Малинов процесор PI Vision (SpartaCam): 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Процесорна система за визия на Raspberry PI за вашия ПЪРВИ робот за състезания по роботика

Около ПЪРВО

От Уикипедия, безплатната енциклопедия

ПЪРВОТО състезание по роботика (FRC) е международно състезание по роботика в гимназията. Всяка година екипи от ученици от гимназията, треньори и ментори работят по време на шестседмичен период, за да създадат роботи за игри, които тежат до 120 паунда (54 кг). Роботите изпълняват задачи като вкарване на топки в цели, летящи дискове в цели, вътрешни тръби върху стелажи, окачване на решетки и балансиране на роботи на балансиращи греди. Играта, заедно с необходимия набор от задачи, се променя ежегодно. Докато на екипите се дава стандартен набор от части, те също имат бюджет и се насърчават да купуват или произвеждат специализирани части.

Тази година игра (2020) безкрайно зареждане. Играта Infinite Recharge включва два алианса от по три отбора всеки, като всеки отбор контролира робот и изпълнява специфични задачи на поле, за да печели точки. Играта се фокусира върху футуристична градска тема, включваща два съюза, състоящи се от три отбора, всеки от които се състезава за изпълнение на различни задачи, включително стрелба с топки от пяна, известни като Power Cells, във високи и ниски цели за активиране на генератор на щитове, манипулиране на контролен панел за активиране на този щит, и връщане към Генератора на щитове, за да паркирате или да се изкачите в края на мача. Целта е да се активира и активира щитът преди края на мача и астероидите да ударят FIRST City, футуристичен град, моделиран след Междузвездни войни.

Какво прави процесорната система Raspberry PI Vision?

Камерата ще може да сканира игровото поле и целевите места, където се доставят игрални фигури или трябва да бъдат поставени за точкуване. Монтажът има 2 връзки, захранване и Ethernet.

Видимите цели на игралното поле са очертани със светлоотразителна лента и светлината ще се отрази обратно към обектива на камерата. Pi, работещ с отворен код от Chameleon Vision (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…), ще обработи изгледа, ще го подчертае, ще добави наслагвания на изображения и ще изведе терена, наклон, контур и позиция като стойности на масива, подредени по x и y в метри и ъгъл в градуси заедно с други данни чрез мрежова таблица. Тази информация ще бъде използвана в софтуера за управление на нашия робот в автономен режим, както и за прицелване и стрелба с нашия стрелец с кула. Други софтуерни платформи могат да се изпълняват на Pi. Визията на FRC може да бъде инсталирана, ако вашият екип вече е инвестирал софтуерно време в тази платформа.

Бюджетът ни беше ограничен тази година и закупуването на камера Limelight от $ 399,00 (https://www.wcproducts.com/wcp-015) не беше в картите. Доставяйки всички доставки от Amazon и използвайки 3D принтер Team 3512 Spartatroniks, успях да опаковам персонализирана система за визия за $ 150.00. Някои елементи се появиха масово, изграждането на втори съвместен процесор ще изисква само друг Raspberry Pi, PI камера и вентилатор. С помощта на CAD от един от менторите на екипа (благодаря Мат) PI корпусът е създаден с помощта на Fusion 360.

Защо просто не използвате Pi с евтин корпус, включите USB камера, добавите лампа за пръстен, инсталирате Chameleon vision и готово, нали? Е, исках повече мощност и по -малко кабели и коефициента на охлаждане на персонализирана система.

Pi 4 използва 3 ампера, ако работи с пълен отвор, това е, ако използва повечето от портовете си, wifi и работи с дисплей. Ние не правим това на нашите роботи, но USB портовете на roboRIO https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht… са оценени на 900 ma, регулаторът на напрежението е модален (VRM) 5 волта захранва с максимум 2 ампера, ограничение от 1,5 ампера, но това е споделен конектор, така че ако друго устройство е на 5 -волтовата шина, има възможност за прекъсване. VRM също захранва 12 волта при 2 ампера, но ние използваме и двете връзки за захранване на нашето радио с помощта на POE кабел и барел връзка за резервиране. Някои инспектори на FRC няма да позволят да се включи нищо друго освен това, което е отпечатано на VRM. Така че 12 волта от PDP на 5 ампер прекъсвач е мястото, където Pi трябва да се захранва.

12 волта се захранват чрез 5 ампер прекъсвач на панела за разпределение на мощността (PDP), преобразуват се в 5,15 волта с помощта на LM2596 DC към DC преобразувател. Преобразувателят Buck захранва 5 волта при 3 ампера и остава в регулация до 6,5 волта на входа. Тази 5 -волтова шина след това осигурява захранване на 3 подсистеми, LED пръстеновиден масив, вентилатор, Raspberry Pi.

Консумативи

• 6 пакет LM2596 DC към DC преобразувател Buck 3.0-40V към 1.5-35V захранващ модул за понижаване (6 пакет) $ 11.25
• Noctua NF-A4x10 5V, Премиум тих вентилатор, 3-пинов, 5V версия (40x10 мм, кафяв) $ 13,95
• SanDisk Ultra 32GB microSDHC UHS-I карта с адаптер-98MB/s U1 A1-SDSQUAR-032G-GN6MA $ 7,99 $
• Модул за камера на Raspberry Pi V2-8 мегапиксела, 1080p 428.20
• Радиатор GeeekPi Raspberry Pi 4, 20PCS Алуминиеви радиатори Raspberry Pi с топлопроводима лепяща лента за Raspberry Pi 4 Модел B (Raspberry Pi дъска не е включена) $ 7.99
• Raspberry Pi 4 Model B 2019 Quad Core 64 Bit WiFi Bluetooth (4GB) $ 61,96
• (Пакет от 200 броя) 2N2222 транзистор, 2N2222 към-92 транзистор NPN 40V 600mA 300MHz 625mW през отвор 2N2222A $ 6.79
• EDGELEC 100 бр. 100 ома резистор 1/4w (0,25 вата) ± 1% толеранс Фиксиран резистор от метален филм $ 5,69 Супер ярки осветителни крушки с висока интензивност Лампи Електроника Компоненти Лампи Диоди $ 6.30
• J-B Weld Plastic Bonder $ 5.77

Стъпка 1: Прототип 1

Първи тест в опаковката:

Екипът имаше Pi 3 от предишна година, който беше на разположение за тестване. Добавена е pi камера, DC-DC бук/усилваща верига и пръстенна лампа на Andymark. Https: //www.andymark.com/products/led-ring-green.

По това време не бях обмислял Pi 4, така че не се притеснявах за нуждите от енергия. Захранването се подаваше чрез USB от roboRIO. Камерата се побира в кутията без модификации. Лампата за пръстена беше горещо залепена за капака на корпуса и свързана към усилващата платка. Платката за усилване е включена в GPIO портовете 2 и 6 за 5 волта и изходът е настроен до 12 волта, за да работи пръстенът. Вътре в кутията нямаше място за усилващата платка, така че тя също беше горещо залепена отвън. Софтуерът беше инсталиран и тестван с помощта на цели от игралната 2019 година. Софтуерният екип даде палец нагоре, затова поръчахме Pi 4, радиатори и вентилатор. И докато те ние по този начин заграждението е проектирано и 3d отпечатано.

Стъпка 2: Прототип 2

Вътрешните размери на корпуса бяха ОК, но местата на портовете бяха изместени, а не тапа за показване.

Това беше завършено веднага след разкриването на новата игра, така че софтуерът да може да тества срещу новите целеви места.

Добра и лоша новина. Излъчването на пръстеновидна светлина не беше адекватно, когато бяхме на повече от 15 фута от целта, така че е време да преосмислим осветлението. Тъй като бяха необходими промени, считам тази единица за прототип 2.

Стъпка 3: Прототип 3

Прототип 2 беше оставен заедно, за да може софтуерът да продължи да усъвършенства системата им. Междувременно беше намерен друг Pi 3 и аз събрах още едно тестово легло. Това имаше Pi3, USB lifecam 3000 директно запоени към платката, усилващ преобразувател и ръчно запоени диодни масиви.

Отново добри новини, лоши новини. Масивът може да освети мишена от 50+фута, но би загубил целта, ако ъгълът на отклонение е по -голям от 22 градуса. С тази информация може да се направи окончателната система.

Стъпка 4: Краен продукт

Прототип 3 имаше 6 диода на приблизително 60 градуса един от друг и обърнати директно напред.

Окончателните промени трябваше да бъдат добавени 8 диода, разположени на 45 градуса един от друг около обектива с 4 диода, обърнати напред, и 4 диода, изрязани на 10 градуса, което дава зрително поле от 44 градуса. Това също позволява корпусът да бъде монтиран вертикално или хоризонтално върху робота. Отпечатан е нов корпус с промени, за да се побере Pi 3 или Pi 4. Лицето на корпуса е променено за отделните диоди.

Тестването не показа никакви проблеми с производителността между Pi 3 или 4, така че отворите на корпуса бяха направени, за да позволят инсталирането на Pi. Точките на задното монтиране бяха премахнати, както и изпускателните отвори в горната част на купола. Използването на Pi 3 допълнително ще намали разходите. Pi 3 работи по -хладно и използва по -малко енергия. В крайна сметка решихме да използваме PI 3 за спестяване на разходи и софтуерният екип искаше да използва някакъв код, който да работи на Pi 3, който не беше актуализиран за Pi 4.

Импортирайте STL в резачката за 3D принтери и си тръгвате. Този файл е в инчове, така че ако имате резачка като Cura, вероятно ще трябва да мащабирате частта до %2540, за да я преобразувате в метрика. Ако имате Fusion 360,.f3d файлът може да бъде променен според вашите собствени нужди. Исках да включа.step файл, но инструкциите няма да позволят качването на файловете.

Необходими основни инструменти:

• Машини за сваляне на тел
• Клещи
• Поялник
• Термосвиваеми тръби
• Резачки за тел
• Спойка без олово
• Поток
• Помагащи ръце или форцепс
• Пистолет за горещ въздух

Стъпка 5: Окабеляване на диоден масив

Съобщение за безопасност:

Поялник Никога не докосвайте елемента на поялника….400 ° C! (750 ° F)

Дръжте проводниците да се нагряват с пинсети или скоби.

Дръжте почистващата гъба мокра по време на употреба.

Винаги връщайте поялника на стойката му, когато не го използвате.

Никога не го оставяйте на работната маса.

Изключвайте устройството и изключвайте от контакта, когато не го използвате.

Припой, флюс и почистващи препарати

Носете предпазни очила.

Запояването може да „плюе“.

Когато е възможно, използвайте спойки без колофон и олово.

Съхранявайте почистващите разтворители в разпределителни бутилки.

Винаги измивайте ръцете си със сапун и вода след запояване.

Работете в добре проветриви помещения.

Добре, да се захващаме за работа:

Лицето на кутията е отпечатано с диодни отвори на 0, 90, 180, 270 точки, изрязани на 10 градуса навън. Дупките на 45, 135, 225, 315 точки са прави.

Поставете всички диоди в лицевата страна на корпуса, за да проверите размера на отвора от 5 мм. Плътното прилягане ще запази диодите насочени под правилния ъгъл. Дългият проводник на диод е анодът, запоявайте 100 ома резистор към всеки диод. Запояването на диода и резистора се затваря и оставя дълъг проводник от другата страна на резистора (вижте снимките). Тествайте всяка комбинация, преди да продължите. АА батерията и 2 измервателни проводника ще осветят диода слабо и ще проверят дали имате правилна полярност.

Поставете гърба на диод/резистор в корпуса и позиционирайте проводниците в зиг-заг модел, така че всеки проводник на резистора да докосне следващия резистор, за да създаде пръстен. Запоявайте всички проводници. Бих смесил малко J-B заваръчен пластмасов бондер (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack) и епоксидна диодна/резисторна комбинация на място. Мислех за супер лепило, но не бях сигурен дали цианоакрилатът ще замъгли диодната леща. Направих това в края на цялото си запояване, но бих искал да го направя тук, за да намаля разочарованието, когато диодите не се задържат по време на запояване. Епоксидът се втвърдява за около 15 минути, така че е добро място за почивка.

Сега всички катодни проводници могат да бъдат запоени заедно, за да се създаде - или заземен пръстен. Добавете 18 -те червени и черни проводници към вашия диоден пръстен. Тествайте завършения масив с помощта на 5 -волтово захранване, USB зарядното устройство работи добре за това.

Стъпка 6: Buck/Boost окабеляване

Преди да окабелим в преобразувателя Buck, ще трябва да настроим изходното напрежение. Тъй като използваме PDP за захранване на 12 -волтовите кабели, които свързвам директно към PDP порта, предпазени при 5 ампера. Прикрепете волтметър към изхода на платката и започнете да завъртате потенциометъра. Ще отнеме доста завои, преди да видите промяна, тъй като платката е фабрично тествана до пълен изход и след това оставена при тази настройка. Задайте на 5.15 волта. Ние настройваме няколко миливолта високо, за да съответства на това, което Pi очаква да види от USB зарядно устройство и всяко зареждане на линия от вентилатор и диоден масив. (По време на първоначалното тестване видяхме неудобни съобщения от Pi, оплакващи се от ниско напрежение на шината. Търсенето в интернет ни даде информацията, че Pi очаква повече от 5,0 волта, тъй като повечето зарядни устройства извеждат малко повече и типичното захранване за Pi е USB зарядно устройство.)

След това трябва да подготвим случая:

Конверторът и Pi се държат с помощта на 4-40 машинни винта. #43 Свредло е идеално за създаване на прецизни отвори за залепване на 4-40 нишки. Задръжте конвертора Pi и Buck към стойностите, маркирайте и пробийте с помощта на свредлото #43. Височината на противостоянията позволява достатъчно дълбочина за копър, без да преминава напълно през гърба. Докоснете дупките с 4-40 сляп кран. Самонарезните винтове, използвани в пластмаса, биха работили добре тук, но имах наличните 4-40 винта, така че използвах това. Винтове са необходими, за да се позволи достъп до SD картата (с този корпус не е осигурен външен достъп до картата).

Следващият отвор за пробиване е за вашия захранващ кабел. Избрах точка в долния ъгъл, така че тя да минава покрай страната на Ethernet кабела отвън и отстрани и след това под Pi вътрешно. Използвах екраниран 2 -жилен кабел, тъй като имах под ръка, всяка двойка тел от 14 габарита ще работи. Ако използвате чифт тел без кожух, поставете 1 до 2 слоя термосвиване върху проводника, където той влиза във вашия корпус за защита и облекчаване на напрежението. Размерът на отворите се определя според вашия избор на проводник.

Сега можете да запоявате проводниците към входните линии на DC-DC преобразувателя. Връзките са обозначени на дъската. Червен проводник към в+ Черен проводник към вход. Излизайки от дъската, запоявах 2 къси голи проводника, които да действат като тел за свързване на вентилатора, Pi и транзистора.

Стъпка 7: Окончателно окабеляване и епоксидна смола

Само 4 връзки са направени към Pi. Заземяващ, захранващ, светодиоден контрол и лентов кабел за интерфейс на камерата.

Трите пина, използвани на Pi, са 2, 6 и 12.

Нарежете червена, черна и бяла жица на 4 инча. Отстранете изолацията на 3/8 инча от двата края на проводниците, ламаринените краища на проводниците и ламаринените щифтове на Pi.

• Запоявайте червения проводник към GPIO щифт 2 приплъзване 1/2 инча термосвиваеми тръби прилага топлина.
• Запоявайте черен проводник към GPIO щифт 6 приплъзване 1/2 инча термосвиваема тръба прилага топлина.
• Припояване на бял проводник към щифт GPIO 12 приплъзване 1/2 инча термосвиваеми тръби прилага топлина.
• Запоявайте червен проводник за изваждане+
• Запояване на черен проводник за изваждане-
• Добавете 1 инчово термосвиване към бял проводник и спойка към 100 ома резистор и от резистор към база транзистор. Изолирайте с термосвиване.
• Транзисторен емитер към Бак -
• Транзисторен колектор към катодната страна на диодната решетка
• Диоден масив анод/резистор към Buck +
• Вентилатор червен проводник, за да излезе+
• Черен проводник на вентилатора за изваждане-

Последна връзка:

Вкарайте интерфейсния кабел на камерата. Кабелната връзка използва zif конектор (нулева сила на въвеждане). Черната лента в горната част на конектора трябва да се повдигне нагоре, кабелът да се постави в гнездото, след което конекторът да се избута обратно, за да се заключи на място. Внимавайте да не огъвате кабела, тъй като следата в изолацията може да се счупи. Също така конекторът трябва да бъде поставен направо, за да подравните лентовия кабел към щифтовете.

Проверете работата си за бездомни жични нишки и петна от запояване, отрежете всяка излишна дължина на стойките за спойка.

Ако сте доволни от работата си, вентилаторът и камерата могат да бъдат епоксирани на място. Няколко капки в ъглите са всичко, от което се нуждаете.

Стъпка 8: Софтуер

Докато епоксидът се втвърдява, можете да поставите софтуер в SD картата. ще ви е необходим адаптер за SD карта, за да го включите в компютъра си (https://www.amazon.com/Reader-Laptop-Windows-Chrom….

Отидете на:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ и изтеглете Raspbian Buster Lite. За да флашвате SD картата с raspbian, ще ви е необходим друг софтуерен инструмент BalenaEtcher и той може да бъде намерен тук, Досега епоксидната смола трябваше да се втвърди достатъчно, за да можете да инсталирате SD картата и да завиете бака/усилващата платка. Преди да поставите капака, проверете дали проводниците не пречат на капака и кабелът на камерата не докосва перките на вентилатора. След като капакът е на място, издухвам вентилатора и наблюдавам как се движи, за да се уверя, че няма смущения от проводници или лентов кабел.

Време за включване:

При първото включване ще ви е необходим hdmi кабел, ако Pi 4 е mini hdmi кабел, usb клавиатура и hdmi монитор заедно с интернет връзка. Кабел към 12 -волтово захранване, PDP с прекъсвач от 5 ампера.

След като влезете, първо трябва да стартирате инструмента за конфигуриране. Тук SSH може да бъде настроен заедно с активирането на PI камерата. https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… има инструкции за помощ.

Рестартирайте преди да инсталирате Chameleon Vision

Моля, посетете сайта им, преди да използвате техния софтуер, те имат богата информация. Една бележка, на тяхната поддържана хардуерна страница Pi cam се показва като не поддържана, но е с най -новата им версия. Уеб страницата се нуждае от актуализиране.

От уеб страницата на Chameleon vision:

Chameleon Vision може да работи на повечето операционни системи, налични за Raspberry Pi. Препоръчва се обаче да инсталирате Rasbian Buster Lite, достъпен тук https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/. Следвайте инструкциите за инсталиране на Raspbian на SD карта.

Уверете се, че Raspberry Pi е свързан чрез Ethernet към Интернет. Влезте в Raspberry Pi (потребителско име pi и парола малинка) и изпълнете следните команди в терминала:

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

$ chmod +x install.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo рестартирайте сега

Честито! Вашият Raspberry Pi вече е настроен да изпълнява Chameleon Vision! След като Raspberry Pi се рестартира, Chameleon Vision може да се стартира със следната команда:

$ sudo java -jar chameleon -vision.jar

Когато излезе нова версия на Chameleon Vision, актуализирайте я, като изпълните следните команди:

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

$ chmod +x update.sh

$ sudo./update.sh

Управление на LED масив:

Вашият LED масив няма да светне без софтуерно управление

Първата роботика тази година има правило срещу ярки LED светлини, но ще им позволи, ако могат да бъдат изключени и включени при необходимост. Колин Гидеон "SpookyWoogin", FRC 3223, написа скрипт на Python за управление на светодиодите и това може да се намери тук:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

Тази система също ще изпълнява FRC визия, ако вашият екип вече е инвестирал софтуерно време в тази платформа. С FRC vision се изобразява пълната SD карта, така че няма нужда да изтегляте raspbian. Вземете го тук

Това ще ви осигури зрителна система в хладен форм -фактор. Успех в състезанията!

Вицешампион в конкурса Raspberry Pi 2020