Raspberry PI Vision İşlemci (SpartaCam): 8 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

FIRST Robotics Competition robotunuz için bir Raspberry PI görüntü işlemci sistemi

FIRST hakkında

Ücretsiz ansiklopedi Wikipedia'dan

FIRST Robotics Competition (FRC), uluslararası bir lise robotik yarışmasıdır. Her yıl, lise öğrencileri, koçlar ve danışmanlardan oluşan ekipler, altı haftalık bir süre boyunca 54 kg ağırlığa kadar oyun oynayan robotlar oluşturmak için çalışırlar. Robotlar, topları gollere atmak, diskleri kalelere uçurmak, iç boruları raflara, çubuklara asmak ve robotları denge çubuklarında dengelemek gibi görevleri tamamlar. Oyun, gerekli görevlerle birlikte yıllık olarak değişir. Ekiplere standart bir parça seti verilirken, aynı zamanda bir bütçeye de izin verilir ve özel parçalar satın almaya veya üretmeye teşvik edilir.

Bu yıl oyun (2020) SONSUZ ŞARJ. Infinite Recharge oyunu, her biri bir robotu kontrol eden ve puan kazanmak için bir sahada belirli görevleri yerine getiren, her biri üç takımdan oluşan iki ittifak içerir. Oyun, bir Kalkan Jeneratörü etkinleştirmek için Güç Hücreleri olarak bilinen köpük topları yüksek ve düşük hedeflere çekmek, bu kalkanı etkinleştirmek için bir Kontrol Panelini manipüle etmek de dahil olmak üzere, her biri çeşitli görevleri yerine getirmek için yarışan üç takımdan oluşan iki ittifakı içeren fütüristik bir şehir teması etrafında toplanıyor. ve maçın sonunda park etmek veya tırmanmak için Kalkan Üreticisine geri dönmek. Amaç, maç bitmeden ve asteroitler Star Wars'tan sonra modellenen fütüristik bir şehir olan FIRST City'ye çarpmadan önce kalkanı enerjilendirmek ve etkinleştirmektir.

Raspberry PI görüntü işlemci sistemi ne işe yarar?

Kamera, oyun alanını tarayabilecek ve oyun parçalarının sağlandığı veya puanlama için yerleştirilmesi gereken yerleri hedefleyebilecektir. Montaj 2 bağlantıya, güç ve Ethernet'e sahiptir.

Oyun alanındaki vizyon hedefleri retro-yansıtıcı bant ile özetlenir ve ışık kamera merceğine geri yansır. Chameleon Vision'dan (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…) açık kaynak kodunu çalıştıran Pi, görünümü işleyecek, vurgulayacak, görüntü bindirmeleri ve çıktı aralığı, sapma, kontur ve konum olarak ekleyecektir. bir ağ tablosu aracılığıyla diğer verilerle birlikte metre cinsinden x ve y ile sıralanan dizi değerleri ve derece cinsinden açı. Bu bilgiler yazılımda robotumuzu otonom modda kontrol etmek ve kuleli atıcımızı nişan almak ve ateşlemek için kullanılacak. Diğer yazılım platformları Pi üzerinde çalıştırılabilir. Ekibiniz yazılım zamanını bu platforma yatırmışsa, FRC vizyonu kurulabilir.

Bu yıl bütçemiz kısıtlıydı ve 399,00 $'lık (https://www.wcproducts.com/wcp-015) bir Limelight kamera satın almak pek mümkün değildi. Tüm malzemeleri Amazon'dan temin ederek ve Team 3512 Spartatroniks 3D yazıcıyı kullanarak 150,00 $'a özel bir görüntü sistemi paketlemeyi başardım. Bazı öğeler toplu olarak geldi, ikinci bir yardımcı işlemci oluşturmak yalnızca başka bir Raspberry Pi, PI Kamera ve fan gerektiriyordu. Mentor ekiplerinden birinin CAD yardımıyla (teşekkürler Matt), PI muhafazası Fusion 360 kullanılarak oluşturuldu.

Neden sadece ucuz muhafazalı bir Pi kullanmıyorsunuz, bir USB kamera takın, bir halka ışık ekleyin, Chameleon vizyonunu kurun ve işiniz bitti, değil mi? Daha fazla güç, daha az kablo ve özel bir sistemin serinlik faktörü istedim.

Bir Pi 4, tam geçiş yapıyorsa 3 amper kullanır, yani bağlantı noktalarının çoğunu kullanıyorsa ve wifi kullanıyorsa ve bir ekran çalıştırıyorsa. Bunu robotlarımızda yapmıyoruz, ancak roboRIO https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht…) 5 volt, 2 amp'e kadar tepe, 1.5 amper limiti sağlar, ancak paylaşılan bir konektördür, bu nedenle 5 volt veriyolunda başka bir cihaz varsa, bir kararma olasılığı vardır. VRM ayrıca 2 amperde 12 volt sağlar, ancak telsizimize güç sağlamak için her iki bağlantıyı da bir POE kablosu ve yedeklilik için bir kovan bağlantısı kullanarak kullanırız. Bazı FRC denetçileri, VRM'de yazdırılanlardan başka bir şeyin oraya takılmasına izin vermez. Bu nedenle, 5 amperlik bir Kesicideki PDP'den 12 volt, Pi'ye güç verilmesi gereken yerdir.

Güç dağıtım panosu (PDP) üzerindeki 5 amperlik bir kesici ile 12 volt beslenir, LM2596 DC - DC Buck Dönüştürücü kullanılarak 5.15 volta dönüştürülür. Buck dönüştürücü, 3 amperde 5 volt sağlar ve 6,5 volt girişe kadar regülasyonda kalır. Bu 5 voltluk bus daha sonra 3 alt sisteme, LED halka dizisine, Fan, Raspberry Pi'ye güç sağlar.

Gereçler

• 6 Paket LM2596 DC - DC Buck Dönüştürücü 3.0-40V - 1.5-35V Güç Kaynağı Düşürme Modülü (6 Paket) $11,25
• Noctua NF-A4x10 5V, Premium Sessiz Fan, 3 Pinli, 5V Versiyon (40x10mm, Kahverengi) $13.95
• Adaptörlü SanDisk Ultra 32GB microSDHC UHS-I kart - 98MB/s U1 A1 - SDSQUAR-032G-GN6MA 7,99 $
• Raspberry Pi Kamera Modülü V2-8 Megapiksel, 1080p 428.20
• GeeekPi Raspberry Pi 4 Soğutucu, 20 ADET Raspberry Pi Alüminyum Soğutucu, Raspberry Pi 4 Model B için Termal İletken Yapışkan Bantlı (Raspberry Pi Kartı Dahil Değildir) $7.99
• Raspberry Pi 4 Model B 2019 Dört Çekirdekli 64 Bit WiFi Bluetooth (4GB) $61.96
• (200 Parçalık Paket) 2N2222 Transistör, 2N2222 - 92 Transistör NPN 40V 600mA 300MHz 625mW Delikten Geçiş 2N2222A $6.79
• EDGELEC 100pcs 100 ohm Direnç 1/4w (0.25 Watt) ±1% Tolerans Metal Film Sabit Direnç $5.69 https://smile.amazon.com/gp/product/B07QKDSCSM/re… Waycreat 100PCS 5mm Yeşil LED Diyot Işıkları Şeffaf Yayan LED'ler için Yüksek Yoğunluklu Süper Parlak Aydınlatma Ampul Lambalar Elektronik Bileşenler Lamba Diyotları 6,30 $
• J-B Weld Plastic Bonder $5,77

Adım 1: Prototip 1

Paketlemede ilk test:

Ekip, test için mevcut olan bir önceki yıla ait bir Pi 3'e sahipti. Pi kamera, DC-DC buck/boost devresi ve Andymark halka ışığı eklendi.https://www.andymark.com/products/led-ring-green.

Şu anda Pi 4'ü düşünmemiştim, bu yüzden güç ihtiyaçları konusunda endişelenmedim. Güç, roboRIO'dan USB üzerinden sağlandı. Kamera, değişiklik yapılmadan kasaya sığar. Halka ışık, kasa kapağına sıcak yapıştırılmış ve güçlendirme panosuna bağlanmıştır. Güçlendirme kartı, 5 volt için 2 ve 6 numaralı GPIO bağlantı noktalarına takılı ve halkayı çalıştırmak için çıkış 12 volta ayarlandı. Kasanın içinde takviye panosu için yer yoktu, bu yüzden dışarıya da sıcak yapıştırılmıştı. Yazılım, 2019 oyun yılına ait hedefler kullanılarak kuruldu ve test edildi. Yazılım ekibi onay verdi ve biz de bir Pi 4, ısı emiciler ve bir fan sipariş ettik. Ve biz oradayken, kasa tasarlandı ve 3d basıldı.

2. Adım: Prototip 2

Muhafazanın iç boyutları iyiydi, ancak bağlantı noktası konumları bir gösteri durdurucu değil, dengelendi.

Bu, yazılımın yeni hedef konumlara karşı test yapabilmesi için yeni oyunun ortaya çıkmasından hemen sonra tamamlandı.

İyi ve kötü haberler. Hedeften 15 fitten daha uzaktayken halka ışık çıkışı yeterli değildi, bu nedenle aydınlatmayı yeniden düşünmenin zamanı geldi. Değişiklikler gerektiğinden, bu birimi prototip 2 olarak görüyorum.

Adım 3: Prototip 3

Prototip 2, yazılımın sistemlerini iyileştirmeye devam edebilmesi için bir arada bırakıldı. Bu arada başka bir Pi 3 bulundu ve başka bir test yatağını bir araya getirdim. Bu bir Pi3'e, karta doğrudan lehimlenmiş bir USB lifecam 3000'e, bir güçlendirici dönüştürücüye ve elle lehimlenmiş diyot dizisine sahipti.

Yine iyi haber, kötü haber. Dizi bir hedefi 50 fit öteden aydınlatabilir, ancak açı 22 dereceden fazlaysa hedefi kaybeder. Bu bilgi parçası ile nihai sistem yapılabilir.

Adım 4: Nihai Ürün

Prototip 3, yaklaşık 60 derece aralıklı ve doğrudan ileriye bakan 6 diyot içeriyordu.

Son değişiklikler, lensin etrafına 45 derece aralıklı, 4 diyot ileriye dönük ve 4 diyot 10 derece eğimli ve 44 derecelik bir görüş alanı sağlayacak şekilde 8 diyot eklemekti. Bu ayrıca muhafazanın robot üzerine dikey veya yatay olarak monte edilmesini sağlar. Pi 3 veya Pi 4'ü barındırmak için değişikliklerle yeni bir muhafaza basıldı. Muhafazanın yüzü ayrı diyotlar için değiştirildi.

Test, Pi 3 veya 4 arasında herhangi bir performans sorunu göstermedi, bu nedenle muhafaza açıklıkları Pi'nin takılmasına izin verecek şekilde yapıldı. Kubbenin tepesindeki egzoz açıklıklarının yanı sıra arka montaj noktaları da kaldırıldı. Pi 3 kullanmak maliyeti daha da azaltacaktır. Pi 3 daha serin çalışır ve daha az güç kullanır. Sonunda maliyet tasarrufu için PI 3'leri kullanmaya karar verdik ve yazılım ekibi Pi 3'te çalışacak ve Pi 4 için güncellenmemiş bazı kodları kullanmak istedi.

STL'yi 3D yazıcılar dilimleyicinize aktarın ve yola çıkın. Bu dosya inç cinsindendir, bu nedenle Cura gibi bir dilimleyiciniz varsa, metriğe dönüştürmek için parçayı muhtemelen %2540'a ölçeklendirmeniz gerekecektir. Fusion 360'a sahipseniz,.f3d dosyası kendi ihtiyaçlarınıza göre değiştirilebilir. Bir.step dosyası eklemek istedim ancak talimatlar dosyaların yüklenmesine izin vermiyor.

Gerekli temel araçlar:

• Tel striptizci
• pense
• Havya
• Isıyla daralan makaron
• Tel kesiciler
• Kurşunsuz lehim
• akı
• Yardım eller veya forseps
• Isı tabancası

Adım 5: Diyot Dizisini Kablolama

Güvenlik uyarısı:

Havya Havyanın elemanına asla dokunmayın….400°C!(750°F)

Cımbız veya kelepçe ile ısıtılacak telleri tutun.

Kullanım sırasında temizleme süngerini ıslak tutun.

Kullanılmadığı zaman havyayı daima standına geri koyun.

Asla tezgahın üzerine koymayın.

Kullanılmadığı zaman üniteyi kapatın ve fişini çekin.

Lehim, flux ve temizleyiciler

Göz koruması kullanın.

Lehim "tükürebilir".

Mümkün olan her yerde reçinesiz ve kurşunsuz lehimler kullanın.

Temizleme solventlerini dağıtım şişelerinde tutun.

Lehimlemeden sonra daima ellerinizi sabun ve suyla yıkayın.

İyi havalandırılmış alanlarda çalışın.

tamam hadi işe başlayalım:

Muhafaza yüzü, 0, 90, 180, 270 noktalardaki diyot delikleriyle 10 derece dışa eğimli olarak basılmıştır. 45, 135, 225, 315 noktalarındaki delikler düzdür.

5 mm delik boyutunu doğrulamak için tüm diyotları muhafaza yüzüne yerleştirin. Sıkı bir uyum, diyotların doğru açıda durmasını sağlar. Bir diyottaki uzun uç, her diyota 100 ohm'luk bir direnç lehimleyen Anottur. Diyot ve direncin lehim uçları kapanır ve direncin diğer tarafında uzun bir kurşun bırakır (fotoğraflara bakın). Devam etmeden önce her bir kombinasyonu test edin. AA pil ve 2 test ucu diyotu loş bir şekilde aydınlatacak ve doğru polariteye sahip olduğunuzu doğrulayacaktır.

Diyot/direnç kombolarını tekrar muhafazaya koyun ve uçları zikzak şeklinde konumlandırın, böylece her bir direnç ucu bir sonraki dirence dokunarak bir halka oluşturur. Tüm kabloları lehimleyin. Biraz J-B kaynaklı Plastik Bağlayıcıyı (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack) karıştırır ve diyot/direnç kombinasyonunu yerinde epoksilerdim. Süper yapıştırıcıyı düşündüm ama Siyanoakrilatın diyot lensini buğulandıracağından emin değildim. Bunu tüm lehimlememin sonunda yaptım ama keşke burada yapsaydım diyotlar lehimleme sırasında yerinde durmadığında hayal kırıklığını azaltmak için. Epoksi yaklaşık 15 dakika içinde kurulur, bu nedenle mola vermek için iyi bir yer.

Artık tüm katot uçları - veya topraklama halkasını oluşturmak için birlikte lehimlenebilir. Diyot halkanıza 18 gauge kırmızı ve siyah kablo ekleyin. Tamamlanan diziyi 5 voltluk bir güç kaynağı kullanarak test edin, USB şarj cihazı bunun için iyi çalışıyor.

Adım 6: Buck/Boost Kablolama

Buck dönüştürücüde kablolama yapmadan önce çıkış voltajını ayarlamamız gerekecek. 12 voltu beslemek için PDP kullandığımızdan, doğrudan 5 amperde kaynaşmış bir PDP portuna bağladım. Kart çıkışına bir voltmetre takın ve potansiyometreyi döndürmeye başlayın. Kart fabrikada tam çıkış için test edildiğinden ve ardından bu ayarda bırakıldığından, bir değişiklik görmeden önce epeyce dönüş alacaktır. 5.15 volta ayarlayın. Pi'nin bir USB şarj cihazından ve fan ve diyot dizisinden gelen herhangi bir hat yüklemesinden görmeyi beklediğiyle eşleşmesi için birkaç milivolt yüksek ayarlıyoruz. (İlk test sırasında Pi'den düşük veri yolu voltajından şikayet eden rahatsız edici mesajlar görüyorduk. Bir internet araması bize Pi'nin 5.0 volttan daha fazlasını beklediği bilgisini verdi, çünkü çoğu şarj cihazı biraz daha fazla güç veriyor ve bir Pi için tipik güç kaynağı bir USB şarj cihazı.)

Sonra davayı hazırlamamız gerekiyor:

Kova dönüştürücü ve Pi, 4-40 makine vidası kullanılarak tutulur. #43 Matkap Ucu, 4-40 dişin bantlanması için hassas delikler oluşturmak için idealdir. Pi ve buck dönüştürücüyü zıt noktalarda tutun, işaretleyin ve #43 matkap ucunu kullanarak delin. Zıtlıkların yüksekliği, tamamen arkadan geçmeden dereotu için yeterli derinliği sağlar. 4-40 kör musluk ile deliklere dokunun. Plastikte kullanılan kendinden bantlı vidalar burada iyi iş görür ama elimde 4-40 vida vardı, o yüzden kullandım. SD karta erişim sağlamak için vidalar gereklidir (bu muhafaza ile karta harici erişim sağlanmaz).

Bir sonraki delik güç kablonuz içindir. Alt köşede bir nokta seçtim, böylece Ethernet kablosunun kenarı boyunca harici olarak ve ardından dahili olarak Pi'nin yanına ve altına geçsin. Elimdeki gibi korumalı 2 telli bir kablo kullandım, herhangi bir 14 gauge tel çifti işe yarayacaktır. Kılıfsız bir tel çifti kullanıyorsanız, koruma ve gerilim azaltma için kablonun muhafazanıza girdiği yere 1 ila 2 kat ısıyla daralan makaron koyun. Tel seçiminize göre belirlenecek delik boyutu.

Artık kabloları DC-DC dönüştürücü üzerindeki giriş hatlarına lehimleyebilirsiniz. Bağlantılar panoda etiketlenmiştir. Kırmızı kablo giriş + Siyah kablo giriş-. Panodan çıkarken, fan, Pi ve transistöre bağlamak için tel direk görevi görecek 2 kısa çıplak tel lehimledim.

Adım 7: Son Kablolama ve Epoksi

Pi'ye sadece 4 bağlantı yapılır. Toprak, Güç, Led kontrol ve kamera arayüzü şerit kablosu.

Pi'de kullanılan 3 pin 2, 6 ve 12'dir.

4 inç kırmızı, siyah ve beyaz bir kablo kesin. Tellerin her iki ucundaki yalıtımı, tellerin kalay uçlarını ve Pi üzerindeki kalay pimleri 3/8 inç soyun.

• Kırmızı kabloyu GPIO pim 2'ye lehimleyin 1/2 inç ısıyla daralan makaron ısı uygular.
• Siyah kabloyu GPIO pin 6 slip 1/2 inç ısıyla daralan makaronlara lehimleyin, ısı uygulayın.
• Beyaz kabloyu GPIO pim 12 kaymasına lehimleyin 1/2 inç ısıyla daralan makaron ısı uygular.
• Çıkarmak için kırmızı tel lehimleyin.
• Çıkarmak için siyah tel lehimleyin-
• Beyaz kabloya 1 inç ısıyla daralan makaron ekleyin ve 100 ohm dirence ve dirençten transistör tabanına lehimleyin. Isıyla daralan yalıtkan ile yalıtın.
• Buck'a Transistör Verici -
• Diyot dizisinin Katot tarafına transistör toplayıcı
• Diyot dizisi Anot/Direnç - Buck +
• Dışarı çıkmak için kırmızı kabloyu yelpazeleyin.
• Dışarı çıkmak için siyah kabloyu havalandırın.

Son Bağlantı:

Kamera arabirim kablosunu içeri itin. Kablo bağlantısı bir zif konektörü kullanır (Sıfır yerleştirme kuvveti). Konektörün üst kısmındaki siyah şerit yukarı kaldırılmalı, kablo sokete yerleştirilmeli ve ardından konektör yerine oturması için geri itilmelidir. İzolasyondaki iz kırılabileceğinden kabloyu kıvırmamaya özen gösterin. Ayrıca şerit kablonun pim hizalaması için konektörün düz olarak takılması gerekir.

Çalışmanızı başıboş tel şeritleri ve lehim lekeleri için kontrol edin, lehim çubuklarındaki fazla uzunluğu geri klipsleyin.

Eğer işinizden memnunsanız, fan ve kamera yerine epoksi uygulanabilir. Tek ihtiyacınız olan köşelere birkaç damla.

Adım 8: Yazılım

Epoksi kürlenirken yazılımı SD karta alalım. bilgisayarınıza takmak için bir SD kart adaptörüne ihtiyacınız olacak(https://www.amazon.com/Reader-Laptop-Windows-Chrom….

Git:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ ve Raspbian Buster Lite'ı indirin. SD kartı raspbian ile flaş etmek için başka bir BalenaEtcher yazılım aracına ihtiyacınız olacak ve burada bulunabilir, Epoksi şimdiye kadar SD kartı takıp kasa/destek kartını vidalayabilecek kadar sertleşmiş olmalıdır. Kapağı takmadan önce, kapağa hiçbir kablonun karışmadığından ve kamera kablosunun fan kanatlarına dokunmadığından emin olun. Kapak yerine takıldıktan sonra fana üflerim ve tellerden veya şerit kablodan parazit olmadığından emin olmak için hareket ettiğini görmek için izlerim.

Güç verme zamanı:

İlk çalıştırmada bir hdmi kablosuna ihtiyacınız olacak, eğer Pi 4 bir mini hdmi kablosu, usb klavye ve hdmi monitör ile birlikte internet bağlantısı. 12 voltluk bir güç kaynağına, 5 amperlik bir devre kesicili PDP'ye bağlayın.

Giriş yaptıktan sonra yapılacak ilk şey yapılandırma aracını çalıştırmaktır. Burası, PI kameranın etkinleştirilmesiyle birlikte SSH'nin ayarlanabileceği yerdir. https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… yardımcı olacak talimatlara sahiptir.

Chameleon Vision'ı yüklemeden önce yeniden başlatın

Lütfen yazılımlarını kullanmadan önce sitelerini ziyaret edin, zengin bilgilere sahipler. Bir not, desteklenen donanım sayfasında Pi cam desteklenmiyor olarak gösteriliyor, ancak en yeni sürümlerinde. Web sayfasının güncellenmesi gerekiyor.

Chameleon vizyon web sayfasından:

Chameleon Vision, Raspberry Pi için mevcut olan çoğu işletim sisteminde çalışabilir. Ancak burada https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ adresinde bulunan Rasbian Buster Lite'ı yüklemeniz önerilir. Raspbian'ı bir SD karta kurmak için talimatları izleyin.

Raspberry Pi'nin Ethernet üzerinden İnternete bağlı olduğundan emin olun. Raspberry Pi'ye (pi kullanıcı adı ve şifre ahududu) giriş yapın ve terminalde aşağıdaki komutları çalıştırın:

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

$ chmod +x kurulum.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo şimdi yeniden başlat

Tebrikler! Raspberry Pi'niz şimdi Chameleon Vision'ı çalıştırmak için ayarlandı! Raspberry Pi yeniden başlatıldığında, Chameleon Vision aşağıdaki komutla başlatılabilir:

$ sudo java -jar bukalemun-vision.jar

Chameleon Vision'ın yeni bir sürümü yayınlandığında, aşağıdaki komutları çalıştırarak güncelleyin:

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

$ chmod +x güncelleme.sh

$ sudo./update.sh

LED Dizi kontrolü:

LED diziniz yazılım kontrolü olmadan yanmayacaktır

Bu yılki ilk robot teknolojisinin parlak led ışıklara karşı bir kuralı var, ancak gerektiğinde kapatılıp açılabilirlerse onlara izin verecek. Colin Gideon "SpookyWoogin", FRC 3223, LED'S'i kontrol etmek için bir Python betiği yazdı ve burada bulunabilir:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

Bu sistem ayrıca, ekibiniz yazılım zamanını bu platforma yatırmışsa, FRC vizyonunu da çalıştıracaktır. FRC vizyonu ile SD kartın tamamı görüntülenir, bu nedenle raspbian'ı indirmeye gerek yoktur. Buradan alın

Bu size harika bir form faktöründe bir görüş sistemi sağlayacaktır. Yarışmalarda iyi şanslar!

Raspberry Pi Yarışması 2020'de İkincilik