Arduino un Raspberry Pi darbināta mājdzīvnieku uzraudzības sistēma: 19 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Nesen atvaļinājuma laikā mēs sapratām saiknes trūkumu ar mūsu mīluli Bīglu. Pēc dažiem pētījumiem mēs atradām produktus, kuros bija statiska kamera, kas ļāva uzraudzīt un sazināties ar savu mājdzīvnieku. Šīm sistēmām bija noteiktas priekšrocības, taču tām nebija daudzpusības. Piemēram, katrā istabā bija nepieciešama vienība, lai izsekotu jūsu mājdzīvniekam visā mājā.

Tāpēc mēs izstrādājām spēcīgu robotu, kas var manevrēt pa māju un var uzraudzīt savu mājdzīvnieku, izmantojot lietu interneta spēku. Viedtālruņa lietotne tika izstrādāta, lai mijiedarbotos ar jūsu mājdzīvnieku, izmantojot tiešraides video plūsmu. Robota šasija ir izgatavota digitāli, jo vairākas detaļas tika izveidotas, izmantojot 3D drukāšanu un lāzera griešanu. Visbeidzot, mēs nolēmām pievienot papildu funkciju, kas izsniedz gardumus, lai apbalvotu jūsu mājdzīvnieku.

Turpiniet, lai izveidotu savu mājdzīvnieku uzraudzības sistēmu un varbūt pat pielāgotu to savām prasībām. Skatiet iepriekš redzamo videoklipu, lai redzētu, kā mūsu mājdzīvnieks reaģēja, un lai labāk izprastu robotu. Ja projekts jums patika, atmetiet balsojumu "Robotikas konkursā".

1. darbība: dizaina pārskats

Lai konceptualizētu mājdzīvnieku uzraudzības robotu, mēs vispirms to izstrādājām uz fusion 360. Šeit ir dažas tā funkcijas:

Robotu var vadīt, izmantojot lietotni, izmantojot internetu. Tas ļauj lietotājam izveidot savienojumu ar robotu no jebkuras vietas

Borta kamera, kas tiešraidē straumē video plūsmu viedtālrunī, var palīdzēt lietotājam manevrēt pa māju un mijiedarboties ar mājdzīvnieku

Papildu trauku trauks, kas var atalgot jūsu mājdzīvnieku attālināti

Digitāli izgatavotas detaļas, kas ļauj pielāgot savu robotu

Lai izveidotu savienojumu ar internetu, tika izmantots Raspberry Pi, jo tam ir iebūvēts wifi režīms

Arduino tika izmantots kopā ar CNC vairogu, lai dotu komandas soļu motoriem

2. darbība. Nepieciešamie materiāli

Šeit ir saraksts ar visiem komponentiem, kas nepieciešami, lai izveidotu savu Arduino un Raspberry Pi darbināmo mājdzīvnieku uzraudzības robotu. Visām detaļām jābūt plaši pieejamām un viegli atrodamām.

ELEKTRONIKA:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (mirgo ar jaunāko raspbian) x 1
• CNC vairogs x 1
• A4988 pakāpju motora vadītājs x 2
• Picamera x 1
• Ultraskaņas attāluma sensors x 1
• 11.1v Lipo akumulators x 1
• NEMA 17 soļu motors x 2
• 5V UBEC x 1

Aparatūra:

• Riteņi x 2 (mūsu izmantotie riteņi bija 7 cm diametrā)
• Ritentiņi x 2
• M4 un M3 uzgriežņi un skrūves

Šī projekta kopējās izmaksas, izņemot Arduino un Raspberry Pi, ir aptuveni 50 USD.

3. darbība. Digitāli izgatavotas detaļas

Dažām detaļām, kuras mēs izmantojām šajā projektā, bija jābūt izgatavotām pēc pasūtījuma. Tie vispirms tika modelēti Fusion 360, un pēc tam tika izgatavoti, izmantojot 3D printeri un lāzera griezēju. 3D drukātajām detaļām nav lielas slodzes, tāpēc standarta PLA ar 20% pildījumu darbojas lieliski. Zemāk ir saraksts ar visām 3D drukātajām un lāzergrieztām daļām:

3D drukātās daļas:

• Stepper turētājs x 2
• Redzes sistēmas stiprinājums x 1
• Elektronikas pārtraukums x 4
• Vertikālā starplika x 4
• Šasijas stiprinājums x 2
• Apstrādājiet trauka vāku x 1
• Apstrādājiet trauku x 1
• Aizmugurējā pakāpiena stiprinājums x 1
• Tinuma disks x 1

Lasercut daļas:

• Apakšējais panelis x 1
• Augšējais panelis x 1

Tālāk ir pievienota mape ar rāvējslēdzēju, kurā ir visi STL un lāzera griešanas faili.

4. solis: pakāpiena motora piestiprināšana

Kad visas detaļas ir izdrukātas 3D formātā, sāciet montāžu, uzstādot pakāpju motoru soļu turētājā. Mūsu izveidotais soļu motora turētājs ir paredzēts modelim NEMA 17 (ja tiek izmantoti dažādi pakāpieni, tam būs nepieciešams cits stiprinājums). Izlaidiet motora vārpstu caur caurumu un nostipriniet motoru vietā ar stiprinājuma skrūvēm. Kad tas ir izdarīts, abiem motoriem jābūt droši turētiem pie turētājiem.

5. solis: pakāpienu montāža pie apakšējā paneļa

Lai turētājus piestiprinātu pie lāzera griezuma apakšējā paneļa, mēs izmantojām M4 skrūves. Pirms to nostiprināšanas ar uzgriežņiem pievienojiet 3D drukātās šasijas stiprinājuma sloksnes un pēc tam piestipriniet uzgriežņus. Sloksnes tiek izmantotas, lai vienmērīgi sadalītu slodzi uz akrila paneļa.

Visbeidzot, izlaidiet vadus caur attiecīgajām spraugām, kas atrodas panelī. Pārliecinieties, ka velciet tos līdz galam, lai tie netiktu sapīti riteņos.

6. solis: riteņu uzstādīšana

Akrila panelim ir divas izgrieztas sekcijas, kas piemērotas riteņiem. Mūsu izmantotie riteņi bija 7 cm diametrā, un tiem bija pievienotas skrūves, kas piestiprinātas pie 5 mm pakāpju vārpstām. Pārliecinieties, ka ritenis ir pareizi nostiprināts un neslīd uz vārpstas.

7. solis: priekšējie un aizmugurējie ritentiņi

Lai šasija varētu netraucēti pārvietoties, mēs nolēmām robota priekšpusē un aizmugurē novietot ritentiņus. Tas ne tikai neļauj robotam apgāzties, bet arī ļauj šasijai brīvi griezties jebkurā virzienā. Riteņu riteņi ir visu izmēru, jo īpaši mūsējie bija aprīkoti ar vienu pagriežamu skrūvi, ko mēs uzstādījām pie pamatnes un izmantojām 3D drukātus starplikas, lai pielāgotu augstumu tā, lai robots būtu perfekti horizontāls. Tādējādi šasijas pamatne ir pabeigta un tai ir laba stabilitāte.

8. solis: elektronika

Kad šasijas pamatne ir pilnībā salikta, ir pienācis laiks uzstādīt elektroniku uz akrila paneļa. Mēs esam izveidojuši caurumus akrila panelī, kas sakrīt ar Arduino un Raspberry Pi stiprinājuma caurumiem. Izmantojot 3D drukātus pārtraukumus, mēs pacēlām elektroniku nedaudz virs akrila paneļiem, lai visu lieko elektroinstalāciju varētu kārtīgi novietot zem tā. Piestipriniet Arduino un Raspberry Pi attiecīgajās montāžas vietās, izmantojot M3 uzgriežņus un skrūves. Kad Arduino ir fiksēts, pievienojiet CNC vairogu Arduino un pievienojiet pakāpju vadus šādā konfigurācijā.

• Kreisais solis uz CNC vairoga X ass portu
• Labais solis uz CNC vairoga Y ass portu

Kad ir pievienoti soļu motori, savienojiet Arduino ar Raspberry Pi, izmantojot Arduino USB kabeli. Galu galā Raspberry Pi un Arduino sazināsies, izmantojot šo kabeli.

Piezīme: Robota priekšpuse ir puse ar Raspberry Pi

9. solis: redzes sistēma

Mūsu mājdzīvnieku uzraudzības robota galvenais vides ieguldījums ir redze. Mēs nolēmām izmantot Picamera, kas ir saderīga ar Raspberry Pi, lai tiešraidē straumētu lietotāju internetā. Mēs izmantojām arī ultraskaņas attāluma sensoru, lai izvairītos no šķēršļiem, kad robots darbojas autonomi. Abi sensori ar skrūvju palīdzību piestiprinās pie turētāja.

Picamera tiek ievietota Raspberry Pi paredzētajā ostā un savieno ultraskaņas sensoru šādā veidā:

• Ultraskaņas sensors VCC līdz 5V sliedei uz CNC vairoga
• Ultraskaņas sensors no GND līdz GND sliedēm uz CNC vairoga
• Ultraskaņas sensors no TRIG līdz X+ gala apturēšanas tapa uz CNC vairoga
• Ultraskaņas sensors ECHO līdz Y+ gala apturēšanas tapa uz CNC vairoga

10. solis: augšējā paneļa montāža

Robota aizmugurē ir uzstādīta trauku vāka atvēršanas sistēma. Pievienojiet mini pakāpju motoru aizmugurējā turētāja detaļai un augšējā panelī ar M3 skrūvēm piestipriniet gan redzes sistēmu, gan tinumu sistēmu. Kā minēts, pārliecinieties, ka redzamības sistēma ir uzstādīta priekšā un tinumu sistēma ir aizmugurē ar diviem paredzētajiem caurumiem.

11. solis: augšējā paneļa montāža

Mēs 3D drukājām vertikālas starplikas, lai atbalstītu augšējo paneli pareizajā augstumā. Sāciet, pievienojot četrus starplikas apakšējam panelim, lai izveidotu "X". Pēc tam novietojiet augšējo paneli ar ēdiena trauku, pārliecinoties, ka to caurumi sakrīt, un visbeidzot nostipriniet to arī starplikās.

12. solis: vāka atvēršanas mehānisms

Lai kontrolētu kāruma vāka vāku, mēs izmantojām mazāku pakāpju motoru, lai velmētu pie vāka piestiprinātu neilona auklu, pavelkot to vaļā. Pirms vāka piestiprināšanas izvelciet auklu caur 2 mm caurumu uz vāka un izveidojiet mezglu iekšpusē. Pēc tam nogrieziet auklas otru galu un izbīdiet to caurumiem, kas ir uz tinuma diska. Nospiediet disku uz pakāpiena, tad pavelciet auklu, līdz tā ir nostiepta. Kad tas izdarīts, nogrieziet lieko un sasieniet mezglu. Visbeidzot, izmantojot skrūvi un uzgriezni, piestipriniet vāku pie bļodas un pārliecinieties, ka tas pagriežas. Tagad, kad solis griežas, auklai vajadzētu vīties uz diska un vākam pakāpeniski atvērties.

13. darbība. Mākoņu datu bāzes iestatīšana

Pirmais solis ir izveidot datubāzi sistēmai, lai jūs varētu sazināties ar robotu no savas mobilās lietotnes no jebkuras vietas pasaulē. Noklikšķiniet uz šīs saites (Google firebase), kas jūs novirzīs uz Firebase vietni (jums būs jāpiesakās, izmantojot savu Google kontu). Noklikšķiniet uz pogas Sākt darbu, kas jūs aizvedīs uz Firebase konsoli. Pēc tam izveidojiet jaunu projektu, noklikšķinot uz pogas "Pievienot projektu", aizpildiet prasības (nosaukums, informācija utt.) Un pabeidziet, noklikšķinot uz pogas "Izveidot projektu".

Mums ir nepieciešami tikai Firebase datu bāzes rīki, tāpēc kreisās puses izvēlnē atlasiet “datu bāze”. Pēc tam noklikšķiniet uz pogas "Izveidot datu bāzi", atlasiet opciju "testa režīms". Pēc tam iestatiet datu bāzi uz “reāllaika datu bāzi”, nevis “mākoņa ugunsdzēsēju veikalu”, noklikšķinot uz nolaižamās izvēlnes augšpusē. Atlasiet cilni "noteikumi" un nomainiet abus "nepatiesos" uz "patiesi", visbeidzot noklikšķiniet uz cilnes "dati" un nokopējiet datu bāzes URL, tas būs vajadzīgs vēlāk.

Pēdējā lieta, kas jums jādara, ir noklikšķināt uz zobrata ikonas blakus projekta pārskatam, pēc tam uz "projekta iestatījumi", pēc tam atlasīt cilni "pakalpojumu konti", visbeidzot noklikšķināt uz "Datu bāzes noslēpumi" un atzīmēt drošību jūsu datu bāzes kodu. Kad esat pabeidzis šo darbību, esat veiksmīgi izveidojis savu mākoņa datu bāzi, kurai var piekļūt no viedtālruņa un no Raspberry Pi. (Ja rodas šaubas, izmantojiet iepriekš pievienotos attēlus vai vienkārši ievietojiet jautājumu komentāru sadaļā)

14. darbība. Mobilās lietotnes izveide

Nākamā IoT sistēmas daļa ir viedtālruņa lietojumprogramma. Mēs nolēmām izmantot MIT App Inventor, lai izveidotu savu pielāgoto lietotni. Lai izmantotu mūsu izveidoto lietotni, vispirms atveriet šo saiti (MIT App Inventor), kas novirzīs jūs uz viņu tīmekļa vietni. Pēc tam ekrāna augšdaļā noklikšķiniet uz “izveidot lietotnes”, pēc tam piesakieties savā Google kontā.

Lejupielādējiet tālāk norādīto saiti.aia. Atveriet cilni "projekti" un noklikšķiniet uz "Importēt projektu (.aia) no mana datora", pēc tam atlasiet tikko lejupielādēto failu un noklikšķiniet uz "Labi". Komponentu logā ritiniet līdz galam, līdz tiek parādīts uzraksts "FirebaseDB1", noklikšķiniet uz tā un mainiet "FirebaseToken", "FirebaseURL" uz vērtībām, kuras saglabājāt iepriekšējā solī. Kad šīs darbības ir pabeigtas, esat gatavs lejupielādēt un instalēt lietotni. Jūs varat lejupielādēt lietotni tieši savā tālrunī, noklikšķinot uz cilnes Veidot un noklikšķinot uz Lietotne (norādiet.apk QR kodu), pēc tam ar viedtālruni skenējot QR kodu vai noklikšķinot uz Lietotne (saglabāt.apk manā datorā) "jūs lejupielādēsit apk failu savā datorā, kuru pēc tam varēsit pārvietot uz viedtālruni.

15. solis: Raspberry Pi programmēšana

Raspberry Pi tiek izmantots divu galveno iemeslu dēļ.

1. Tas pārraida video tiešraidi no robota uz tīmekļa serveri. Šo straumi lietotājs var apskatīt, izmantojot mobilo lietotni.
2. Tas nolasa atjauninātās komandas firebase datu bāzē un uzdod Arduino veikt nepieciešamos uzdevumus.

Lai iestatītu Raspberry Pi tiešraidei, detalizēta apmācība jau pastāv, un to var atrast šeit. Norādījumi sastāv no trim vienkāršām komandām. Ieslēdziet Raspberry Pi un atveriet termināli un ievadiet šādas komandas.

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

Kad instalēšana ir pabeigta, restartējiet Pi, un jums vajadzētu būt iespējai piekļūt straumei, meklējot https:// jūsu Pi IP adresi jebkurā tīmekļa pārlūkprogrammā.

Kad ir iestatīta tiešraides straumēšana, jums būs jālejupielādē un jāinstalē noteiktas bibliotēkas, lai varētu izmantot mākoņa datu bāzi. Atveriet termināli savā Pi un ievadiet šādas komandas:

• sudo pip instalēšanas pieprasījumi == 1.1.0
• sudo pip instalējiet python-firebase

Visbeidzot, lejupielādējiet zemāk pievienoto pitona failu un saglabājiet to savā Raspberry Pi. Ceturtajā koda rindā mainiet COM portu uz portu, ar kuru ir savienots Arduino. Pēc tam nomainiet URL 8. rindā uz to firebase URL, kuru iepriekš pierakstījāt. Visbeidzot, palaidiet programmu, izmantojot termināli. Šī programma ielādē komandas no mākoņa datu bāzes un pārsūta to Arduino, izmantojot seriālo savienojumu.

16. solis: Arduino programmēšana

Arduino tiek izmantots, lai interpretētu komandas no Pi un uzdod robota izpildmehānismiem veikt nepieciešamos uzdevumus. Lejupielādējiet zemāk pievienoto Arduino kodu un augšupielādējiet to Arduino. Kad Arduino ir ieprogrammēts, pievienojiet to vienam no Pi USB portiem, izmantojot īpašu USB kabeli.

17. darbība. Sistēmas barošana

Robots tiks izslēgts no 3 šūnu lipo akumulatora. Akumulatora spailes ir jāsadala divās daļās, kur viena iet tieši uz CNC vairogu, lai darbinātu motorus, bet otra savienojas ar 5 V UBEC, kas izveidoja stabilu 5 voltu elektrolīniju, kas tiks izmantota Raspberry Pi barošanai GPIO tapas. 5 V no UBEC ir savienots ar Raspberry Pi 5 V tapu, un GND no UBEC ir savienots ar Pi GND tapu.

18. darbība: lietotnes izmantošana

Lietotnes saskarne ļauj kontrolēt uzraudzības robotu, kā arī straumēt tiešraides plūsmu no borta kameras. Lai izveidotu savienojumu ar savu robotu, pārliecinieties, vai jums ir stabils interneta savienojums, un pēc tam vienkārši ierakstiet Raspberry Pi IP adresi norādītajā tekstlodziņā un noklikšķiniet uz atjaunināšanas pogas. Kad tas ir izdarīts, ekrānā parādīsies tiešraides plūsma, un jums vajadzētu būt iespējai kontrolēt dažādas robota funkcijas.

19. darbība: gatavs testēšanai

Tagad, kad jūsu mājdzīvnieku uzraudzības robots ir pilnībā samontēts, bļodu var piepildīt ar dažiem suņu kārumiem. Atveriet lietotni, pievienojiet kameru un izklaidējieties! Mēs šobrīd spēlējamies ar roveru un mūsu Bīglu un esam iemūžinājuši diezgan jautrus mirkļus.

Kad suns pārvarēja sākotnējās bailes no šī kustīgā objekta, tas dzenāja botu pa māju pēc kārumiem. Borta kamera nodrošina labu platleņķa skatu uz apkārtni, kas atvieglo manevrēšanu.

Ir iespējami uzlabojumi, lai tā labāk darbotos reālajā pasaulē. Tomēr mēs esam izveidojuši spēcīgu sistēmu, kuru var vēl vairāk veidot un paplašināt. Ja jums patika šis projekts, atmetiet balsojumu par mums "Robotikas konkursā"

Laimīgu izgatavošanu!

Otrā balva robotikas konkursā