยทวไปมกจะเปนในรปแบบของการตดตอระหวางอปกรณหนงทมต าแหนงหรอสถานตายตว ดงแสดงในรปท 1.1 โดยจะสามารถตดตอสอสารกบอกสถานหนงไดโดยการสงผานขอมลจากสถานหนงสอกสถานหนง การสงขอมลในรปแบบทกลาวมานน มขอจ ากดในเรองของเสาสญญาณทอยกบทตลอดเวลา อกทงถาเกดเหตขดของบางอยางขนกบอปกรณเหลานนจ าเปนทจะตองใชคนเขาถงพนทเพอทจะท าใหการเชอมตอกลบมาเปนปกต

รปท 1.1 เครอขายไรสายแบบใชเสาสญญาณ

ภาพจาก http://www.sensorsmag.com/networking-communications/standards-protocols/wireless-mesh-networks-968

แตในบางครงพนทเหลานนยากตอการเขาถง ความคดหนงทวาถาหากเสาสญญาณเหลานนสามารถปรบตวหรอเปลยนต าแหนงไปตามความเหมาะสมของพนทตาง ๆ ได นาจะกอใหเกดความยดหยนทมากขน ในปจจบนเทคโนโลยการบนไรคนขบขนาดเลก (unmanned aerial vehicle) หรอโดรน (drone) มราคาถกลงและเขาถงไดงาย จงมคนน ามาประยกตเขากบงานตาง ๆ มากมาย อาทเชน การน าไปใชส ารวจพฤตกรรมการด าเนนชวตของฝงสตวปา หรอการเฝาระวงการรกล าและการอนรกษสตวปา [1][2][3][4] ผพฒนาจงมความคดทจะน าเอาฝงโดรนมาประยกตเขากบการสอสารขอมล เพอใหโดรนแตละตวนนสามารถสงขอมลระหวางกน และสามารถสรางเปนระบบเครอขายขนาดเลกขนไดไมเวนแมแตในบรเวณท เขาถงไดยาก ผลการทดสอบระบบสามารถสงขอมลจากตนทางไปสปลายทางได และยงสามารถสงค าสงควบคมโดรนใหท างานไดอยางถกตอง

2

1.1. วตถประสงคของโครงงาน

1) เพออ านวยความสะดวกในการจดหาการเชอมตอในบรเวณทเขาถงไดยาก 2) เพอความสะดวกและรวดเรวในการเกบขอมลจากจดสงขอมลในบรเวณทเขาถงไดยาก 3) เพอลดคาใชจายในการจดหาการเชอมตอชวคราว

1.2. ขอบเขตของโครงงาน

1) โปรแกรมสามารถสงการควบคมโดรนใหไปยงต าแหนงทตองการได 2) โปรแกรมสามารถหาเสนทางในการสงผานขอมลไปสจดหมายไดอยางถกตอง

1.3. ประโยชนทไดรบ

1) ท าใหผใชงานสามารถเขาถงหรอตดตอกบเครอขายภายนอกไดในบรเวณทตองการ 2) ท าใหงายตอการเขาไปเกบขอมลในบรเวณทเขาถงไดยาก

1.4. ปญหา/อปสรรค/โอกาส

1) อปกรณบางอยางมราคาคอนขางสง 2) เนองจากอปกรณโดรนเปนอปกรณทตองใชพลงงานขณะบนจงท าใหระยะเวลาทดสอบม

ขอจ ากดอยทระยะเวลาของพลงงาน 3) การแกปญหาเกยวกบอปกรณประเภทฮารตเเวรนนท าไดคอยขางยากเมอเทยบกบการท างานกบ

ซอฟตแวร

3

2. ทฤษฎทเกยวของ

2.1. เทคโนโลยแลนไรสาย (Wireless LAN)

เทคโนโลยแลนไรสาย เปนเทคโนโลยทางระบบเครอขายคอมพวเตอรทท าใหคอมพวเตอรหรออปกรณในระบบเครอขายตงแตสองชนขนไปนนสามารถตดตอสอสาร หรอสงขอมลหากนไดผานการกระจายสญญาณไรสายผานคลนวทย โดยมมาตรฐานกลางคอ IEEE 802.11 [5] ซง เทคโนโลยแลนไรสายหรอ IEEE802.11 นนนไดมการแบงออกเปนมาตรฐานยอยดวยกน ประกอบไปดวย IEEE 802.11 a, b, g, n, ac โดยแตละใชชวงความถแตกตางกนไปแตจะอยในชวง 2.4 GHz ถง 5 GHz โดยรายละเอยดของมาตรฐานแตละตวมดงน

IEEE 802.11a : เปนมาตรฐานทถกเผยแพรออกมาในป ค.ศ. 1999 ใชชองความถท 5 GHz ดวยความถทสงท าใหมคลนรบกวนนอยกวาใชความถท 2.4 GHz และสามารถรองรบการสงขอมลไดสงถง 54Mbps ซงนบวาสงเลยทเดยวในสมยนน และยงสามารถสงขอมลไดไกลสดถงประมาณ 120 เมตร ในทโลง และประมาณ 35 เมตรภายในโครงสรางปดเชนภายในอาคาร

IEEE 802.11b : เปนมาตรฐานทถกเผยแพรออกมาในป ค.ศ. 1999 เชนเดยวกบ IEEE802.11a ใชชองความถ 2.4 GHz เนองจากใชชองความถทต ากวาท าใหสามารถสงขอมลไปไดไกลกวา โดยสามารถสงไดไกลประมาณ 140 เมตรในทโลง และประมาณ 38 เมตรภายในโครงสรางปด ซงสามารถท าความเรวในการสงขอมลในถง 11Mbps

IEEE 802.11g : เปนมาตรฐานทถกเผยแพรออกมาในป ค.ศ. 2003 ซงถกพฒนาตอยอดมาจาก 802.11b โดยใชความถ 2.4 GHz ในการสงขอมล แตสามารถสงขอมลไดดวยความเรวถง 54Mbps ซงจะเหนไดวามากกวามาตรฐาน 802.11b และระยะการสงขอมลจะไดเทากบ IEEE 802.11b

IEEE 802.11n : เปนมาตรฐานทถกเผยแพรออกมาในป ค.ศ. 2009 สามารถท างานไดทงบนชวงความถ 2.4 GHz และ 5 GHz โดยใหความเรวในการสงขอมลสงสดถง 600Mbps และยงสามารถท างานรวมกบมาตรฐานอนๆกอนหนาไดอกดวย ในสวนของระยะการสงขอมลกถกพฒนาขน โดยสามารถสงขอมลไดไกลสงสดถงประมาณ 70 เมตร ในโครงสรางปดและไดไกลถง 250 เมตรในทโลง

IEEE 802.11ac [6] : เปนมาตรฐานใหมทถกพฒนาในชวงป ค.ศ. 2011 ถง 2013 และไดรบการยอมรบเมอป 2014 โดยใชชองความถ 5 GHz เทานน และสามารถใหความเรวในการสงขอมลทสงมากโดยความเรวอยทระดบ 1Gbps เนองจากมการใชหลายเสาสญญาณในการรบสงขอมลจงท าไหไดความเรวทสงขน

4

2.2. UAV (Unmanned aerial vehicle)

UAV หรอทเรยกวา อากาศยานไรคนขบ หรอในอกชอคอ โดรน (Drone) [7] คออากาศยานแบบหนงทไมจ าเปนตองใหมนษยเขาไปด าเนนการขบข โดยการควบคมสามารถท าไดทงจากอปกรณควบคมภายในตวโดยการบนจะเปนแบบอตโนมต หรอ สามารถควบคมไดจากการสงสญญาณไมวาจะเปนจากรโมตคอนโทรลจากศนยบงคบการหรอไมวาจะเปนจากอากาศยานตวอนกเปนไปได ในปจจบนมการน า UAV มาประยกตเขากบงานหลากหลานดานดวยกนไมวาจะเปนการ ทหาร จนไปถงธรกจการขนสงพสด ดวยความสามารถในการบนทสามารถบนไดในสามมต ท าไหมความคลองตวในการเคลอนทสง และดวยโดรนทมหลากหลายขนาดตงแตขนาดเลกมากเชน Multi rotor drone ดงรปท 2.1 ไปจนถงขนาดใหญมาก ดงรปท 2.2 ท าใหสามารถใชประโยชนไดในหลายดาน

รปท 2.1 โดรนแบบ Quad rotor รปท 2.2 โดรนแบบเครองบนขนาดใหญ ภาพจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Unmanned_aerial_vehicle

2.3. ระบบก าหนดต าแหนงบนโลก

ระบบก าหนดต าแหนงบนโลก หรอ จพเอส (GPS : Global Positioning System) [8] คอระบบบอกต าแหนงบนพนผวโลกของทางฝงสหรฐอเมรกา โดยอาศยการค านวณจากสญญาณทสงมาจากดาวเทยมทโคจรอยรอบโลก ท าใหระบบนสามารถบอกต าแหนง ณ จดทสามารถรบสญญาณไดทวโลก โดยดาวเทยมจพเอสน เปนดาวเทยมทมวงโคจรอยในระดบกลางโคจรอยทความสงประมาณ 20,200 กโลเมตร จากพนโลก การทจะท าให จพเอส สามารถระบต าแหนงไดอยางแมนย านนควรใชดาวเทยมอยางนอย 4 ดวงขนไป โดยการโคจรของดาวเทยมนน 1 รอบใชเวลาประมาณ 8 ชวโมงและเราจะแบงการโคจรออกเปน 6 ระนาบดงรปท 2.3 โดยในแตละระนาบใชดาวเทยมถง 4 ดวง ฉะนนจะตองมดาวเทยมอยาง 24 ดวงโคจรอยในระบบ

ไมใชวาระบบจพเอสนนจะสามารถใชไดไมวาเราจะอยทไหน บรเวณไหนกไดบนโลกเสมอไป แนนอนวายอมมปจจยตาง ๆ ทสงผลถงความถกตองของต าแหนงทค านวณได ยกตวอยางเชน

จ านวนดาวเทยม ยงจ านวนดาวเทยมมากเทาไรความแมนย ากจะสงขนตามไปดวย ต าแหนงและการเรยงตวของดาวเทยม

5

จ านวนสญญาณคลนความถ ความถเดยว หรอ ความถค หรอ มากกวา วธการวเคราะหต าแหนง เทคนคการขจดผลกระทบเนองจากชนไอโอโนสเฟยร หรอคอชนอากาศเบาบาง ท

ประกอบดวยแกสทแตกตวเปนประจไฟฟาบวกและลบ เทคนคการประมาณผลกระทบจากชนบรรยากาศทเราอาศยอย คณภาพของขอมลต าแหนงของดาวเทยมวาใชจากแหลงใด ผลกระทบซงเปนผลจาการสะทอนของสญญาณ สญญาณรบกวน ความสามารถในการกรองขอมล

รปท 2.3 การโคจรรอบโลกของดาวเทยม จพเอส

ภาพจาก http://www8.garmin.com/aboutGPS/

2.4. โพรโทคอลหาเสนทาง

ในการสอสารขอมลนนแนนอนวาขอมลไมจ าเปนตองถกสงจากผสงถงผรบปลายทางไดในทนท การสอสารขอมลนนบางทจะตองมตวกลางเพอสงตอขอมลไปใหถงปลายทางได การสงตอขอมลนนบางทจ าเปนตองมการหาเสนทางทใชในการสง และนเปนเหตใหมการคดกระบวนการวธในการหาเสนทางในการสงขอมลขนซงมอยดวยกนมากมายเชน OLSR[9], BMX6, B.A.T.M.A.N. ซงแตละตวมคณสมบตหลกๆ ดงน

รองรบการหาเสนทางแบบหลายฮอพ สามารถหาอนเทอรเนตเกตเวยทใกลทสดไดมการปองกนปญหาการสงขอมลซ า

ไปซ ามา สามารถจ าและสง ตาราง ARP ได รองรบการท างานแบบ Multicast

6

3. เครองมอทใชในการท าโครงงาน

3.1. ฮารดแวร

3.1.1. Android Mini PC MK802

เปนอปกรณคอมพวเตอรขนาดเลกทภายในท างานดวยระบบปฏบตการ แอนดรอยด 4.0 โดยมคณสมบตดงตารางท 3.1 และรปท 3.1 ตารางท 3.1 คณสมบต Android Mini PC MK802

คณสมบต Android Mini PC MK802 CPU Allwinner A10 1.0GHz Cortex-A8 + 500Hz GPU DDR RAM 512MB / 1GB DDR3 Nand Flash 4GB (1GB used by system) Network Wireless 802.11b/g, WAPI (Ralink8188) USB Interface USB 2.0 host x 2, USB storage device Power adapter External adapter 5V/2A output, 110-240V input

รปท 3.1 Android Mini PC MK802

7

3.1.2. Drone ในโครงงานนจะใช โดรนขนาด 4 ใบพด หรอ Quad rotor drone ดงรปท 3.2 ทไดรบการพฒนาโดย ภาควชาวศวกรรมการบนและอวกาศ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

รปท 3.2 โดรนทใชในโครงงาน

3.2. ซอฟตแวรและไลบราร

3.2.1. ภาษา C++, Python ส าหรบใชพฒนาในสวนของเฟรมแวรทใชตดตอกบตว Drone ดวย C++ และการจดการตดตอสอสารดวยภาษา Python

3.2.2. ไลบราร OLSR [9] เปนไลบรารส าหรบโพรโทคอลหาเสนทาง ส าหรบระบบเครอขายไรสายแบบเมชทจะท าใหโดรนแตละตวสามารถหาเสนทางการสงขอมลหากนได

3.2.3. Mission Planner การทโดรนจะบนไดอยางมประสทธภาพนน เราตองท าการปรบแตงคาภายในตาง ๆ เชน ความไวของมอเตอรขณะบน เพอไมใหขณะทโดรนเคลอนทไปขางหนานนเกดการพลกคว า หรอจะเปนการปรบคาเรมตนของเขมทศภายใน ท าใหวดทศทางไดแมนย ายงขน ซงการปรบแตงเหลานนท าไดโดยผานโปรแกรม Mission Planner นอกจากนนยงสามารถก าหมดระยะบน หรอ พกด GPS ตาง ๆ ไดดวย ภายในตวโปรแกรมยงสามารถบอกสถานะตางๆของตวโดรนไดดงรปท 3.3

รปท 3.3 โปรแกรม Mission Planer

8

4. ขนตอนการด าเนนงาน

4.1. ภาพรวมของระบบ

ระบบเครอขายไรสายโดยใชโดรนไดน าเสนอรปแบบระบบการใหบรการเครอขายไรสายชวคราวโดยใชโดรนเปนผใหบรการ โดยมภาพรวมของระบบดงรปท 4.1 ผใชสามารถควบคมโดรนไปยงจดต าแหนงตาง ๆ ไดผานคอมพวเตอรทท าหนาทเปนสถานควบคมจากพนดน โดยค าสงอาจจะถกสงตอผานโดรนตวอนไปจนถงผรบปลายทาง

รปท 4.1 ภาพรวมของระบบ

ภายในระบบประกอบไปดวยองคประกอบหลก 3 สวนดวยกนคอ

1. สวนของการควบคมโดรนจากพนดน (Ground Station) เปนสวนหลกในการใชสงงานโดรนในระบบโดยจะรบค าสง หรอพกดจดตางๆมาจากผใชและท าหนาทแปลงค าสงดงกลาวใหอยในรปแบบอนละสงออกไปตดตอกบโดรน

2. โดรน โดยภายในโดรนนนจะเปนฮารดแวรสวนทท าหนาทเปนตวสงสญญาณ Wifi ส าหรบบรการการเชอมตอและยงใชส าหรบสงค าสงควบคมตวโดรน นอกจากนนสวนนยงเปนสวนทท าหนาทแปลงค าสงทไดรบมาจากสถานควบคม ใหเปนค าสงทโดรนสามารถท างานไดและสงไปสงการโดรนจรงๆ ภายใยยงประกอบไปดวยการหาเสนทางการสงขอมลวาขอมลทไดรบมานนควรจะเกบไวหรอสงตอไหตวไหนตอไป

9

3. โหนดสงขอมลไรสาย (Wireless node) โดยจะท าหนาทเสมอเปนผใชงานเครอขาย ทจะตองการสงขอมลมายง Ground Station โดยขอมลดงกลาวนนจะถกสงตอกนผานโดรนแตละตวจนถงทหมาย

4.2. รายละเอยดของระบบ Input / Output Specification

Input : ระบต าแหนงของโดรนตวทตองการ Output : โดรนสามารถไปยงต าแหนงทระบได

Functional Specification

โดรนแตละตวสามารถสงขอมลหากนได โปรแกรมสามารถค านวณระยะทเหมาะสมในการสงขอมลของโดรนแตละตวได โปรแกรมสามารถหาเสนทางในการสงผานขอมลไปสจดหมายไดอยางถกตอง

โปรแกรมสามารถแสดงต าแหนงปจจบนและควบคมโดรนใหไปยงต าแหนงตางๆได

10

4.3. โครงสรางซอฟตแวร

รปท 4.2 แผนผงโครงสรางของระบบ

ส าหรบสวนควบคมการท างานของโดรน (Controller) นนจะม server (Communication server) รอรบค าสงทมาจากการสงมาของเครองจากพนดน และท าหนาทสงค าสงดงกลาวนนไปใหกบโปรแกรม MAVproxy [10] เพอท างานตามค าสง ซง MAVproxy เปนโปรแกรมทตดตอกบโดรนโดยตรง ส าหรบสวนควบคมบนพนดน (Ground station) นนจะม Client ทคอยสงขอมลหรอค าสงไปยงโดรน ซงค าสงทมาจากผใชนนจะผานเขาโปรแกรมทจะท าหนาทแปลงรปแบบค าสงใหเปนค าสงทตวโดรนเขาใจได จากนนสงออกไป โดยระบบจะมการตดตงโพรโทคอลหาเสนทาง OLSR ในระบบเครอขายแบบเมชเอาไวทงในสวน Controller และสวน Ground station

11

5. ผลการด าเนนโครงงานและวจารณ

การวดประสทธภาพการท างานของระบบผพฒนาไดท าการแบงการทดสอบระบบออกเปน 2 สวน คอการควบคมสภาพแวดลอมในการทดสอบ และ ผลการทดสอบ

5.1. สภาพแวดลอมและวธในการทดสอบ

แบงการทดสอบออกเปนสองประเภทการทดสอบคอ การสงขอมลในสภาพแวดลอมทเตมไปดวยสญญาณรบกวน เทยบกบการสงขอมลในสภาพแวดลอมทปลอดจากสญญาณรบกวน และ ความสามารถในการสงขอมลในระยะการสงแตแตกตางกน โดยการทดสอบสญญาณรบกวนจะทดสอบโดยท าการสมสงขอมลในชวงเวลาทตางกน การทดสอบทงหมดจะใชวธวางอปกรณสงสญญาณตดกบอปกรณควบคมโดรนวางอยกบทดงรปท 5.1 และน าชดอปกรณนนไปวางในระยะทหางกนดงรปท 5.2 เนองจากในการท าการบนตองควบคมความปลอดภยอยางมาก

รปท 5.1 ชดอปกรณสงสญญาณและบอรดควบคม

12

รปท 5.2 การจดสภาพแวดลอมในการทดสอบ

13

5.2. ผลการทดสอบและวจารณผล จากการทดสอบการสงสญญาณในสภาพแวดลอมทมสญญาณรบกวนตางๆกนไดผลการทดลองดงรปท 5.3 จดสเขยวคอสภาพแวดลอมทมสญญาณรบกวนนอย และสามารถสงขอมลไดประสทธภาพดทสด จดสสมและสแดงคอการสงขอมลในสภาพทมสญญาณรบกวนมากขนมาตามล าดบ จะเหนวาสญญาณรบกวนคอนขางมผลกระทบมากตอประสทธภาพในการสงสญญาณอนอาจจะเนองมาจากอปกรณซงมความสามารถในการสงทไมมากนก

รปท 5.3 กราฟความสมพนธของครงทสงขอมลกบระยะเวลา

จากการทดสอบการสงขอมลจากระยะทางทตางกน พบวาอตราการส าเรจในการสงขอมลตอระยะทางเปนไปดงรปท 5.4 โดยระสงเกตวาทระยะไมเกน 15 เมตรนนมอตราความส าเรจมากกวา 90 %

รปท 5.4 กราฟอตราความส าเรจในการสงขอมลตอระยะทาง

Ping sequence number

Round trip time (ms)

14

6. สรปผลการด าเนนงานและขอเสนอแนะ

โครงงานนจดท าขนสรางเครอขายไรสายขนใหครอบคลมในพนทเขาถงไดยากแบบชวคราว และลดความยงยากในการเดนสายสญญาณ นอกจากนยงเปนการชวยลดคาใชจายในการตดตงแบบถาวรในพนททเขาถงไดยากทมความจ าเปนทจะใชงานเครอขาย แตไมบอยครงนก ซงโดรนหรออากาศยานไรคนขบนบวาเปนเทคโนโลยหนง ทสามารถน ามาผสมผสานกบระบบเครอขายไดอยางดเนองจากทมนสามารถบนเขาถงพนทตางๆทยากตอการเขาถงไดเปนอยางด ผพฒนาไดจดท าในสวนของการตดตงและพฒนาซอฟตแวร ทส าหรบใชกบเครองควบคมโดรนจากพนดนและอปกรณทตดลงไปบนตวโดรน ท าใหระบบสามารถท างานไดตามจดประสงคทวางไวโดยผใชงานสามารถเชอมตอและสงขอมลหากนไดภายใตเครอขายทสรางขน และยงสามารถควบคมต าแหนงของ โดรนใหไปต าแหนงตางๆได จากผลการดาเนนงาน พบวาอปกรณสงสญญาณททางผพฒนาไดน ามาใชนนมความสามารถในการสงทคอนขางต าโดยไดระยะการสงทใกล และระยะหางระหวางตวโดรนมผลตอความสามารถในการสงขอมลและค าสง นอกจากนนยงพบวาสญญาณรบกวนมผลกระทบมากในการสงขอมลแตเนองจากระบบมจดประสงคเพอสรางการเชอมตอในบรเวณทยงไมมการเชอมตอเกดขน ทางผพฒนาจงคดวาไมเปนปญหาส าหรบโครงงานน

6.1. ปญหาและอปสรรค

อปกรณบางอยางมราคาคอนขางสง

เนองจากอปกรณโดรนเปนอปกรณทตองใชพลงงานขณะบนจงท าใหระยะเวลาทดสอบมขอจ ากดอยทระยะเวลาของพลงงาน ซงระยะเวลาบนในแตละรอบอยไดประมาน 10 นาท

การแกปญหาเกยวกบอปกรณประเภทฮารตเเวรนนท าไดคอยขางยากเมอเทยบกบการท างานกบซอฟตแวร

ผพฒนาไมมความรและประสบการณเกยวกบโดรนมากอนท าใหในการท างานนนตองใชเวลาศกษาทนานมาก

6.2. ขอเสนอแนะ

ระบบเครอขายไรสายโดยใชโดรนนนยงมขอจ ากดในเรองของการเฝาดคาสถานะของตวโดรนแบบเวลาจรงซงสามารถแกไขไดโดยเปลยนชดควบคมโดรนใหมชองตดตอเพมขนเพอใชส าหรบดคาสถานะได นอกจากนนยงมปญหาในสวนของระยะการสงขอมลทไดสนมากเนองมาจากอปกรณทใชมขนาดเลกและไมมเสาสงภายนอก

15

7. บรรณานกรม

[1] Richard Schiffman. "Drones Flying High as New Tool for Field Biologists." Science 2, Vol. 344 no. 6183 p. 459, May 2014

[2] Dominique Chabot and David M. Bird. "Evaluation of an off-the-shelf Unmanned Aircraft System for Surveying Flocks of Geese." Waterbirds 35.1 (2012): 170-174.

[3] Lian Pin Koh and Serge A. Wich. "Dawn of drone ecology: low-cost autonomous aerial vehicles for conservation." Tropical Conservation Science 5.2 (2012): 121-132.

[4] Margarita Mulero-Pázmány , Roel Stolper, L. D. van Essen, Juan J. Negro, and Tyrell Sassen. "Remotely Piloted Aircraft Systems as a Rhinoceros Anti-Poaching Tool in Africa." PLoS ONE 9(1): e83873.

[5] IEEE802.11 (1 มกราคม 2558) [ออนไลน] เขาถงไดจาก: http://th.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

[6] IEEE802.11ac (1 มกราคม 2558) [ออนไลน] เขาถงไดจาก : http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11ac

[7] UAV (2 มกราคม 2558) [ออนไลน] เขาถงไดจาก : http://en.wikipedia.org/wiki/Unmanned_aerial_vehicle

[8] GPS (2 มกราคม 2558) [ออนไลน] เขาถงไดจาก : http://th.wikipedia.org/wiki/จพเอส

[9] T. Clausen and P. Jacquet. "Optimized Link State Routing Protocol (OLSR)" RFC 3626, October 2003

[10] MAVproxy (5 มกราคม 2558) [ออนไลน] เขาถงไดจาก : http://tridge.github.io/MAVProxy/flightModes.html

16

8. ภาคผนวก

8.1. คมอการตดตง

โครงสรางระบบจะแบงเปนสองสวนคอ สวนผใชทเปนสวนควบคมจากสถานฐาน และสวนระบบทฝงตดอยในตวโดรน

8.1.1. สวนระบบควบคมบนโดรน

การตดตงระบบปฏบตการ lubuntu ส าหรบ Andriod miniPC

1. ดาวนโหลดไฟล disk image lubuntu และท าการแยกไฟล

2. เสยบ SD card เขากบคอมพวเตอร โดยขนาดความจตองมขนาดมากกวา 4GB

3. ดาวนโหลดโปรแกรม Win32 Disk Imager

4. เปดโปรแกรม Win32 Disk Imager

5. เลอก drive ทเปน SD card ในแถบ device จากนนเลอก image file ทท าการโหลดมาตอนแรก ดงรปท 8.1

รปท 8.1 การเขยน image file ลงไปยง SD card

6. คลก Write จากนนน า SD card ไปเสยบกบ Andriod mini PC เมอระบบเปดขนมาจะสามารถใชไดทนท

17

เมอระบบเปดขนมาแลวตองท าการจดเตรยมสภาพแวดลอมในการใชงานและตดตงโปรแกรมดงตอไปน

ตดตง MAVproxy

ตดตง OLSR

ตดตง SSH-Server

ตดตง Command Server

ในสวนนใหท าการคดลอกไฟล CmdGenerator.py , mavproxy.py และ ไดเรกทอร waypoints มาวางไวในทเดยวกน

การจดเตรยมสภาพแวดลอมในการใชงาน

ภายในคอนโทรลเลอรแตละตวจะตองท าการจดเตรยมสภาพแวดลอมส าหรบการใชงานระบบประกอบไปดวย การตงคา IP Address ประจ าตว และ การตงคาโปรแกรมทจะใหเรมท างานในขณะทระบบเปดขนมา

sudo apt-get update

sudo apt-get install screen python-wxgtk2.8 python-matplotlib

python-opencv python- pip python-numpy

sudo pip install mavproxy

sudo apt-get install olsrd

sudo apt-get install openssh-server

18

การตงคา IP Address1 ท าการเขาไปแกไขไฟล /etc/network/interfaces โดยแกไขเปนดงน

หลงจากการตงคาดงกลาวเมอระบบถกเปดขนมาจะมคา IP Address คาทตงไว แตจะท าการเปดใช AD-HOC mode โดยอตโนมต

การสรางตวเรมท างานอตโนมตขณะเปดระบบ1 ท าการเขาไปแกไขไฟล /etc/rc.local โดยเพมขอความลงไปดงน

1

ค าสงบางสวนตองปรบแกไหเหมาะสมกบเครอง เชน MAVPROXY_PATH หมายถงต าแหนงทอยของไฟล mavproxy.py ทไดท าการดดลองมาไว

auto lo 0

iface lo inet loopback

Auto wlan0

iface wlan0 inet static

wireless-mode ad-hoc

wireless-channel 1

wireless-essid ADHOC

address 192.168.1.11

netmask 255.255.255.0

(

date

echo $PATH

PATH=$PATH:/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/

local/bin

export PATH

cd /home/pi

screen -d -m -s /bin/bash

/MAVPROXY_PATH**/mavproxy.py --

baudrate 115200 --aircraft MyCopter

) > /tmp/rc.log 2>&1

olsrd –i wlan0

exit 0

19

8.1.2. สวนระบบฝงผใช (สถานฐาน)

ส าหรบการตดตง Client ทใชตดตอกบโดรนนนสามารถท าไดโดยการคดลอกไฟล droneConnect.py มาตดตงไวในเครองทจะใชเปนฐานควบคม

8.1.3. การประกอบชดอปกรณ

การเชอมตอระหวางคอลโทรลเลอรบนโดรนเปนไปตามรปท 8.2

รปท 8.2 การเชอมตอระหวางอปกรณบนโดรน

20

8.2. คมอการใชงาน

การเรมใชงานระบบนนสามารถท าไดโดยเขาไปทอปกรณ Controller บนโดรน จากนนสงรนไฟล mavproxy.py และ cmdGenerator.py

หลกจากนน ใหเปดโปรแกรม droneConnect.py ขนมา จากเครองทท าหนาทเปน GroundStation และท าการใสคา IP Address ของโดรนตวทตองการจะควบคม

ส าหรบค าสงทใชนนมอย 3 ค าสงหลกดวยกน

ค าสง cmd เปนค าสงทใชส าหรบปรบเขาสโหมดการสงค าสงไปยงโดรนผานโพรโทคอล MAVproxy ค าสงใน MAVproxy

./project_path/mavproxy.py&

./project_path/cmdGenerator.py&

Flight modes control

mode auto

เขาสโหมด auto โดยโดรนจะบนไปยง waypoint แรก

mode loiter

เขาสโหมด loiter โดยโดรนจะรกษา mode rtl

โดนจะกลบไปทต าแหนง home mode manual

เขาสโหมด manual

21

ค าสง goto ไวส าหรบสงโดรนไหไปยงท าไปต าแหนงตางๆ โดยตองท าการตงพกดทเปน HOME กอน

ค าสง home set เปนค าสงทใชส าหรบก าหนดพกด HOME ใหแกโดรน

Arming/Disarming

arm throttle ใชส าหรบเรมตนการอารมโดรน disarm ใชส าหรบยกเลกการอารมโดรน arm check

ใชส าหรบใหโดรนตรวจสอบคาความพรอมตางๆ ทงหมดกอนจะอารม arm check n ใชส าหรบใหโดรนตรวจสอบคาความพรอมตามทระบ กอนจะอารม arm uncheck n ใชส าหรบใหโดรนยกเลกการตรวจสอบคาความพรอมตางๆ

โดยมรปแบบค าสงดงน

goto LATITUDE LONGTITUDE ALTITUDE(m)

example: goto 123.12323 78.32134 30

โดยมรปแบบค าสงดงน

home set

HOME LAT: 132.32133

HOME LON: 43.32142

22

ตวอยางการใชงาน

23

ประวตนสต

ชอ-นามสกล นายณฐวฒ เออศกดสภา เลขประจ าตวนสต 5410500539 ภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร ทอยปจจบน 410/165 คอนโดรชพารค ถนน ประชาราษฎรสาย 2 แขวงบางซอ เขตบางซอ กรงเทพมหานคร 10800 โทรศพทเคลอนท 081-267-7939 E-mail: bossid1999@gmail.com

ระดบการศกษา : คณวฒการศกษา จากโรงเรยน ปการศกษาทจบ มธยมศกษาตอนปลาย โรงเรยนสาธตเกษตร 2553 มธยมศกษาตอนตน โรงเรยนสาธตเกษตร 2550