Arduino жана Raspberry Pi Powered Pet көзөмөлдөө системасы: 19 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Жакында каникулда, биз үй жаныбарыбыз Бигл менен байланышы жок экенин түшүндүк. Бир нече изилдөөлөрдөн кийин, биз үй жаныбарын көзөмөлдөөгө жана байланышууга мүмкүндүк берген статикалык камерасы бар продуктуларды таптык. Бул системалардын белгилүү артыкчылыктары болгон, бирок универсалдуулугу жок болчу. Мисалы, ар бир бөлмө сиздин үй жаныбарыңызды көзөмөлдөө үчүн бирдикти талап кылган.

Ошондуктан биз үйдүн айланасында маневр жасай турган жана интернеттин күчүн колдонуп, үй жаныбарын көзөмөлдөп турган күчтүү роботту иштеп чыктык. Смартфондун тиркемеси үй жаныбары менен түз видео канал аркылуу баарлашуу үчүн иштелип чыккан. Роботтун шасси санариптик түрдө даярдалган, анткени бир нече бөлүктөр 3D басып чыгаруу жана лазердик кесүү аркылуу түзүлгөн. Акыр -аягы, биз сиздин үй жаныбарыңызды сыйлоо үчүн сый тартуулаган бонустук өзгөчөлүктү кошууну чечтик.

Өзүңүздүн үй жаныбарларыңызды көзөмөлдөө тутумун түзүүнү улантыңыз жана аны сиздин талаптарыңызга ылайыкташтырыңыз. Биздин үй жаныбарыбыздын реакциясын билүү жана роботту жакшыраак түшүнүү үчүн жогорудагы шилтемеленген видеону карап көрүңүз. Эгер сизге долбоор жакса, "Робототехника сынагына" добуш бербей коюңуз.

1 -кадам: Дизайнды карап чыгуу

Үй жаныбарларын көзөмөлдөөчү роботту концептуалдаштыруу үчүн, биз аны биринчи жолу 360 Fusion менен иштеп чыктык. Бул жерде анын айрым өзгөчөлүктөрү келтирилген:

Роботту интернет аркылуу тиркеме аркылуу башкарса болот. Бул колдонуучуга роботко каалаган жерден туташууга мүмкүнчүлүк берет

Смартфонго видео түрмөгүн түз алып жүргөн камера колдонуучуга үйдүн айланасында маневр жасоого жана үй жаныбары менен баарлашууга жардам берет

Үй жаныбарыңызды алыстан сыйлай турган кошумча табак

Роботту ыңгайлаштырууга мүмкүндүк берүүчү санариптик бөлүктөр

Raspberry Pi интернетке туташуу үчүн колдонулган, анткени анын ичинде wifi режими бар

Ардуино CNC калканы менен бирге тепкич моторлоруна буйрук берүү үчүн колдонулган

2 -кадам: Керектүү материалдар

Бул жерде өзүңүздүн жеке Arduino жана Raspberry Pi менен иштөөчү роботту жасоо үчүн керектүү бардык компоненттердин тизмеси. Бардык бөлүктөр жалпыга жеткиликтүү жана оңой табылышы керек.

ЭЛЕКТРОНИКА:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (акыркы raspbian менен жаркыраган) x 1
• CNC Shield x 1
• A4988 Stepper Motor Driver x 2
• Picamera x 1
• УЗИ аралык сенсор x 1
• 11.1v липо батарея x 1
• NEMA 17 Step Motor x 2
• 5v UBEC x 1

ЖАБДУУ:

• Wheels x 2 (биз колдонгон дөңгөлөктөрдүн диаметри 7см болгон)
• Castor Wheels x 2
• М4 жана М3 гайкалар жана болттор

Arduino жана Raspberry Pi кошпогондо бул долбоордун жалпы баасы 50 доллардын тегерегинде.

3 -кадам: Санариптик фабрикалар

Биз бул долбоордо колдонгон кээ бир тетиктер заказ боюнча жасалышы керек болчу. Булар алгач Fusion 360 моделинде жасалып, андан кийин 3D принтер жана лазер кескичтин жардамы менен жасалган. 3D басылган бөлүктөр көп жүктү көтөрбөйт, андыктан 20% толтуруу менен стандарттык PLA сонун иштейт. Төмөндө 3D басылган жана лазер менен кесилген бөлүктөрдүн тизмеси келтирилген:

3D басылган бөлүктөрү:

• Кадам кармагыч x 2
• Көрүү системасы тоосуна x 1
• Electronics Standoff x 4
• Vertical Spacer x 4
• Шасси Арматура x 2
• Табактын капкагын дарылоо x 1
• Bowl x 1ге мамиле кылыңыз
• Арткы тепкич х 1
• Оор диск x 1

Lasercut бөлүктөрү:

• Төмөнкү панель x 1
• Top Panel x 1

Бардык STLлерди жана лазердик кесүүчү файлдарды камтыган кысылган папканы төмөндө табууга болот.

4 -кадам: Stepper моторун тиркөө

Бардык бөлүктөр 3D басып чыгарылгандан кийин, степпердин моторун кадам кармагычка орнотуу менен баштаңыз. Биз ойлоп тапкан мотор кармагыч NEMA 17 моделине арналган (эгерде башка степперди колдонсо, анда башка орнотууну талап кылат). Мотордун валын тешиктен өткөрүңүз жана моторду орнотуучу бурамалар менен бекемдеңиз. Бүткөндөн кийин эки мотор тең ээлерине бекем кармалышы керек.

5 -кадам: Степперлерди төмөнкү панелге орнотуу

Лазердик кесилген астынкы панелге кармагычтарды орнотуу үчүн биз M4 болтторун колдондук. Аларды гайкалар менен бекитүүдөн мурун, 3D басып чыгарылган шасси арматуралык тилкелерди кошуп, анан жаңгактарды бекиңиз. Тасмалар акрил панелине жүктү бирдей бөлүштүрүү үчүн колдонулат.

Акыр -аягы, зымдарды панелде каралган тиешелүү уячалар аркылуу өткөрүңүз. Дөңгөлөктөргө илинип калбашы үчүн, аларды аягына чейин тарткыла.

6 -кадам: Дөңгөлөктөрдү орнотуу

Акрил панелинде дөңгөлөктөргө ылайыкталган эки бөлүм бар. Биз колдонгон дөңгөлөктөрдүн диаметри 7см болгон жана 5мм тепкичтүү валдарга бекитилген бурамалар менен келген. Дөңгөлөктүн туура бекитилгенин жана валга тайып кетпешин текшериңиз.

7 -кадам: Алдыңкы жана арткы дөңгөлөктөр

Шасси тегиз кыймылдашы үчүн роботтун алдыңкы жана арткы бөлүгүнө дөңгөлөктөрдү коюуну чечтик. Бул роботтун оодарылып кетишине тоскоолдук кылбастан, шассинин каалаган багытта ээн -эркин айланышына шарт түзөт. Дөңгөлөктүү дөңгөлөктөр ар кандай өлчөмдө болот, биздикилер, айрыкча, биз бирдиктүү бурама менен келгенбиз, аны биз базага орнотуп, бийиктигин тууралоо үчүн 3d басылган аралыкты колдонуп, робот эң сонун горизонталдуу болгон. Муну менен шассинин негизи толук жана жакшы стабилдүүлүккө ээ.

8 -кадам: Электроника

Шассинин негизи толугу менен чогултулгандан кийин, электрониканы акрил панелине орнотууга убакыт келди. Биз акрил панелинде Arduino жана Raspberry Pi орнотуу тешиктерине дал келген тешиктерди жасадык. 3D басылган тирешүүлөрдү колдонуп, электрониканы акрил панелдерден бир аз өйдө көтөрдүк, андыктан бардык ашыкча зымдар астына тыкан тыгылып алынат. Arduino менен Raspberry Pi'ди M3 гайкалары менен болтторун колдонуп, тиешелүү орнотуу жерлерине орнотуңуз. Arduino оңдолгондон кийин CNC калканчын Arduino -га тиркеп, кийинки конфигурацияда степпер зымдарын туташтырыңыз.

• Сол кадам CNC калкан X огу портуна
• Оң баскыч CNC калкан Y огу портуна

Степпер моторлору тиркелип, Arduino USB кабелин колдонуп Arduino -ны Raspberry Pi менен туташтырыңыз. Акыры Raspberry Pi жана Arduino бул кабель аркылуу байланышмакчы.

Эскертүү: Роботтун алдыңкы бөлүгү Raspberry Pi менен каптал

9 -кадам: Көрүү системасы

Биздин үй жаныбарларына мониторинг жүргүзүүчү роботтун негизги чөйрөсү - бул көрүнүш. Биз Raspberry Pi менен шайкеш келген пикамераны колдонуучуга интернет аркылуу түз агылтуу үчүн колдонууну чечтик. Биз робот автономдуу иштеп жатканда тоскоолдуктарды болтурбоо үчүн УЗИ аралык сенсорун колдондук. Эки сенсор тең бурамалардын жардамы менен кармагычка бекитилет.

Picamera Raspberry Piдеги атайын портуна кирип, УЗИ сенсорун төмөнкүдөй туташтырат:

• УЗИ сенсор VCC CNC калкан 5v темир жолго
• Ultrasonic Sensor GND CNC калкандагы GND темир жолуна
• Ultrasonic Sensor TRIG X+ CNC калканындагы токтотуучу пинге чейин
• Ultrasonic Sensor ECHO CNC калканындагы Y+ аяктоочу пинге чейин

10 -кадам: Top Panel Ассамблеясы

Роботтун арткы жагында сыйкырдуу табактын капкагын ачуучу система орнотулган. Кичи тепкич моторун арткы кармагычтын компонентине тиркеп, көрүү тутумун жана ором тутумун M3 болттору менен жогорку панельге орнотуңуз. Жогоруда айтылгандай, көрүү системасын алдына жана оролуу системасын эки тешик менен артка орнотуп алыңыз.

11 -кадам: Top Panel Ассамблеясы

Биз жогорку панелди туура бийиктикте колдоо үчүн вертикалдык аралыкты 3d басып чыгардык. "X" түзүү үчүн төмөнкү панелге төрт аралыкты тиркөө менен баштаңыз. Андан кийин үстүнкү панелди тешиктери тегизделип, акыры аны аралыкка бекиткендей кылып, идишке салыңыз.

12 -кадам: Капкактын ачылуу механизми

Табактын капкагын көзөмөлдөө үчүн, биз кичинекей тепкич моторун колдонуп, капкакка бекитилген капрон жипти ачып, ачып койдук. Капкакты жабуудан мурун жипти капкактын 2 мм тешигинен өткөрүп, ички жагында түйүн жасаңыз. Андан кийин жиптин экинчи учун кесип, оролуучу дисктеги тешиктерден өткөрүңүз. Дискти тепкичке түртүп, жипти тартылганча тартыңыз. Бүткөндөн кийин ашыкчасын кесип, түйүн байлаңыз. Акырында болт менен гайканы колдонуп, идишке капкакты бекитип, анын бурулуп турганын текшериңиз. Эми тепкич айланганда жип дискте желип, капкагы акырындык менен ачылышы керек.

13 -кадам: Булут маалымат базасын орнотуу

Биринчи кадам - бул дүйнөнүн каалаган жеринен мобилдик колдонмоңуздан робот менен байланышуу үчүн системанын маалымат базасын түзүү. Төмөнкү шилтемени чыкылдатыңыз (Google firebase), бул сизди Firebase вебсайтына алып барат (сиз Google каттоо эсебиңиз менен киришиңиз керек). "Баштоо" баскычын чыкылдатыңыз, ал сизди firebase консолуна алып барат. Андан кийин "Проект кошуу" баскычын чыкылдатуу менен жаңы долбоор түзүңүз, талаптарды толтуруңуз (аты -жөнү, деталдары, ж.б.) жана "Долбоор түзүү" баскычын чыкылдатып бүтүрүңүз.

Бизге Firebase маалымат базасынын куралдары гана керек, андыктан сол жактагы менюдан "маалымат базасын" тандаңыз. Кийинки "Маалыматтар базасын түзүү" баскычын чыкылдатыңыз, "сыноо режими" опциясын тандаңыз. Андан кийин, жогорудагы ачылуучу менюну чыкылдатуу менен, "булуттагы очоктун" ордуна "реалдуу убакыт маалымат базасына" коюңуз. "Эрежелер" өтмөгүн тандап, эки "жалганды" "чыныгы" кылып өзгөртүңүз, акыры "маалыматтар" өтмөгүн чыкылдатыңыз жана маалымат базасынын URL дарегин көчүрүңүз, бул кийинчерээк талап кылынат.

Сиз жасай турган акыркы нерсе - долбоордун серепинин жанындагы тиштүү сөлөкөттү, андан кийин "долбоордун жөндөөлөрүн" чыкылдатып, андан кийин "кызмат эсептери" өтмөгүн тандап, акыры "Маалыматтар базасынын сырларын" чыкылдатып, коопсуздукту белгилеңиз. маалымат базаңыздын коду. Бул кадам аяктагандан кийин, сиз смартфонуңуздан жана Raspberry Piден кире турган булут маалымат базаңызды ийгиликтүү түздүңүз. (Кандайдыр бир шектенүү пайда болсо, жогоруда тиркелген сүрөттөрдү колдонуңуз же жөн эле комментарий бөлүмүнө суроо калтырыңыз)

14 -кадам: Мобилдик тиркемени түзүү

IoT системасынын кийинки бөлүгү - смартфондун тиркемеси. Биз өзүбүзгө ылайыкташтырылган колдонмо жасоо үчүн MIT App Inventor колдонууну чечтик. Биз түзгөн колдонмону колдонуу үчүн, адегенде төмөнкү шилтемени ачыңыз (MIT App Inventor), бул сизди алардын веб -баракчасына алып барат. Андан кийин экрандын жогору жагындагы "колдонмолорду түзүү" баскычын чыкылдатып, Google каттоо эсебиңиз менен кириңиз.

Төмөндө шилтеме кылынган.aia файлын жүктөп алыңыз. "Долбоорлор" өтмөгүн ачыңыз жана "Менин компьютеримден долбоорду импорттоону" чыкылдатыңыз, андан кийин жаңы эле жүктөлүп алынган файлды тандап, "макул" баскычын чыкылдатыңыз. Компоненттер терезесинде, "FirebaseDB1" көрүнмөйүнчө, ылдый жылдырып, аны чыкылдатыңыз жана "FirebaseToken", "FirebaseURL" мурунку кадамда жазып койгон баалуулуктарга өзгөртүңүз. Бул кадамдар аяктагандан кийин, сиз колдонмону жүктөп алууга жана орнотууга даярсыз. Колдонмону түздөн -түз телефонуңузга "Build" өтмөгүн басып, "App (.apk үчүн QR коду менен камсыз кылуу)" басуу менен жүктөп алсаңыз болот, андан кийин смартфонуңуз менен QR кодун сканерлеп же "App (.apkти менин компьютериме сактоо)) "Сиз apk файлын компьютериңизге жүктөп аласыз, андан кийин смартфонуңузга которула аласыз.

15 -кадам: Raspberry Pi программасын түзүү

Raspberry Pi эки негизги себептен колдонулат.

1. Ал роботтон жандуу видео агымын веб -серверге өткөрүп берет. Бул агымды колдонуучу мобилдик тиркеме аркылуу көрө алат.
2. Ал Firebase маалымат базасындагы жаңыртылган буйруктарды окуйт жана Arduinoго керектүү тапшырмаларды аткарууну көрсөтөт.

Raspberry Pi түз эфирине орнотуу үчүн, деталдуу окуу куралы мурунтан эле бар жана бул жерден тапса болот. Нускамалар үч жөнөкөй буйрукка чейин кайнайт. Raspberry Pi'ни күйгүзүңүз жана терминалды ачыңыз жана төмөнкү буйруктарды киргизиңиз.

• git клону
• cd RPi_Cam_Web_Interface
• ./install.sh

Орнотуу аяктагандан кийин, Pi'ни өчүрүп күйгүзүңүз жана каалаган веб -браузерде https:// сиздин ПИнин IP дарегин издеп агымга кире алышыңыз керек.

Түз агым орнотулганда, булут базасын колдонуу үчүн айрым китепканаларды жүктөп алып, орнотушуңуз керек болот. Пиңиздеги терминалды ачыңыз жана төмөнкү буйруктарды киргизиңиз:

• sudo pip орнотуу сурамдары == 1.1.0
• sudo pip python-firebase орнотуу

Акырында, төмөндө тиркелген питон файлын жүктөп алып, аны Raspberry Piге сактаңыз. Коддун төртүнчү сабында COM портун Arduino туташкан портко өзгөртүңүз. Андан кийин, 8 -саптагы URL'ди мурунку эскертүүңүздөгү firebase URL дарегине өзгөртүңүз. Акырында, программаны терминал аркылуу иштетиңиз. Бул программа булуттагы маалымат базасынан буйруктарды алып, аны сериялык байланыш аркылуу Arduinoго өткөрүп берет.

16 -кадам: Arduino программалоо

Arduino Piден келген буйруктарды чечмелөө үчүн колдонулат жана роботтун аткаруучуларына керектүү тапшырмаларды аткарууну көрсөтөт. Төмөндө тиркелген Arduino кодун жүктөп алып, Arduinoго жүктөңүз. Arduino программалангандан кийин, аны арналган USB кабелин колдонуп, Pi'дин USB портторунун бирине туташтырыңыз.

17 -кадам: системаны иштетүү

Робот 3 клеткалуу липо батареясынан ажыратылат. Батарея терминалдарын экиге бөлүү керек, мында моторлорду иштетүү үчүн CNC калканына түз барат, экинчиси 5v UBECке туташат, ал туруктуу 5v электр линиясын түзүп, Raspberry Pi аркылуу GPIO казыктары. UBECтен келген 5v Raspberry Pi 5v пинине жана UBECтен GND Piдеги GND пинине туташкан.

18 -кадам: Колдонмону колдонуу

Колдонмонун интерфейси байкоочу роботту башкарууга, ошондой эле борттогу камерадан түз обону агылтууга мүмкүндүк берет. Роботуңузга туташуу үчүн, сизде туруктуу интернет байланышы бар экенине ишениңиз, анан Raspberry Piнин IP дарегин берилген текст кутусуна териңиз жана жаңыртуу баскычын басыңыз. Бүткөндөн кийин, экранда жандуу түрмөк пайда болот жана сиз роботтун ар кандай функцияларын башкара билишиңиз керек.

19 -кадам: Сыноого даяр

Эми сиздин үй жаныбарларыңызды көзөмөлдөгөн робот толугу менен чогултулганда, идишке иттердин тамагы менен толтурса болот. Колдонмону ачып, камераны туташтырып, көңүл ачыңыз! Биз учурда ровер жана Beagle менен ойноп, абдан күлкүлүү учурларды тартып алдык.

Ит бул кыймылдуу нерсенин алгачкы коркуусун жеңип чыккандан кийин, ал ботту тамактар үчүн кууп жүргөн. Борттогу камера айлана -чөйрөнүн жакшы кең бурчтуу көрүнүшүн камсыз кылат, бул маневр жасоону кыйла жеңилдетет.

Бул реалдуу дүйнөдө жакшыраак иштеши үчүн жакшыртууга мүмкүнчүлүк бар. Айтор, биз күчтүү системаны түздүк, аны андан ары курууга жана кеңейтүүгө болот. Эгер сизге бул долбоор жакса, "Робототехника сынагына" бизге добуш бериңиз.

Бактылуу кылуу!

Робототехника сынагынын экинчи сыйлыгы