Arduino և Raspberry Pi հզորությամբ ընտանի կենդանիների մոնիտորինգի համակարգ. 19 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:47

Վերջերս արձակուրդի ժամանակ մենք հասկացանք, որ մեր ընտանի կենդանիներ Բիգլի հետ կապ չկա: Որոշ հետազոտություններից հետո մենք գտանք ապրանքներ, որոնք ունեին ստատիկ տեսախցիկ, որը թույլ էր տալիս վերահսկել և շփվել ընտանի կենդանու հետ: Այս համակարգերն ունեին որոշակի առավելություններ, սակայն չունեին բազմակողմանիություն: Օրինակ, յուրաքանչյուր սենյակ պահանջում էր միավոր, որը կարող էր հետևել ձեր ընտանի կենդանուն ամբողջ տանը:

Հետևաբար, մենք ստեղծեցինք հզոր ռոբոտ, որը կարող է մանևրել տան շուրջ և կարող է վերահսկել իր ընտանի կենդանուն ՝ օգտագործելով իրերի ինտերնետը: Սմարթֆոնների հավելվածը նախագծվել է ձեր ընտանի կենդանու հետ փոխազդելու համար ՝ կենդանի տեսաֆիլմերի միջոցով: Ռոբոտի շասսին թվայնացված է, քանի որ մի քանի մասեր ստեղծվել են 3D տպագրության և լազերային կտրման միջոցով: Ի վերջո, մենք որոշեցինք ավելացնել բոնուսային հատկություն, որը տրամադրում է հյուրասիրություններ `ձեր ընտանի կենդանուն պարգևատրելու համար:

Շարունակեք ՝ ձեր ընտանի կենդանիների մոնիթորինգի համակարգը ստեղծելու և գուցե նույնիսկ այն հարմարեցնելու ձեր պահանջներին համապատասխան: Դիտեք վերը հղված տեսանյութը ՝ տեսնելու, թե ինչպես արձագանքեց մեր ընտանի կենդանին և ավելի լավ հասկանալու ռոբոտին: Արդյո՞ք քվեարկեք «Ռոբոտաշինության մրցույթում», եթե ձեզ դուր եկավ նախագիծը:

Քայլ 1: Դիզայնի ակնարկ

Կենդանիների մոնիտորինգի ռոբոտը կոնցեպտուալացնելու համար մենք նախ այն նախագծեցինք fusion 360 -ում: Ահա դրա որոշ առանձնահատկություններ.

Ռոբոտը կարելի է կառավարել ինտերնետի միջոցով հավելվածի միջոցով: Սա թույլ է տալիս օգտվողին միանալ ռոբոտին ցանկացած վայրից:

Բջջային տեսախցիկը, որն ուղիղ հեռարձակում է սմարթֆոնի տեսաֆիլմը, կարող է օգնել օգտվողին մանևրել տնով մեկ և շփվել ընտանի կենդանու հետ:

Լրացուցիչ բուժիչ աման, որը կարող է հեռավոր կերպով պարգևատրել ձեր ընտանի կենդանուն:

Թվայնորեն պատրաստված մասեր, որոնք թույլ են տալիս անհատականացնել իրենց ռոբոտը:

Raspberry Pi- ն օգտագործվել է ինտերնետին միանալու համար, քանի որ այն ունի ներկառուցված wifi ռեժիմ:

Arduino- ն օգտագործվում էր CNC վահանի հետ մեկտեղ ՝ տափաստանային շարժիչներին հրամաններ տալու համար:

Քայլ 2: Անհրաժեշտ նյութեր

Ահա այն բոլոր բաղադրիչների ցանկը, որոնք անհրաժեշտ են ձեր սեփական Arduino և Raspberry Pi շարժիչներով ընտանի կենդանիների վերահսկման ռոբոտ պատրաստելու համար: Բոլոր մասերը պետք է լինեն մատչելի և հեշտ գտնելու համար:

ELECTRONICS:

• Arduino Uno x 1
• Ազնվամորի Պի (շողշողաց վերջին raspbian- ով) x 1
• CNC վահան x 1
• A4988 Stepper Motor Driver x 2
• Picamera x 1
• Ուլտրաձայնային հեռավորության տվիչ x 1
• 11.1v Lipo մարտկոց x 1
• NEMA 17 Stepper Motor x 2
• 5 վ UBEC x 1

HARDWARE:

• Անիվներ x 2 (մեր օգտագործած անիվները 7 սմ տրամագծով էին)
• Կաստորի անիվներ x 2
• M4 և M3 ընկույզներ և պտուտակներ

Այս նախագծի ընդհանուր արժեքը, առանց Arduino- ի և Raspberry Pi- ի, կազմում է մոտ $ 50:

Քայլ 3. Թվայնորեն պատրաստված մասեր

Որոշ մասեր, որոնք մենք օգտագործում էինք այս նախագծում, պետք է պատրաստվեին պատվերով: Դրանք նախ մոդելավորվեցին Fusion 360 -ում, այնուհետև պատրաստվեցին 3D տպիչի և լազերային դանակի միջոցով: 3D տպված մասերը մեծ բեռ չեն կրում, այնպես որ ստանդարտ PLA- ն 20% լցվածով հիանալի է աշխատում: Ստորև բերված է 3D տպագիր և լազերային կտրված բոլոր մասերի ցանկը.

3D տպագիր մասեր

• Stepper Holder x 2
• Տեսողության համակարգի տեղադրում x 1
• Էլեկտրոնիկայի խափանում x 4
• Ուղղահայաց տարածիչ x 4
• Շասսիի ամրացում x 2
• Treat Bowl Lid x 1
• Treat Bowl x 1
• Հետևի սանդղակի տեղադրում x 1
• Ոլորուն սկավառակ x 1

Լազերային մասեր

• Ներքևի վահանակ x 1
• Վերին վահանակ x 1

Բոլոր STL- ներն ու լազերային կտրող ֆայլերը պարունակող սեղմված թղթապանակը կարող եք գտնել ստորև:

Քայլ 4: Stepper Motor- ի ամրացում

Երբ բոլոր մասերը 3D տպագրվեն, սկսեք հավաքումը `տեղադրելով քայլող շարժիչը սանդղակի ամրացման մեջ: Ստեփան շարժիչի ամրակը, որը մենք նախագծել ենք, նախատեսված է NEMA 17 մոդելի համար (եթե մեկը օգտագործում է տարբեր աստիճաններ, այն կպահանջի այլ լեռ): Անցեք շարժիչի լիսեռը անցքի միջով և ամրացրեք շարժիչը տեղում ամրացվող պտուտակներով: Ավարտելուց հետո երկու շարժիչներն էլ պետք է ապահով կերպով պահվեն բռնակների մոտ:

Քայլ 5. Քայլերը ամրացրեք ներքևի վահանակին

Լազերային կտրված ներքևի վահանակին ամրակները ամրացնելու համար մենք օգտագործեցինք M4 պտուտակներ: Նախքան դրանք ընկույզներով ամրացնելը, ավելացրեք եռաչափ տպված շասսիի ամրացման շերտերը, ապա ամրացրեք ընկույզները: Շերտերն օգտագործվում են բեռը հավասարաչափ բաշխելու ակրիլային վահանակի վրա:

Ի վերջո, անցեք լարերը վահանակի վրա նշված համապատասխան անցքերի միջով: Համոզվեք, որ դրանք ամբողջովին քաշեք, որպեսզի նրանք չխճճվեն անիվների մեջ:

Քայլ 6: Անիվների տեղադրում

Ակրիլային վահանակն ունի երկու հատված, որոնք կտրված են անիվներին տեղավորելու համար: Անիվները, որոնք մենք օգտագործում էինք, 7 սմ տրամագծով էին և գալիս էին պտուտակներով, որոնք ամրացվում էին 5 մմ տրամաչափի լիսեռներին: Համոզվեք, որ անիվը պատշաճ կերպով ամրացված է և չի սահում լիսեռի վրա:

Քայլ 7: Առջևի և հետևի կաստորի անիվներ

Որպեսզի շասսին սահուն տեղաշարժվի, մենք որոշեցինք ռոբոտի առջևի և հետևի մասում պտտվող անիվներ տեղադրել: Սա ոչ միայն թույլ չի տալիս ռոբոտին շրջվել, այլև հնարավորություն է տալիս շասսիին ազատ պտտվել ցանկացած ուղղությամբ: Asterալքավոր անիվները գալիս են բոլոր չափսերից, մերոնք, մասնավորապես, մեկ պտտվող պտուտակով էին, որը մենք ամրացրել էինք հիմքի վրա և 3d տպիչով անջատիչներով բարձրությունը կարգավորելու համար, որպեսզի ռոբոտը կատարյալ հորիզոնական լիներ: Դրանով շասսիի հիմքը ամբողջական է և ունի լավ կայունություն:

Քայլ 8: Էլեկտրոնիկա

Երբ շասսիի հիմքը ամբողջությամբ հավաքվում է, ժամանակն է էլեկտրոնիկան ամրացնել ակրիլային վահանակի վրա: Մենք ակրիլային վահանակի վրա անցքեր ենք կատարել, որոնք համընկնում են Arduino- ի և Raspberry Pi- ի ամրացման անցքերի հետ: Օգտագործելով եռաչափ տպագրված կանգառներ, մենք էլեկտրոնիկան մի փոքր բարձրացրեցինք ակրիլային վահանակներից, որպեսզի բոլոր ավելորդ լարերը կարողանան կոկիկ կերպով թաքցնել տակից: Տեղադրեք Arduino- ն և Raspberry Pi- ն իրենց համապատասխան ամրացման վայրերում ՝ օգտագործելով M3 ընկույզներ և պտուտակներ: Arduino- ի ամրացումից հետո միացրեք CNC վահանը Arduino- ին և միացրեք stepper լարերը հետևյալ կազմաձևով:

• Ձախ սլաքը դեպի CNC վահանի X առանցքի նավահանգիստ
• Աջ քայլ ՝ դեպի CNC վահանի Y- առանցքի նավահանգիստ

Կտրուկ շարժիչներով ամրացված Arduino- ն միացրեք Raspberry Pi- ին `օգտագործելով Arduino- ի USB մալուխը: Ի վերջո, Raspberry Pi- ն և Arduino- ն պատրաստվում են շփվել այս մալուխի միջոցով:

Նշում. Ռոբոտի առջևը Raspberry Pi- ի կողմն է

Քայլ 9: Տեսողության համակարգ

Մեր ընտանի կենդանիների վերահսկման ռոբոտի հիմնական միջավայրի ներդրումը տեսլականն է: Մենք որոշեցինք օգտագործել Picamera- ն, որը համատեղելի է Raspberry Pi- ի հետ `ինտերնետի միջոցով օգտվողին ուղիղ հոսք հաղորդելու համար: Մենք նաև ուլտրաձայնային հեռավորության սենսոր օգտագործեցինք ՝ խոչընդոտներից խուսափելու համար, երբ ռոբոտը ինքնավար է գործում: Երկու սենսորները պտուտակների օգնությամբ ամրացվում են ամրակին:

Picamera- ն մտնում է Raspberry Pi- ի իր նշանակված նավահանգստի մեջ և ուլտրաձայնային տվիչը միացնում հետևյալ կերպ.

• Ուլտրաձայնային տվիչ VCC- ից 5v երկաթուղով CNC վահանի վրա
• Ուլտրաձայնային տվիչ GND- ից GND երկաթուղային CNC վահանի վրա
• Ուլտրաձայնային տվիչ TRIG դեպի X+ վերջնական կանգառի քորոց CNC վահանի վրա
• Ուլտրաձայնային տվիչ ECHO- ից մինչև Y+ վերջնական կանգառի քորոց CNC վահանի վրա

Քայլ 10: Վերևի վահանակի ժողով

Ռոբոտի հետևի մասում տեղադրված է կափարիչի բացման համակարգը բուժիչ ամանի համար: Կցեք մինի սլաքի շարժիչը հետևի ամրացման բաղադրիչին և միացրեք ինչպես տեսողության համակարգը, այնպես էլ ոլորուն համակարգը M3 պտուտակներով ՝ վերին վահանակին: Ինչպես նշվեց, համոզվեք, որ տեղադրեք տեսողության համակարգը առջևում, իսկ ոլորուն համակարգը `հետևի մասում, երկու տրամադրված անցքերով:

Քայլ 11. Վերևի վահանակի ժողով

Մենք 3d տպագրեցինք ուղղահայաց անջատիչներ ՝ աջ բարձրության վրա վերին վահանակը պահելու համար: Սկսեք ՝ չորս բացատները կցելով ներքևի վահանակին ՝ «X» ձևավորելու համար: Այնուհետև տեղադրեք վերին վահանակը բուժիչ ամանի հետ ՝ համոզվելով, որ դրանց անցքերը համընկնում են, և վերջապես ամրացրեք այն նաև տարանջատիչներին:

Քայլ 12: Կափարիչի բացման մեխանիզմ

Հսկիչ ամանի կափարիչը կառավարելու համար մենք ավելի փոքր սլաքի շարժիչով պտտեցինք կափարիչին ամրացված նեյլոնե թելը ՝ այն բացելով: Մինչև կափարիչը ամրացնելը, պարանն անցեք կափարիչի 2 մմ անցքով և ներքին հանգույց կատարեք: Այնուհետեւ կտրեք լարի մյուս ծայրը եւ սահեցրեք այն ոլորուն սկավառակի վրա նախատեսված անցքերի միջով: Հրել սկավառակի սկավառակի վրա, այնուհետև քաշեք լարը մինչև այն ձգված: Ավարտելուց հետո կտրեք ավելցուկը և կապեք մի հանգույց: Վերջապես պտուտակով և ընկույզով կափարիչը ամրացրեք ամանի մեջ և համոզվեք, որ այն պտտվում է: Այժմ, երբ քայլը պտտվում է, լարը պետք է պտտվի սկավառակի վրա, իսկ կափարիչը աստիճանաբար բացվի:

Քայլ 13: Ամպային տվյալների բազայի ստեղծում

Առաջին քայլը համակարգի համար տվյալների բազայի ստեղծումն է, որպեսզի կարողանաք ռոբոտի հետ հաղորդակցվել ձեր բջջային հավելվածից աշխարհի ցանկացած կետից: Կտտացրեք հետևյալ հղմանը (Google firebase), որը ձեզ կտանի դեպի Firebase կայք (դուք պետք է մուտք գործեք ձեր Google հաշիվ): Կտտացրեք «Սկսել» կոճակին, որը ձեզ կտանի դեպի firebase վահանակ: Այնուհետև ստեղծեք նոր նախագիծ ՝ կտտացնելով «Ավելացնել նախագիծ» կոճակին, լրացրեք պահանջները (անուն, մանրամասներ և այլն) և ավարտեք ՝ կտտացնելով «Ստեղծել նախագիծ» կոճակը:

Մենք պարզապես պահանջում ենք Firebase- ի տվյալների բազայի գործիքներ, ուստի ձախ կողմի ընտրացանկից ընտրեք «տվյալների բազա»: Հաջորդը կտտացրեք «Ստեղծել տվյալների բազա» կոճակին, ընտրեք «փորձարկման ռեժիմ» տարբերակը: Հաջորդը տվյալների բազան դարձրեք «իրական ժամանակի տվյալների շտեմարան» ՝ «ամպի կրակի պահեստի» փոխարեն ՝ սեղմելով վերևի բացվող ընտրացանկի վրա: Ընտրեք «կանոններ» ներդիրը և երկու «կեղծ» -ը փոխեք «ճշմարիտ» -ի, վերջապես կտտացրեք «տվյալներ» ներդիրին և պատճենեք տվյալների բազայի հասցեն, դա հետագայում կպահանջվի:

Վերջին բանը, որ դուք պետք է անեք, սեղմել ծրագրի ակնարկին կից հանդերձանքի պատկերակին, այնուհետև «ծրագրի կարգավորումներ», այնուհետև ընտրել «ծառայության հաշիվներ» ներդիրը, վերջապես ՝ «Տվյալների բազայի գաղտնիքները» և նշել անվտանգությունը: ձեր տվյալների բազայի ծածկագիրը: Այս քայլն ավարտելով ՝ դուք հաջողությամբ ստեղծեցիք ձեր ամպային տվյալների բազան, որը հասանելի կլինի ձեր սմարթֆոնից և Raspberry Pi- ից: (Կասկածների դեպքում օգտագործեք վերը կցված նկարները կամ պարզապես մեկնաբանությունների բաժնում հարց տվեք)

Քայլ 14: Ստեղծեք բջջային հավելված

IoT համակարգի հաջորդ մասը սմարթֆոնների հավելվածն է: Մենք որոշեցինք օգտագործել MIT App Inventor- ը `մեր անհատականացված ծրագիրը պատրաստելու համար: Մեր ստեղծած հավելվածից օգտվելու համար նախ բացեք հետևյալ հղումը (MIT App Inventor), որը ձեզ կտանի դեպի իրենց վեբ էջ: Հաջորդը կտտացրեք «ստեղծել ծրագրեր» ՝ էկրանի վերևում, այնուհետև մուտք գործեք ձեր Google հաշիվ:

Ներբեռնեք.aia ֆայլը, որը ստորև հղված է: Բացեք «նախագծեր» ներդիրը և կտտացրեք «Իմ համակարգչից նախագիծ ներմուծել (.aia)», այնուհետև ընտրեք այն ֆայլը, որը դուք պարզապես ներբեռնել եք և կտտացրեք «լավ»: Բաղադրիչների պատուհանում ոլորեք մինչև ներքև, մինչև տեսնեք «FirebaseDB1», կտտացրեք այն և փոփոխեք «FirebaseToken», «FirebaseURL» այն արժեքները, որոնց մասին նախորդ քայլին նշում էիք պահել: Այս քայլերն ավարտվելուց հետո պատրաստ եք ներբեռնել և տեղադրել ծրագիրը: Կարող եք ծրագիրը ներբեռնել անմիջապես ձեր հեռախոսի վրա ՝ կտտացնելով «Կառուցել» ներդիրին և կտտացնելով «Հավելված (տրամադրեք QR կոդ.apk- ի համար)», այնուհետև սմարթֆոնով սկանավորել QR կոդը կամ սեղմել «Հավելված (պահպանել.apk իմ համակարգչում)) Դուք ներբեռնելու եք apk ֆայլը ձեր համակարգչի վրա, որն այնուհետև կարող եք տեղափոխել ձեր սմարթֆոն:

Քայլ 15. pրագրավորում Raspberry Pi- ն

Raspberry Pi- ն օգտագործվում է երկու հիմնական պատճառով.

1. Այն ռոբոտից ուղիղ տեսահոսք է փոխանցում վեբ սերվեր: Այս հոսքը կարող է դիտվել օգտագործողի կողմից ՝ օգտագործելով բջջային հավելվածը:
2. Այն կարդում է firebase տվյալների բազայի թարմացված հրամանները և Arduino- ին հանձնարարում կատարել անհրաժեշտ առաջադրանքները:

Raspberry Pi- ն ուղիղ հեռարձակում ստեղծելու համար արդեն կա մանրամասն ձեռնարկ, որը կարելի է գտնել այստեղ: Հրահանգները կրճատվում են երեք պարզ հրամանների: Միացրեք Raspberry Pi- ն և բացեք տերմինալը և մուտքագրեք հետևյալ հրամանները:

• git կլոն
• cd RPi_Cam_Web_Interface
• ./ տեղադրել.շ

Տեղադրումն ավարտվելուց հետո վերագործարկեք Pi- ն, և դուք պետք է կարողանաք մուտք գործել հոսք ՝ որոնելով https:// ձեր Pi- ի IP հասցեն ցանկացած վեբ դիտարկիչում:

Ուղիղ հեռարձակում ստեղծելու դեպքում դուք պետք է ներբեռնեք և տեղադրեք որոշակի գրադարաններ, որպեսզի կարողանաք օգտագործել ամպային տվյալների բազան: Բացեք ձեր Pi- ի տերմինալը և մուտքագրեք հետևյալ հրամանները.

• sudo pip տեղադրման հարցումներ == 1.1.0
• sudo pip տեղադրել python-firebase

Վերջապես, ներբեռնեք ներքևում կցված python ֆայլը և պահեք այն ձեր Raspberry Pi- ում: Կոդի չորրորդ տողում փոխեք COM նավահանգիստը դեպի նավահանգիստ, որին միացված է Arduino- ն: Հաջորդը, 8 -րդ տողի URL- ը փոխեք այն firebase URL- ի, որի մասին նախկինում նշում էիք պահել: Ի վերջո, գործարկեք ծրագիրը տերմինալի միջոցով: Այս ծրագիրը բերում է հրամանները ամպային տվյալների բազայից և սերիական կապի միջոցով փոխանցում այն Arduino- ին:

Քայլ 16. Arduino- ի ծրագրավորում

Arduino- ն օգտագործվում է Pi- ի հրամանները մեկնաբանելու համար և հրահանգում է ռոբոտի գործարկիչներին կատարել անհրաժեշտ առաջադրանքները: Ներբեռնեք ստորև կցված Arduino կոդը և վերբեռնեք Arduino- ում: Երբ Arduino- ն ծրագրավորվի, միացրեք այն Pi- ի USB պորտերից մեկին `օգտագործելով հատուկ USB մալուխը:

Քայլ 17: Համակարգի սնուցում

Ռոբոտը սնվելու է 3 բջջային լիպո մարտկոցից: Մարտկոցի տերմինալները պետք է բաժանվեն երկու մասի, որտեղ մեկը գնում է անմիջապես CNC վահանին `շարժիչները սնուցելու համար, իսկ մյուսը միանում է 5v UBEC- ին, որը ստեղծեց կայուն 5 վ էլեկտրահաղորդման գիծ, որը կօգտագործվի Raspberry Pi- ի միջոցով սնուցելու համար: GPIO կապում: UBEC- ի 5v- ը միացված է Raspberry Pi- ի 5v կապին, իսկ UBEC- ից GND- ը `Pi- ի GND կապին:

Քայլ 18: Օգտագործելով ծրագիրը

Հավելվածի ինտերֆեյսը թույլ է տալիս վերահսկել ռոբոտին, ինչպես նաև ուղիղ հեռարձակել ներկառուցված տեսախցիկից: Ձեր ռոբոտին միանալու համար համոզվեք, որ ունեք կայուն ինտերնետ կապ, այնուհետև մուտքագրեք Raspberry Pi- ի IP հասցեն տրամադրված տեքստում և կտտացրեք թարմացման կոճակին: Ավարտելուց հետո կենդանի հոսքը կհայտնվի ձեր էկրանին, և դուք պետք է կարողանաք վերահսկել ռոբոտի տարբեր գործառույթները:

Քայլ 19: Պատրաստ է փորձարկման

Այժմ, երբ ձեր ընտանի կենդանիների մոնիտորինգի ռոբոտը լիովին հավաքված է, կարելի է ամանը լցնել շան հյուրասիրությամբ: Բացեք ծրագիրը, միացրեք տեսախցիկը և զվարճացեք: Մենք ներկայումս խաղում ենք ռովերի և մեր Բիգլի հետ և գրավում ենք բավականին զվարճալի պահեր:

Երբ շունը հաղթահարեց այս շարժվող առարկայի սկզբնական վախը, նա հետապնդում էր բոտին տան շուրջ ՝ հյուրասիրության համար: Ինքնաթիռի տեսախցիկը ապահովում է շրջակա միջավայրի լավ լայն տեսք, ինչը բավականին հեշտ է դարձնում մանևրելը:

Իրական աշխարհում ավելի լավ գործելու համար բարելավման տեղ կա: Ասել է թե `մենք ստեղծել ենք հզոր համակարգ, որի վրա կարելի է ավելի կառուցել և ընդլայնել: Եթե ձեզ դուր եկավ այս նախագիծը, ապա քվեարկեք մեր օգտին «Ռոբոտաշինության մրցույթում»

Happy Making!

Ռոբոտաշինության մրցույթի երկրորդ մրցանակ