מערכת ניטור חיות מחמד מבית Arduino ו- Raspberry Pi: 19 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

לאחרונה בזמן החופשה הבנו את חוסר הקשר עם ביגל המחמד שלנו. לאחר מחקר כלשהו, מצאנו מוצרים הכוללים מצלמה סטטית המאפשרת לנטר ולתקשר עם חיית המחמד שלך. למערכות אלו היו יתרונות מסוימים אך חסרות צדדיות. לדוגמה, כל חדר דרש יחידה כדי לעקוב אחר חיית המחמד שלכם ברחבי הבית.

לכן פיתחנו רובוט חזק שיכול לתמרן ברחבי הבית ויכול לפקח על חיית המחמד שלכם בעזרת כוח האינטרנט של הדברים. אפליקציית סמארטפון נועדה ליצור אינטראקציה עם חיית המחמד שלך באמצעות הזנת וידאו חיה. שלדת הרובוט מיוצרת דיגיטלית מכיוון שכמה חלקים נוצרו באמצעות הדפסה תלת מימדית וחיתוך בלייזר. לבסוף, החלטנו להוסיף תכונת בונוס שהוציאה פינוקים כדי לתגמל את חיית המחמד שלכם.

המשך כדי ליצור מערכת ניטור חיות מחמד משלך ואולי אפילו להתאים אותה לדרישות שלך. צפה בסרטון המקושר למעלה כדי לראות כיצד חיית המחמד שלנו הגיבה וכדי להבין טוב יותר את הרובוט. צא בהצבעה ב"תחרות הרובוטיקה "אם אהבת את הפרויקט.

שלב 1: סקירה כללית של העיצוב

כדי להמחיש את הרובוט לניטור חיות מחמד, תכננו אותו לראשונה ב- Fusion 360. להלן כמה מהתכונות שלו:

ניתן לשלוט ברובוט באמצעות אפליקציה דרך האינטרנט. זה מאפשר למשתמש להתחבר לרובוט מכל מקום

מצלמה משולבת המזרמת בשידור חי הזנת וידאו לסמארטפון יכולה לעזור למשתמש לתמרן ברחבי הבית ולתקשר עם חיית המחמד

קערת פינוק נוספת שיכולה לתגמל את חיית המחמד שלכם מרחוק

חלקים מפוברקים דיגיטלית המאפשרים להתאים אישית את הרובוט שלהם

פטל פטל שימש לחיבור לאינטרנט מכיוון שהוא כולל מצב wifi משולב

Arduino שימש יחד עם מגן CNC לתת פקודות למנועי הצעד

שלב 2: חומרים דרושים

להלן רשימת כל הרכיבים הדרושים לייצור רובוט ניטור חיות מחמד המונע על ידי ארדואינו ופטל. כל החלקים צריכים להיות זמינים וקלים לאיתורם.

מכשירי חשמל:

• Arduino Uno x 1
• פטל פאי (מהבהב עם ה raspbian האחרון) x 1
• מגן CNC x 1
• נהג מנוע צעד A4988 x 2
• פיקמרה x 1
• חיישן מרחק קולי x 1
• 11.1v סוללת ליפו x 1
• מנוע צעד NEMA 17 x 2
• 5v UBEC x 1

חוּמרָה:

• גלגלים x 2 (הגלגלים בהם השתמשנו היו בקוטר 7 ס"מ)
• גלגלי קיק x 2
• ברגים וברגים M4 ו- M3

העלות הכוללת של פרויקט זה למעט ה- Arduino ו- Raspberry Pi היא בסביבות 50 $.

שלב 3: חלקים מיוצרים דיגיטלית

חלק מהחלקים שבהם השתמשנו בפרויקט זה היו חייבים להיות בהתאמה אישית. אלה יוצגו לראשונה ב- Fusion 360 ולאחר מכן יוצרו באמצעות מדפסת תלת מימד וחותך לייזר. החלקים המודפסים בתלת מימד אינם נושאים עומס רב ולכן PLA סטנדרטי עם מילוי של 20% עובד מצוין. להלן רשימה של כל החלקים המודפסים בתלת מימד וחיתוך לייזר:

חלקים מודפסים בתלת מימד:

• מחזיק מדרגות x 2
• מערכת Vision Mount x 1
• סטנדרטים אלקטרוניים x 4
• מרווח אנכי x 4
• חיזוק שלדה x 2
• מכסה קערה לטפל x 1
• קערת פינוק x 1
• הר מדרגות אחוריות x 1
• דיסק מפותל x 1

חלקי Lasercut:

• לוח תחתון x 1
• לוח עליון x 1

להלן מצורפת תיקייה מכווצת המכילה את כל ה- STL וקבצי חיתוך בלייזר.

שלב 4: חיבור מנוע הצעדים

לאחר שכל החלקים מודפסים בתלת מימד, התחל את ההרכבה על ידי הרכבת מנוע הצעד למחזיק המדרגות. מחזיק מנוע הצעד שעיצבנו מיועד לדגם NEMA 17 (אם משתמשים במדרגות שונות זה ידרוש הרכבה אחרת). העבירו את פיר המנוע דרך החור ואבטחו את המנוע במקומו בעזרת ברגי ההרכבה. לאחר ביצוע שני המנועים צריכים להיות מוחזקים היטב למחזיקים.

שלב 5: הרכבת המדרגות ללוח התחתון

כדי להרכיב את המחזיקים ללוח התחתון בחיתוך לייזר השתמשנו בברגי M4. לפני אבטחתם בעזרת האומים, הוסיפו את רצועות החיזוק של השלדה המודפסות בתלת -ממד ולאחר מכן הדקו את האומים. הרצועות משמשות לפיזור העומס באופן שווה על הלוח האקרילי.

לבסוף, העבירו את החוטים דרך החריצים המתאימים בלוח. הקפד למשוך אותם עד הסוף כדי להימנע מהסתבכות בגלגלים.

שלב 6: התאמת הגלגלים

ללוח האקריליק שני חלקים חתוכים כך שיתאימו לגלגלים. הגלגלים שבהם השתמשנו היו בקוטר 7 ס"מ והגיעו עם ברגי סט שהוצמדו לפירים של 5 מ"מ. וודא שהגלגל מאובטח כראוי ואינו מחליק על הפיר.

שלב 7: גלגלים קדמיים ואחורים

כדי לאפשר לשלדה לנוע בצורה חלקה, החלטנו למקם גלגלי גלגלים בחלקו הקדמי והאחורי של הרובוט. זה לא רק מונע מהרובוט להתהפך, אלא גם מאפשר לשלדה להסתובב חופשי לכל כיוון. גלגלי גלגלת מגיעים בכל הגדלים, שלנו במיוחד הגיע עם בורג מסתובב יחיד שהרכבנו לבסיס והשתמשנו ברווחים מודפסים בתלת מימד כדי להתאים את הגובה כך שהרובוט יהיה אופקי לחלוטין. עם זה בסיס השלדה שלם ויש לו יציבות טובה.

שלב 8: אלקטרוניקה

ברגע שהבסיס של השלדה מורכב במלואו, הגיע הזמן להתקין את האלקטרוניקה על הלוח האקרילי. יצרנו חורים בלוח האקרילי המתיישר עם חורי ההרכבה של הארדואינו והפטל פטל. באמצעות סטנדרטים מודפסים בתלת -ממד הרמנו את האלקטרוניקה מעט מעל לוחות האקריליק, כך שניתן יהיה להסתיר את כל החיווט העודף מתחת למטה. הר את ה- Arduino ו- Raspberry Pi למקומות ההרכבה המתאימים שלהם באמצעות אגוזים וברגים M3. לאחר שהארדואינו קבוע, חבר את מגן ה- CNC לארדואינו וחבר את חוטי המדרגות בתצורה הבאה.

• צעד שמאל ליציאת ציר X של מגן CNC
• צעד ימני ליציאת ציר Y מגן CNC

כאשר מנועי הצעד מחוברים, חבר את ה- Arduino ל- Raspberry Pi באמצעות כבל ה- USB של Arduino. בסופו של דבר ה- Raspberry Pi ו- Arduino יתקשרו באמצעות הכבל הזה.

הערה: החלק הקדמי של הרובוט הוא הצד עם ה- Raspberry Pi

שלב 9: מערכת חזון

קלט הסביבה העיקרי עבור רובוט הניטור שלנו לחיות מחמד הוא ראייה. החלטנו להשתמש ב- Picamera התואם ל- Raspberry Pi להזנת סטרימינג חי למשתמש באמצעות האינטרנט. השתמשנו גם בחיישן מרחק קולי כדי להימנע ממכשולים כאשר הרובוט פועל באופן אוטונומי. שני החיישנים מתחברים למחזיק בעזרת ברגים.

ה- Picamera נכנסת ליציאה המיועדת שלו ב- Raspberry Pi ומחברת את החיישן הקולי באופן הבא:

• חיישן אולטרסאונד VCC למעקה 5v על מגן CNC
• חיישן אולטרסאונד GND עד מעקה GND על מגן CNC
• חיישן אולטרסאונד TRIG ל- X+ סיכת עצירת קצה על מגן CNC
• חיישן אולטרסאונד ECHO ל- Y+ סיכת עצירת קצה על מגן CNC

שלב 10: הרכבת הלוח העליון

בחלקו האחורי של הרובוט מותקנת מערכת פתיחת המכסה לקערת הפינוקים. חבר את מנוע הצעד המיני לרכיב המחזיק האחורי והרכב הן את מערכת הראייה והן את מערכת הסלילה עם ברגי M3 ללוח העליון. כאמור הקפד להתקין את מערכת הראייה מלפנים ואת מערכת המתפתל מאחור עם שני החורים המסופקים.

שלב 11: הרכבת הלוח העליון

הדפסנו מרווחים אנכיים בתלת -ממד לתמיכה בלוח העליון בגובה הנכון. התחל בחיבור ארבעת המרווחים ללוח התחתון ליצירת "X". לאחר מכן הנח את הלוח העליון עם קערת הפינוקים וודא כי החורים שלהם מיושרים ולבסוף מהדקים אותו גם למרווחים.

שלב 12: מנגנון פתיחת המכסה

כדי לשלוט במכסה של קערת הפינוקים, השתמשנו במנוע צעד קטן יותר כדי לסובב חוט ניילון המחובר למכסה, ולפתוח אותו. לפני חיבור המכסה העבירו את החוט דרך החור של 2 מ מ במכסה ועשו קשר בצד הפנימי. לאחר מכן חותכים את הקצה השני של המחרוזת ומחליקים אותו דרך החורים המסופקים בדיסק המתפתל. דחוף את הדיסק על המדרגה ואז משוך בחוט עד שהוא מתוח. לאחר שתסיים לחתוך את העודף ולקשור קשר. לבסוף בעזרת בורג ואום חבר את המכסה לקערה וודא שהוא מסתובב. כעת כאשר המדרגה מסתובבת המיתר אמור להתפתל על הדיסק והמכסה צריך להיפתח בהדרגה.

שלב 13: הגדרת מסד הנתונים בענן

השלב הראשון הוא יצירת מסד נתונים למערכת כך שתוכל לתקשר עם הרובוט מהאפליקציה הניידת שלך מכל מקום בעולם. לחץ על הקישור הבא (Google firebase), שיוביל אותך לאתר Firebase (יהיה עליך להיכנס באמצעות חשבון Google שלך). לחץ על כפתור "התחל" שיעביר אותך לקונסולת בסיס האש. לאחר מכן צור פרוייקט חדש על ידי לחיצה על כפתור "הוסף פרויקט", מלא את הדרישות (שם, פרטים וכו ') והשלם על ידי לחיצה על כפתור "צור פרויקט".

אנחנו רק דורשים את כלי הנתונים של Firebase, לכן בחר "מסד נתונים" מהתפריט בצד שמאל. לאחר מכן לחץ על כפתור "צור מסד נתונים", בחר באפשרות "מצב בדיקה". לאחר מכן הגדר את מסד הנתונים ל"מאגר מידע בזמן אמת "במקום" חנות אש בענן "על ידי לחיצה על התפריט הנפתח למעלה. בחר בכרטיסייה "כללים" ושנה את שני "השקר" ל"אמת ", לבסוף לחץ על הכרטיסייה" נתונים "והעתק את כתובת אתר מסד הנתונים, הדבר יידרש בהמשך.

הדבר האחרון שתצטרך לעשות הוא ללחוץ על סמל גלגל השיניים שליד סקירת הפרוייקט, ולאחר מכן על "הגדרות פרויקט", ולאחר מכן בחר בכרטיסייה "חשבונות שירות", לבסוף לחץ על "סודות מסדי נתונים" ורשום את האבטחה. קוד מסד הנתונים שלך. עם השלמת שלב זה, יצרת בהצלחה את מסד הנתונים בענן שלך שניתן לגשת אליו מהסמארטפון שלך ומה- Raspberry Pi. (השתמש בתמונות המצורפות למעלה במקרה של ספק, או פשוט השאיר שאלה בקטע ההערות)

שלב 14: יצירת האפליקציה לנייד

החלק הבא של מערכת IoT הוא יישום הסמארטפון. החלטנו להשתמש ב- MIT App Inventor כדי ליצור אפליקציה מותאמת אישית משלנו. כדי להשתמש באפליקציה שיצרנו פתח תחילה את הקישור הבא (MIT App Inventor), שיוביל אותך לדף האינטרנט שלהם. לאחר מכן לחץ על "צור אפליקציות" למעלה החלק העליון של המסך, ולאחר מכן היכנס באמצעות חשבון Google שלך.

הורד את קובץ.aia המקושר למטה. פתח את הכרטיסייה "פרויקטים" ולחץ על "ייבוא פרוייקט (.aia) מהמחשב שלי" ולאחר מכן בחר את הקובץ שהורדת זה עתה ולחץ על "אישור". בחלון הרכיבים, גלול כל הדרך למטה עד שתראה את "FirebaseDB1", לחץ עליו ושנה את "FirebaseToken", "FirebaseURL" לערכים ששמרת עליהם בשלב הקודם. לאחר השלמת השלבים האלה אתה מוכן להוריד ולהתקין את האפליקציה. אתה יכול להוריד את האפליקציה ישירות לטלפון שלך על ידי לחיצה על הכרטיסייה "Build" ולחיצה על "App (ספק קוד QR עבור.apk)" ולאחר מכן סריקת קוד ה- QR באמצעות הסמארטפון שלך או לחיצה על "App (שמור.apk במחשב שלי) "תוריד את קובץ ה- apk למחשב שלך ואז תוכל לעבור לטלפון החכם שלך.

שלב 15: תכנות ה- Pi Raspberry

ה- Raspberry Pi משמש משתי סיבות עיקריות.

1. הוא מעביר זרם וידאו חי מהרובוט לשרת אינטרנט. המשתמש יכול לצפות בזרם זה באמצעות האפליקציה לנייד.
2. הוא קורא את הפקודות המעודכנות במסד הנתונים של בסיס האש ומורה לארדואינו לבצע את המשימות הנדרשות.

להגדרת ה- Raspberry Pi לזרם חי, כבר קיימת הדרכה מפורטת וניתן למצוא אותה כאן. ההוראות מסתכמות בשלוש פקודות פשוטות. הפעל את ה- Raspberry Pi ופתח את המסוף והזן את הפקודות הבאות.

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

לאחר השלמת ההתקנה, הפעל מחדש את ה- Pi ואתה אמור להיות מסוגל לגשת לזרם על ידי חיפוש https:// כתובת ה- IP של ה- Pi שלך בכל דפדפן אינטרנט.

עם הגדרת הסטרימינג החי, יהיה עליך להוריד ולהתקין ספריות מסוימות בכדי שתוכל להשתמש במסד הנתונים בענן. פתח מסוף ב- Pi שלך והזן את הפקודות הבאות:

• בקשות להתקנת sudo pip == 1.1.0
• sudo pip התקן python-firebase

לבסוף, הורד את קובץ הפייתון המצורף למטה ושמור אותו ב- Raspberry Pi שלך. בשורה הרביעית של הקוד שנה את יציאת ה- COM ליציאה אליה Arduino מחובר. לאחר מכן, שנה את כתובת האתר בשורה 8 לכתובת בסיס האש ששמרת עליה קודם לכן. לבסוף, הפעל את התוכנית דרך הטרמינל. תוכנית זו אוספת את הפקודות ממסד הנתונים בענן ומעבירה אותה לארדואינו באמצעות החיבור הטורי.

שלב 16: תכנות הארדואינו

Arduino משמש לפרש את הפקודות מה- Pi ומורה למפעילים על הרובוט לבצע את המשימות הדרושות. הורד את קוד Arduino המצורף להלן והעלה אותו ל- Arduino. לאחר שתוכנת הארדואינו, חבר אותו לאחת מיציאות ה- USB של ה- Pi באמצעות כבל ה- USB הייעודי.

שלב 17: הפעלת המערכת

הרובוט יופעל על סוללת ליפו בת 3 תאים. יש לחלק את מסופי הסוללה לשניים, כאשר האחד עובר ישירות למגן ה- CNC כדי להניע את המנועים, ואילו השני מתחבר ל- 5V UBEC, שיצר קו חשמל יציב של 5V אשר ישמש להפעלת ה- Raspberry Pi דרך סיכות ה- GPIO. ה- 5v מה- UBEC מחובר לסיכה 5v של ה- Raspberry Pi וה- GND מה- UBEC מחובר לסיכת ה- GND בפי.

שלב 18: שימוש באפליקציה

הממשק של האפליקציה מאפשר לשלוט ברובוט הניטור וכן להזרים הזנה חיה מהמצלמה המשולבת. כדי להתחבר לרובוט שלך וודא שיש לך חיבור אינטרנט יציב ולאחר מכן פשוט הקלד את כתובת ה- IP של ה- Raspberry Pi בתיבת הטקסט המסופקת ולחץ על כפתור העדכון. לאחר שתעשה זאת, הזנת החי תופיע על המסך שלך ואתה אמור להיות מסוגל לשלוט בפונקציות השונות של הרובוט.

שלב 19: מוכן לבדיקה

כעת, לאחר שרובוט ניטור חיות המחמד שלך מורכב במלואו, ניתן למלא את הקערה בכמה פינוקי כלבים. פתח את האפליקציה, חבר את המצלמה ותהנה! כרגע שיחקנו עם הרובר והביגל שלנו ותפסנו רגעים די מצחיקים.

ברגע שהכלב התגבר על הפחד הראשוני מהחפץ הנע הזה, הוא רדף אחרי הבוט ברחבי הבית לפינוקים. המצלמה המשולבת מספקת מבט טוב בזווית רחבה של הסביבה מה שהופך אותה לתנועה קלה למדי.

יש מקום לשיפור כדי לגרום לו לתפקד טוב יותר בעולם האמיתי. עם זאת, יצרנו מערכת חזקה, שאליה אפשר להמשיך לבנות ולהתרחב. אם אהבתם את הפרויקט הזה, הצביעו עבורנו ב"תחרות הרובוטיקה"

ביצוע שמח!

פרס שני בתחרות הרובוטיקה