Arduino və Raspberry Pi Powered Pet Monitorinq Sistemi: 19 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Bu yaxınlarda tətildə olarkən ev heyvanınız Beagle ilə əlaqənin olmadığını başa düşdük. Bəzi araşdırmalardan sonra, ev heyvanınızı izləməyə və onunla ünsiyyət qurmağa imkan verən statik kameraya malik məhsullar tapdıq. Bu sistemlərin müəyyən üstünlükləri var idi, lakin çox yönlü deyildi. Məsələn, evin hər tərəfindəki ev heyvanınızı izləmək üçün hər bir otaq vahid tələb edirdi.

Buna görə evin ətrafında manevr edə bilən və əşyaların internet gücündən istifadə edərək ev heyvanınızı izləyə bilən güclü bir robot hazırladıq. Ev heyvanınızla canlı video yayımı vasitəsi ilə ünsiyyət qurmaq üçün bir ağıllı telefon tətbiqi hazırlanmışdır. Robotun şassisi rəqəmsal olaraq hazırlanır, çünki bir neçə hissə 3D çap və lazer kəsmə ilə yaradılmışdır. Nəhayət, ev heyvanınızı mükafatlandırmaq üçün hədiyyələr verən bir bonus xüsusiyyəti əlavə etmək qərarına gəldik.

Öz ev heyvanı izləmə sisteminizi yaratmağa davam edin və bəlkə də ehtiyaclarınıza uyğun olaraq düzəldə bilərsiniz. Ev heyvanınızın necə reaksiya verdiyini görmək və robot haqqında daha yaxşı başa düşmək üçün yuxarıda göstərilən videoya baxın. Layihəni bəyənmisinizsə "Robototexnika Yarışması" nda səs verməyin.

Addım 1: Dizayn haqqında ümumi məlumat

Heyvanı izləyən robotu konseptual etmək üçün əvvəlcə onu fusion 360 üzərində hazırladıq. İşdə bəzi xüsusiyyətlər:

Robotu internet vasitəsilə bir tətbiq vasitəsi ilə idarə etmək olar. Bu istifadəçiyə robotu hər yerdən bağlamağa imkan verir

Smartfonda video axını canlı yayımlayan bir kamera istifadəçiyə evin ətrafında manevr etməsinə və ev heyvanı ilə ünsiyyət qurmasına kömək edə bilər

Ev heyvanınızı uzaqdan mükafatlandıra biləcək əlavə bir müalicə qabı

Robotunu fərdiləşdirməyə imkan verən rəqəmsal olaraq hazırlanmış hissələr

Bir Raspberry Pi, İnternetdə bir wifi rejiminə sahib olduğu üçün İnternetə qoşulmaq üçün istifadə edildi

Step motorlarına əmr vermək üçün bir CNC qalxanı ilə birlikdə bir Arduino istifadə edildi

Addım 2: Lazımi materiallar

Öz Arduino və Raspberry Pi ilə işləyən ev heyvanları izləmə robotunuzu hazırlamaq üçün lazım olan bütün komponentlərin siyahısı budur. Bütün hissələr ümumiyyətlə mövcud olmalı və tapılması asan olmalıdır.

ELEKTRONİK:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (ən son raspbian ilə birlikdə) x 1
• CNC qalxanı x 1
• A4988 Step Motor Sürücü x 2
• Picamera x 1
• Ultrasonik Məsafə Sensoru x 1
• 11.1v Lipo Batareya x 1
• NEMA 17 Step Motor x 2
• 5v UBEC x 1

DONANIM:

• Təkərlər x 2 (istifadə etdiyimiz təkərlərin diametri 7 sm idi)
• Castor Təkərlər x 2
• M4 və M3 qoz -fındıq və boltlar

Arduino və Raspberry Pi istisna olmaqla bu layihənin ümumi dəyəri təxminən 50 dollardır.

Addım 3: Rəqəmsal Hazırlanan Parçalar

Bu layihədə istifadə etdiyimiz bəzi hissələr xüsusi olaraq hazırlanmalı idi. Bunlar əvvəlcə Fusion 360 -da modelləşdirilmiş və sonra 3D printer və lazer kəsici istifadə edərək hazırlanmışdır. 3D çaplı hissələr çox yük daşımır, buna görə 20% doldurma ilə standart PLA əla işləyir. Aşağıda 3D çaplı və lazerlə kəsilmiş bütün hissələrin siyahısı verilmişdir:

3D çaplı hissələr:

• Step tutucu x 2
• Görmə Sistemi Dağı x 1
• Elektronika dayandırılması x 4
• Şaquli boşluq x 4
• Şassi Gücləndirmə x 2
• Çanaq qapağını müalicə edin x 1
• Bowl x 1 müalicə edin
• Arxa Step Dağı x 1
• Dolama disk x 1

Lasercut hissələri:

• Alt Panel x 1
• Üst Panel x 1

Bütün STL -ləri və lazer kəsmə fayllarını ehtiva edən sıxılmış qovluğu aşağıda tapa bilərsiniz.

Addım 4: Step Motoru bağlayın

Bütün hissələr 3D çap edildikdən sonra, step motorunu addım tutucusuna quraşdıraraq montaja başlayın. Hazırladığımız step motor tutacağı NEMA 17 modeli üçün nəzərdə tutulmuşdur (əgər fərqli bir step istifadə edərsə, fərqli bir montaj tələb olunacaq). Motorun milini çuxurdan keçirin və mühərriki montaj vintləri ilə sabitləyin. Bitirdikdən sonra hər iki mühərrik etibarlı şəkildə sahiblərinə yapışdırılmalıdır.

Addım 5: Stepperləri Alt Panele Montaj

Tutacaqları lazerlə kəsilmiş alt panelə bağlamaq üçün M4 boltlardan istifadə etdik. Onları qoz -fındıq ilə bağlamadan əvvəl, 3D çaplı şassi möhkəmlətmə zolaqları əlavə edin və sonra qoz -fındıqları bərkidin. Şeritler yükü akril panel üzərində bərabər paylamaq üçün istifadə olunur.

Nəhayət, telləri paneldə göstərilən müvafiq yuvalardan keçirin. Təkərlərə dolanmamaq üçün onları hər tərəfə çəkdiyinizə əmin olun.

Addım 6: Təkərlərin quraşdırılması

Akril panel təkərlərə uyğun olaraq kəsilmiş iki hissədən ibarətdir. İstifadə etdiyimiz təkərlər 7 sm diametrdə idi və 5 mm -lik pilləli şaftlara bərkidilmiş vintlər ilə gəldi. Təkərin düzgün şəkildə bağlandığından və milin üzərinə sürüşmədiyindən əmin olun.

Addım 7: Ön və Arxa Kastor Təkərləri

Şassinin hamar bir şəkildə hərəkət etməsini təmin etmək üçün, təkərləri robotun ön və arxasına yerləşdirmək qərarına gəldik. Bu, robotun yuvarlanmasını maneə törətməklə yanaşı, şassinin istənilən istiqamətdə sərbəst dönməsinə imkan verir. Çark təkərləri hər ölçüdə olur, bizimki, təkcə bazaya quraşdırdığımız və robotun mükəmməl üfüqi olması üçün hündürlüyü tənzimləmək üçün 3d çap aralıqlarından istifadə etdiyimiz tək dönmə vidası ilə gəldi. Bununla şassinin əsası tamamlandı və yaxşı bir sabitliyə malikdir.

Addım 8: Elektronika

Şassinin əsası tamamilə yığıldıqdan sonra, elektronikanı akril panelə quraşdırmağın vaxtı gəldi. Akrilik paneldə Arduino və Raspberry Pi -nin montaj deliklərinə uyğun olan deliklər etdik. 3D çaplı dayaqlardan istifadə edərək elektronikanı akril panellərdən bir qədər yuxarı qaldırdıq ki, bütün artıq naqillərin altından səliqəli şəkildə yapışdırılsın. Arduino və Raspberry Pi -ni M3 qoz -fındıq və boltlardan istifadə edərək müvafiq montaj yerlərinə quraşdırın. Arduino sabitləşdikdən sonra CNC qalxanı Arduinoya bağlayın və aşağıdakı konfiqurasiyada step tellərini bağlayın.

• Sol addım CNC qalxan X oxu limanına
• CNC qalxan Y oxu limanına sağ addım

Əlavə edilmiş step motorları ilə, Arduinonun USB kabelindən istifadə edərək Arduino'yu Raspberry Pi -yə qoşun. Nəhayət Raspberry Pi və Arduino bu kabel vasitəsilə ünsiyyət quracaq.

Qeyd: Robotun ön tərəfi Raspberry Pi -nin tərəfidir

Addım 9: Görmə Sistemi

Ev heyvanlarını izləyən robotumuz üçün əsas mühit girişdir. İnternet vasitəsilə istifadəçiyə canlı yayım vermək üçün Raspberry Pi ilə uyğun olan Picamera -dan istifadə etmək qərarına gəldik. Robot avtonom işləyərkən maneələrin qarşısını almaq üçün ultrasəs məsafə sensoru da istifadə etdik. Hər iki sensor vintlərin köməyi ilə tutucuya yapışdırılır.

Picamera, Raspberry Pi üzərindəki təyin edilmiş portuna girir və ultrasəs sensorunu aşağıdakı şəkildə bağlayır:

• Ultrasonik Sensor VCC, CNC qalxanındakı 5v rayına
• Ultrasonik Sensor GND - CNC qalxanındakı GND rayına
• Ultrasonik Sensor TRIG, CNC qalxanındakı X+ son dayanma pininə
• Ultrasonik Sensor ECHO - CNC qalxanındakı Y+ son dayanma pimi

Addım 10: Üst Panel Montajı

Robotun arxa hissəsində müalicə qabı üçün qapaq açma sistemi quraşdırılmışdır. Mini step motorunu arxa tutacaq komponentinə bağlayın və həm görmə sistemini, həm də M3 boltları ilə dolama sistemini üst panelə bağlayın. Qeyd edildiyi kimi, görmə sistemini ön tərəfə və arxa tərəfdəki sarma sistemini təmin edilmiş iki çuxurla bağladığınızdan əmin olun.

Addım 11: Üst Panel Montajı

Üst paneli düzgün hündürlükdə dəstəkləmək üçün 3d çaplı şaquli boşluqlar. "X" əmələ gətirmək üçün alt panelə dörd boşluq bağlayaraq başlayın. Sonra üst panelini çuxurlarının hizalandığından və nəhayət aralayıcılara bağladığından əmin olun.

Addım 12: Qapaq Açma Mexanizmi

Müalicə qabının üzərindəki qapağı idarə etmək üçün daha kiçik bir pilləli motor istifadə edərək qapağa bərkidilmiş neylon ipi açaraq açdıq. Qapağı bağlamadan əvvəl ipi qapağın üzərindəki 2 mm -lik çuxurdan keçirin və iç tərəfdən düyün düzəldin. Sonra ipin digər ucunu kəsin və sarma diskində olan deliklərdən keçirin. Diski pillənin üstünə itələyin, sonra ipi möhkəm olana qədər çəkin. Bitirdikdən sonra artıqlığı kəsin və düyün bağlayın. Sonda bir bolt və qoz istifadə edərək qapağı kasaya bağlayın və döndüyünə əmin olun. İndi addım döndükcə tel diskə sarılmalı və qapaq tədricən açılmalıdır.

Addım 13: Bulud Veritabanını Qurmaq

İlk addım, dünyanın hər yerindən mobil tətbiqinizdən robotla əlaqə qura biləcəyiniz sistem üçün bir verilənlər bazası yaratmaqdır. Aşağıdakı linki vurun (Google firebase), sizi Firebase veb saytına aparacaq (Google hesabınızla daxil olmalısınız). Sizi firebase konsoluna aparacaq "Başlayın" düyməsini basın. Sonra "Layihə əlavə et" düyməsini basaraq yeni bir layihə yaradın, tələbləri (ad, detallar və s.) Doldurun və "Layihə Yarat" düyməsini tıklayaraq tamamlayın.

Yalnız Firebase verilənlər bazası vasitələrinə ehtiyacımız var, buna görə sol tərəfdəki menyudan "verilənlər bazası" nı seçin. Sonra "Veritabanı Yarat" düyməsini basın, "test rejimi" seçimini seçin. Sonra yuxarıdakı açılan menyunu tıklayaraq verilənlər bazasını "bulud yanğınsöndürmə mağazası" yerinə "real vaxt bazası" olaraq təyin edin. "Qaydalar" sekmesini seçin və iki "yalan" ı "doğru" olaraq dəyişdirin, nəhayət "məlumatlar" sekmesini vurun və verilənlər bazası URL'sini kopyalayın, bu daha sonra tələb olunacaq.

Etməyiniz lazım olan son şey, layihənin ümumi görünüşünün yanındakı dişli simgesini, sonra "layihə parametrləri" ni, sonra "xidmət hesabları" sekmesini seçin, nəhayət "Verilənlər bazası sirləri" ni basın və təhlükəsizliyi qeyd edin. verilənlər bazanızın kodu. Bu addım tamamlandıqda, smartfonunuzdan və Raspberry Pi -dən əldə edilə bilən bulud verilənlər bazanızı uğurla yaratdınız. (Şübhə olduqda yuxarıdakı şəkilləri istifadə edin və ya şərh bölməsinə sual yazın)

Addım 14: Mobil Tətbiqin yaradılması

IoT sisteminin növbəti hissəsi smartfon tətbiqidir. MİT App Inventor -dan istifadə edərək öz xüsusi tətbiqimizi hazırlamaq qərarına gəldik. Yaratdığımız tətbiqdən istifadə etmək üçün əvvəlcə sizi veb səhifələrinə aparacaq aşağıdakı linki (MIT App Inventor) açın. Sonra ekranın yuxarısına doğru "tətbiqlər yaradın" düyməsini basın, sonra Google hesabınızla daxil olun.

Aşağıdakı linkdə olan.aia faylını yükləyin. "Layihələr" sekmesini açın və "Kompüterimdən layihə idxal et (.aia)" düyməsini basın, sonra yüklədiyiniz faylı seçin və "tamam" düyməsini basın. Komponentlər pəncərəsində "FirebaseDB1" görənə qədər aşağıya doğru sürüşdürün, üzərinə vurun və "FirebaseToken", "FirebaseURL" ni əvvəlki addımda qeyd etdiyiniz dəyərlərə dəyişdirin. Bu addımlar tamamlandıqdan sonra proqramı yükləməyə və quraşdırmağa hazırsınız. "Qur" sekmesini tıklayaraq və "Tətbiq (.apk üçün QR kodu göstərin)" düyməsini, sonra smartfonunuzla QR kodunu tarayaraq və ya "Tətbiqi (.apkı kompüterimə saxla) tıklayaraq proqramı birbaşa telefonunuza yükləyə bilərsiniz.) "apk faylını kompüterinizə yükləyəcəksiniz, sonra da smartfonunuza keçə bilərsiniz.

Addım 15: Raspberry Pi proqramlaşdırılması

Raspberry Pi iki əsas səbəbdən istifadə olunur.

1. Robotdan veb serverə canlı video axını ötürür. Bu axını istifadəçi mobil tətbiqdən istifadə edərək görə bilər.
2. Firebase verilənlər bazasındakı yenilənmiş əmrləri oxuyur və Arduinoya lazımi vəzifələri yerinə yetirməyi tapşırır.

Raspberry Pi-ni canlı yayım üçün qurmaq üçün ətraflı bir dərslik artıq mövcuddur və burada tapa bilərsiniz. Təlimatlar üç sadə əmrə qədər qaynar. Raspberry Pi yandırın və terminalı açın və aşağıdakı əmrləri daxil edin.

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

Quraşdırma başa çatdıqdan sonra Pi -ni yenidən başladın və istənilən veb brauzerdə https:// Pi -nin IP ünvanını axtararaq axına daxil ola biləcəksiniz.

Canlı yayım qurulduqda, bulud verilənlər bazasından istifadə etmək üçün müəyyən kitabxanaları yükləməli və quraşdırmalısınız. Pi -də bir terminal açın və aşağıdakı əmrləri daxil edin:

• sudo pip quraşdırma istəkləri == 1.1.0
• sudo pip python-firebase quraşdırın

Nəhayət, aşağıda göstərilən python faylını yükləyin və Raspberry Pi -də qeyd edin. Kodun dördüncü sətirində COM portunu Arduinonun qoşulduğu limana dəyişdirin. Sonra, 8 -ci sətirdəki URL -ni əvvəllər qeyd etdiyiniz firebase URL -si ilə dəyişdirin. Nəhayət, proqramı terminal vasitəsilə işə salın. Bu proqram, əmrləri bulud verilənlər bazasından alır və serial bağlantısı vasitəsi ilə Arduinoya ötürür.

Addım 16: Arduino proqramlaşdırılması

Arduino, Pi əmrlərini şərh etmək üçün istifadə olunur və robotdakı aktuatorlara lazımi vəzifələri yerinə yetirməyi tapşırır. Aşağıda əlavə edilmiş Arduino kodunu yükləyin və Arduinoya yükləyin. Arduino proqramlaşdırıldıqdan sonra xüsusi USB kabelindən istifadə edərək Pi -nin USB portlarından birinə qoşun.

Addım 17: Sistemi Gücləndirin

Robot 3 hüceyrəli bir lipo batareyası ilə təchiz ediləcək. Batareya terminallarını ikiyə bölmək lazımdır, burada birbaşa mühərrikləri işə salmaq üçün CNC qalxanına gedir, digərini isə 5v UBEC -ə bağlayır və Raspberry Pi -dən elektrik enerjisi almaq üçün istifadə ediləcək sabit 5v elektrik xətti yaradır. GPIO pinləri. UBEC -dən 5v, Raspberry Pi -nin 5v pininə, UBEC -dən GND isə Pi üzərindəki GND pininə qoşulur.

Addım 18: Tətbiqdən istifadə

Tətbiqin interfeysi, izləyici robotu idarə etməyə və təyyarədəki kameradan canlı yayım yayımlamağa imkan verir. Robotunuza qoşulmaq üçün sabit bir internet bağlantınız olduğundan əmin olun və sonra verilən mətn qutusuna Raspberry Pi -nin IP ünvanını yazın və yeniləmə düyməsini basın. Bitirdikdən sonra canlı yem ekranda görünəcək və robotun müxtəlif funksiyalarını idarə edə bilməlisiniz.

Addım 19: Testə Hazırıq

Ev heyvanınızı izləyən robot tam yığıldıqdan sonra qabı bir neçə it yeməyi ilə doldura bilərsiniz. Tətbiqi açın, kameranı bağlayın və əylənin! Hal -hazırda rover və Beagle ilə oynayırıq və olduqca şən anlar çəkmişik.

Köpək bu hərəkətli cisimdən ilk qorxunu dəf etdikdən sonra, yeməyi evin ətrafında gəzirdi. Təyyarə kamerası ətrafı yaxşı bir geniş açı görünüşü ilə təmin edir, bu da manevr etməyi olduqca asanlaşdırır.

Həqiqi dünyada daha yaxşı işləməsi üçün təkmilləşdirmə üçün yer var. Bununla birlikdə, daha da qura biləcəyimiz və genişləndirə biləcəyimiz möhkəm bir sistem yaratdıq. Bu layihəni bəyəndinizsə "Robototexnika Yarışması" nda bizə səs verin.

Xoşbəxt olun!

Robototexnika Yarışmasında İkinci Mükafat