Arduino va Raspberry Pi bilan ishlaydigan hayvonlarni kuzatish tizimi: 19 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:24

Yaqinda ta'tilda, biz uy hayvonimiz Beagle bilan aloqasi yo'qligini tushundik. Bir oz tadqiqotdan so'ng, biz uy hayvonini kuzatib borish va u bilan muloqot qilish imkonini beradigan statik kameraga ega mahsulotlarni topdik. Bu tizimlarning ma'lum afzalliklari bor edi, lekin ko'p qirrali emas edi. Masalan, har bir xonada sizning uy hayvoningizni uy bo'ylab kuzatib boradigan birlik bo'lishi kerak edi.

Shunday qilib, biz uy atrofida manevr qila oladigan va uy hayvonlarining narsalarini Internet kuchidan foydalanib kuzatadigan kuchli robot ishlab chiqdik. Smartfon ilovasi uy hayvoningiz bilan jonli video tasmasi orqali muloqot qilish uchun mo'ljallangan. Robotning shassisi raqamli tarzda ishlab chiqarilgan, chunki 3D bosib chiqarish va lazerli kesish yordamida bir nechta qismlar yaratilgan. Nihoyat, biz sizning uy hayvoningizni mukofotlash uchun sovg'alarni tarqatadigan bonus xususiyatini qo'shishga qaror qildik.

O'zingizning chorva mollarini nazorat qilish tizimini yaratish uchun davom eting va ehtimol uni sizning talablaringiz bo'yicha sozlang. Bizning uy hayvonimiz qanday munosabatda bo'lganini va robotni yaxshiroq tushunish uchun yuqorida ko'rsatilgan videoni ko'ring. Agar sizga loyiha yoqsa, "Robototexnika tanlovi" da ovoz berishni qoldiring.

1 -qadam: Dizaynga umumiy nuqtai

Uy hayvonlarini kuzatuvchi robotni kontseptualizatsiya qilish uchun biz uni birinchi navbatda fusion 360 -da ishlab chiqdik. Mana uning ba'zi xususiyatlari:

Robotni internet orqali ilova orqali boshqarish mumkin. Bu foydalanuvchiga robotga istalgan joydan ulanish imkonini beradi

Smartfonga video tasmasini to'g'ridan -to'g'ri uzatadigan bort kamerasi foydalanuvchiga uy atrofida manevr qilish va uy hayvonlari bilan muloqot qilishda yordam beradi

Uy hayvoningizni uzoqdan mukofotlashi mumkin bo'lgan qo'shimcha piyola

Robotni sozlash imkonini beradigan raqamli ishlab chiqarilgan qismlar

Raspberry Pi Internetga ulanish uchun ishlatilgan, chunki u bortda Wi -Fi rejimiga ega

Bosqichli motorlarga buyruq berish uchun CNC qalqoni bilan birga Arduino ishlatilgan

2 -qadam: kerakli materiallar

Bu erda o'zingizning Arduino va Raspberry Pi bilan ishlaydigan uy hayvonlarini kuzatuvchi robotini yaratish uchun zarur bo'lgan barcha komponentlar ro'yxati keltirilgan. Barcha qismlar odatda mavjud bo'lishi va topilishi oson bo'lishi kerak.

ELEKTRONIKA:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (eng yangi raspbiy tilida) x 1
• CNC qalqoni x 1
• A4988 step motorli haydovchi x 2
• Pikamera x 1
• Ultrasonik masofa sensori x 1
• 11.1v Lipo batareyasi x 1
• NEMA 17 qadamli dvigatel x 2
• 5V UBEC x 1

QURILMA:

• G'ildiraklar x 2 (biz ishlatgan g'ildiraklar diametri 7 sm)
• Kastor g'ildiraklari x 2
• M4 va M3 yong'oq va murvat

Arduino va Raspberry Pi -dan tashqari ushbu loyihaning umumiy qiymati 50 dollarni tashkil qiladi.

3 -qadam: Raqamli ishlab chiqarilgan qismlar

Ushbu loyihada biz ishlatgan ba'zi qismlar maxsus tayyorlangan bo'lishi kerak edi. Ular birinchi bo'lib Fusion 360 -da modellashtirilgan, so'ngra 3D -printer va lazerli kesuvchi yordamida yasalgan. 3D bosilgan qismlar ko'p yuklamaydi, shuning uchun 20% to'ldirilgan standart PLA juda yaxshi ishlaydi. Quyida 3D bosilgan va lazer bilan kesilgan barcha qismlar ro'yxati keltirilgan:

3D bosilgan qismlar:

• Qadam ushlagichi x 2
• Ko'rish tizimi tog'i x 1
• Elektronika to'xtashi x 4
• Vertikal oraliq x 4
• Shassi mustahkamlash x 2
• Idish qopqog'ini davolash x 1
• Idishni x 1 bilan davolang
• Orqa qadam tog'i x 1
• Burilish disk x 1

Lasercut qismlari:

• Pastki panel x 1
• Yuqori panel x 1

Barcha STL va lazerli kesish fayllarini o'z ichiga olgan ziplangan papkani quyida topishingiz mumkin.

4 -qadam: Step motorini ulash

Barcha qismlar 3D bosilgandan so'ng, qadam motorini qadam ushlagichiga o'rnatish orqali yig'ishni boshlang. Biz yaratgan qadam dvigatel ushlagichi NEMA 17 modeli uchun mo'ljallangan (agar har xil pog'onadan foydalanilsa, boshqa o'rnatish kerak bo'ladi). Dvigatel milini teshikdan o'tkazing va dvigatelni o'rnatish vintlari bilan mahkamlang. Ish tugagandan so'ng, ikkala dvigatel ham mahkamlagichga mahkam bog'lanishi kerak.

5 -qadam: qadamlarni pastki panelga o'rnatish

Tutqichlarni lazer bilan kesilgan pastki panelga o'rnatish uchun biz M4 murvatlardan foydalanganmiz. Yong'oq bilan mahkamlashdan oldin, 3D bosilgan shassi armatura chiziqlarini qo'shing va keyin nonlarni mahkamlang. Chiziqlar akril panelidagi yukni teng taqsimlash uchun ishlatiladi.

Nihoyat, simlarni panelda joylashgan tegishli uyalar orqali o'tkazing. G'ildiraklarga o'ralib qolmaslik uchun ularni oxirigacha tortib oling.

6 -qadam: g'ildiraklarni o'rnatish

Akril paneli g'ildiraklarga mos keladigan ikkita qismdan iborat. Biz ishlatgan g'ildiraklar diametri 7 sm edi va 5 mm pog'onali millarga mahkamlangan vintlar bilan ta'minlangan. G'ildirakning mahkamlanganligiga va milga sirg'almasligiga ishonch hosil qiling.

7 -qadam: old va orqa g'ildirak g'ildiraklari

Shassisning silliq harakatlanishini ta'minlash uchun biz g'ildiraklarni robotning old va orqa qismlariga joylashtirishga qaror qildik. Bu nafaqat robotning ag'darilishiga to'sqinlik qiladi, balki shassisning istalgan tomonga erkin aylanishiga imkon beradi. G'ildirak g'ildiraklari har xil o'lchamda bo'ladi, xususan bizniki bitta buriluvchi vint bilan, biz uni bazaga o'rnatdik va robotning gorizontal holatda bo'lishini ta'minlash uchun balandlikni sozlash uchun 3d bosilgan bo'shliqlardan foydalanganmiz. Bu bilan shassisning asosi to'liq va yaxshi barqarorlikka ega.

8 -qadam: elektronika

Shassi poydevori to'liq yig'ilgandan so'ng, elektronikani akril panelga o'rnatish vaqti keldi. Biz akril panelda Arduino va Raspberry Pi o'rnatish teshiklari bilan mos keladigan teshiklar qildik. Uch o'lchovli bosish yordamida biz elektronikani akril panellardan biroz yuqoriga ko'tardik, shunda barcha ortiqcha simlar ostiga yaxshilab tortilishi mumkin edi. Arduino va Raspberry Pi ni M3 yong'oq va murvat yordamida mos keladigan joylariga o'rnating. Arduino o'rnatilgandan so'ng, CNC qalqonini Arduino -ga ulang va qadam simlarini quyidagi konfiguratsiyaga ulang.

• Chap qadam CNC qalqoni X o'qi portiga
• CNC qalqoni Y o'qi portiga o'ng qadam

Bosqichli dvigatellar ulangan holda, Arduino -ni Raspberry Pi -ga Arduino -ning USB kabeli yordamida ulang. Oxir -oqibat, Raspberry Pi va Arduino ushbu kabel orqali aloqa o'rnatadilar.

Eslatma: Robotning old qismi - Raspberry Pi bilan yonma -yon

9 -qadam: ko'rish tizimi

Bizning uy hayvonlarini kuzatuvchi robot uchun asosiy muhit - bu ko'rish. Biz Raspberry Pi bilan mos keladigan Picamera -dan foydalanuvchini Internet orqali jonli efirga uzatishga qaror qildik. Robot avtonom ishlayotganda to'siqlarni oldini olish uchun ultratovushli masofa sensori ham ishlatilgan. Ikkala datchik ham vintlar yordamida ushlagichga o'rnatiladi.

Picamera Raspberry Pi -dagi belgilangan portga joylashadi va ultratovush sensorini quyidagicha ulaydi:

• Ultrasonik datchikli VCC, CNC qalqonidagi 5V temir yo'lgacha
• Ultrasonik sensori GND dan GND -ga CNC qalqoni
• Ultrasonik sensori TRIG, CNC qalqonidagi X+ so'nggi to'xtash piniga
• Ultrasonik sensori ECHO - CNC qalqonidagi Y+ oxirigacha to'xtash pimi

10 -qadam: Yuqori panelni yig'ish

Robotning orqa tomonida ishlov beriladigan idish uchun qopqoqni ochish tizimi o'rnatilgan. Mini -qadam motorini orqa ushlagich qismiga ulang va yuqori panelga M3 murvat bilan ko'rish tizimini ham, o'rash tizimini ham o'rnating. Yuqorida aytib o'tilganidek, ko'rish tizimini old tomonga va orqaga o'rash tizimini ikkita teshik bilan o'rnatganingizga ishonch hosil qiling.

11 -qadam: Yuqori panelni yig'ish

Yuqori panelni to'g'ri balandlikda ushlab turish uchun biz 3d bosma vertikal bo'shliqlarni bosdik. "X" hosil qilish uchun to'rtta ajratgichni pastki panelga biriktirishdan boshlang. Keyin yuqori panelni teshiklari bir -biriga mos kelishiga ishonch hosil qilib, idishga joylashtiring va nihoyat, uni ajratgichlarga mahkamlang.

12 -qadam: Qopqoqni ochish mexanizmi

Davolash idishidagi qopqoqni boshqarish uchun biz kichikroq qadamli dvigateldan foydalanib, qopqog'iga bog'langan neylon ipni ochdik. Qopqoqni mahkamlashdan oldin ipni qopqog'idagi 2 mm teshikdan o'tkazing va ichki tomondan tugun yasang. Keyin ipning ikkinchi uchini kesib oling va uni o'rash diskidagi teshiklardan o'tkazing. Diskni qadamga bosing, keyin ipni torting. Ish tugagandan so'ng, ortiqcha qismini kesib oling va tugunni bog'lang. Nihoyat, murvat va yong'oq yordamida idishning qopqog'ini mahkamlang va uning aylanayotganligiga ishonch hosil qiling. Endi qadam aylanayotganda, ip diskka o'ralishi va qopqog'i asta -sekin ochilishi kerak.

13 -qadam: Bulutli ma'lumotlar bazasini o'rnatish

Birinchi qadam, robot bilan dunyoning istalgan nuqtasidan mobil ilovangiz orqali bog'lanish uchun tizim uchun ma'lumotlar bazasini yaratishdir. Quyidagi havolani bosing (Google firebase), bu sizni Firebase veb -saytiga olib boradi (siz Google hisobingiz bilan kirishingiz kerak bo'ladi). "Ishni boshlash" tugmachasini bosing, bu sizni firebase konsoliga olib boradi. Keyin "Loyiha qo'shish" tugmasini bosish orqali yangi loyiha yarating, talablarni to'ldiring (ism, tafsilotlar va hk) va "Loyiha yaratish" tugmasini bosish bilan yakunlang.

Bizga faqat Firebase ma'lumotlar bazasi vositalari kerak bo'ladi, shuning uchun chap tarafdagi menyudan "ma'lumotlar bazasi" ni tanlang. Keyin "Ma'lumotlar bazasini yaratish" tugmasini bosing, "sinov rejimi" ni tanlang. Keyin yuqoridagi ochiladigan menyuni bosish orqali ma'lumotlar bazasini "bulutli yong'in do'koni" o'rniga "real vaqtda ma'lumotlar bazasi" ga o'rnating. "Qoidalar" yorlig'ini tanlang va ikkita "noto'g'ri" ni "rost" ga o'zgartiring, nihoyat "ma'lumotlar" yorlig'ini bosing va ma'lumotlar bazasi URL manzilini nusxa ko'chiring, bu keyinchalik talab qilinadi.

Siz qilishingiz kerak bo'lgan oxirgi narsa - loyihaning umumiy ko'rinishi yonidagi tishli belgini, so'ngra "loyiha sozlamalari" ni, so'ng "xizmat hisoblari" yorlig'ini, so'ng "ma'lumotlar bazasi sirlari" ni bosish va xavfsizlikni qayd etish. ma'lumotlar bazangiz kodi. Ushbu qadam tugallangach, siz bulutli ma'lumotlar bazasini muvaffaqiyatli yaratdingiz, unga smartfondan va Raspberry Pi -dan kirish mumkin. (Agar shubhangiz bo'lsa, yuqoridagi rasmlardan foydalaning yoki sharhlar bo'limiga savol qoldiring)

14 -qadam: Mobil ilovasini yaratish

IoT tizimining keyingi qismi - bu smartfon ilovasi. Biz MIT App Inventor -dan foydalanib, o'z shaxsiy dasturimizni yaratishga qaror qildik. Biz yaratgan ilovadan foydalanish uchun avval quyidagi havolani oching (MIT App Inventor), bu sizni o'z veb -sahifasiga olib boradi. Keyin ekranning yuqori qismidagi "Ilovalar yaratish" ni bosing, keyin Google hisobingizga kiring.

Quyida bog'langan.aia faylini yuklab oling. "Loyihalar" yorlig'ini oching va "Kompyuterimdan loyihani import qilish" ni bosing, keyin yuklab olingan faylni tanlang va "OK" tugmasini bosing. Komponentlar oynasida "FirebaseDB1" ni ko'rmaguningizcha pastga siljiting, ustiga bosing va "FirebaseToken", "FirebaseURL" ni oldingi qadamda qayd qilgan qiymatlarga o'zgartiring. Ushbu qadamlar tugagandan so'ng siz dasturni yuklab olishingiz va o'rnatishingiz mumkin. Siz "Qurish" yorlig'ini bosish va "Ilova (.apk uchun QR kodini ko'rsatish)" tugmachasini bosish, so'ngra smartfoningiz bilan QR kodini skanerlash yoki "Ilovani (.apk faylini kompyuterimga saqlash) bosish orqali ilovani to'g'ridan -to'g'ri telefoningizga yuklab olishingiz mumkin.) "siz apk faylini kompyuteringizga yuklaysiz, keyin uni smartfoningizga o'tkazishingiz mumkin.

15 -qadam: Raspberry Pi dasturlash

Raspberry Pi ikkita asosiy sababga ko'ra ishlatiladi.

1. U robotdan jonli video oqimini veb -serverga uzatadi. Bu oqimni foydalanuvchi mobil ilovasi yordamida ko'rishi mumkin.
2. Firebase ma'lumotlar bazasidagi yangilangan buyruqlarni o'qiydi va Arduino -ga kerakli vazifalarni bajarishni buyuradi.

Raspberry Pi-ni jonli efirga o'rnatish uchun batafsil qo'llanma allaqachon mavjud va uni bu erda topishingiz mumkin. Ko'rsatmalar uchta oddiy buyruqni bajaradi. Raspberry Pi -ni yoqing va terminalni oching va quyidagi buyruqlarni kiriting.

• git klon
• CD RPi_Cam_Web_Interface
• ./install.sh

O'rnatish tugagandan so'ng, Pi -ni qayta ishga tushiring va siz istalgan veb -brauzerda https:// sizning IP -manzilingizni qidirish orqali oqimga kirishingiz kerak.

Jonli efirni sozlash bilan siz bulutli ma'lumotlar bazasidan foydalanish uchun ba'zi kutubxonalarni yuklab olishingiz va o'rnatishingiz kerak bo'ladi. Pi -dagi terminalni oching va quyidagi buyruqlarni kiriting:

• sudo pip o'rnatish so'rovlari == 1.1.0
• sudo pip python-firebase-ni o'rnatadi

Nihoyat, quyida biriktirilgan python faylini yuklab oling va uni Raspberry Pi -da saqlang. Kodning to'rtinchi qatorida COM portini Arduino ulangan portga o'zgartiring. Keyin, 8 -satrda joylashgan URL -ni avval eslatib o'tgan firebase URL -ga o'zgartiring. Nihoyat, terminal orqali dasturni ishga tushiring. Bu dastur bulutli ma'lumotlar bazasidan buyruqlarni oladi va ketma -ket ulanish orqali Arduino -ga uzatadi.

16 -qadam: Arduino dasturlash

Arduino Pi buyruqlarini talqin qilish uchun ishlatiladi va robotdagi aktuatorlarga kerakli vazifalarni bajarishni buyuradi. Quyida biriktirilgan Arduino kodini yuklab oling va uni Arduino -ga yuklang. Arduino dasturlashtirilgandan so'ng, uni ajratilgan USB kabeli yordamida Pi ning USB portlaridan biriga ulang.

17 -qadam: tizimni quvvatlantirish

Robot 3 hujayrali lipo batareyadan quvvatlanadi. Batareya terminallarini ikkiga bo'lish kerak, bu erda dvigatellarni quvvatlantirish uchun to'g'ridan -to'g'ri CNC qalqoniga o'tadi, ikkinchisi 5V UBEC -ga ulanadi, u 5V elektr uzatish liniyasini yaratadi, u Raspberry Pi orqali quvvatlanadi. GPIO pinlari. UBECdan 5v Raspberry Pi ning 5v piniga ulangan va UBEC dan GND Pi ustidagi GND piniga ulangan.

18 -qadam: Ilovadan foydalanish

Ilovaning interfeysi sizga kuzatuvchi robotni boshqarishga, shuningdek bort kamerasidan jonli efirni uzatishga imkon beradi. Robotingizga ulanish uchun sizda barqaror Internet aloqasi borligiga ishonch hosil qiling, so'ng Raspberry Pi -ning IP -manzilini matn maydoniga kiriting va yangilash tugmasini bosing. Tugatgandan so'ng, ekranda jonli kanal paydo bo'ladi va siz robotning turli funktsiyalarini boshqarishingiz kerak.

19 -qadam: Sinovga tayyor

Endi sizning uy hayvoningizni kuzatadigan robot to'liq yig'ilgan bo'lsa, siz kosani itga sovg'alar bilan to'ldirishingiz mumkin. Ilovani oching, kamerani ulang va dam oling! Biz hozirda rover va Beagle bilan o'ynadik va juda quvnoq lahzalarni suratga oldik.

It bu harakatlanuvchi narsadan dastlabki qo'rquvni yengib chiqqach, u uy atrofidagi botni ta'mga ta'qib qilardi. Bortli kamera atrofni yaxshi burchakdan ko'rishni ta'minlaydi, bu esa manevr qilishni osonlashtiradi.

Haqiqiy dunyoda yaxshiroq ishlashini yaxshilash uchun joy bor. Aytgancha, biz mustahkam tizim yaratdik, uni yanada rivojlantirish va kengaytirish mumkin. Agar sizga bu loyiha yoqqan bo'lsa, "Robototexnika tanlovi" da bizga ovoz bering.

Baxtli qilish!

Robototexnika tanlovining ikkinchi sovrini