Framboos PI Vision -verwerker (SpartaCam): 8 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

'N Framboos PI -visieverwerkerstelsel vir u EERSTE Robotics -kompetisie -robot

Oor EERSTE

Van Wikipedia, die gratis ensiklopedie

Die FIRST Robotics Competition (FRC) is 'n internasionale robotiese kompetisie op hoërskole. Elke jaar werk spanne hoërskoolleerlinge, afrigters en mentors gedurende 'n tydperk van ses weke om robotte te bou wat tot 54 kg weeg. Robotte voltooi take soos om balle in doelwitte te maak, skywe in doelwitte te vlieg, binnebande op rakke, hang aan tralies en balanseer robotte op balansbalke. Die spel, saam met die vereiste stel take, verander jaarliks. Terwyl spanne 'n standaard stel onderdele kry, kry hulle ook 'n begroting en word hulle aangemoedig om gespesialiseerde onderdele te koop of te maak.

Hierdie jaar se spel (2020) oneindige herlaai. Die Infinite Recharge -spel behels twee alliansies van drie spanne elk, met elke span wat 'n robot beheer en spesifieke take op 'n veld verrig om punte te behaal. Die spel fokus op 'n futuristiese stadstema met twee alliansies wat bestaan uit drie spanne wat elk meeding om verskillende take uit te voer, insluitend die skiet van skuimballe, bekend as Power Cells, in hoë en lae doelwitte om 'n Shield Generator te aktiveer, 'n bedieningspaneel te manipuleer om hierdie skild te aktiveer, en terugkeer na die Shield Generator om aan die einde van die wedstryd te parkeer of te klim. Die doel is om die skild aan te wakker en te aktiveer voordat die wedstryd eindig en asteroïdes FIRST City, 'n futuristiese stad na Star Wars, tref.

Wat doen die Framboos PI -visieverwerkerstelsel?

Die kamera kan die speelveld en die teikenplekke waar spelstukke verskaf word, skandeer of vir die telling geplaas moet word. Die eenheid het 2 verbindings, krag en Ethernet.

Die visiedoelwitte op die speelveld is omskryf met retro-weerkaatsende band en lig sal weer na die kameralens weerspieël. Die Pi met oop bronkode van Chameleon Vision (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…) verwerk die aansig, lig dit uit, voeg beeldoorleggings en uitsethoogte, gaai, kontoer en posisioneer as skikkingwaardes georden deur x en y in meter en hoek in grade saam met ander data via 'n netwerktabel. Die inligting sal in sagteware gebruik word om ons robot in outonome modus te beheer, asook om ons skutskieter te rig en af te vuur. Ander sagtewareplatforms kan op die Pi uitgevoer word. FRC -visie kan geïnstalleer word as u span reeds die sagtewaretyd in die platform belê het.

Ons begroting was vanjaar streng en die aankoop van 'n Limelight-kamera van $ 399,00 (https://www.wcproducts.com/wcp-015) was nie in die kaart nie. Met die verkryging van alle voorrade by Amazon en die gebruik van Team 3512 Spartatroniks 3D -drukker, kon ek 'n pasgemaakte visiestelsel vir $ 150,00 verpak. Sommige items kom in grootmaat, om 'n tweede medeverwerker op te stel, benodig slegs nog 'n Raspberry Pi, PI-kamera en waaier. Met CAD -hulp van een van die spanne Mentors (dankie Matt) is die PI -omhulsel geskep met behulp van Fusion 360.

Waarom nie net 'n Pi met 'n goedkoop omhulsel gebruik nie, 'n USB -kamera aansluit, 'n ringlig byvoeg, 'n Chameleon -visie installeer en klaar? Ek wou meer krag en minder kabels hê en die koelfaktor van 'n pasgemaakte stelsel.

'N Pi 4 gebruik 3 ampère as dit ten volle loop, dit is as dit die meeste van sy poorte gebruik, en wifi en 'n skerm. Ons doen dit nie op ons robotte nie, maar die USB-poorte op die roboRIO https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht… word beoordeel op 900 ma, die spanningsreguleerder modulêr (VRM) 5 volt verskaf 'n maksimum van 2 ampère, 'n limiet van 1,5 ampère, maar dit is 'n gedeelde aansluiting, dus as daar 'n ander toestel op die 5 volt -bus is, is daar 'n moontlikheid van 'n onderbreking. Die VRM lewer ook 12 volt op 2 ampère, maar ons gebruik beide verbindings om ons radio aan te dryf met 'n POE -kabel en 'n vataansluiting vir redundansie. Sommige inspekteurs van die VVK sal nie toelaat dat iets anders as wat op die VRM gedruk is, daar ingeprop word nie. Dus, 12 volt van die PDP op 'n 5 amp -breker is waar die Pi aangedryf moet word.

12 volt word voorsien via 'n 5 amp -breker op die kragverspreidingspaneel (PDP), word omgeskakel na 5,15 volt met 'n LM2596 DC na DC Buck -omskakelaar. Die Buck -omskakelaar lewer 5 volt op 3 ampère en bly in regulering tot 6,5 volt inset. Hierdie 5 volt -bus bied dan krag aan 3 subsisteme, LED -ringskikking, waaier, Framboos Pi.

Voorrade

• 6-pack LM2596 DC-na-DC-omskakelaar 3.0-40V tot 1.5-35V kragbron (6 stuks) $ 11.25
• Noctua NF-A4x10 5V, Premium stil waaier, 3-pins, 5V weergawe (40x10mm, bruin) $ 13,95
• SanDisk Ultra 32GB microSDHC UHS-I-kaart met adapter-98MB/s U1 A1-SDSQUAR-032G-GN6MA $ 7,99
• Raspberry Pi-kameramodule V2-8 megapixel, 1080p 428,20
• GeeekPi Raspberry Pi 4 Heatsink, 20PCS Raspberry Pi aluminium heatsinks met termiese geleidende kleefband vir Raspberry Pi 4 Model B (Raspberry Pi Board is nie ingesluit nie) $ 7,99
• Raspberry Pi 4 Model B 2019 Quad Core 64 bit WiFi Bluetooth (4GB) $ 61,96
• (Pak van 200 stukke) 2N2222 Transistor, 2N2222 tot-92 Transistor NPN 40V 600mA 300MHz 625mW Deurgat 2N2222A $ 6,79
• EDGELEC 100 stuks 100 ohm Weerstand 1/4w (0,25 Watt) ± 1% verdraagsaamheid Metaalfilm vaste weerstand $ 5,69 https://smile.amazon.com/gp/product/B07QKDSCSM/re… Waycreat 100PCS 5mm groen LED -diode ligte helder emitterende LED's vir Superintensiewe gloeilampe met hoë intensiteit Elektroniese komponente Lampdiodes $ 6,30
• J-B Weld Plastic Bonder $ 5,77

Stap 1: prototipe 1

Eerste toets in verpakking:

Die span het 'n Pi 3 van 'n vorige jaar gehad wat beskikbaar was om te toets. 'N Pi-kamera, 'n DC-DC buck/boost-kring en 'n Andymark-ringlig is bygevoeg.

Op die oomblik het ek nie die Pi 4 oorweeg nie, dus was ek nie bekommerd oor kragbehoeftes nie. Krag is via die USB van die roboRIO voorsien. Die kamera pas sonder om te verander in die tas. Die ringlig is warm aan die omhulsel vasgeplak en aan die versterkingsbord vasgemaak. Die hupstootbord is vir 5 volt by die GPIO -poorte 2 en 6 aangesluit en die uitset is aangepas tot 12 volt om die ring te laat loop. Daar was geen ruimte in die omhulsel vir die boostbord nie, so dit was ook warm aan die buitekant vasgeplak. Sagteware is geïnstalleer en getoets met behulp van teikens uit die 2019 -speljaar. Die sagteware span het duim vasgegee, so ons bestel 'n Pi 4, 'n heatsink en 'n waaier. En terwyl hulle op pad was, is die omhulsel ontwerp en 3D -gedruk.

Stap 2: prototipe 2

Die interne afmetings van die omhulsel was in orde, maar hawe -liggings is verreken, nie 'n vertoonstop nie.

Dit is voltooi net nadat die nuwe speletjie onthul is, sodat sagteware teen die nuwe teikenplekke kon toets.

Goeie nuus en slegte nuus. Die uitset van die belligte was nie voldoende toe ons meer as 15 voet van die teiken af was nie, dus is dit tyd om die beligting te heroorweeg. Aangesien veranderinge nodig was, beskou ek hierdie eenheid as prototipe 2.

Stap 3: prototipe 3

Prototipe 2 is bymekaar gelaat sodat sagteware hul stelsel kan verfyn. Intussen is nog 'n Pi 3 gevind en ek het nog 'n toetsbed saamgevoeg. Dit het 'n Pi3, 'n USB lifecam 3000 direk aan die bord gesoldeer, 'n boost -omskakelaar en handgesoldeerde diode -skikking.

Weereens goeie nuus, slegte nuus. Die skikking kan 'n teiken van 50 voet verder verlig, maar sou die teiken verloor as die hoek groter as 22 grade was. Met hierdie inligting kan die finale stelsel gemaak word.

Stap 4: Finale produk

Prototipe 3 het 6 diodes met 'n afstand van ongeveer 60 grade en direk vooruit.

Die laaste veranderinge was om 8 diodes met 'n afstand van 45 grade rondom die lens by te voeg, met 4 diodes wat vorentoe wys en 4 diodes wat 10 grade uitsteek, wat 'n gesigsveld van 44 grade gee. Hierdeur kan die omhulsel ook vertikaal of horisontaal op die robot gemonteer word. 'N Nuwe omhulsel is gedruk met veranderings om 'n Pi 3 of Pi 4. Die voorkant van die omhulsel is aangepas vir die individuele diodes.

Die toets het geen prestasieprobleme tussen Pi 3 of 4 getoon nie, sodat die omhulselopeninge gemaak is sodat Pi geïnstalleer kon word. Die agterste bevestigingspunte is verwyder, asook die uitlaatopeninge aan die bokant van die koepel. Die gebruik van 'n Pi 3 sal die koste verder verlaag. Pi 3 loop koeler en gebruik minder krag. Uiteindelik het ons besluit om PI 3's te gebruik vir die besparing, en sagteware -span wou 'n kode gebruik wat op die Pi 3 werk wat nie vir die Pi 4 bygewerk is nie.

Voer die STL in in die snyer van u 3D -drukkers en gaan weg. Hierdie lêer is in duim, so as u 'n snyer soos Cura het, sal u die deel waarskynlik moet skaal na %2540 om dit in metrieke te omskep. As u Fusion 360 het, kan die.f3d -lêer na u eie behoeftes aangepas word. Ek wou 'n.step -lêer insluit, maar instruksies sal nie toelaat dat die lêers opgelaai word nie.

Basiese gereedskap benodig:

• Draadstroppers
• Tang
• Soldeerbout
• Krimpbuis
• Draadknipper
• Loodvrye soldeer
• Fluks
• Helpende hande of tang
• Hittegeweer

Stap 5: Bedradingsdiode -opstelling

Veiligheidskennisgewing:

Raak nooit aan die element van die soldeerbout nie …. 400 ° C (750 ° F)

Hou drade vas wat met 'n pincet of klampe verhit moet word.

Hou die skoonmaak spons nat tydens gebruik.

Plaas die soldeerbout altyd op sy standaard wanneer dit nie gebruik word nie.

Moet dit nooit op die werkbank neersit nie.

Skakel die toestel af en trek die stekker uit die stekker as dit nie gebruik word nie.

Soldeer, vloei en skoonmakers

Dra oogbeskerming.

Soldeersel kan "spoeg".

Gebruik waar moontlik rosynvrye en loodvrye verkopers.

Hou oplosmiddels skoon in bottels.

Was u hande altyd met seep en water na soldeer.

Werk in goed geventileerde gebiede.

OK, laat ons aan die werk gaan:

Die omhulsel se oppervlak is bedruk met diodegate op 0, 90, 180, 270 punte is teen 10 grade uitgedraai. Die gate op 45, 135, 225, 315 punte is reguit.

Plaas alle diodes in die omhulsel om die gatgrootte van 5 mm te verifieer. Deur 'n goeie pasvorm hou die diodes die regte hoek. Die lang lood op 'n diode is die anode, soldeer 'n weerstand van 100 ohm aan elke diode. Soldeerkabels van die diode en weerstand sluit en laat 'n lang leiding aan die ander kant van die weerstand (sien foto's). Toets elke kombinasie voordat u verder gaan. 'N AA -battery en 2 meetkabels sal die diode dof aansteek en verifieer dat u die korrekte polariteit het.

Plaas die kombinasie van die diode/weerstand in die omhulsel en plaas die leidings in 'n zig-zag patroon sodat elke weerstandskabel die volgende weerstand raak om 'n ring te vorm. Soldeer alle leidrade. Ek meng 'n paar J-B-sweisplastiekbondels (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack) en kombineer die diode/weerstandkombinasie. Ek het supergom oorweeg, maar was nie seker of die cyanoakrylaat die diodelens sou laat mis nie. Ek het dit aan die einde van al my soldeerwerk gedoen, maar wens ek het dit hier gedoen om frustrasie te verminder wanneer diodes nie tydens hul soldeer in plek sou bly nie. Die epoxy word binne ongeveer 15 minute opgestel, dus 'n goeie plek om te breek.

Nou kan al die katodeleidings aanmekaar gesoldeer word om die - of grondring te vorm. Voeg 18 meter rooi en swart drade by u diodering. Toets die voltooide skikking met 'n 5 volt -kragtoevoer, 'n USB -laaier werk goed hiervoor.

Stap 6: Buck/Boost -bedrading

Voordat ons die Buck -omskakelaar aansluit, moet ons die uitsetspanning stel. Aangesien ons die PDP gebruik om die 12 volt te voorsien, het ek direk aan 'n PDP -poort gekoppel, gesmelt teen 5 ampère. Knip 'n voltmeter aan die uitset aan boord en begin om die potensiometer te draai. Dit sal 'n hele paar draaie neem voordat u 'n verandering sien, aangesien die bord in die fabriek getoets word tot die volle uitset en dan by die instelling gelaat word. Stel op 5,15 volt. Ons stel 'n paar millivolte hoog om te pas by wat die Pi verwag om te sien van 'n USB -laaier en enige laai van die waaier en diode -skikking. (Tydens die eerste toetsing het ons oorlasboodskappe van die Pi gesien wat kla oor lae busspanning. 'N Internetsoektog het ons die inligting gegee dat die Pi meer as 5,0 volt verwag, aangesien die meeste laaiers effens meer uitsit en die tipiese kragtoevoer vir 'n Pi is 'n USB -laaier.)

Vervolgens moet ons die saak voorberei:

Die boksomskakelaar en Pi word met 4-40 masjienskroewe vasgehou. #43 boor is ideaal om presiese gate te maak om 4-40 drade vas te maak. Hou die Pi en buck -omskakelaar by die afstande, merk dan en boor met die #43 boorpunt. Die hoogte van die afstande bied genoeg diepte om te dille sonder om heeltemal deur die rug te gaan. Tik die gate met 'n 4-40 blinde kraan. Self-tapende skroewe wat in plastiek gebruik word, sal hier goed werk, maar ek het die 4-40 skroewe beskikbaar, so dit was wat ek gebruik het. Skroewe is nodig om toegang tot die SD -kaart toe te laat (geen eksterne toegang tot die kaart word by hierdie omhulsel voorsien nie).

Die volgende gat om te boor, is vir u kragkabel. Ek het 'n punt in die onderste hoek gekies, sodat dit ekstern langs die ethernetkabel sou loop en na die binnekant onder en onder die Pi. Ek het 'n afgedekte tweedraadkabel gebruik, want ek het 'n 14 -meter draadpaar. As u 'n nie -omhulde draadpaar gebruik, plaas 1 tot 2 lae hitte op die draad waar dit in u omhulsel kom vir beskerming en spanningverligting. Gatgrootte word bepaal deur u draadkeuse.

Nou kan u die drade aan die insetlyne op die DC-DC-omskakelaar soldeer. Die verbindings is op die bord aangedui. Rooi draad na in+ Swart draad na in-. Toe ek uit die bord kom, het ek 2 kort kaal drade gesoldeer om as 'n draadpaal te werk om die waaier, Pi en transistor vas te maak.

Stap 7: Finale bedrading en epoksie

Daar word slegs 4 verbindings met die Pi gemaak. Grond, krag, LED -beheer en lintkabel vir kamera -koppelvlak.

Die 3 penne wat op die Pi gebruik word, is 2, 6 en 12.

Sny 'n rooi, swart en wit draad tot 4 duim. Trek isolasie aan die kante van die drade, die eindpunte van die drade en die penne op die Pi af.

• Rooi draad soldeer na GPIO -pen 2 gly 1/2 duim krimpkous om hitte toe te pas.
• Soldeer swart draad aan GPIO pen 6 gly 1/2 duim hitte krimp buis toe te pas hitte.
• Soldeer wit draad aan GPIO pen 12 gly 1/2 duim van krimpkous buis toe te pas hitte.
• Soldeer rooi draad om uit te trek+
• Soldeer swart draad om uit te trek-
• Voeg 'n hittekrimping van 1 duim by wit draad en soldeer tot 'n weerstand van 100 ohm en van weerstand na transistorbasis. Isoleer met hitte krimp.
• Transistor -sender na Buck -
• Transistorversamelaar na katodekant van diode -skikking
• Diode -skikking Anode/Weerstand teen Buck +
• Waaier rooi draad om uit te trek+
• Waaier swart draad om uit te trek-

Laaste verbinding:

Druk die kamera -koppelvlakkabel in. Die kabelverbinding gebruik 'n zif -aansluiting (nul inbrengkrag). Die swart strook aan die bokant van die aansluiting moet opgelig word, die kabel wat in die aansluiting geplaas word, word die aansluiting teruggedruk om dit vas te sluit. Wees versigtig om die kabel nie te krimp nie, aangesien die spoor in die isolasie kan breek. Daar moet ook 'n aansluiting reguit ingevoeg word sodat die lintkabel in lyn kom.

Kontroleer u werk op losdraaddrade en soldeerbolle, knip die oortollige lengte op die soldeerstokkies terug.

As u tevrede is met u werk, kan die waaier en kamera op hul plek geplaas word. 'N Paar druppels op die hoeke is al wat jy nodig het.

Stap 8: sagteware

Terwyl die epoksie genees, kan u sagteware op die SD -kaart kry. u benodig 'n SD-kaartadapter om by u rekenaar aan te sluit (https://www.amazon.com/Reader-Laptops-Windows-Chrom….

Gaan na:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ en laai Raspbian Buster Lite af. Om die SD -kaart met raspbian te flits, benodig u nog 'n sagteware -instrument BalenaEtcher, en dit kan hier gevind word:

Die epoxy moes nou genoeg genees het sodat u die SD -kaart kan installeer en die bok/boost -bord kan afskroef. Voordat u die deksel aansluit, moet u seker maak dat geen drade die deksel inmeng nie en dat die kamerakabel nie die waaierblaaie raak nie. Nadat die deksel op sy plek is, blaas ek die waaier aan en kyk hoe hy beweeg om te verseker dat daar geen steuring van die drade of die lintkabel is nie.

Tyd om aan te skakel:

Die eerste keer dat u aanskakel, benodig u 'n hdmi -kabel, as 'n Pi 4 'n mini -hdmi -kabel, usb -sleutelbord en hdmi -monitor saam met 'n internetverbinding. Koppel aan 'n 12 volt -kragtoevoer, PDP met 'n 5 amp -breker.

Nadat u aangemeld het, moet u eers die konfigurasiehulpmiddel uitvoer. Dit is waar SSH ingestel kan word saam met die aktivering van die PI -kamera. https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… het instruksies om te help.

Herlaai voordat Chameleon Vision geïnstalleer word

Besoek hul webwerf voordat u hul sagteware gebruik; hulle het baie inligting. Een opmerking: op hul ondersteunde hardeware -bladsy word die Pi -kamera as nie -ondersteund aangedui, maar dit is met hul nuutste weergawe. Die webblad moet opgedateer word.

Van Chameleon vision webblad:

Chameleon Vision kan gebruik word op die meeste bedryfstelsels wat beskikbaar is vir die Raspberry Pi. Dit word egter aanbeveel dat u Rasbian Buster Lite installeer, beskikbaar op https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/. Volg die instruksies om Raspbian op 'n SD -kaart te installeer.

Maak seker dat die Raspberry Pi via Ethernet aan die internet gekoppel is. Meld aan by die Raspberry Pi (gebruikersnaam pi en wagwoord framboos) en voer die volgende opdragte in die terminale uit:

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

$ chmod +x install.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo herlaai nou

Baie geluk! Jou Raspberry Pi is nou ingestel om Chameleon Vision uit te voer! Sodra die Raspberry Pi herlaai is, kan Chameleon Vision met die volgende opdrag begin word:

$ sudo java -jar kameleon -vision.jar

As 'n nuwe weergawe van Chameleon Vision vrygestel word, werk dit op deur die volgende opdragte uit te voer:

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

$ chmod +x update.sh

$ sudo./update.sh

LED Array -beheer:

U LED -skikking sal nie brand sonder sagtewarebeheer nie

Eerste robotika hierdie jaar het 'n reël teen helder LED -ligte, maar dit sal hulle toelaat as hulle kan aan- en uitgeskakel word indien nodig. Colin Gideon "SpookyWoogin", FRC 3223, het 'n Python -skrif geskryf om die LED's te beheer en dit kan hier gevind word:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

Hierdie stelsel sal ook FRC -visie gebruik as u span reeds die sagtewaretyd in die platform belê het. Met FRC -visie word die volledige SD -kaart afgebeeld, dus hoef u nie raspbian af te laai nie. Kry dit hier

Dit gee u 'n visiestelsel in 'n koel vormfaktor. Sterkte met die kompetisies!

Naaswenner in die Raspberry Pi -wedstryd 2020