Arduino és Raspberry Pi Powered Pet Monitoring System: 19 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Nemrég nyaralás közben rájöttünk, hogy nincs kapcsolatunk kedvencünk, Beagle között. Némi kutatás után olyan termékeket találtunk, amelyek statikus kamerát tartalmaztak, amely lehetővé tette az állat megfigyelését és a vele való kommunikációt. Ezeknek a rendszereknek bizonyos előnyei voltak, de sokoldalúságuk hiányzott. Például minden szobában szükség volt egy egységre, amely nyomon követheti kedvencét a házban.

Ezért kifejlesztettünk egy robusztus robotot, amely képes manőverezni a ház körül, és figyelemmel kíséri kedvencét a dolgok internetének erejével. Egy okostelefonos alkalmazást úgy terveztek, hogy élő videócsatornán keresztül kölcsönhatásba lépjen kedvencével. A robot alvázát digitálisan gyártják, mivel több alkatrészt 3D nyomtatással és lézervágással hoztak létre. Végül úgy döntöttünk, hogy hozzáadunk egy bónusz funkciót, amely finomságokat ad ki kedvence jutalmazásához.

Folytassa a saját háziállat -megfigyelő rendszer létrehozását, és talán testre is szabhatja azt az Ön igényei szerint. Nézze meg a fent linkelt videót, hogy megtudja, hogyan reagált kedvencünk, és jobban megértse a robotot. Ha tetszett a projekt, szavazzon a „Robotika Versenyen”.

1. lépés: A tervezés áttekintése

A kisállatfigyelő robot koncepciója érdekében először a fusion 360 -ra terveztük. Íme néhány jellemzője:

A robot az interneten keresztül egy alkalmazáson keresztül vezérelhető. Ez lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy bárhonnan csatlakozzon a robothoz

A fedélzeti kamera, amely élőben közvetíti a videofolyamot az okostelefonra, segíthet a felhasználónak a ház körüli manőverezésben és a háziállattal való interakcióban

Kiegészítő élvezeti tál, amely távolról is jutalmazhatja kedvencét

Digitálisan gyártott alkatrészek, amelyek lehetővé teszik a robot személyre szabását

Egy Raspberry Pi -t használtak az internethez való csatlakozáshoz, mivel beépített wifi móddal rendelkezik

Egy Arduino -t használtak CNC pajzzsal együtt, hogy parancsokat adjanak a léptetőmotoroknak

2. lépés: Szükséges anyagok

Itt található az összes olyan összetevő listája, amelyek szükségesek a saját Arduino és Raspberry Pi hajtású háziállat-megfigyelő robot elkészítéséhez. Minden alkatrésznek könnyen elérhetőnek és könnyen elérhetőnek kell lennie.

ELEKTRONIKA:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (a legújabb raspbiannal villogva) x 1
• CNC pajzs x 1
• A4988 léptetőmotor meghajtó x 2
• Picamera x 1
• Ultrahangos távolságérzékelő x 1
• 11.1v Lipo akkumulátor x 1
• NEMA 17 léptetőmotor x 2
• 5V UBEC x 1

HARDVER:

• Kerekek x 2 (a használt kerekek átmérője 7 cm)
• Görgőkorongok x 2
• M4 és M3 anyák és csavarok

A projekt teljes költsége az Arduino és a Raspberry Pi kivételével körülbelül 50 dollár.

3. lépés: Digitálisan gyártott alkatrészek

A projektben használt alkatrészek egy részét egyedileg kellett elkészíteni. Ezeket először a Fusion 360 -ban modellezték, majd 3D nyomtatóval és lézervágóval készítették. A 3D nyomtatott alkatrészek nem terhelnek sokat, így a szabványos PLA 20% -os kitöltéssel kiválóan működik. Az alábbiakban felsoroljuk az összes 3D nyomtatott és lézervágott részt:

3D nyomtatott alkatrészek:

• Lépcsőtartó x 2
• Vision System tartó x 1
• Elektronikai leállás x 4
• Függőleges távtartó x 4
• Alváz megerősítés x 2
• Kezelje a tál fedelét x 1
• Kezelje a tálat x 1
• Hátsó lépcső tartó x 1
• Tekercselő tárcsa x 1

Lasercut alkatrészek:

• Alsó panel x 1
• Felső panel x 1

Az összes STL -t és lézervágó fájlt tartalmazó zipelt mappa alább található.

4. lépés: A léptetőmotor felszerelése

Miután az összes alkatrészt 3D -ben kinyomtatta, kezdje el az összeszerelést a léptetőmotor rögzítésével a léptetőtartóba. Az általunk tervezett léptetőmotor -tartó a NEMA 17 modellhez készült (ha valaki különböző léptetőket használ, akkor más rögzítést igényel). Vezesse át a motor tengelyét a lyukon, és rögzítse a motort a rögzítőcsavarokkal. Ha elkészült, mindkét motort biztonságosan rögzíteni kell a tartókhoz.

5. lépés: A lépcsők felszerelése az alsó panelre

A tartók lézerrel vágott alsó panelre történő rögzítéséhez M4 csavarokat használtunk. Mielőtt az anyákkal rögzítené őket, tegye hozzá a 3D nyomtatott alváz megerősítő csíkokat, majd rögzítse az anyákat. A csíkokat a terhelés egyenletes elosztására használják az akrilpanelen.

Végül vezesse át a vezetékeket a panelen található réseken. Ügyeljen arra, hogy teljesen húzza őket, nehogy beleakadjanak a kerekekbe.

6. lépés: A kerekek felszerelése

Az akrilpanel két részből áll, amelyek a kerekekhez illeszkednek. Az általunk használt kerekek átmérője 7 cm volt, és rögzítőcsavarokkal érkeztek, amelyek az 5 mm -es léptetőtengelyre rögzültek. Győződjön meg arról, hogy a kerék megfelelően rögzítve van, és nem csúszik a tengelyen.

7. lépés: Első és hátsó görgők

Annak érdekében, hogy a futómű zökkenőmentesen mozoghasson, úgy döntöttünk, hogy görgőket helyezünk a robot elejére és hátuljára. Ez nemcsak megakadályozza, hogy a robot felboruljon, hanem lehetővé teszi az alváz tetszőleges irányú elforgatását. A görgős kerekek minden méretben kaphatók, különösen a miénk egyetlen elforgatható csavarral érkezett, amelyet az alapra szereltünk, és 3D nyomtatott távtartókkal állítottuk be a magasságot úgy, hogy a robot tökéletesen vízszintes legyen. Ezzel az alváz teljes és jó stabilitással rendelkezik.

8. lépés: Elektronika

Ha az alváz alapja teljesen összeszerelt, ideje felszerelni az elektronikát az akrilpanelre. Az akrilpanelen lyukakat készítettünk, amelyek illeszkednek az Arduino és a Raspberry Pi rögzítőfurataihoz. A 3D nyomtatott leállások segítségével kissé az akrilpanelek fölé emeltük az elektronikát, hogy az összes felesleges huzalozás szépen elrejthető legyen alatta. Szerelje fel az Arduino -t és a Raspberry Pi -t a megfelelő szerelési helyükre M3 anyák és csavarok segítségével. Ha az Arduino rögzítve van, csatlakoztassa a CNC pajzsot az Arduino -hoz, és csatlakoztassa a léptető huzalokat a következő konfigurációban.

• Bal léptető a CNC pajzs X tengelyes portjához
• Jobb léptető a CNC pajzs Y tengelyes portjához

Csatlakoztatott léptetőmotorokkal csatlakoztassa az Arduino -t a Raspberry Pi -hez az Arduino USB -kábelével. Végül a Raspberry Pi és az Arduino ezen a kábelen fog kommunikálni.

Megjegyzés: A robot eleje a Raspberry Pi oldalán található

9. lépés: Vision System

Kisállatfigyelő robotunk elsődleges környezeti bemenete a látás. Úgy döntöttünk, hogy a Raspberry Pi -vel kompatibilis Picamera segítségével élő közvetítést közvetítünk a felhasználónak az interneten keresztül. Ultrahangos távolságérzékelőt is használtunk, hogy elkerüljük az akadályokat, amikor a robot autonóm módon működik. Mindkét érzékelő csavarok segítségével rögzíthető a tartóhoz.

A Picamera a Raspberry Pi kijelölt portjába illeszkedik, és az alábbi módon csatlakoztatja az ultrahangos érzékelőt:

• Ultrahangos érzékelő VCC - 5V sín CNC pajzson
• Ultrahangos GND - GND sín CNC pajzson
• TRIG ultrahangos érzékelő X+ végütközőhöz CNC pajzson
• Ultrahangos ECHO érzékelő Y+ végütközőhöz CNC pajzson

10. lépés: A felső panel összeszerelése

A robot hátsó részén fel van szerelve a csemege tál fedelnyitó rendszere. Csatlakoztassa a mini léptetőmotort a hátsó tartóelemhez, és szerelje fel a látórendszert és a tekercselőrendszert M3 csavarokkal a felső panelre. Mint már említettük, feltétlenül szerelje fel a látórendszert elöl és a tekercselő rendszert hátul, a mellékelt két lyukkal.

11. lépés: A felső panel összeszerelése

3D nyomtatott függőleges távtartókat támogatunk a felső panel megfelelő magasságában. Kezdje úgy, hogy a négy távtartót az alsó panelhez rögzíti, hogy "X" -et kapjon. Ezután helyezze a felső panelt a kezelendő tálba, ügyelve arra, hogy lyukaik illeszkedjenek, és végül rögzítse azt is a távtartókhoz.

12. lépés: Fedélnyitási mechanizmus

A kezelt tál fedelének vezérléséhez egy kisebb léptetőmotort használtunk, hogy feltekerjük a fedélre erősített nylon zsinórt, és felhúzzuk. A fedél felhelyezése előtt vezesse át a húrt a fedél 2 mm -es lyukán, és csomót készítsen a belső oldalon. Ezután vágja el a zsinór másik végét, és csúsztassa át a tekercselő tárcsán lévő lyukakon. Nyomja a lemezt a léptetőre, majd húzza a húrt, amíg meg nem feszül. Ha kész, vágja le a felesleget, és kössön csomót. Végül csavarral és anyával rögzítse a fedelet a tálhoz, és győződjön meg arról, hogy elfordul. Most, ahogy a lépegető forog, a zsinórnak fel kell tekernie a lemezen, és a fedélnek fokozatosan ki kell nyílnia.

13. lépés: A felhőadatbázis beállítása

Az első lépés egy adatbázis létrehozása a rendszer számára, hogy a világ bármely pontjáról kommunikálhasson a robottal mobilalkalmazásából. Kattintson a következő linkre (Google firebase), amely a Firebase webhelyére vezet (be kell jelentkeznie Google -fiókjával). Kattintson az „Első lépések” gombra, amely a Firebase konzolra irányít. Ezután hozzon létre egy új projektet a "Projekt hozzáadása" gombra kattintva, töltse ki a követelményeket (név, adatok stb.), Majd fejezze be a "Projekt létrehozása" gombra kattintva.

Csak a Firebase adatbázis-eszközeire van szükségünk, ezért válassza ki az "adatbázis" lehetőséget a bal oldali menüből. Ezután kattintson az "Adatbázis létrehozása" gombra, és válassza a "tesztmód" lehetőséget. Ezután állítsa az adatbázist "valós idejű adatbázisra" a "felhőtűzhely" helyett, kattintson a tetején található legördülő menüre. Válassza ki a "szabályok" fület, és módosítsa a két "hamis" értéket "igaz" értékre, végül kattintson az "adatok" fülre, és másolja le az adatbázis URL -jét, erre a későbbiekben szükség lesz.

Az utolsó dolog, amit meg kell tennie, kattintson a fogaskerék ikonra a projekt áttekintése mellett, majd a "projektbeállítások" elemre, majd válassza ki a "szolgáltatási fiókok" fület, végül kattintson az "Adatbázis titkai" elemre, és jegyezze fel a biztonságot az adatbázis kódját. Ezzel a lépéssel sikeresen létrehozta a felhőalapú adatbázisát, amely okostelefonjáról és a Raspberry Pi -ről érhető el. (Kétségek esetén használja a fenti mellékelt képeket, vagy csak tegyen fel egy kérdést a megjegyzés rovatba)

14. lépés: A mobilalkalmazás létrehozása

Az IoT rendszer következő része az okostelefonos alkalmazás. Úgy döntöttünk, hogy az MIT App Inventort használjuk saját, személyre szabott alkalmazásunk elkészítéséhez. Az általunk létrehozott alkalmazás használatához nyissa meg az alábbi linket (MIT App Inventor), amely a weboldalukra vezet. Ezután kattintson a képernyő tetején található "Alkalmazások létrehozása" elemre, majd jelentkezzen be Google -fiókjával.

Töltse le az alább linkelt.aia fájlt. Nyissa meg a "projektek" fület, és kattintson a "Projekt importálása (.aia) a számítógépről" lehetőségre, majd válassza ki a letöltött fájlt, majd kattintson az "OK" gombra. Az összetevők ablakban görgessen lefelé, amíg meg nem jelenik a "FirebaseDB1", kattintson rá, és módosítsa a "FirebaseToken", "FirebaseURL" értékeket azokra az értékekre, amelyeket az előző lépésben megjegyzett. Miután ezeket a lépéseket elvégezte, készen áll az alkalmazás letöltésére és telepítésére. Az alkalmazást közvetlenül a telefonjára töltheti le, ha rákattint a "Build" fülre, majd az "App (QR -kód megadása.apk -ra)" lehetőségre, majd beolvassa a QR -kódot okostelefonjával, vagy kattintson az "App (save.apk to my computer) gombra.) "letölti az apk fájlt a számítógépére, amelyet azután áthelyezhet okostelefonjára.

15. lépés: A Raspberry Pi programozása

A Raspberry Pi -t két fő okból használják.

1. Élő videofolyamot továbbít a robotról a webszerverre. Ezt az adatfolyamot a felhasználó megtekintheti a mobilalkalmazás használatával.
2. Olvassa el a firebase adatbázis frissített parancsait, és utasítja az Arduino -t a szükséges feladatok elvégzésére.

A Raspberry Pi élő közvetítés beállításához már létezik egy részletes oktatóanyag, amely itt található. Az utasítások három egyszerű parancsra oszlanak. Kapcsolja be a Raspberry Pi -t, nyissa meg a terminált, és írja be a következő parancsokat.

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

Miután a telepítés befejeződött, indítsa újra a Pi -t, és hozzáférhet a streamhez a https:// a Pi IP -címének keresésével bármely webböngészőben.

Az élő közvetítés beállításával le kell töltenie és telepítenie kell bizonyos könyvtárakat a felhőalapú adatbázis használatához. Nyisson meg egy terminált a Pi -n, és írja be a következő parancsokat:

• sudo pip telepítési kérések == 1.1.0
• sudo pip install python-firebase

Végül töltse le az alább csatolt python fájlt, és mentse el a Raspberry Pi -re. A kód negyedik sorában módosítsa a COM portot arra a portra, amelyhez az Arduino csatlakozik. Ezután módosítsa a 8. sor URL -jét arra a Firebase URL -re, amelyet korábban megjegyzett. Végül futtassa a programot a terminálon keresztül. Ez a program lekéri a parancsokat a felhő adatbázisból, és a soros kapcsolaton keresztül továbbítja az Arduino -nak.

16. lépés: Az Arduino programozása

Az Arduino a Pi parancsai értelmezésére szolgál, és utasítja a robot működtetőit a szükséges feladatok elvégzésére. Töltse le az alább csatolt Arduino kódot, és töltse fel az Arduino -ra. Miután az Arduino programozott, csatlakoztassa a Pi egyik USB -portjához a dedikált USB -kábellel.

17. lépés: A rendszer áramellátása

A robot egy 3 cellás lipo akkumulátorról kap áramot. Az akkumulátor kivezetéseit két részre kell osztani, ahol az egyik közvetlenül a CNC pajzshoz kerül a motorok táplálásához, míg a másik csatlakozik az 5 voltos UBEC -hez, amely egy állandó 5 voltos tápvezetéket hozott létre, amelyet a Raspberry Pi áramellátására használnak a GPIO csapok. Az UBEC -ből származó 5 V a Raspberry Pi 5 V -os csatlakozójához, az UBEC -ből származó GND pedig a Pi GND -csatlakozójához van csatlakoztatva.

18. lépés: Az alkalmazás használata

Az alkalmazás kezelőfelülete lehetővé teszi a megfigyelő robot vezérlését, valamint élő közvetítés közvetítését a fedélzeti kameráról. A robothoz való csatlakozáshoz győződjön meg arról, hogy stabil internetkapcsolata van, majd egyszerűen írja be a Raspberry Pi IP -címét a mellékelt szövegmezőbe, majd kattintson a frissítés gombra. Ha elkészült, az élő hírfolyam megjelenik a képernyőn, és képesnek kell lennie a robot különböző funkcióinak vezérlésére.

19. lépés: Készen áll a tesztelésre

Most, hogy kedvence megfigyelő robotja teljesen összeszerelt, megtöltheti a tálat néhány kutya finomsággal. Nyissa meg az alkalmazást, csatlakoztassa a kamerát és érezze jól magát! Jelenleg a roverrel és a Beagle -nal játszottunk, és nagyon vidám pillanatokat örökítettünk meg.

Miután a kutya legyőzte a mozgó tárgy kezdeti félelmét, a botot üldözte a ház körül, hogy élvezeteket kapjon. A fedélzeti kamera jó nagylátószögű képet nyújt a környezetről, ami megkönnyíti a manőverezést.

Van még hova fejlődni, hogy jobban működjön a valós világban. Ennek ellenére egy robusztus rendszert hoztunk létre, amelyre tovább lehet építeni és továbbfejleszteni. Ha tetszett ez a projekt, dobj ránk szavazatot a "Robotika Versenyen"

Boldog készítést!

Második díj a robotika versenyen