Arduino ve Raspberry Pi Destekli Pet İzleme Sistemi: 19 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Son zamanlarda tatildeyken evcil hayvanımız Beagle ile bağlantı eksikliğini fark ettik. Biraz araştırmadan sonra, birinin evcil hayvanını izlemesine ve onunla iletişim kurmasına izin veren statik bir kameraya sahip ürünler bulduk. Bu sistemlerin belirli faydaları vardı ancak çok yönlülüğü yoktu. Örneğin, her odada evcil hayvanınızın evinin her yerinde takip edilmesi için bir ünite gerekliydi.

Bu nedenle, nesnelerin internetinin gücünü kullanarak evin içinde hareket edebilen ve evcil hayvanını izleyebilen sağlam bir robot geliştirdik. Bir akıllı telefon uygulaması, canlı bir video beslemesi aracılığıyla evcil hayvanınızla etkileşime geçmek için tasarlanmıştır. Robotun şasisi, 3D baskı ve lazer kesim kullanılarak birçok parça oluşturulduğu için dijital olarak üretilmiştir. Son olarak, evcil hayvanınızı ödüllendirmek için ikramlar dağıtan bir bonus özelliği eklemeye karar verdik.

Kendi evcil hayvan izleme sisteminizi oluşturmak için devam edin ve hatta gereksinimlerinize göre özelleştirin. Evcil hayvanımızın nasıl tepki verdiğini görmek ve robotu daha iyi anlamak için yukarıda bağlantısı verilen videoyu izleyin. Projeyi beğendiyseniz "Robotik Yarışması"na bir oy verin.

Adım 1: Tasarıma Genel Bakış

Evcil hayvan izleme robotunu kavramsallaştırmak için önce onu fusion 360 üzerinde tasarladık. İşte özelliklerinden bazıları:

Robot, internet üzerinden bir uygulama aracılığıyla kontrol edilebilir. Bu, kullanıcının robota her yerden bağlanmasını sağlar

Akıllı telefona canlı video akışı sağlayan yerleşik bir kamera, kullanıcının evin etrafında manevra yapmasına ve evcil hayvanla etkileşime girmesine yardımcı olabilir

Evcil hayvanınızı uzaktan ödüllendirebilecek ek bir tedavi kasesi

Birinin robotunu kişiselleştirmesine izin veren dijital olarak üretilmiş parçalar

Dahili bir wifi moduna sahip olduğu için internete bağlanmak için bir Raspberry Pi kullanıldı

Step motorlara komut vermek için bir CNC kalkanı ile birlikte bir Arduino kullanıldı

Adım 2: Gerekli Malzemeler

İşte kendi Arduino ve Raspberry Pi ile çalışan evcil hayvan izleme robotunuzu yapmak için gereken tüm bileşenlerin listesi. Tüm parçalar yaygın olarak bulunmalı ve bulunması kolay olmalıdır.

ELEKTRONİK:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (en son raspbian ile parladı) x 1
• CNC Kalkanı x 1
• A4988 Step Motor Sürücü x 2
• Pikamera x 1
• Ultrasonik Mesafe Sensörü x 1
• 11.1v Lipo Pil x 1
• NEMA 17 Step Motor x 2
• 5v UBEC x 1

DONANIM:

• Tekerlekler x 2 (kullandığımız tekerlekler 7cm çapındaydı)
• Teker Tekerlekler x 2
• M4 ve M3 somun ve cıvataları

Bu projenin Arduino ve Raspberry Pi hariç toplam maliyeti 50$ civarındadır.

Adım 3: Dijital Olarak Üretilen Parçalar

Bu projede kullandığımız bazı parçaların özel olarak yapılması gerekiyordu. Bunlar önce Fusion 360'ta modellendi ve daha sonra bir 3D yazıcı ve bir lazer kesici kullanılarak yapıldı. 3D baskılı parçalar fazla yük taşımaz, bu nedenle %20 dolgulu standart PLA harika çalışır. Aşağıda tüm 3D baskılı ve lazer kesimli parçaların bir listesi bulunmaktadır:

3D Basılı Parçalar:

• Step Tutucu x 2
• Görüş Sistemi Montajı x 1
• Elektronik Karşılaşma x 4
• Dikey Aralayıcı x 4
• Şasi Güçlendirme x 2
• Tedavi Kase Kapağı x 1
• Tedavi Kasesi x 1
• Arka Step Montaj x 1
• Sarma Diski x 1

Lazer Kesim Parçaları:

• Alt Panel x 1
• Üst Panel x 1

Tüm STL'leri ve lazer kesim dosyalarını içeren sıkıştırılmış bir klasör aşağıda ekte bulunabilir.

Adım 4: Step Motorun Takılması

Tüm parçalar 3D yazdırıldıktan sonra, step motoru kademeli tutucuya monte ederek montaja başlayın. Tasarladığımız step motor tutucu NEMA 17 modeli içindir (farklı step motorları kullanılıyorsa, farklı bir montaj gerekir). Motor milini delikten geçirin ve motoru montaj vidalarıyla yerine sabitleyin. Bir kez yapıldığında, her iki motor da tutuculara güvenli bir şekilde tutulmalıdır.

Adım 5: Basamakların Alt Panele Monte Edilmesi

Tutucuları lazer kesimli alt panele monte etmek için M4 cıvatalar kullandık. Somunlarla sabitlemeden önce 3D baskılı şasi takviye şeritlerini ekleyin ve ardından somunları sıkın. Şeritler, yükü akrilik panel üzerine eşit olarak dağıtmak için kullanılır.

Son olarak, kabloları panelde sağlanan ilgili yuvalardan geçirin. Tekerleklere takılmalarını önlemek için onları sonuna kadar çektiğinizden emin olun.

Adım 6: Tekerleklerin Takılması

Akrilik panel, tekerleklere uyacak şekilde kesilmiş iki bölüme sahiptir. Kullandığımız tekerlekler 7 cm çapındaydı ve 5 mm'lik step millerine takılan ayar vidaları ile birlikte geldi. Tekerleğin düzgün şekilde sabitlendiğinden ve mil üzerinde kaymadığından emin olun.

Adım 7: Ön ve Arka Tekerlekler

Şasinin düzgün hareket etmesini sağlamak için robotun önüne ve arkasına tekerlek tekerlekleri yerleştirmeye karar verdik. Bu sadece robotun devrilmesini engellemekle kalmaz, aynı zamanda şasinin herhangi bir yönde serbestçe dönmesini sağlar. Tekerlek tekerlekleri her boyutta gelir, özellikle bizimki, tabana monte ettiğimiz tek bir döner vida ile geldi ve yüksekliği robotun mükemmel bir şekilde yatay olması için ayarlamak için 3d baskılı ara parçalar kullandı. Bununla şasinin tabanı tamamlandı ve iyi bir dengeye sahip oldu.

Adım 8: Elektronik

Şasinin tabanı tamamen monte edildikten sonra sıra elektronik aksamları akrilik panele monte etmeye gelir. Akrilik panelde Arduino ve Raspberry Pi'nin montaj delikleriyle aynı hizada delikler açtık. 3D baskılı ayırıcılar kullanarak elektroniği akrilik panellerin biraz üzerine yükselttik, böylece tüm fazla kablolar düzgün bir şekilde altına sıkıştırılabilir. Arduino ve Raspberry Pi'yi M3 somun ve cıvatalarını kullanarak ilgili montaj konumlarına monte edin. Arduino sabitlendikten sonra CNC kalkanını Arduino'ya takın ve aşağıdaki konfigürasyonda step kablolarını bağlayın.

• CNC kalkanı X ekseni bağlantı noktasına sol adım
• CNC kalkanı Y ekseni portuna sağ adım

Step motorlar takılıyken, Arduino'nun USB kablosunu kullanarak Arduino'yu Raspberry Pi'ye bağlayın. Sonunda Raspberry Pi ve Arduino bu kablo üzerinden haberleşecekler.

Not: Robotun ön tarafı Raspberry Pi'nin bulunduğu taraftır.

Adım 9: Görüş Sistemi

Evcil hayvan izleme robotumuz için birincil ortam girdisi görmedir. Raspberry Pi ile uyumlu Picamera'yı internet üzerinden kullanıcıya canlı yayın beslemek için kullanmaya karar verdik. Robot otonom olarak çalışırken engellerden kaçınmak için ultrasonik mesafe sensörü de kullandık. Her iki sensör de vidaların yardımıyla bir tutucuya takılır.

Picamera, Raspberry Pi üzerindeki belirlenmiş bağlantı noktasına takılır ve ultrasonik sensörü aşağıdaki şekilde bağlar:

• CNC kalkanı üzerinde 5v raya Ultrasonik Sensör VCC
• CNC kalkanı üzerinde GND rayına Ultrasonik Sensör GND
• Ultrasonik Sensör TRIG'den CNC kalkanına X+ uç durdurma pimi
• Ultrasonik Sensör ECHO - CNC kalkanında Y+ uç durdurma pimi

Adım 10: Üst Panel Montajı

Robotun arkasına, tedavi kasesi için kapak açma sistemi monte edilmiştir. Mini step motoru arka tutucu bileşene takın ve hem görüş sistemini hem de sarma sistemini M3 cıvatalarla üst panele monte edin. Belirtildiği gibi görüş sistemini öne ve sarma sistemini arkaya sağlanan iki delikle monte ettiğinizden emin olun.

Adım 11: Üst Panel Montajı

Üst paneli doğru yükseklikte desteklemek için dikey aralayıcıları 3d yazdırdık. Bir "X" oluşturmak için dört ara parçayı alt panele takarak başlayın. Ardından, üst paneli, deliklerinin hizalandığından emin olarak tedavi kasesiyle birlikte yerleştirin ve son olarak ara parçalarına da sabitleyin.

Adım 12: Kapak Açma Mekanizması

Tedavi kasesindeki kapağı kontrol etmek için, kapağa bağlı bir naylon ipi çekerek açmak için daha küçük bir step motor kullandık. Kapağı takmadan önce ipi kapaktaki 2 mm'lik delikten geçirin ve iç taraftan bir düğüm atın. Ardından ipin diğer ucunu kesin ve sarma diskinde sağlanan deliklerden geçirin. Diski stepper üzerine itin, ardından ipi gergin olana kadar çekin. Bir kez bittiğinde, fazlalığı kesin ve bir düğüm atın. Son olarak bir cıvata ve somun kullanarak kapağı kaseye takın ve döndüğünden emin olun. Artık stepper döndükçe ip diskin üzerine sarılmalı ve kapak yavaş yavaş açılmalıdır.

Adım 13: Bulut Veritabanını Ayarlama

İlk adım, robotla dünyanın her yerinden mobil uygulamanızdan iletişim kurabilmeniz için sistem için bir veritabanı oluşturmaktır. Sizi Firebase web sitesine götürecek olan aşağıdaki bağlantıya (Google firebase) tıklayın (Google hesabınızla giriş yapmanız gerekecektir). Sizi firebase konsoluna götürecek olan "Başlayın" düğmesine tıklayın. Daha sonra "Proje Ekle" butonuna tıklayarak yeni bir proje oluşturun, gereksinimleri (isim, detaylar vb.) doldurun ve "Proje Oluştur" butonuna tıklayarak tamamlayın.

Yalnızca Firebase'in veritabanı araçlarına ihtiyacımız var, bu nedenle sol taraftaki menüden "veritabanı"nı seçin. Ardından "Veritabanı Oluştur" düğmesine tıklayın, "test modu" seçeneğini seçin. Ardından, üstteki açılır menüyü tıklayarak veritabanını "bulut firestore" yerine "gerçek zamanlı veritabanı" olarak ayarlayın. "Kurallar" sekmesini seçin ve iki "yanlış"ı "doğru" olarak değiştirin, son olarak "veri" sekmesine tıklayın ve veritabanı URL'sini kopyalayın, bu daha sonra gerekli olacaktır.

Yapmanız gereken son şey, projeye genel bakışın yanındaki dişli simgesine tıklamak, ardından "proje ayarları" üzerine, ardından "hizmet hesapları" sekmesini seçmek, son olarak "Veritabanı Sırları"na tıklayıp güvenliği not etmektir. veritabanınızın kodu. Bu adım tamamlandığında, akıllı telefonunuzdan ve Raspberry Pi'den erişilebilen bulut veritabanınızı başarıyla oluşturdunuz. (Herhangi bir şüpheniz olması durumunda yukarıdaki ekteki resimleri kullanın veya yorum bölümüne bir soru bırakın)

Adım 14: Mobil Uygulamayı Oluşturma

IoT sisteminin bir sonraki kısmı akıllı telefon uygulamasıdır. Kendi özelleştirilmiş uygulamamızı yapmak için MIT App Inventor kullanmaya karar verdik. Oluşturduğumuz uygulamayı kullanmak için önce aşağıdaki bağlantıyı (MIT App Inventor) açın, bu sizi onların web sayfasına yönlendirecektir. Ardından ekranın üst kısmına doğru "uygulama oluştur"a tıklayın, ardından Google hesabınızla oturum açın.

Aşağıda bağlantısı verilen.aia dosyasını indirin. "Projeler" sekmesini açın ve "Bilgisayarımdan projeyi (.aia) içe aktar"a tıklayın, ardından az önce indirdiğiniz dosyayı seçin ve "tamam"a tıklayın. Bileşenler penceresinde, "FirebaseDB1" görene kadar tamamen aşağı kaydırın, üzerine tıklayın ve "FirebaseToken", "FirebaseURL"yi önceki adımda not ettiğiniz değerlere değiştirin. Bu adımlar tamamlandıktan sonra uygulamayı indirip yüklemeye hazırsınız. "Oluştur" sekmesine tıklayıp "Uygulama (.apk için QR kodu sağlayın)" seçeneğine tıklayıp ardından akıllı telefonunuzla QR kodunu tarayarak veya "Uygulama (.apk'yi bilgisayarıma kaydet)'i tıklayarak uygulamayı doğrudan telefonunuza indirebilirsiniz.)" apk dosyasını bilgisayarınıza indirecek ve ardından akıllı telefonunuza aktaracaksınız.

Adım 15: Raspberry Pi'nin Programlanması

Raspberry Pi iki temel nedenden dolayı kullanılır.

1. Robottan bir web sunucusuna canlı bir video akışı iletir. Bu akış, mobil uygulama kullanılarak kullanıcı tarafından görüntülenebilir.
2. Firebase veritabanındaki güncellenmiş komutları okur ve Arduino'ya gerekli görevleri gerçekleştirmesi talimatını verir.

Raspberry Pi'yi canlı yayına ayarlamak için ayrıntılı bir eğitim zaten var ve burada bulunabilir. Talimatlar üç basit komuta indirgenir. Raspberry Pi'yi açın ve terminali açın ve aşağıdaki komutları girin.

• git klon
• cd RPi_Cam_Web_Interface
• ./install.sh

Kurulum tamamlandıktan sonra Pi'yi yeniden başlatın ve herhangi bir web tarayıcısında https://pi'nizin IP adresini arayarak akışa erişebilmelisiniz.

Canlı akış kurulumuyla, bulut veritabanını kullanabilmek için belirli kitaplıkları indirmeniz ve yüklemeniz gerekir. Pi'nizde bir terminal açın ve aşağıdaki komutları girin:

• sudo pip yükleme istekleri ==1.1.0
• sudo pip kurulum python-firebase

Son olarak, aşağıda ekli python dosyasını indirin ve Raspberry Pi'nize kaydedin. Kodun dördüncü satırında COM portunu Arduino'nun bağlı olduğu portla değiştirin. Ardından, 8. satırdaki URL'yi daha önce not aldığınız firebase URL'si ile değiştirin. Son olarak, programı terminal üzerinden çalıştırın. Bu program komutları bulut veritabanından alır ve seri bağlantı yoluyla Arduino'ya iletir.

Adım 16: Arduino'yu Programlama

Arduino, Pi'den gelen komutları yorumlamak için kullanılır ve robot üzerindeki aktüatörlere gerekli görevleri gerçekleştirme talimatı verir. Aşağıda ekli Arduino kodunu indirin ve Arduino'ya yükleyin. Arduino programlandıktan sonra, özel USB kablosunu kullanarak onu Pi'nin USB bağlantı noktalarından birine bağlayın.

Adım 17: Sisteme Güç Verme

Robot, 3 hücreli bir lipo pille çalışacak. Akü terminallerinin ikiye bölünmesi gerekir; burada biri motorlara güç sağlamak için doğrudan CNC kalkanına gider, diğeri ise Raspberry Pi'ye güç sağlamak için kullanılacak sabit bir 5v güç hattı oluşturan 5v UBEC'ye bağlanır. GPIO pinleri. UBEC'den gelen 5v, Raspberry Pi'nin 5v pinine bağlanır ve UBEC'den gelen GND, Pi üzerindeki GND pinine bağlanır.

Adım 18: Uygulamayı Kullanma

Uygulamanın arayüzü, izleme robotunu kontrol etmenin yanı sıra yerleşik kameradan canlı yayın akışı sağlar. Robotunuza bağlanmak için sabit bir internet bağlantınız olduğundan emin olun ve ardından sağlanan metin kutusuna Raspberry Pi'nin IP adresini yazıp güncelleme düğmesine tıklayın. Bittiğinde, canlı yayın ekranınızda görünecek ve robotun çeşitli işlevlerini kontrol edebilmeniz gerekir.

Adım 19: Teste Hazır

Artık evcil hayvan izleme robotunuz tamamen monte edildiğinden, kaseyi bazı köpek muameleleriyle doldurabilirsiniz. Uygulamayı açın, kamerayı bağlayın ve eğlenin! Şu anda gezici ve Beagle'ımızla oynuyoruz ve oldukça komik anlar yakaladık.

Köpek, bu hareketli nesnenin ilk korkusunu yendiğinde, robotu evin etrafında ödül için kovalıyordu. Yerleşik kamera, manevra yapmayı oldukça kolaylaştıran, çevrenin iyi bir geniş açılı görüntüsünü sağlar.

Gerçek dünyada daha iyi çalışmasını sağlamak için iyileştirmeye yer var. Bununla birlikte, daha fazla inşa edilebilecek ve genişletilebilecek sağlam bir sistem yarattık. Bu projeyi beğendiyseniz "Robotik Yarışması"nda bize oy verin.

Mutlu Yapım!

Robotik Yarışmasında İkincilik Ödülü