Arduino en Raspberry Pi Powered Pet Monitoring System: 19 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Onlangs terwyl ons op vakansie was, het ons besef dat daar geen verbinding met ons troeteldier was nie. Na 'n paar ondersoeke het ons produkte gevind met 'n statiese kamera waarmee u met u troeteldier kon monitor en kommunikeer. Hierdie stelsels het sekere voordele gehad, maar het nie veelsydigheid gehad nie. Elke kamer benodig byvoorbeeld 'n eenheid om u troeteldier regdeur die huis by te hou.

Daarom het ons 'n robuuste robot ontwikkel wat deur die huis kan beweeg en u troeteldier kan monitor met behulp van die krag van die internet van dinge. 'N Slimfoon -app is ontwerp om met u troeteldier te kommunikeer via 'n lewendige videostroom. Die onderstel van die robot is digitaal vervaardig, aangesien verskeie dele gemaak is met behulp van 3D -drukwerk en lasersny. Uiteindelik het ons besluit om 'n bonusfunksie by te voeg waarmee u u troeteldier beloon.

Gaan voort om u eie moniteringstelsel vir troeteldiere te skep en miskien selfs aan te pas by u behoeftes. Kyk na die video hierbo gekoppel om te sien hoe ons troeteldier gereageer het en om die robot beter te verstaan. Stem in die 'Robotics Contest' as u van die projek hou.

Stap 1: Oorsig van die ontwerp

Om die robot vir monitering van troeteldiere te konseptualiseer, het ons dit eers op fusion 360 ontwerp. Hier is 'n paar van die funksies daarvan:

Die robot kan via die internet via 'n app beheer word. Dit stel die gebruiker in staat om vanaf enige plek met die robot te skakel

'N Aan boordkamera wat 'n videostroom na die slimfoon regstreeks stroom, kan die gebruiker help om deur die huis te beweeg en met die troeteldier te kommunikeer

'N Aanvullende bak wat u troeteldier op afstand kan beloon

Onderdele wat digitaal vervaardig is, waarmee 'n mens hul robot kan aanpas

'N Raspberry Pi is gebruik om aan die internet te koppel, aangesien dit 'n ingeboude wifi -modus het

'N Arduino is saam met 'n CNC -skild gebruik om opdragte aan die stepper motors te gee

Stap 2: materiaal benodig

Hier is die lys van al die komponente wat nodig is om u eie Arduino- en Raspberry Pi-aangedrewe troeteldiermoniteringsrobot te maak. Alle onderdele moet algemeen beskikbaar wees en maklik gevind word.

ELEKTRONIES:

• Arduino Uno x 1
• Framboos Pi (flits met die nuutste raspbian) x 1
• CNC skild x 1
• Stuurmotorbestuurder A4988 x 2
• Picamera x 1
• Ultrasoniese afstandsensor x 1
• 11.1v Lipo -battery x 1
• NEMA 17 stapmotor x 2
• 5v UBEC x 1

HARDWARE:

• Wiele x 2 (die wiele wat ons gebruik het, was 7 cm in deursnee)
• Kasterwiele x 2
• M4 en M3 moere en boute

Die totale koste van hierdie projek, uitgesluit die Arduino en Raspberry Pi, beloop ongeveer $ 50.

Stap 3: Digitaal vervaardigde onderdele

Sommige dele wat ons in hierdie projek gebruik het, moes op maat gemaak word. Dit is eers in Fusion 360 gemodelleer en daarna gemaak met 'n 3D -drukker en 'n lasersnyer. Die 3D -gedrukte onderdele dra nie veel las nie, so standaard PLA met 'n 20% -opvulling werk uitstekend. Hieronder is 'n lys van al die 3D-gedrukte en lasergesnyde onderdele:

3D -gedrukte onderdele:

• Staphouer x 2
• Vision System Mount x 1
• Elektroniese opstand x 4
• Vertikale afstandhouer x 4
• Onderstelversterking x 2
• Behandel komdeksel x 1
• Treat Bowl x 1
• Stepper mount agter x 1
• Draaiskyf x 1

Lasercut -onderdele:

• Onderpaneel x 1
• Bovenste paneel x 1

'N Ritsmap met al die STL's en lasersny -lêers kan hieronder aangeheg word.

Stap 4: Bevestig die stapmotor

Sodra al die dele in 3D gedruk is, begin die montering deur die stapmotor in die stepperhouer te monteer. Die stapmotorhouer wat ons ontwerp het, is bedoel vir die NEMA 17 -model (as 'n mens verskillende steppers gebruik, sal dit 'n ander houer benodig). Steek die as van die motor deur die gat en maak die motor vas met die skroewe. Sodra dit klaar is, moet albei motors veilig aan die houers gehou word.

Stap 5: Monteer die steppers op die onderste paneel

Om die houers aan die lasergesnyde onderpaneel te monteer, het ons M4-boute gebruik. Voordat u dit met die moere vasmaak, moet u die 3D -gedrukte onderstelversterkingsstroke byvoeg en die moere vasmaak. Die stroke word gebruik om die vrag eweredig op die akrielpaneel te versprei.

Laastens die drade deur die onderskeie gleuwe wat op die paneel verskyn. Maak seker dat u dit heeltemal trek sodat dit nie in die wiele verstrengel raak nie.

Stap 6: Monteer die wiele

Die akrielpaneel het twee dele wat uitgesny is om by die wiele te pas. Die wiele wat ons gebruik het, was 7 cm in deursnee en kom met stelskroewe wat op die 5 mm stepper -as vasgemaak is. Maak seker dat die wiel goed vasgemaak is en nie op die as gly nie.

Stap 7: Voor- en agterwielwiele

Om die onderstel glad te laat beweeg, het ons besluit om wiele voor en agter op die robot te plaas. Dit verhoed nie net dat die robot kan kantel nie, maar dit laat die onderstel ook vrylik in enige rigting draai. Caster -wiele kom in alle groottes, veral ons s'n het 'n enkele draaibare skroef wat ons aan die voetstuk aangebring het en met afstandsbedienings met 3D -druk die hoogte verstel sodat die robot heeltemal horisontaal was. Hiermee is die basis van die onderstel volledig en het dit 'n goeie stabiliteit.

Stap 8: Elektronika

Sodra die onderkant van die onderstel volledig gemonteer is, is dit tyd om die elektronika op die akrielpaneel te monteer. Ons het gate in die akrielpaneel gemaak wat pas by die monteergate van die Arduino en die Raspberry Pi. Met behulp van 3D -gedrukte afstandsbedrae het ons die elektronika effens bo die akrielpanele verhef sodat al die oortollige bedrading netjies daar onder weggesteek kan word. Monteer die Arduino en die Raspberry Pi op hul ooreenstemmende monteerplekke met behulp van M3 moere en boute. Sodra die Arduino reggemaak is, bevestig die CNC -skild aan die Arduino en verbind die stepperdrade in die volgende konfigurasie.

• Linksstap na CNC-skild X-as-poort
• Regterstap na CNC-skild Y-as-poort

Verbind die Arduino met die stepper -motors met die Raspberry Pi met die USB -kabel van die Arduino. Uiteindelik gaan die Raspberry Pi en Arduino via hierdie kabel kommunikeer.

Opmerking: die voorkant van die robot is die sy met die Raspberry Pi

Stap 9: Visiestelsel

Die primêre insette in die omgewing vir ons robot vir monitering van troeteldiere is visie. Ons het besluit om die Picamera, wat verenigbaar is met die Raspberry Pi, te gebruik om 'n lewendige stroom via die internet aan die gebruiker te stuur. Ons het ook 'n ultrasoniese afstandsensor gebruik om hindernisse te vermy as die robot outonoom werk. Beide sensors word met behulp van skroewe aan 'n houer vasgemaak.

Die Picamera steek in die aangewese poort van die Raspberry Pi in en verbind die ultrasoniese sensor op die volgende manier:

• Ultrasoniese sensor VCC tot 5v -spoor op CNC -skild
• Ultrasoniese sensor GND tot GND -rail op CNC -skild
• Ultrasoniese sensor TRIG tot X+ eindstoppen op CNC -skild
• Ultrasoniese sensor ECHO tot Y+ eindstoppen op CNC -skild

Stap 10: Montering van die boonste paneel

Aan die agterkant van die robot is die dekselopeningstelsel vir die lekkernybak gemonteer. Bevestig die mini -stepper -motor aan die agterste houer -komponent en monteer beide die sigstelsel en die wikkelstelsel met M3 -boute op die boonste paneel. Soos genoem, moet u die visiestelsel aan die voorkant en die wikkelstelsel aan die agterkant met die twee gate voorsien.

Stap 11: Montering van die boonste paneel

Ons het 3D -vertikale afstandhouers gedruk om die boonste paneel op die regte hoogte te ondersteun. Begin deur die vier afstandhouers aan die onderpaneel vas te maak om 'n "X" te vorm. Plaas dan die boonste paneel met die lekkernybak en maak seker dat hulle gate in lyn is en maak dit uiteindelik ook aan die afstandhouers vas.

Stap 12: Dekselmeganisme

Om die deksel op die bak te bedek, gebruik ons 'n kleiner stapmotor om 'n nylon tou wat aan die deksel geheg is, oop te trek. Voordat u die deksel aanbring, moet u die tou deur die 2 mm -gat op die deksel trek en 'n knoop aan die binnekant maak. Sny dan die ander kant van die tou en steek dit deur die gate op die wikkelskyf. Druk die skyf op die stepper en trek aan die tou totdat dit styf is. As jy klaar is, sny die oortollige en bind 'n knoop. Bevestig uiteindelik die deksel met 'n bout en moer aan die bak en maak seker dat dit draai. As die trapper draai, moet die tou op die skyf draai en die deksel moet geleidelik oopmaak.

Stap 13: Die opstel van die wolkdatabasis

Die eerste stap is om 'n databasis vir die stelsel te skep, sodat u vanaf u mobiele app met die robot kan kommunikeer vanaf enige plek ter wêreld. Klik op die volgende skakel (Google firebase), wat u na die Firebase -webwerf sal lei (u moet met u Google -rekening aanmeld). Klik op die knoppie "Begin" wat u na die vuurbank -konsole sal neem. Skep dan 'n nuwe projek deur op die "Voeg projek" -knoppie te klik, vul die vereistes in (naam, besonderhede, ens.) En voltooi deur op die "Skep projek" -knoppie te klik.

Ons benodig net die databasisinstrumente van Firebase, dus kies 'databasis' in die menu aan die linkerkant. Klik vervolgens op die knoppie "Skep databasis", kies die opsie "toetsmodus". Stel die databasis dan na 'n 'intydse databasis' in plaas van die 'wolkvuurwinkel' deur op die keuselys bo-aan te klik. Kies die oortjie "reëls" en verander die twee "onwaar" na "waar", klik uiteindelik op die blad "data" en kopieer die databasis -URL; dit sal later benodig word.

Die laaste ding wat u moet doen, is om op die rat -ikoon langs die projekoorsig te klik, dan op "projekinstellings", kies dan die oortjie "diensrekeninge", klik uiteindelik op "Databasisgeheime" en teken die sekuriteit aan kode van u databasis. Nadat u hierdie stap voltooi het, het u u wolkdatabasis suksesvol geskep wat vanaf u smartphone en vanaf die Raspberry Pi verkry kan word. (Gebruik die foto's hierbo as u twyfel, of laat 'n vraag in die kommentaarafdeling)

Stap 14: Skep die mobiele app

Die volgende deel van die IoT -stelsel is die slimfoontoepassing. Ons het besluit om MIT App Inventor te gebruik om ons eie pasgemaakte app te maak. Om die app wat ons geskep het, te gebruik, maak eers die volgende skakel oop (MIT App Inventor), wat u na hul webblad sal lei. Klik vervolgens op 'skep programme' bo -aan die skerm en meld dan aan met u Google -rekening.

Laai die.aia -lêer af wat hieronder gekoppel is. Open die oortjie "projekte" en klik op "Import project (.aia) from my computer", kies dan die lêer wat u pas afgelaai het en klik op "ok". Blaai in die komponentvenster totdat u 'FirebaseDB1' sien, klik daarop en verander die 'FirebaseToken', 'FirebaseURL' na die waardes waarvan u in die vorige stap kennis geneem het. Sodra hierdie stappe voltooi is, is u gereed om die app af te laai en te installeer. U kan die app direk op u telefoon aflaai deur op die "Bou" -oortjie te klik en op "App (verskaf QR -kode vir.apk)" te klik, dan die QR -kode met u slimfoon te skandeer of op "App" te klik (stoor. Apk op my rekenaar) ", laai u die apk -lêer op u rekenaar af, wat u dan na u slimfoon kan skuif.

Stap 15: Programmering van die Raspberry Pi

Die Raspberry Pi word om twee hoofredes gebruik.

1. Dit stuur 'n lewendige videostroom van die robot na 'n webbediener. Die stroom kan deur die gebruiker deur die mobiele app besigtig word.
2. Dit lees die opgedateerde opdragte op die firebase -databasis en gee die Arduino opdrag om die vereiste take uit te voer.

Vir die opstel van die Raspberry Pi vir live-streaming bestaan daar reeds 'n gedetailleerde handleiding wat u hier kan vind. Die instruksies kom neer op drie eenvoudige opdragte. Skakel die Raspberry Pi aan en maak die terminale oop en voer die volgende opdragte in.

• git -kloon
• cd RPi_Cam_Web_Interface
• ./install.sh

Sodra die installasie voltooi is, herbegin die Pi en moet u toegang tot die stroom hê deur https:// die IP -adres van u Pi in enige webblaaier te soek.

Met die lewendige stroming ingestel, moet u sekere biblioteke aflaai en installeer om die wolkdatabasis te kan gebruik. Maak 'n terminale op u Pi oop en voer die volgende opdragte in:

• sudo pip installeringsversoeke == 1.1.0
• sudo pip installeer python-firebase

Laai laastens die onderstaande python -lêer af en stoor dit op u Raspberry Pi. Verander die COM -poort op die vierde reël van die kode na die poort waarmee die Arduino gekoppel is. Verander vervolgens die URL op reël 8 na die vuurbasis -URL waarvan u vroeër notas gehou het. Laastens, voer die program deur die terminale uit. Hierdie program haal die opdragte uit die wolkdatabasis en stuur dit deur middel van die seriële verbinding na die Arduino.

Stap 16: Programmering van die Arduino

Die Arduino word gebruik om die opdragte van die Pi te interpreteer en gee die aandrywers op die robot opdrag om die nodige take uit te voer. Laai die onderstaande Arduino -kode af en laai dit op die Arduino. Sodra die Arduino geprogrammeer is, koppel dit aan op een van die Pi se USB -poorte met die spesiale USB -kabel.

Stap 17: Skakel die stelsel aan

Die robot sal 'n 3 -sel lipo -battery afskakel. Die batteryklemme moet in twee verdeel word, waar die een direk na die CNC -skild gaan om die motors aan te dryf, terwyl die ander met die 5V UBEC verbind word, wat 'n bestendige 5v -kraglyn skep wat gebruik sal word om die Raspberry Pi deur te voer die GPIO -penne. Die 5v van die UBEC is gekoppel aan die 5v -pen van die Raspberry Pi en die GND van die UBEC is gekoppel aan die GND -pen op die Pi.

Stap 18: Gebruik die app

Met die koppelvlak van die app kan u die moniteringsrobot beheer en 'n lewendige voer vanaf die ingeboude kamera stroom. Maak seker dat u 'n stabiele internetverbinding het om met u robot in verbinding te tree, tik dan die IP -adres van die Raspberry Pi in die teksboks en klik op die opdateringsknoppie. Sodra dit klaar is, verskyn die lewendige voer op u skerm en moet u die verskillende funksies van die robot kan beheer.

Stap 19: gereed om te toets

Noudat u troeteldiermoniteringsrobot volledig bymekaargemaak is, kan u die bak vol hondehappies vul. Maak die app oop, koppel die kamera en geniet dit! Ons het tans met die rover en ons Beagle rondgespeel en mooi snaakse oomblikke vasgevang.

Sodra die hond die aanvanklike vrees vir hierdie bewegende voorwerp oorkom het, het hy die bot om die huis gejaag vir lekkernye. Die ingeboude kamera bied 'n goeie wye hoekbeeld van die omgewing, wat dit redelik maklik maak om te beweeg.

Daar is ruimte vir verbetering om dit in die werklike wêreld beter te laat funksioneer. Dit gesê, ons het 'n robuuste stelsel geskep waarop u verder kan bou en uitbrei. As u van hierdie projek hou, moet u vir ons stem in die "Robotics Contest"

Gelukkige maak!

Tweede prys in die robotiese kompetisie