Málna PI Vision processzor (SpartaCam): 8 lépés (képekkel)

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

Málna PI látásfeldolgozó rendszer az FIRST Robotics Competition robothoz

A FIRST -ről

A Wikipédiából az ingyenes enciklopédia

Az ELSŐ Robotika Verseny (FRC) egy nemzetközi középiskolai robotikai verseny. Minden évben középiskolás diákokból, edzőkből és mentorokból álló csapatok dolgoznak egy hathetes időszakon keresztül, hogy akár 120 kg (54 kg) súlyú játéktechnikai robotokat építsenek. A robotok olyan feladatokat végeznek, mint a labdák gólszerzése, a korongok gólokba való repítése, a belső csövek az állványokra, a rácsokra akasztás és a robotok kiegyensúlyozása a mérleggerendákon. A játék a szükséges feladatokkal együtt évente változik. Míg a csapatok szabványos alkatrészeket kapnak, költségvetést is kapnak, és arra ösztönzik őket, hogy speciális alkatrészeket vásároljanak vagy készítsenek.

Az idei játék (2020) INFINITE RECHARGE. Az Infinite Recharge játékban két, három csapatból álló szövetség vesz részt, mindegyik csapat egy robotot irányít, és bizonyos feladatokat hajt végre a pályán, hogy pontokat szerezzen. A játék középpontjában egy futurisztikus várostéma áll, amely két szövetséget foglal magában, három csapatból, amelyek mindegyike versenyez különböző feladatok elvégzéséért, beleértve a Power Cells néven ismert habgolyók lövését magas és alacsony célokba a pajzsgenerátor aktiválásához, a vezérlőpult manipulálását a pajzs aktiválásához, és visszatérve a pajzsgenerátorhoz parkolni vagy mászni a mérkőzés végén. A cél az, hogy energiát adjon és aktiválja a pajzsot, mielőtt a mérkőzés véget ér, és az aszteroidák lecsapnak a FIRST City -re, a Star Wars mintájára futurisztikus városra.

Mire jó a Raspberry PI látásprocesszoros rendszer?

A kamera képes lesz szkennelni a játékteret és azokat a célhelyeket, ahol a játékdarabokat szállítják, vagy el kell helyezni a pontozáshoz. A szerelvény 2 csatlakozással rendelkezik, tápellátás és Ethernet.

A játéktér látási céljai fényvisszaverő szalaggal vannak körvonalazva, és a fény visszaverődik a kamera lencséjére. A Pi futó nyílt forráskódú Chameleon Vision (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…) feldolgozza a nézetet, kiemeli, képfedvényeket és kimeneti hangmagasságot, elfordulást, kontúrt és pozíciót ad hozzá tömbértékek x és y sorrendben méterben és szög fokokban, egyéb adatokkal együtt egy hálózati táblán keresztül. Ezeket az információkat használják fel a szoftverekben robotunk önálló üzemmódban történő vezérlésére, valamint tornyos lövöldözőnk célzására és kilövésére. Más szoftverplatformok is futtathatók a Pi -n. Az FRC vision telepíthető, ha a csapat már fektette a szoftveres időt ebbe a platformba.

A költségvetésünk idén szűk volt, és a Limelight 399,00 USD (https://www.wcproducts.com/wcp-015) fényképezőgép megvásárlása nem szerepelt a kártyákon. Az összes kellék beszerzése az Amazon -tól és a Team 3512 Spartatroniks 3D nyomtató segítségével képes voltam egy egyéni látórendszert csomagolni 150 dollárért. Egyes elemek ömlesztve kerültek forgalomba, a második társprocesszor létrehozásához csak egy másik Raspberry Pi, PI kamera és ventilátor szükséges. A mentorok egyik csapatának CAD segítségével (köszönöm Matt) a PI házat a Fusion 360 segítségével hozták létre.

Miért nem használ egy pi -t olcsó burkolattal, csatlakoztat egy USB -kamerát, hozzáad egy gyűrűs lámpát, telepíti a Chameleon vision -t, és kész? Nos, több energiát és kevesebb kábelt akartam, valamint egy egyedi rendszer hűvösségi tényezőjét.

A Pi 4 3 amper áramot használ, ha teljes furatban fut, ez az, ha a legtöbb portját használja, és wifit és kijelzőt használ. Ezt nem a robotjainknál tesszük, de a roboRIO https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht… USB-portjai 900 ma-ra vannak méretezve, a moduláris feszültségszabályozó (VRM) Az 5 voltos feszültség legfeljebb 2 amper, 1,5 amper, de megosztott csatlakozó, így ha egy másik eszköz van az 5 voltos buszon, lehetőség van a lemerülésre. A VRM tápfeszültséget is biztosít 12 volton 2 amper mellett, de mindkét csatlakozást használjuk rádiónk táplálásához POE -kábellel és hordócsatlakozással a redundancia érdekében. Néhány FRC -ellenőr nem engedélyezi a VRM -en nyomtatottakon kívül semmi más csatlakoztatását. Tehát a 12 voltos feszültség a PDP -ből egy 5 amperes megszakítón a Pi tápellátása.

A 12 voltos feszültséget az áramellátó panelen (PDP) található 5 amperes megszakítón keresztül táplálják, és LM2596 DC -DC Buck Converter segítségével 5,15 V -ra alakítják át. A Buck átalakító 5 V feszültséget szolgáltat 3 amper mellett, és a szabályozás 6,5 voltos bemenetig marad. Ez az 5 voltos busz ezután áramot biztosít 3 alrendszerhez, LED -es gyűrűs tömbhöz, ventilátorhoz, Raspberry Pi -hez.

Kellékek

• 6 csomag LM2596 DC-DC Buck Converter 3.0-40V to 1.5-35V Power Supply Step Modul (6 csomag) $ 11.25
• Noctua NF-A4x10 5V, prémium csendes ventilátor, 3 tűs, 5 V-os verzió (40x10 mm, barna) 13,95 USD
• SanDisk Ultra 32 GB-os microSDHC UHS-I kártya adapterrel-98 MB/s U1 A1-SDSQUAR-032G-GN6MA 7,99 USD
• Raspberry Pi kameramodul V2-8 megapixeles, 1080p 428.20
• GeeekPi Raspberry Pi 4 hűtőborda, 20 db Raspberry Pi alumínium hűtőborda hővezető ragasztószalaggal a Raspberry Pi 4 B modellhez (a Raspberry Pi tábla nem tartozék) $ 7.99
• Raspberry Pi 4 Model B 2019 négymagos 64 bites WiFi Bluetooth (4 GB) $ 61.96
• (200 darabos csomag) 2N2222 tranzisztor, 2N2222-92 tranzisztor NPN 40V 600mA 300MHz 625mW A lyukon keresztül 2N2222A $ 6.79
• EDGELEC 100db 100 ohmos ellenállás 1/4w (0,25 W) ± 1% tűréshatárú fémfólia rögzített ellenállás $ 5.69 https://smile.amazon.com/gp/product/B07QKDSCSM/re… Waycreat 100PCS 5 mm -es zöld LED diódafények átlátszó kibocsátó LED -ek Nagy intenzitású szuper fényes izzólámpák Elektronikai alkatrészek Lámpa diódák $ 6.30
• J-B hegesztési műanyag ragasztó $ 5.77

1. lépés: Prototípus 1

Első teszt csomagolásban:

A csapatnak volt egy előző évbeli Pi 3 -ja, amely tesztelhető volt. Egy pi kamerát, DC-DC bak/boost áramkört és Andymark gyűrűs lámpát adtak hozzá.

Ekkor még nem gondoltam a Pi 4 -re, így nem aggódtam az áramszükséglet miatt. Az áramellátást a roboRIO USB -ről kapta. A kamera módosítás nélkül illeszkedik a tokba. A gyűrűs lámpát forró ragasztóval rögzítették a tok fedelére, és bekötötték az erősítő táblába. A boost kártya 5 voltra csatlakozott a GPIO 2 -es és 6 -os portjához, és a kimenetet 12 voltra állították be a gyűrű működtetéséhez. A tokban nem volt hely a boost tábla számára, ezért forró ragasztóval is ragasztották a külsejét. A szoftvert a 2019 -es játékév céljai alapján telepítették és tesztelték. A szoftvercsapat hüvelykujját emelte, így Pi 4 -et, hűtőbordákat és ventilátort rendeltünk. És miközben mi ott haladtunk, a házat tervezték és 3D -ben kinyomtatták.

2. lépés: 2. prototípus

A ház belső méretei rendben voltak, de a portok helyei eltolódtak, nem pedig a bemutató.

Ez csak az új játékbemutatás után fejeződött be, így a szoftver tesztelhet az új célhelyek ellen.

Jó és rossz hír. A gyűrűs fénykibocsátás nem volt megfelelő, amikor 15 lábnál nagyobb távolságra voltunk a céltól, így ideje volt a világítás újragondolására. Mivel változtatásokra volt szükség, ezt az egységet a 2 -es prototípusnak tekintem.

3. lépés: Prototípus 3

A 2 -es prototípust együtt hagyták, így a szoftverek tovább finomíthatták a rendszerüket. Eközben egy másik Pi 3 -at találtak, és egy másik tesztágyat köveztem össze. Ennek volt egy Pi3 -ja, egy USB lifecam 3000, közvetlenül az alaplaphoz forrasztva, egy erősítő átalakító és kézzel forrasztott dióda.

Ismét jó hír, rossz hír. A tömb 50+láb távolságból megvilágíthat egy célt, de elveszíti a célt, ha a lefelé irányuló szög nagyobb, mint 22 fok. Ezzel az információval lehet elkészíteni a végső rendszert.

4. lépés: Végső termék

A 3 -as prototípusnak 6 diódája volt, körülbelül 60 fokos távolságra egymástól, és közvetlenül előre néztek.

A végső változtatások során 8 diódát kellett hozzáadni a lencse körül, egymástól 45 fokban, 4 diódával előrefelé, 4 diódával pedig 10 fokban kifelé, 44 fokos látómezővel. Ez lehetővé teszi a szekrény függőleges vagy vízszintes felszerelését is a robotra. Új burkolatot nyomtattak, változtatással, hogy illeszkedjen a Pi 3 vagy a Pi 4 -hez. A burkolat felületét módosították az egyes diódákhoz.

A tesztelés nem mutatott teljesítményproblémákat sem a Pi 3, sem a 4 között, ezért a burkolatnyílások lehetővé tették a Pi telepítését. A hátsó rögzítési pontokat eltávolították, valamint a kipufogónyílásokat a kupola tetején. A Pi 3 használata tovább csökkenti a költségeket. A Pi 3 hűvösebben fut, és kevesebb energiát fogyaszt. Végül úgy döntöttünk, hogy a PI 3 -at használjuk a költségmegtakarításhoz, és a szoftvercsapat olyan kódot akart használni, amely a Pi 3 -on fut, és amelyet nem frissítettek a Pi 4 -hez.

Importálja az STL -t a 3D nyomtatók szeletelőjébe, és már indulhat is. Ez a fájl hüvelykben van megadva, így ha olyan szeletelővel rendelkezik, mint a Cura, akkor valószínűleg %2540 -re kell méreteznie a részt, hogy metrikusra konvertálja. Ha Fusion 360 -al rendelkezik, az.f3d fájl saját igényei szerint módosítható. Szerettem volna belefoglalni egy.step fájlt, de az utasítások nem teszik lehetővé a fájlok feltöltését.

Szükséges alapvető eszközök:

• Huzalhúzók
• Fogó
• Forrasztópáka
• Hőre zsugorodó cső
• Drótvágók
• Ólommentes forrasztópáka
• Fényáram
• Segítő kéz vagy csipesz
• Hőfegyver

5. lépés: Dióda tömb bekötése

Biztonsági megjegyzés:

Forrasztópáka Soha ne érintse meg a forrasztópáka elemeit….400 ° C! (750 ° F)

Tartsa a fűtött vezetékeket csipesszel vagy bilincsekkel.

Használat közben tartsa nedvesen a tisztító szivacsot.

Mindig tegye vissza a forrasztópáka állványára, amikor nem használja.

Soha ne tegye le a munkaasztalra.

Kapcsolja ki a készüléket és húzza ki a hálózati csatlakozót, ha nem használja.

Forrasztó, fluxus és tisztítószerek

Viseljen szemvédőt.

A forrasztás „köphet”.

Ha lehetséges, használjon gyanta- és ólommentes forrasztót.

Tartsa a tisztító oldószereket adagoló palackokban.

Forrasztás után mindig mosson kezet szappannal és vízzel.

Jól szellőző helyen dolgozzon.

OK, kezdjünk dolgozni:

A burkolat felületét diódalyukakkal nyomtatták 0, 90, 180, 270 ponton 10 fokos kifelé. A lyukak 45, 135, 225, 315 ponton egyenesek.

Helyezze az összes diódát a ház felületébe, hogy ellenőrizze az 5 mm -es lyuk méretét. A szoros illeszkedés a diódákat a megfelelő szögben tartja. A dióda hosszú vezetéke az anód, amely 100 ohmos ellenállást forraszt minden diódához. A dióda és az ellenállás forrasztóvezetékei bezáródnak, és hosszú vezetéket hagynak az ellenállás másik oldalán (lásd a képeket). Mielőtt továbblép, tesztelje az egyes kombinációkat. Az AA elem és a 2 mérővezeték gyengén megvilágítja a diódát, és ellenőrzi a helyes polaritást.

Helyezze vissza a dióda/ellenállás kombinációt a burkolatba, és helyezze el a vezetékeket cikk-cakk mintázatban, hogy minden ellenállás vezeték hozzáérjen a következő ellenálláshoz, hogy gyűrűt hozzon létre. Forrasztani az összes vezetéket. Kevernék néhány J-B hegesztési műanyag kötőanyagot (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack), és epoxizálnám a dióda/ellenállás kombinációt. Szuper ragasztót fontolgattam, de nem voltam biztos abban, hogy a cianoakrilát ködösíti -e a dióda lencsét. Ezt a forrasztásom végén tettem, de bárcsak itt tettem volna, hogy csökkentsem a frusztrációt, amikor a diódák nem tartanak a helyükön forrasztás közben. Az epoxi körülbelül 15 perc alatt feláll, így jó hely egy kis szünetre.

Most az összes katód vezeték összeforrasztható, hogy létrehozza a - vagy földgyűrűt. Adjon hozzá 18 méteres piros és fekete vezetékeket a diódagyűrűhöz. Tesztelje a kész tömböt 5 voltos tápegységgel, ehhez jól működik az USB töltő.

6. lépés: Buck/Boost huzalozás

A Buck átalakító bekötése előtt be kell állítanunk a kimeneti feszültséget. Mivel a PDP -t használjuk a 12 voltos feszültség táplálásához, közvetlenül vezetékeztem egy 5 amperrel olvadt PDP porthoz. Csatlakoztasson egy voltmérőt a tábla kimenetéhez, és kezdje el forgatni a potenciométert. Elég néhány fordulat, amíg változást lát, mivel a táblát gyárilag teljes kimenetre tesztelik, majd ezen a beállításon hagyják. Állítsa 5,15 voltra. Néhány millivolt magasra állítjuk, hogy megfeleljen annak, amit a Pi vár az USB -töltőtől, és a vonalterheléstől a ventilátor- és dióda -tömbtől. (A kezdeti tesztelés során kellemetlen üzeneteket láttunk a Pi -től, amelyek alacsony buszfeszültségre panaszkodtak. Az internetes keresés azt az információt szolgáltatta nekünk, hogy a Pi több mint 5,0 voltot vár, mivel a legtöbb töltő valamivel többet tesz ki, és a Pi tipikus tápegysége USB töltő.)

Ezután elő kell készítenünk az ügyet:

A bakátalakítót és a Pi-t 4-40 gépcsavar segítségével rögzítik. #43 A fúrófej ideális pontos lyukak készítéséhez 4-40 szál rögzítéséhez. Tartsa a Pi és a Buck átalakítót a leálláshoz, jelölje meg, majd fúrja a #43 fúrószárral. A leállások magassága elegendő mélységet enged a kaporhoz anélkül, hogy teljesen átmenne a hátán. Koppintson a lyukakra 4-40 vakcsapással. A műanyagban használt önmetsző csavarok itt jól működnének, de rendelkezésre állt a 4-40 csavar, tehát ezt használtam. Csavarokra van szükség az SD -kártya eléréséhez (a kártyához nem tartozik külső hozzáférés).

A következő furat a tápkábel számára van. Kiválasztottam egy pontot az alsó sarokban, hogy kívülről az Ethernet -kábel mentén, valamint a Pi oldalán és belül is futjon. Egy árnyékolt 2 vezetékes kábelt használtam, ami a kezemben volt, bármely 14 -es vezetékpár működni fog. Ha nem köpenyes huzalpárt használ, tegyen 1-2 réteg hőzsugorodást a huzalra, ahol az a házba kerül, a védelem és a feszültségmentesítés érdekében. A lyuk méretét a huzalválasztás határozza meg.

Most forraszthatja a vezetékeket a DC-DC átalakító bemeneti vonalaihoz. A csatlakozók fel vannak tüntetve a táblán. Piros vezeték be+ Fekete vezeték be-. A táblából kilépve forrasztottam 2 rövid csupasz vezetéket, amelyek huzaloszlopként működnek a ventilátor, a Pi és a tranzisztor bekötéséhez.

7. lépés: Végső huzalozás és epoxi

Csak 4 csatlakozás jön létre a Pi -vel. Földelés, tápellátás, LED vezérlés és kamera interfész szalagkábel.

A Pi -n használt 3 csap 2, 6 és 12.

Vágjon egy piros, fekete és fehér vezetéket 4 hüvelykre. Távolítsa el a 3/8 hüvelyk szigetelést a vezetékek mindkét végéről, a huzalok ónvégéről és az óncsapokról a Pi -n.

• A piros huzal forrasztása a GPIO csaphoz 2 csúsztasson 1/2 hüvelyk hőre zsugorodó csövet.
• Forrasztás fekete huzal a GPIO csap 6 csúszik 1/2 hüvelyk hőre zsugorodó cső hőt.
• Forrasztás fehér huzal GPIO csap 12 csúszik 1/2 hüvelyk hőre zsugorodó cső hőt.
• Forrasztani a piros vezetéket a kihajtáshoz+
• Forrasztás fekete huzal a kihajtáshoz-
• Adjon hozzá 1 hüvelykes hőzsugorodást a fehér huzalhoz és forraszanyagot a 100 ohmos ellenálláshoz és az ellenállástól a tranzisztor bázisig. Hőszigeteléssel zsugorodjon.
• Tranzisztor kibocsátó Buckhoz -
• Tranzisztoros kollektor a dióda tömb katódoldalához
• Dióda tömb Anód/ellenállás a Buck + -nak
• Ventilátor piros huzal kihúzásához+
• Ventilátor fekete huzal a kihajtáshoz-

Utolsó kapcsolat:

Tolja be a kamera interfész kábelét. A kábelcsatlakozás zif csatlakozót használ (nulla beillesztési erő). A csatlakozó tetején lévő fekete csíkot fel kell emelni, a kábelt az aljzatba kell helyezni, majd a csatlakozót vissza kell nyomni, hogy rögzítse a helyén. Ügyeljen arra, hogy a kábelt ne csavarja össze, mert a szigetelés nyomai eltörhetnek. Ezenkívül a csatlakozót egyenesen kell behelyezni, hogy a szalagkábel a tűkhöz igazodjon.

Ellenőrizze a munkáját, hogy nincsenek -e kóbor huzalszálak és forrasztófoltok, vágja vissza a felesleges hosszúságot a bak forrasztóoszlopaira.

Ha elégedett a munkájával, akkor a ventilátort és a kamerát a helyére lehet epoxálni. Csak néhány csepp a sarkokban elegendő.

8. lépés: Szoftver

Amíg az epoxi kikeményedik, szoftvert helyezhet az SD -kártyára. szüksége lesz egy SD kártya adapterre a számítógéphez való csatlakoztatáshoz (https://www.amazon.com/Reader-Laptop-Windows-Chrom….

Menj:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ és töltse le a Raspbian Buster Lite programot. Az SD -kártya raspbian -szal történő flash használatához szüksége lesz egy másik BalenaEtcher szoftvereszközre, amely itt található:

Az epoxidnak már annyira meg kell szilárdulnia, hogy behelyezheti az SD kártyát, és lecsavarhatja a bak/boost táblát. A fedél felpattintása előtt ellenőrizze, hogy semmilyen vezeték nem zavarja -e a fedelet, és a kamera kábele ne érjen a ventilátor lapátjaihoz. Miután a fedél a helyén van, ráfújom a ventilátort, és nézem, hogy mozog, nehogy a vezetékek vagy a szalagkábel zavarja.

A bekapcsolás ideje:

Az első bekapcsoláskor hdmi kábelre van szükség, ha Pi 4 mini mini hdmi kábelre, usb billentyűzetre és hdmi monitorra, valamint internetkapcsolatra. Csatlakoztassa egy 12 voltos tápegységhez, PDP -hez 5 amperes megszakítóval.

A bejelentkezés után először futtassa a konfigurációs eszközt. Itt állítható be az SSH a PI kamera engedélyezésével együtt. A https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… útmutatásokat tartalmaz.

Indítsa újra a Chameleon Vision telepítése előtt

Kérjük, látogasson el webhelyükre, mielőtt a szoftvert használja, rengeteg információval rendelkezik. Egy megjegyzés: a támogatott hardveroldalukon a Pi kamera nem támogatottként jelenik meg, de a legújabb kiadásukkal. A weboldal frissítésre szorul.

A Chameleon vision weboldalról:

A Chameleon Vision a Raspberry Pi számára elérhető legtöbb operációs rendszeren futhat. Javasoljuk azonban, hogy telepítse a Rasbian Buster Lite szoftvert, amely elérhető itt: https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/. Kövesse az utasításokat a Raspbian SD -kártyára történő telepítéséhez.

Győződjön meg arról, hogy a Raspberry Pi Etherneten keresztül csatlakozik az internethez. Jelentkezzen be a Raspberry Pi -be (pi felhasználónév és jelszó málna), és futtassa a következő parancsokat a terminálon:

$ wget https://git.io/JeDUk -O install.sh

$ chmod +x install.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo most indítsa újra

Gratulálunk! A Raspberry Pi most be van állítva a Chameleon Vision futtatására! Miután a Raspberry Pi újraindult, a Chameleon Vision a következő paranccsal indítható el:

$ sudo java -jar chameleon -vision.jar

Amikor megjelenik a Chameleon Vision új verziója, frissítse azt a következő parancsok futtatásával:

$ wget https://git.io/JeDUL -O update.sh

$ chmod +x update.sh

$ sudo./update.sh

LED tömb vezérlés:

A LED tömb nem fog világítani szoftvervezérlés nélkül

Az idei első robotikának van szabálya a fényes led -lámpák ellen, de engedélyezi, ha szükség szerint ki- és bekapcsolják. Colin Gideon "SpookyWoogin", FRC 3223, Python -szkriptet írt a LED -ek vezérlésére, és itt található:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

Ez a rendszer akkor is futtatni fogja az FRC látást, ha a csapat már fektette a szoftveres időt ebbe a platformba. Az FRC vision segítségével a teljes SD -kártya leképezhető, így nincs szükség raspbian letöltésére. Szerezd meg itt:

Ez egy jó látórendszert eredményez. Sok sikert a versenyeken!

Második hely a Raspberry Pi versenyen 2020