Sistemi i monitorimit të kafshëve shtëpiake Arduino dhe Raspberry Pi: 19 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:17

Kohët e fundit ndërsa ishim me pushime, kuptuam mungesën e lidhjes me kafshën tonë Beagle. Pas disa kërkimeve, ne gjetëm produkte që shfaqnin një aparat fotografik statik që i lejonte atij të monitoronte dhe komunikonte me kafshën e tij. Këto sisteme kishin përfitime të caktuara, por nuk kishin shkathtësi. Për shembull, çdo dhomë kërkonte një njësi për të mbajtur nën kontroll kafshën tuaj shtëpiake.

Prandaj ne zhvilluam një robot të fuqishëm që mund të manovrojë nëpër shtëpi dhe mund të monitorojë kafshën tuaj duke përdorur fuqinë e internetit të gjërave. Një aplikacion smartphone u krijua për të bashkëvepruar me kafshën tuaj përmes një burimi video të drejtpërdrejtë. Shasia e robotit është fabrikuar në mënyrë dixhitale pasi disa pjesë u krijuan duke përdorur shtypjen 3D dhe prerjen me lazer. Më në fund, ne vendosëm të shtonim një veçori bonus që shpërndante trajtime për të shpërblyer kafshën tuaj.

Vazhdoni të krijoni sistemin tuaj të monitorimit të kafshëve shtëpiake dhe ndoshta edhe ta personalizoni atë sipas kërkesave tuaja. Shikoni videon e lidhur më sipër për të parë se si ka reaguar kafsha jonë dhe për të kuptuar më mirë robotin. Hidhni një votë në "Konkursin e Robotikës" nëse ju pëlqeu projekti.

Hapi 1: Pasqyrë e Dizajnit

Për të konceptuar robotin e monitorimit të kafshëve shtëpiake, ne së pari e projektuam atë në fusion 360. Këtu janë disa nga veçoritë e tij:

Roboti mund të kontrollohet përmes një aplikacioni përmes internetit. Kjo i lejon përdoruesit të lidhet me robotin nga kudo

Një aparat fotografik në bord që transmeton drejtpërdrejt një burim video në smartphone mund të ndihmojë përdoruesin të manovrojë nëpër shtëpi dhe të ndërveprojë me kafshën

Një tas shtesë për trajtimin që mund të shpërblejë kafshën tuaj nga distanca

Pjesë të fabrikuara në mënyrë digjitale që lejojnë dikë të personalizojë robotin e tyre

Një Raspberry Pi u përdor për t'u lidhur me internetin pasi përmban një modalitet wifi në bord

Një Arduino u përdor së bashku me një mburojë CNC për të dhënë komanda për motorët stepper

Hapi 2: Materialet e nevojshme

Këtu është lista e të gjithë përbërësve të nevojshëm për të bërë robotin tuaj të monitorimit të kafshëve me Arduino dhe Raspberry Pi. Të gjitha pjesët duhet të jenë zakonisht të disponueshme dhe të lehta për tu gjetur.

ELEKTRONIKA:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (u ndez me raspbian -in e fundit) x 1
• Mburoja CNC x 1
• A4988 Stepper Motor Driver x 2
• Picamera x 1
• Sensori i distancës tejzanor x 1
• Bateri Lipo 11.1v x 1
• NEMA 17 Stepper Motor x 2
• 5v UBEC x 1

HARDWARE:

• Rrota x 2 (rrotat që përdorëm ishin 7 cm në diametër)
• Rrota Castor x 2
• M4 dhe M3 arra dhe bulona

Kostoja totale e këtij projekti pa përfshirë Arduino dhe Raspberry Pi është rreth 50 $.

Hapi 3: Pjesë të fabrikuara në mënyrë digjitale

Disa nga pjesët që kemi përdorur në këtë projekt duhej të bëheshin me porosi. Këto u modeluan së pari në Fusion 360 dhe më pas u bënë duke përdorur një printer 3D dhe një prestar lazer. Pjesët e printuara 3D nuk mbajnë shumë ngarkesë, kështu që PLA standarde me një mbushje 20% funksionon shkëlqyeshëm. Më poshtë është një listë e të gjitha pjesëve të printuara 3D dhe të prera me lazer:

Pjesë të printuara 3D:

• Mbajtës Stepper x 2
• Montimi i Sistemit të Vizionit x 1
• Ngecja elektronike x 4
• Hapësira vertikale x 4
• Përforcimi i Shasisë x 2
• Trajtoni kapakun e tasit x 1
• Trajtoni tasin 1
• Montimi i Hapës së pasmë x 1
• Disku i dredha -dredha x 1

Pjesë të prera me lazer:

• Paneli i poshtëm x 1
• Paneli i sipërm x 1

Një dosje e zipuar që përmban të gjitha STL -të dhe skedarët e prerjes me lazer mund të gjendet e bashkangjitur më poshtë.

Hapi 4: Bashkimi i Stepper Motor

Pasi të gjitha pjesët të jenë të shtypura në 3D, filloni montimin duke montuar motorin stepper në mbajtësin e hapave. Mbajtësi i motorit stepper që ne projektuam është menduar për modelin NEMA 17 (nëse dikush përdor stepa të ndryshëm do të kërkojë një montim tjetër). Kaloni boshtin e motorit përmes vrimës dhe sigurojeni motorin në vend me vidhat e montimit. Pasi të bëhen të dy motorët duhet të mbahen të sigurt tek mbajtësit.

Hapi 5: Montimi i hapave në panelin e poshtëm

Për të montuar mbajtëset në panelin e poshtëm të prerë me lazer ne përdorëm bulona M4. Para se t'i siguroni ato me arra, shtoni shiritat e përforcimit të shasisë të printuar 3D dhe pastaj lidhni arrat. Shiritat përdoren për të shpërndarë ngarkesën në mënyrë të barabartë në panelin akrilik.

Së fundi, kaloni telat përmes foleve përkatëse të dhëna në panel. Sigurohuni t'i tërhiqni deri në fund për të shmangur ngatërrimin e tyre në rrota.

Hapi 6: Montimi i rrotave

Paneli akrilik ka dy seksione të prera për t'iu përshtatur rrotave. Rrotat që përdorëm ishin 7 cm në diametër dhe vinin me vida të vendosura në boshtet e hapave 5 mm. Sigurohuni që rrota të jetë e siguruar siç duhet dhe të mos rrëshqasë në bosht.

Hapi 7: Rrotat e Kastorit para dhe mbrapa

Për të lejuar që shasia të lëvizë pa probleme, ne vendosëm të vendosim rrota rrotulluese në pjesën e përparme dhe të pasme të robotit. Kjo jo vetëm që e pengon përmbysjen e robotit, por gjithashtu e lejon shasinë të rrotullohet lirshëm në çdo drejtim. Rrotat rrotulluese vijnë në të gjitha madhësitë, tonat në veçanti erdhën me një vidë të vetme rrotulluese që e montuam në bazë dhe përdorëm ndarës të printuar 3D për të rregulluar lartësinë në mënyrë që roboti të ishte krejtësisht horizontal. Me këtë baza e shasisë është e plotë dhe ka një stabilitet të mirë.

Hapi 8: Elektronikë

Pasi baza e shasisë të jetë mbledhur plotësisht, është koha për të montuar pajisjet elektronike në panelin akrilik. Ne kemi bërë vrima në panelin akrilik që përputhen me vrimat e montimit të Arduino dhe Raspberry Pi. Duke përdorur ngërçet e shtypura në 3D, ne ngritëm pajisjet elektronike pak mbi panelet akrilike në mënyrë që të gjitha telat e tepërt të mund të fshihen me kujdes poshtë. Montoni Arduino dhe Raspberry Pi në vendet e tyre përkatëse të montimit duke përdorur arra dhe bulona M3. Pasi Arduino të jetë fiksuar, bashkëngjitni mburojën CNC në Arduino dhe lidhni telat stepper në konfigurimin e mëposhtëm.

• Hapi i majtë në portën e boshtit X të mburojës CNC
• Hapi i djathtë në portën e boshtit Y të mburojës CNC

Me motorët stepper të bashkangjitur, lidhni Arduino me Raspberry Pi duke përdorur kabllon USB të Arduino. Përfundimisht Raspberry Pi dhe Arduino do të komunikojnë përmes këtij kablli.

Shënim: Pjesa e përparme e robotit është në anën e Raspberry Pi

Hapi 9: Sistemi i vizionit

Hyrja kryesore e mjedisit për robotin tonë të monitorimit të kafshëve është vizioni. Ne vendosëm të përdorim Picamera e cila është në përputhje me Raspberry Pi për të ushqyer një transmetim të drejtpërdrejtë te përdoruesi përmes internetit. Ne gjithashtu përdorëm një sensor tejzanor të distancës për të shmangur pengesat kur roboti funksionon në mënyrë autonome. Të dy sensorët ngjiten në një mbajtës me ndihmën e vidhave.

Picamera futet në portën e saj të caktuar në Raspberry Pi dhe lidh sensorin tejzanor në mënyrën e mëposhtme:

• Sensor tejzanor VCC në hekurudhë 5v në mburojën CNC
• Sensori tejzanor GND në GND hekurudhor në mburojën CNC
• Sensori tejzanor TRIG në kunjin e ndalimit X+ në mburojën CNC
• Sensori tejzanor ECHO në Y+ fundin e kunjit të ndalimit në mburojën CNC

Hapi 10: Asambleja e Panelit të Lartë

Në pjesën e pasme të robotit është montuar sistemi i hapjes së kapakut për tasin e trajtimit. Bashkangjiteni motorin mini stepper në përbërësin e mbajtësit të pasmë dhe montoni si sistemin e shikimit ashtu edhe sistemin e mbështjelljes me bulona M3 në panelin e sipërm. Siç u përmend, sigurohuni që të montoni sistemin e shikimit përpara dhe sistemin e dredha -dredha në pjesën e pasme me dy vrimat e parashikuara.

Hapi 11: Asambleja e Panelit të Lartë

Ne shtypëm 3D ndarës vertikalë për të mbështetur panelin e sipërm në lartësinë e duhur. Filloni duke i bashkangjitur katër ndarësit në panelin e poshtëm për të formuar një "X". Pastaj vendosni panelin e sipërm me tasin e trajtimit duke u siguruar që vrimat e tyre të përafrohen dhe në fund sigurojeni atë edhe për ndarësit.

Hapi 12: Mekanizmi i hapjes së kapakut

Për të kontrolluar kapakun në tasin e trajtimit, ne përdorëm një motor stepper më të vogël për të mbështjellë një fije najloni të bashkangjitur në kapak, duke e tërhequr atë. Para se të lidhni kapakun, kaloni vargun përmes vrimës 2 mm në kapak dhe bëni një nyjë në anën e brendshme. Pastaj prerë skajin tjetër të vargut dhe kalojeni nëpër vrimat e dhëna në diskun e mbështjelljes. Shtyjeni diskun mbi hapin, pastaj tërhiqeni vargun derisa të jetë i tendosur. Pasi të keni mbaruar, kapni tepricën dhe lidhni një nyjë. Më në fund duke përdorur një rrufe në qiell dhe arrë lidhni kapakun në tas dhe sigurohuni që të rrotullohet. Tani ndërsa rrotullohet hapi, vargu duhet të fryjë në disk dhe kapaku duhet të hapet gradualisht.

Hapi 13: Vendosja e bazës së të dhënave në re

Hapi i parë është të krijoni një bazë të dhënash për sistemin në mënyrë që të mund të komunikoni me robotin nga aplikacioni juaj celular nga kudo në botë. Klikoni në lidhjen e mëposhtme (baza e zjarrit Google), e cila do t'ju çojë në faqen e internetit të Firebase (do të duhet të regjistroheni me llogarinë tuaj në Google). Klikoni në butonin "Fillo" i cili do t'ju çojë në tastierën e firebase. Pastaj krijoni një projekt të ri duke klikuar në butonin "Shto Projekt", plotësoni kërkesat (emri, detajet, etj) dhe përfundoni duke klikuar në butonin "Krijo Projekt".

Ne vetëm kërkojmë mjetet e bazës së të dhënave të Firebase, kështu që zgjidhni "bazën e të dhënave" nga menyja në anën e majtë. Tjetra klikoni në butonin "Krijo bazën e të dhënave", zgjidhni opsionin "modaliteti i testimit". Tjetra vendosni bazën e të dhënave në një "bazë të dhënash në kohë reale" në vend të "zjarrit të reve" duke klikuar në menunë zbritëse në krye. Zgjidhni skedën "rregullat" dhe ndryshoni dy "false" në "të vërteta", më në fund klikoni në skedën "të dhëna" dhe kopjoni URL -në e bazës së të dhënave, kjo do të kërkohet më vonë.

Gjëja e fundit që do të duhet të bëni është të klikoni në ikonën e ingranazheve pranë përmbledhjes së projektit, pastaj në "cilësimet e projektit", pastaj zgjidhni skedën "llogaritë e shërbimit", më në fund klikoni në "Sekretet e bazës së të dhënave" dhe shënoni sigurinë kodin e bazës së të dhënave tuaja. Me këtë hap të plotë, ju keni krijuar me sukses bazën tuaj të të dhënave cloud e cila mund të arrihet nga smartphone juaj dhe nga Raspberry Pi. (Përdorni fotografitë e bashkangjitura më lart në rast dyshimi, ose thjesht bëni një pyetje në pjesën e komenteve)

Hapi 14: Krijimi i aplikacionit celular

Pjesa tjetër e sistemit IoT është aplikacioni për smartphone. Ne vendosëm të përdorim MIT App Inventor për të bërë aplikacionin tonë të personalizuar. Për të përdorur aplikacionin që kemi krijuar, së pari hapni lidhjen e mëposhtme (MIT App Inventor), e cila do t'ju çojë në faqen e tyre të internetit. Klikoni më tej në "krijoni aplikacione" në krye të ekranit, pastaj regjistrohuni me llogarinë tuaj Google.

Shkarkoni skedarin.aia që është i lidhur më poshtë. Hapni skedën "projekte" dhe klikoni në "Importo projekt (.aia) nga kompjuteri im" më pas zgjidhni skedarin që sapo keni shkarkuar dhe klikoni "ok". Në dritaren e komponentëve, lëvizni deri poshtë derisa të shihni "FirebaseDB1", klikoni mbi të dhe modifikoni "FirebaseToken", "FirebaseURL" në vlerat për të cilat keni mbajtur shënim në hapin e mëparshëm. Pasi të përfundojnë këto hapa, jeni gati të shkarkoni dhe instaloni aplikacionin. Mund ta shkarkoni aplikacionin drejtpërdrejt në telefonin tuaj duke klikuar në skedën "Ndërto" dhe duke klikuar në "Aplikacion (jepni kodin QR për.apk)" pastaj skanoni kodin QR me telefonin tuaj të mençur ose duke klikuar "Aplikacioni (ruani.apk në kompjuterin tim) "" do të shkarkoni skedarin apk në kompjuterin tuaj të cilin më pas mund ta zhvendosni në smartphone tuaj.

Hapi 15: Programimi i Raspberry Pi

Raspberry Pi përdoret për dy arsye kryesore.

1. Ai transmeton një transmetim video të drejtpërdrejtë nga roboti në një server në internet. Ky transmetim mund të shihet nga përdoruesi duke përdorur aplikacionin celular.
2. Lexon komandat e përditësuara në bazën e të dhënave të firebase dhe udhëzon Arduino të kryejë detyrat e kërkuara.

Për vendosjen e Raspberry Pi në transmetim të drejtpërdrejtë, një tutorial i detajuar tashmë ekziston dhe mund të gjendet këtu. Udhëzimet zbresin në tre komanda të thjeshta. Ndizni Raspberry Pi dhe hapni terminalin dhe futni komandat e mëposhtme.

• git klon
• cd RPi_Cam_Web_Interface
• ./instal.sh

Pasi të përfundojë instalimi, rinisni Pi dhe duhet të jeni në gjendje të hyni në rrjedhë duke kërkuar https:// adresën IP të Pi tuaj në çdo shfletues uebi.

Me ngritjen e transmetimit të drejtpërdrejtë, do t'ju duhet të shkarkoni dhe instaloni biblioteka të caktuara për të qenë në gjendje të përdorni bazën e të dhënave cloud. Hapni një terminal në Pi tuaj dhe futni komandat e mëposhtme:

• kërkesat e instalimit të sudo pip == 1.1.0
• sudo pip instaloni python-firebase

Më në fund, shkarkoni skedarin python të bashkangjitur më poshtë dhe ruajeni në Raspberry Pi tuaj. Në rreshtin e katërt të kodit ndryshoni portën COM në portën me të cilën është lidhur Arduino. Tjetra, ndryshoni URL -në në rreshtin 8 në URL -në e bazës së zjarrit që kishit mbajtur shënim më parë. Së fundi, drejtojeni programin përmes terminalit. Ky program merr komandat nga baza e të dhënave cloud dhe e transmeton atë në Arduino përmes lidhjes serike.

Hapi 16: Programimi i Arduino

Arduino përdoret për të interpretuar komandat nga Pi dhe udhëzon aktivizuesit në robot të kryejnë detyrat e nevojshme. Shkarkoni kodin Arduino të bashkangjitur më poshtë dhe ngarkojeni atë në Arduino. Pasi të programohet Arduino, lidheni atë me një nga portat USB të Pi -së duke përdorur kabllon USB të dedikuar.

Hapi 17: Fuqizimi i sistemit

Roboti do të mundësohet nga një bateri lipo me 3 qeliza. Terminalet e baterisë duhet të ndahen në dy, ku njëri shkon direkt në mburojën CNC për të fuqizuar motorët, ndërsa tjetri lidhet me 5v UBEC, i cili krijoi një linjë të qëndrueshme 5v e cila do të përdoret për të furnizuar Raspberry Pi përmes kunjat e GPIO. 5v nga UBEC është i lidhur me pinin 5v të Raspberry Pi dhe GND nga UBEC është i lidhur me kunjin GND në Pi.

Hapi 18: Përdorimi i Aplikacionit

Ndërfaqja e aplikacionit ju lejon të kontrolloni robotin monitorues, si dhe të transmetoni një burim të drejtpërdrejtë nga kamera në bord. Për t'u lidhur me robotin tuaj sigurohuni që keni një lidhje të qëndrueshme në internet dhe pastaj thjesht shkruani adresën IP të Raspberry Pi në kutinë e dhënë të tekstit dhe klikoni butonin e përditësimit. Pasi të keni mbaruar, burimi i drejtpërdrejtë do të shfaqet në ekranin tuaj dhe ju duhet të jeni në gjendje të kontrolloni funksionet e ndryshme të robotit.

Hapi 19: Gati për Provë

Tani që roboti juaj i monitorimit të kafshëve shtëpiake është mbledhur plotësisht, mund ta mbushni tasin me disa trajtime qensh. Hapni aplikacionin, lidhni kamerën dhe argëtohuni! Ne aktualisht kemi luajtur me roverin dhe Beagle -in tonë dhe kemi kapur momente mjaft qesharake.

Pasi qeni kapërceu frikën fillestare të këtij objekti në lëvizje, ai po ndiqte botin nëpër shtëpi për trajtime. Kamera në bord siguron një pamje të mirë me kënd të gjerë të rrethinës, gjë që e bën atë mjaft të lehtë për tu manovruar.

Ka vend për përmirësim për ta bërë atë të funksionojë më mirë në botën reale. Thënë kështu, ne kemi krijuar një sistem të fortë, mbi të cilin mund të ndërtohet dhe zgjerohet më tej. Nëse ju pëlqeu ky projekt, hidhni një votë për ne në "Konkursin e Robotikës"

Gatim i lumtur!

Çmimi i dytë në Konkursin e Robotikës