מעבד Raspberry PI Vision (SpartaCam): 8 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

מערכת מעבד חזון פטל PI עבור רובוט התחרות הרובוטיקה הראשון שלך

בערך FIRST

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

תחרות הרובוטיקה FIRST (FRC) היא תחרות בינלאומית לרובוטיקה בתיכון. בכל שנה, צוותים של תלמידי תיכון, מאמנים ומנטורים עובדים במשך שישה שבועות לבנות רובוטים במשקל שמשקלם מגיע עד 54 ק ג. רובוטים משלימים משימות כגון ניקוד כדורים לשערים, הטסת דיסקים למטרות, צינורות פנימיים על מדפים, תליה על סורגים ואיזון רובוטים על קורות איזון. המשחק, יחד עם מערך המשימות הנדרש, משתנה מדי שנה. צוותים מקבלים אמנם סט סטנדרטי של חלקים, אך הם מקבלים גם תקציב ומעודדים אותם לקנות או לייצר חלקים מיוחדים.

משחק השנה (2020) הטענה אינסופית. משחק ה- Infinite Recharge כולל שתי בריתות של שלוש קבוצות כל אחת, כאשר כל קבוצה שולטת ברובוט ומבצעת משימות ספציפיות במגרש כדי לצבור נקודות. המשחק מתמקד סביב נושא עיר עתידני הכולל שתי בריתות המורכבות משלוש קבוצות המתמודדות כל אחת על ביצוע משימות שונות, כולל ירי כדורי קצף המכונים תאי כוח למטרות גבוהות ונמוכות להפעלת מחולל מגן, מניפולציה של לוח בקרה להפעלת המגן הזה, וחוזרים למחולל המגן לחנות או לטפס בסוף המשחק. המטרה היא להמריץ ולהפעיל את המגן לפני סיום המשחק ואסטרואידים פוגעים ב- FIRST City, עיר עתידנית לפי דוגמת מלחמת הכוכבים.

מה עושה מערכת מעבד הראייה Raspberry PI?

המצלמה תוכל לסרוק את שדה המשחק ואת מיקומי היעד שבהם מסופקים קטעי משחק או צריך להציב אותם לצורך ניקוד. למכלול 2 חיבורים, מתח ו- Ethernet.

מטרות הראייה במגרש המשחקים מסומנות בקלטת רטרו-רפלקטיבית והאור ישקף בחזרה לעדשת המצלמה. קוד ה- Pi המפעיל קוד פתוח מ Chameleon Vision (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…) יעבד את התצוגה, יבליט אותו, יוסיף שכבות-על ותמונת פלט, פיה, קווי מתאר ומיקום כמו ערכי מערך מסודרים לפי x ו- y במטרים וזווית במעלות יחד עם נתונים אחרים באמצעות טבלת רשת. מידע זה ישמש בתוכנה לשליטה ברובוט שלנו במצב אוטונומי, כמו גם בכוונה וירה בירי הצריחים שלנו. ניתן להריץ פלטפורמות תוכנה אחרות ב- Pi. ניתן להתקין ראיית FRC אם הצוות שלך כבר השקיע את זמן התוכנה בפלטפורמה זו.

התקציב שלנו היה הדוק השנה ורכישת מצלמה בגודל 399.00 $ (https://www.wcproducts.com/wcp-015) לא הייתה בכרטיסים. אם קיבלתי את כל האספקה מאמזון והשתמשתי במדפסת תלת מימד של Team 3512 Spartatroniks הצלחתי לארוז מערכת ראייה בהתאמה אישית במחיר של 150.00 $. חלק מהפריטים הגיעו בכמות גדולה, בניית מעבד שיתוף שני תדרוש רק עוד פטל פאי, מצלמת PI ומאוורר. בעזרת CAD מאחד הצוותים מנטורים (תודה מאט) מארז ה- PI נוצר באמצעות Fusion 360.

למה לא פשוט להשתמש ב- Pi עם מארז זול, חבר מצלמת USB, הוסף נורת טבעת, התקן את חזון הזיקית וסיימת, נכון? ובכן, רציתי יותר כוח ופחות כבלים ואת גורם הקרירות של מערכת מותאמת אישית.

פי 4 משתמש ב -3 אמפר אם הוא פועל במלוא המשעמם, כלומר אם הוא משתמש ברוב היציאות שלו, ו- wifi ומפעיל מסך. אנחנו לא עושים את זה ברובוטים שלנו, אבל יציאות ה- USB ב- roboRIO https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht… מדורגות ב 900 ma, ווסת המתח המודאלי (VRM) 5 וולט מספק עד 2 אמפר שיא, מגבלה של 1.5 אמפר, אך הוא מחבר משותף, כך שאם מכשיר אחר נמצא באוטובוס של 5 וולט, קיימת אפשרות להשחמה. ה- VRM מספק גם 12 וולט בשני אמפר, אך אנו משתמשים בשני החיבורים כדי להפעיל את הרדיו באמצעות כבל POE וחיבור חבית לצורך יתירות. חלק מפקחי ה- FRC לא יאפשרו לחבר לשם דבר מלבד מה שמודפס ב- VRM. אז 12 וולט מה- PDP על מפסק 5 אמפר הוא המקום בו צריך להפעיל את ה- Pi.

12 וולט מסופק באמצעות מפסק 5 אמפר בלוח חלוקת החשמל (PDP), מומר ל -5.15 וולט באמצעות ממיר DC ל- LM2596 DC Buck. ממיר באק מספק 5 וולט ב -3 אמפר ונשאר בתקנה עד כניסת 6.5 וולט. אוטובוס 5 וולט זה מספק כוח לשלוש מערכות משנה, מערך טבעות LED, מאוורר, פטל פטל.

אספקה

• 6 Pack LM2596 DC to DC Buck Converter 3.0-40V to 1.5-35V Module Step Down (6 Pack) $ 11.25
• Noctua NF-A4x10 5V, מאוורר שקט פרימיום, 3 פינים, גרסת 5V (40x10mm, חום) $ 13.95
• כרטיס SanDisk Ultra 32GB microSDHC UHS-I עם מתאם-98MB/s U1 A1-SDSQUAR-032G-GN6MA $ 7.99
• מודול מצלמת Raspberry Pi V2-8 מגה פיקסל, 1080p 428.20
• GeeekPi Raspberry Pi 4 כיור קירור, 20 יחידות Raspberry Pi אלומיניום קירור עם סרט דבק מוליך תרמי עבור Raspberry Pi 4 דגם B (לוח פטל Pi אינו כלול) $ 7.99
• Raspberry Pi 4 דגם B 2019 Quad Core 64 ביט WiFi Bluetooth (4GB) $ 61.96
• (חבילה של 200 חלקים) טרנזיסטור 2N2222, טרנזיסטור 2N2222 עד 92 NPN 40V 600mA 300MHz 625mW דרך חור 2N2222A $ 6.79
• EDGELEC 100 יחידות 100 אוהם נגד 1/4w (0.25 וואט) ± 1% סובלנות סרט מתכת נגד קבוע $ 5.69 https://smile.amazon.com/gp/product/B07QKDSCSM/re… Waycreat 100PCS 5 מ"מ נוריות דיודות LED ירוק שקופות מנורות נורה בעלות עוצמה גבוהה בהירות תאורה מרכיבי אלקטרוניקה דיודות מנורה $ 6.30
• J-B Weld פלסטיק בונדר 5.77 $

שלב 1: אב טיפוס 1

בדיקה ראשונה באריזה:

לצוות היה Pi 3 משנה שעברה שהיה זמין לבדיקה. נוספה מצלמת פי, מעגל באק/בוסט DC-DC ונורית טבעת של Andymark. Https: //www.andymark.com/products/led-ring-green.

בשלב זה לא שקלתי את ה- Pi 4 ולכן לא דאגתי לצרכי החשמל. החשמל סופק באמצעות USB מה- roboRIO. המצלמה מתאימה למארז ללא שינוי. אור הטבעת הודבק חם על כיסוי המארז וחובר ללוח ההגברה. לוח ההגברה מחובר ליציאות GPIO 2 ו -6 למשך 5 וולט והפלט הותאם עד 12 וולט להפעלת הטבעת. לא היה מקום בתוך המארז ללוח ההגבהה ולכן הוא היה מודבק גם כלפי חוץ. תוכנה הותקנה ונבדקה באמצעות מטרות משנת המשחק 2019. צוות התוכנה נתן אגודל למעלה אז הזמנו פי 4, כיורי קירור ומאוורר. ובעוד הם בדרך לשם המארז תוכנן והודפס בתלת מימד.

שלב 2: אב טיפוס 2

המידות הפנימיות של המארז היו תקינות, אך מיקומי הנמל קוזזו, לא פקק תצוגה.

זה הושלם רק לאחר חשיפת המשחק החדש כך שתוכנה תוכל לבדוק מול מיקומי היעד החדשים.

חדשות טובות וחדשות רעות. תפוקת אור הטבעת לא הייתה מספקת כשהיינו במרחק של יותר מ -15 מטרים מהמטרה, אז הגיע הזמן לחשוב מחדש על התאורה. מכיוון שהיה צורך בשינויים, אני רואה ביחידה זו אב טיפוס 2.

שלב 3: אב טיפוס 3

אב טיפוס 2 נותר יחד כדי שהתוכנה תוכל להמשיך ולחדד את המערכת שלהם. בינתיים נמצא עוד Pi 3 ואני ריכזתי יחד מיטת ניסוי נוספת. זה היה עם Pi3, מצלמת USB lifecam 3000 מולחמת ישירה ללוח, ממיר דחיפה ומערך דיודות מולחמים ביד.

שוב חדשות טובות, חדשות רעות. המערך יכול להאיר מטרה ממרחק 50 מטר, אך יאבד את המטרה אם זווית כיבוי גדולה מ- 22 מעלות. בעזרת פיסת מידע זו ניתן היה ליצור את המערכת הסופית.

שלב 4: מוצר סופי

לאב טיפוס 3 היו 6 דיודות במרחק של 60 מעלות זה מזה ופונה ישירות קדימה.

השינויים האחרונים היו להוסיף 8 דיודות במרווחים של 45 מעלות זה מזה סביב העדשה כאשר 4 דיודות פונות קדימה ו -4 דיודות נטויות 10 מעלות ונותנות שדה ראייה של 44 מעלות. זה גם מאפשר להתקין את המתחם בצורה אנכית או אופקית על הרובוט. מארז חדש הודפס עם שינויים שיתאימו ל- Pi 3 או Pi 4. פני המארז שונו עבור הדיודות הבודדות.

הבדיקה לא הראתה בעיות ביצועים בין Pi 3 או 4 ולכן פתחי המארז נעשו על מנת לאפשר התקנה של Pi. נקודות ההרכבה האחוריות הוסרו וכן פתחי הפליטה בחלק העליון של הכיפה. שימוש ב- Pi 3 יוריד עוד יותר את העלות. Pi 3 פועל קריר יותר ומשתמש פחות בחשמל. בסופו של דבר החלטנו להשתמש ב- PI 3 לצורך חיסכון בעלויות וצוות התוכנה רצה להשתמש בקוד שירץ על ה- Pi 3 שלא עודכן עבור ה- Pi 4.

ייבא את ה- STL לתוך פרוסת המדפסות התלת -ממדיות שלך ותסתלק. הקובץ הזה הוא בסנטימטרים אז אם יש לך פרוסה כמו Cura, סביר להניח שתצטרך לשנות את החלק ל- %2540 כדי להמיר אותו למדד. אם יש לך Fusion 360 ניתן לשנות את קובץ.f3d לצרכים שלך. רציתי לכלול קובץ.step אך הוראות הוראה אינן מאפשרות העלאת קבצים.

יש צורך בכלים בסיסיים:

• חשפניות חוטים
• צְבָת
• מלחם
• צינורות לכווץ חום
• מספרי תיל
• חייל נטול עופרת
• שֶׁטֶף
• עזרה לידיים או מלקחיים
• אקדח חום

שלב 5: מערך דיודות חיווט

הודעת בטיחות:

ברזל הלחמה לעולם אל תיגע באלמנט של מגהץ הלחמה …. 400 ° C (750 ° F)

החזק חוטים לחימום בעזרת פינצטה או מלחציים.

שמור את ספוג הניקוי רטוב במהלך השימוש.

החזר תמיד את מגהץ הלחמה אל מעמדו כאשר אינו בשימוש.

לעולם אל תניח אותו על שולחן העבודה.

כבה את המכשיר ונתק אותו מהחשמל כאשר אינו בשימוש.

הלחמה, שטף וחומרי ניקוי

לבשו הגנה לעיניים.

הלחמה יכולה "לירוק".

השתמש במכשירי נטול ציפויים וללא עופרת בכל מקום אפשרי.

שמור על ניקוי ממיסים בבקבוקים.

תמיד לשטוף את הידיים במים וסבון לאחר הלחמה.

עבודה באזורים מאווררים היטב.

בסדר בואו נצא לעבודה:

משטח המארז הודפס עם חורי דיודה ב 0, 90, 180, 270 נקודות נטועות ב 10 מעלות החוצה. חורים עם 45, 135, 225, 315 נקודות ישרים.

מניחים את כל הדיודות בפנים המתחם כדי לאמת את גודל החור של 5 מ מ. התאמה הדוקה תשאיר את הדיודות מצביעות בזווית הנכונה. ההובלה הארוכה על דיודה היא האנודה, הלחמה נגד 100 אוהם לכל דיודה. מוליכות הלחמה של הדיודה והנגד נסגרות ומשאירות להוביל ארוך בצד השני של הנגד (ראו תמונות). בדוק כל משולבת לפני שתמשיך הלאה. סוללת AA ושני מוליכי בדיקה ידליקו את הדיודה בצורה עמומה ויוודאו שיש לכם את הקוטביות הנכונה.

הכנס את משולבת הדיודה/הנגד למארז והנח את המיקומים בתבנית זיג-זג כך שכל עופרת הנגע נוגעת בנגד הבא ליצירת טבעת. הלחמה כל הלידים. הייתי מערבב קצת J-B ריתוך פלסטיק בונדר (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack) ואפוקסי משולבת הדיודה/הנגד במקום. שקלתי דבק סופר אבל לא הייתי בטוח אם הציאנואקרילט יערפל את עדשת הדיודה. עשיתי את זה בסוף כל ההלחמה אבל הלוואי שעשיתי את זה כאן כדי להפחית תסכול כאשר דיודות לא יחזיקו במקומן במהלך הלחמה. האפוקסי מתייצב תוך כ -15 דקות ולכן מקום טוב לקחת הפסקה.

כעת ניתן להלחם יחד את כל מוליכי הקתודה ליצירת טבעת - או הקרקע. הוסף חוטים אדומים ושחורים של 18 מד לטבעת הדיודה שלך. בדוק את המערך שהושלם באמצעות ספק כוח של 5 וולט, מטען USB עובד טוב בשביל זה.

שלב 6: חיווט באק/שפר

לפני חיווט בממיר באק, נצטרך להגדיר את מתח המוצא. מכיוון שאנו משתמשים ב- PDP לאספקת 12 וולט שחיברתי ישירות ליציאת PDP, התמזגה ב- 5 אמפר. לחץ על מד מתח לפלט הלוח והתחל לסובב את הפוטנציומטר. זה ייקח לא מעט סיבובים לפני שתראה שינוי מכיוון שהלוח נבדק במפעל עד לתפוקה מלאה ואז יושאר בהגדרה זו. מוגדר ל -5.15 וולט. אנו מגדירים כמה מיליוולט גבוה כך שיתאימו למה שהפי מצפה לראות ממטען USB וכל טעינת קו ממערך מאוורר ודיודה. (במהלך הבדיקה הראשונית ראינו הודעות מטרדות מהפי המתלוננות על מתח אוטובוס נמוך. חיפוש באינטרנט נתן לנו את המידע שהפי מצפה ליותר מ -5.0 וולט, כיוון שרוב המטענים מוציאים מעט יותר ואספקת החשמל האופיינית לפי היא מטען USB.)

לאחר מכן עלינו להכין את התיק:

ממיר הכסף ו- Pi מוחזקים באמצעות 4-40 ברגי מכונה. מס '43 מקדח אידיאלי ליצירת חורים מדויקים להדבקה של 4-40 חוטים. החזק את ממיר ה- PI והבאק לעמידות, סמן ולאחר מכן קודח באמצעות מקדח מספר 43. גובה הסטנדאפים מאפשר מספיק עומק לשמיר מבלי לעבור לגמרי דרך הגב. הקש על החורים בעזרת ברז עיוור 4-40. ברגים להדבקה עצמית המשמשים בפלסטיק יעבדו כאן היטב, אבל היו לי את 4-40 הברגים הזמינים, אז זה מה שהשתמשתי בו. יש צורך בברגים כדי לאפשר גישה לכרטיס ה- SD (אין גישה חיצונית לכרטיס עם מארז זה).

החור הבא לקדוח הוא לכבל החשמל שלך. בחרתי נקודה בפינה התחתונה כך שהיא תרוץ לצד כבל ה- Ethernet חיצונית ולצד ולאחר מכן מתחת ל- Pi פנימית. השתמשתי בכבל 2 חוטים מוגן כיוון שיש לי אותו, כל זוג חוטים של 14 מד יעבוד. אם אתה משתמש בזוג חוט שאינו מעוטר שים 1 עד 2 שכבות של חום מתכווץ על החוט שבו הוא נכנס למארז שלך להגנה והפגת מתחים. גודל החור ייקבע על ידי בחירת החוט שלך.

עכשיו אתה יכול להלחם את החוטים לקווי הכניסה בממיר DC-DC. החיבורים מסומנים על הלוח. חוט אדום לכניסה+ חוט שחור ל-. ביציאה מהלוח הלחמתי 2 חוטים קצרים חשופים כדי לשמש עמוד תיל לקשור את המאוורר, הפי והטרנזיסטור.

שלב 7: חיווט סופי ואפוקסי

רק 4 חיבורים נעשים ל- Pi. קרקע, כוח, בקרת לד וכבל סרט ממשק מצלמה.

3 הפינים המשמשים בפי הם 2, 6 ו -12.

חותכים חוט אדום, שחור ולבן עד 4 אינץ '. רצו את הבידוד בגודל 3/8 אינץ 'משני קצות החוטים, קצות הפח של החוטים וסיכות הפח בפי.

• חוט אדום הלחמה לפין GPIO 2 החלקה 1/2 אינץ 'של צינורות כיווץ חום מחילים חום.
• חוט שחור הלחמה לפין GPIO 6 החלקה 1/2 אינץ 'של צינורות כיווץ חום מחילים חום.
• חוט לבן הלחמה לפין GPIO 12 החלקה 1/2 אינץ 'של צינורות כיווץ חום מחילים חום.
• הלחמה חוט אדום לחלץ+
• הלחמה חוט שחור להדחה-
• הוסף כיווץ חום בגודל 1 אינץ 'לחוט הלבן והלחמה לנגד 100 אוהם ומבין הנגד לבסיס הטרנזיסטור. לבודד עם כיווץ חום.
• פולט טרנזיסטור לבאק -
• אספן טרנזיסטור לצד הקתודה של מערך הדיודות
• מערך דיודות Anode/Resistor to Buck +
• מאוורר חוט אדום לחלץ+
• מאוורר חוט שחור כדי להוציא-

חיבור אחרון:

הכנס את כבל ממשק המצלמה. חיבור הכבלים משתמש במחבר זיף (אפס הכנסת אפס). צריך להרים את הרצועה השחורה בחלקו העליון של המחבר, הכבל שמוכנס לשקע ואז המחבר נדחק לאחור כדי לנעול אותו במקומו. יש להיזהר בכדי לא לכווץ את הכבל מכיוון שהעקוב בבידוד עלול להישבר. כמו כן, יש להכניס את המחבר ישר כדי שכבל הסרט יישור את הסיכה.

בדוק את עבודתך לגבי קווצות תיל ותועות הלחמה, מהדק כל אורך עודף על עמודי ההלחמה באק.

אם אתה מרוצה מהעבודה שלך, המאוורר והמצלמה יכולים להיות מאופסים במקומם. כמה טיפות בפינות זה כל מה שאתה צריך.

שלב 8: תוכנה

בעוד האפוקסי מרפא מאפשר להכניס תוכנה לכרטיס ה- SD. תזדקק למתאם כרטיס SD כדי להתחבר למחשב שלך (https://www.amazon.com/Reader-Laptops-Windows-Chrom….

לך ל:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ והורד את Raspbian Buster Lite. כדי להבהב את כרטיס ה- SD עם raspbian תזדקק לכלי תוכנה נוסף BalenaEtcher והוא ניתן למצוא כאן, אפוקסי היה צריך להירפא מספיק עד שתוכל להתקין את כרטיס ה- SD ולהבריג את לוח הכסף/הדחיפה. לפני הצמדת המכסה, בדוק שאף חוט לא מפריע לכריכה ולכבל המצלמה אינו נוגע בלהבי המאוורר. לאחר שהמכסה במקומו אני מנשף את המאוורר ורואה איך הוא זז כדי להבטיח שאין הפרעה מחוטים או מכבל הסרט.

הגיע הזמן להפעלה:

בפעם הראשונה בהפעלה תצטרך כבל hdmi, אם פי 4 כבל hdmi מיני, מקלדת usb וצג hdmi יחד עם חיבור לאינטרנט. חברו לחשמל 12 וולט, PDP עם מפסק 5 אמפר.

לאחר הכניסה, הדבר הראשון שצריך לעשות הוא להפעיל את כלי התצורה. כאן ניתן להגדיר SSH יחד עם הפעלת מצלמת ה- PI. https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… יש הוראות לעזור.

הפעל מחדש לפני התקנת Chameleon Vision

אנא בקר באתר שלהם לפני השימוש בתוכנה שלהם, יש להם מידע רב. הערה אחת, בדף החומרה הנתמך שלהם מצלמת ה- Pi מוצגת כלא נתמכת, אך היא עם הגרסה החדשה ביותר שלהם. יש לעדכן את דף האינטרנט.

מתוך דף האינטרנט של חזון הזיקית:

Chameleon Vision יכול לפעול ברוב מערכות ההפעלה הזמינות עבור ה- Raspberry Pi. עם זאת, מומלץ להתקין את Rasbian Buster Lite, הזמין כאן https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/. בצע את ההוראות להתקנת Raspbian על כרטיס SD.

ודא ש- Raspberry Pi מחובר באמצעות אתרנט לאינטרנט. היכנס ל- Raspberry Pi (שם משתמש pi וסיסמה פטל) והפעל את הפקודות הבאות במסוף:

$ wget https://git.io/JeDUk -O install.sh

$ chmod +x install.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo אתחול מחדש כעת

מזל טוב! ה- Raspberry Pi שלך מוגדר כעת להפעלת Chameleon Vision! לאחר הפעלה מחדש של פטל פטל, ניתן להתחיל את Chameleon Vision בפקודה הבאה:

$ sudo java -jar זיקית- vision.jar

כאשר משתחררת גרסה חדשה של Chameleon Vision, עדכן אותה על ידי הפעלת הפקודות הבאות:

$ wget https://git.io/JeDUL -O update.sh

$ chmod +x update.sh

$ sudo./update.sh

בקרת מערך LED:

מערך ה- LED שלך לא ידלק ללא שליטה בתוכנה

לרובוטיקה הראשונה השנה יש חוק נגד נורות לד בהירות, אך תאפשר להן אם ניתן לכבות אותן ולהדליק אותן לפי הצורך. קולין גדעון "SpookyWoogin", FRC 3223, כתב סקריפט Python לשליטה על נוריות ה- LED וזה ניתן למצוא כאן:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

מערכת זו תפעיל גם את ראיית FRC אם הצוות שלך כבר השקיע את זמן התוכנה בפלטפורמה זו.עם ראיית FRC כרטיס ה- SD השלם מצולם כך שאין צורך להוריד raspbian. קבל את זה כאן

זה יביא לך מערכת ראייה בגורם צורה מגניב. בהצלחה בתחרויות!

סגנית בתחרות Raspberry Pi 2020