Pi Catapult: 7 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Elke jaar op die laaste Saterdag in Oktober, hou die Cantigny Historical Museum 'n amateur -katapultwedstryd. Dit is 'n wonderlike wedstryd waarmee alle deelnemers 'n katapult kan bou en afvuur terwyl hulle in tot drie verskillende kategorieë deelneem: afstand, skootgroepering en akkuraatheid. Vir meer inligting oor die wedstryd, besoek hul webwerf op https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Vir hierdie jaar se wedstryd het my span, die Pi Throwers, besluit om 'n Framboos Pi te gebruik om te help met die stel 'n deel van ons gooi vry.

In ons ontwerp het ons 'n stel sensors wat deur 'n Raspberry Pi Zero Wireless gemonitor word. Nadat die katapult gewapen is en die vrylating getrek is, bepaal die Raspberry Pi wanneer die bofbal vrygestel sal word. Deur hierdie eenvoudige proses te gebruik, kon ons die tweede plek bereik met 'n afstand van 186 voet.

Hierdie instruksie bespreek die ontwerp, ontwikkeling en implementering van die Raspberry Pi -beheerder en gepaardgaande elektronika. Alhoewel ek nie die bou van hierdie jaar se katapult dek nie, soek ek na die begin van die nuwe jaar 'n instruksie oor die ontwerp en bou van die volgende katapult.

Net vir die plesier het ek 'n video van ons 186 voet -opname ingesluit. Ek hoop jy geniet.

Ek wil ook hierdie jaar my spanmaats bedank: Steven Bob en Gus Menoudakis.

Stap 1: Algehele ontwerp

Die afgelope jaar se wedstryd het ons redelik moeilik gehad om konsekwente uitgawes vir ons katapult te kry. Omdat ek 'n groot nerd was, het ek volgens my vrou besluit om my vaardighede met elektronika en die baie lae koste van 'n Raspberry Pi Zero ($ 5) te gebruik om rekenaarbeheer by te voeg.

Hier is die algehele proses om die katapult af te vuur. Skakel eers die Pi aan. Koppel tweedens aan die draadlose hotspot van die Pi met my iPhone en begin my Catapult -app. Draai dan die katapult op en stel die vrylating in. Laai die katapult en stel die sneller in. Bewapen die katapult met die app. Trek die vrylating as u gereed is om die katapult af te vuur. Nou laat die Pi, met behulp van die ingebedde sensors, die sneller op die regte tyd los en die bal word losgemaak.

Stap 2: Raspberry Pi Zero Setup

Daar is drie hoofstappe wat nodig is om die Raspberry Pi op te stel vir gebruik in die katapult. Die eerste is om verbindings by te voeg tot die kragblokkies aan die agterkant van die Pi. Die tweede is om die Pi as 'n hot spot op te stel. Die laaste stap is om 'n program in Python te ontwikkel wat interaksie sal hê met die bedieningsprogram, die sensors kan lees en die katapult kan afvuur indien nodig.

Kragaansluitings

1. Steek jou soldeerbout aan.
2. Gryp 'n stel 16-18 meter draad vir die kragverbinding. Ek gebruik altyd rooi draad vir die positiewe verbinding. Ek gebruik ook draad met 'n aansluiting aan die een kant, sodat ek die denne uit die katapult kan verwyder.
3. Trek 'n klein bietjie draad af en maak die punte vas.
4. Soldeer die pads vooraf waar u die krag sal aansluit. Ek ken nie die blokkiesnommers nie, maar ek het aangedui watter pads in die prentjie gebruik moet word.
5. Soldeer die drade aan die Pi. Ek vind hierdie stap maklik as u die Pi beveilig en een draad oor die pad hou wat u moet soldeer. Ek smeer dan die soldeerbout op die draad terwyl ek op die kussing druk. Laat die druk los sodra u die soldeer op die draad smelt.
6. Herhaal met die tweede draad.
7. Kyk of daar 'n kortbroek is. 'N Kort bestaan as die drade of soldeersel van albei pads aan mekaar raak. As dit gebeur, verhit die soldeer, verwyder die drade en probeer weer.

Warm plek

Alhoewel ek deur al die stappe gegaan het om 'n hot spot op te stel, is daar ander wat hulle beter van hul taak gekwyt het. Ek het 'n paar webwerwe gelys met stap vir stap instruksies.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Python -program

'N Python -program word gebruik om die opset en afvuur van die katapult te beheer. Die onderstaande program word op die Pi uitgevoer en stel u in staat om die katapult te konfigureer en te beheer. Hierdie program word by die plaaslike gebruikersgids gevoeg en word uitgevoer elke keer as die Pi aangeskakel word deur 'n inskrywing in /etc/rc.local by te voeg. Hierdie program stel 'n netwerkbediener op waarmee ek kan skakel met 'n app wat vir my iPhone ontwikkel is. U kan ook telnet gebruik en aansluit op poort 9999 op die Pi. U kan dan teksopdragte met dieselfde effek as my app gebruik.

Node-rooi program

As 'n toevoeging tot die Python-program, het ek 'n Node-Red-program met soortgelyke funksies geskep, maar dit gebruik 'n webkoppelvlak. Aangesien Rasbian, die aanbevole bedryfstelsel vir die Raspberry Pi, Node-Red insluit as deel van die installasie, het ek gedink dit kan 'n goeie toevoeging wees. Kopieer die inhoud van die catapult.json-lêer na u klembord, maak Node-Red oop op die Pi wat u van plan is om vir u katapult te gebruik, kies Invoer-> knipbord in die menu aan die regterkant en plak die kode daar. Al wat u hoef te doen is om die kode te implementeer en aan die IP -adres van u Pi te koppel vir die gebruikerskoppelvlak. In my geval is dit https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, u IP -adres sal baie goed wees.

Stap 3: die onderdele aansluit

Alhoewel dit na 'n gemors lyk, is die werklike bedrading van die stelsel redelik eenvoudig. Die swak uitgevoerde PowerPoint -skema toon al die verbindings. Die onderdele wat benodig word, word hieronder gelys.

Onderdele lys

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $ 5
2. 16 GB mikro -SD -kaart - $ 8-10
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -drade trekstoot -solenoïde, elektromagneet, 10 mm -aandrywer - $ 18
4. eBoot 6-pack LM2596 DC-na-DC-omskakelaar 3.0-40V tot 1.5-35V voedingstap-afstapmodule-$ 2
5. Floureon 2 pakke 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo -battery met XT60 -prop vir RC -motor, Skylark m4 -fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone en FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 duim) - $ 27
6. Wisselskakelaar - $ 2-10 per skakelaar, ek het 'n ou een wat ek gebruik het
7. Finware 6 pare XT60 XT -60 manlike kogelverbindings, manlike, kragstekkers met hitte krimp vir RC Lipo -battery - $ 7,50
8. Cylewet 15 stuks rietskakelaar met vergulde lood normaalweg oop (N/O) magnetiese induksieskakelaar elektromagneties vir Arduino (pak van 15) CYT1065 - $ 10
9. Tolako 5v Relay Module vir Arduino ARM PIC AVR MCU 5V Indicator Light LED 1 Channel Relay Module Werkt met Amptelike Arduino Boards - $ 6. U kan 'n relais kry wat werk op 3.3v en die NPN -transistor omseil.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Plastic-Encapsulate Power Transistors 75V 600mA-$ 2
11. Draad- en diverse dele - dit bevat ongeveer 20 mm magnete.

Verbindings

Soos u kan sien uit my aaklige elektroniese diagram, is die aansluitings vir die elektronika redelik eenvoudig. U wonder miskien hoekom daar 'n NPN -transistor ingegooi word, dit het te doen met die relais wat op 5 volt werk en die Pi op 3.3v werk. Ja, daar is 5V -penne op die Pi, maar dit is nie vir die verbinding met die GPIO -penne nie. Vra my hoe weet ek …

U keuse is hoe u die komponente aan mekaar koppel. Ek het ou RC -servo -aansluitings gebruik, aangesien hulle die korrekte spasiëring het om te gebruik vir die GPIO -penne op die Raspberry Pi, en ek het 'n groot versameling daarvan. U kan soldeersel na die gate/penne op die Pi stuur as u wil. U hoef net seker te maak dat die verbindings veilig is en waarskynlik nie skei tydens die gewelddadige proses wat 'n katapult begin nie.

Stap 4: Gedrukte dele

Daar is drie items wat ek vir hierdie projek moes druk, en dit word hieronder gelys.

1. Elektroniese houer
2. Magneetkas
3. Baseball retensie -arm

Ek het die STL -lêers ingesluit vir elk van die dele wat ek moes druk. As u die arm druk, beveel ek aan dat u 'n vulsnelheid van 25-50%gebruik. Dit is om seker te maak dat die arm nie breek nie as gevolg van die spanning wat dit tydens die vuur ondergaan.

Stap 5: Magnete en rietskakelaars

Een van die meer belangrike ontwerpaspekte is om te bepaal hoe om te weet waar die arm is tydens die afvuur van die katapult. Daar is 'n paar verskillende opsies: Hall Effect -sensors, rietskakelaars en versnellingsmeters is slegs 'n paar. Oorspronklik het ek beplan om die Hall Effect -sensors te gebruik, maar ek het gevind dat hulle nie konsekwent werk nie, en ek het oorgeskakel na rietskakelaars. As u kies om rietskakelaars te gebruik, moet 'n woord van versigtigheid, rietskakelaars so gerig wees dat dit loodreg op die sentrifugale krag is. Andersins is dit moontlik dat die rietskakelaars deur die draaibeweging van die arm oopgedruk/gesluit sal word.

Soos u uit die diagram kan sien, het ek vier magnete en twee rietskakelaars gebruik. Elkeen van die magnete is 90 grade uitmekaar geplaas. Dit, in kombinasie met die 135 grade afstelling vir die rietskakelaars, laat 8 sensorlesings per omwenteling toe. Met die sensorverset, sal albei die sensors nie tegelykertyd 'n magneet kruis nie, wat ons dieselfde presisie moontlik maak as die gebruik van 'n enkele rietskakelaar en 8 magnete. In albei gevalle kry elke 45 grade wat die arm die Pi draai, 'n enkele pols.

Elke magnete is ingebed in die basissteun vir die gooiarm. Ek gebruik 'n 7/8 duim forstner -boor en boor ongeveer 6 mm in ooreenstemming met die hoogte van die magnete wat ek byderhand het. Ek gooi toe 'n bietjie warm gom in die gat en druk die magnete vas. Elke magnete moet gelyk wees aan die oppervlak van die basis.

Vir die rietskakelaars het ek die skakelaars eers gekoppel aan drade wat ek later aan die GPIO -penne van die Pi sou koppel. Ek boor toe 'n gleuf vir die rietskakelaar aan die onderkant van die gooiarm. Hierdie gleuf moet so groot wees dat u die rietskakelaar heeltemal kan omhul. Ek boor toe 'n gat deur die arm aan die einde van die gleuf. Hierdie gat is hoe die draad en rietskakelaar deur die arm gedraai word, sodat dit groot genoeg moet wees om albei te hanteer. Ek ryg dan die draadverbinding na die rietskakelaar en plak die rietskakelaar in die gleuf wat daarvoor gemaak is. Aangesien ek hout vir my gooiarm gebruik het, het ek die spasies in die rietskakelaargleuf met houtvuller gevul. Dit was 'n manier om seker te maak dat die rietskakelaar vasgemaak is en nie op die basis kan vryf nie.

Stap 6: Toets

Toets is 'n prettige proses. Dit is waar u na 'n plek gaan waar u nie mense sal seermaak of eiendom sal beskadig nie en kyk of u goed werk. Ek wens ek het dit gedoen. Tydens ons eerste toets, gooi die armvrystelling te laat en ek het 'n bofbalseil oor my bakkie, ongeveer 100 meter verder. Nadat ons die tydsberekening van die vrystelling aangepas het, het ons weer probeer. Hierdie keer het die bofbal my motorband getref en na ons teruggekeer. Ek het my motor geskuif.

Na nog 'n paar pogings het ons beweeg waar die tou aan die arm vasgemaak was, sodat die arm 90 grade CCW van reguit opgehou het. Dit het ons in staat gestel om skote redelik vorentoe te skiet en teen 'n hoek van 45 grade. Baie beter. Nadat ons die vrystelling ingeskakel het, het ons die gewig verander en 'n paar keer die balstrook aangepas om ons beste resultate te behaal.

Stap 7: Laaste gedagtes

Ek wil graag dankie sê aan al die mense wat gehelp het met die jaar se katapult. Steven Bob en Gus Menoudakis, my spanmaats. My vrou, wat elke jaar vra waarom ek 'n ander ontwerp vir 'n katapult moet bou. En Cantigny omdat hy in die eerste plek die wedstryd gehad het. Dit is fantasties en behoort eintlik 'n groter skare te hê.

Dankie vir u tyd en laat weet my as u enige vrae het.