Procesor PI Vision od maline (SpartaCam): 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Sustav procesora Raspberry PI za vaš FIRST Robotics Competition robot

O PRVOM

Iz Wikipedije, besplatne enciklopedije

FIRST Robotics Competition (FRC) međunarodno je srednjoškolsko natjecanje u robotici. Svake godine timovi srednjoškolaca, treneri i mentori rade u razdoblju od šest tjedana kako bi izgradili robote za igru koji teže do 54 kilograma. Roboti izvršavaju zadatke kao što su zabijanje lopti u golove, letenje diskova u golove, unutarnje cijevi na stalke, vješanje na šipke i balansiranje robota na balansnim gredama. Igra se, zajedno sa potrebnim skupom zadataka, mijenja godišnje. Iako timovi dobivaju standardni skup dijelova, dopušten im je i proračun te se potiče na kupnju ili izradu specijaliziranih dijelova.

Ovogodišnja igra (2020) BESKONAČNO PUNJENJE. Igra Infinite Recharge uključuje dva saveza od po tri tima, pri čemu svaki tim kontrolira robota i izvodi određene zadatke na terenu radi stjecanja bodova. Igra se fokusira na futurističku gradsku temu koja uključuje dva saveza koja se sastoje od tri tima od kojih se svaki natječe za izvršavanje različitih zadataka, uključujući pucanje kuglica od pjene poznatih kao Power Cells u visoke i niske ciljeve za aktiviranje Generatora štita, manipuliranje upravljačkom pločom za aktiviranje ovog štita, i vraćanje u generator štita na parkiranje ili penjanje na kraju utakmice. Cilj je energizirati i aktivirati štit prije nego što utakmica završi i asteroidi napadnu FIRST City, futuristički grad po uzoru na Ratove zvijezda.

Što radi Raspberry PI sistem za obradu vida?

Kamera će moći skenirati igralište i ciljna mjesta na kojima se nalaze dijelovi igre ili ih je potrebno postaviti za bodovanje. Sklop ima 2 priključka, napajanje i Ethernet.

Vidne mete na igralištu su ocrtane reflektirajućom trakom i svjetlo će se odbiti natrag do objektiva kamere. Pi koji pokreće otvoreni izvorni kod iz Chameleon Visiona (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…) će obraditi prikaz, istaknuti ga, dodati slojeve slike i izlazni korak, zaokret, konturu i položaj kao vrijednosti niza poredane po x i y u metrima i kut u stupnjevima zajedno s ostalim podacima putem mrežne tablice. Te će se informacije koristiti u softveru za upravljanje našim robotom u autonomnom načinu rada, kao i za ciljanje i ispaljivanje našeg strijelca s kupolom. Na Pi -u se mogu pokrenuti i druge softverske platforme. FRC vizija se može instalirati ako je vaš tim već uložio vrijeme softvera u tu platformu.

Naš je proračun ove godine bio mali, a kupnja kamere Limelight od 399,00 USD (https://www.wcproducts.com/wcp-015) nije bila na karticama. Nabavljajući svu zalihu iz Amazona i koristeći 3D pisač Team 3512 Spartatroniks, uspio sam pakirati prilagođeni sustav vida za 150,00 USD. Neke su stavke došle na veliko, a za izgradnju drugog procesora bili su potrebni samo drugi Raspberry Pi, PI kamera i ventilator. Uz CAD pomoć jednog od timova mentora (hvala Matt) PI kućište je stvoreno pomoću Fusion 360.

Zašto jednostavno ne upotrijebite Pi s jeftinim kućištem, priključite USB kameru, dodate svjetlo za prstenje, instalirate Chameleon vision i gotovo, zar ne? Pa, želio sam više snage i manje kabela i faktor hlađenja prilagođenog sustava.

Pi 4 koristi 3 pojačala ako radi punim otvorom, to jest ako koristi većinu svojih priključaka, te WiFi i radi na zaslonu. To ne radimo na našim robotima, ali USB priključci na roboRIO https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht… ocijenjeni su na 900 ma, regulator napona je modelan (VRM) 5 volti napaja do 2 ampera, ograničenje od 1,5 ampera, ali to je zajednički konektor pa ako je drugi uređaj na 5 -voltnoj sabirnici postoji mogućnost ispadanja. VRM također napaja 12 volti pri 2 ampera, ali koristimo obje veze za napajanje radija pomoću POE kabela i bačve za redundanciju. Neki inspektori FRC -a neće dopustiti da se tamo priključi ništa osim onoga što je tiskano na VRM -u. Dakle, 12 volti iz PDP -a na prekidaču od 5 ampera je mjesto gdje se Pi mora napajati.

12 volti napaja se preko prekidača od 5 ampera na ploči za distribuciju napajanja (PDP), pretvara se u 5,15 volti pomoću LM2596 istosmjernog pretvarača u DC. Buck pretvarač napaja 5 volti pri 3 ampera i ostaje u regulaciji do 6,5 volti na ulazu. Ova sabirnica od 5 volti tada napaja 3 podsustava, niz LED prstena, ventilator, Raspberry Pi.

Pribor

• 6-paketni LM2596 pretvarač istosmjernog u istosmjerni napon Buck 3.0-40V do 1.5-35V Modul za smanjenje napajanja (6 pakiranja) 11,25 USD
• Noctua NF-A4x10 5V, vrhunski tihi ventilator, 3-pinski, 5V verzija (40x10 mm, smeđa) 13,95 USD
• SanDisk Ultra 32 GB microSDHC UHS-I kartica s adapterom-98 MB/s U1 A1-SDSQUAR-032G-GN6MA 7,99 USD
• Modul kamere Raspberry Pi V2-8 megapiksela, 1080p 428,20
• Hladnjak GeeekPi Raspberry Pi 4, aluminijski hladnjaci od 20 kom Raspberry Pi s toplinski vodljivom ljepljivom trakom za Raspberry Pi 4 model B (ploča od Raspberry Pi nije uključena) 7,99 USD
• Raspberry Pi 4 Model B 2019 Četverojezgreni 64 -bitni WiFi Bluetooth (4 GB) 61,96 USD
• (Pakiranje od 200 komada) 2N2222 tranzistor, 2N2222 do-92 tranzistor NPN 40V 600mA 300MHz 625mW kroz rupu 2N2222A 6,79 USD
• EDGELEC 100 kom. 100 ohmski otpornik 1/4w (0,25 W) ± 1% tolerancije Metalni film fiksni otpornik 5,69 USD https://smile.amazon.com/gp/product/B07QKDSCSM/re… Waycreat 100PCS 5 mm zelene LED diode za svjetlo Jasne emitirajuće LED diode za Svjetla žarulja žarulja visokog intenziteta, elektronike, komponente, diode svjetiljki 6,30 USD
• J-B Weld Plastic Bonder 5,77 USD

Korak 1: Prototip 1

Prvi test u pakiranju:

Tim je imao Pi 3 iz prethodne godine koji je bio dostupan za testiranje. Dodana je pi kamera, DC-DC krug za pojačanje/pojačanje i Andymarkovo prstenasto svjetlo. Https: //www.andymark.com/products/led-ring-green.

U to vrijeme nisam razmišljao o Pi 4 pa nisam bio zabrinut zbog potreba za energijom. Napajanje je dobiveno putem USB -a iz roboRIO -a. Kamera je stala u kućište bez izmjena. Prsten je vruće zalijepljen za poklopac kućišta i ožičen na ploču za pojačavanje. Ploča za pojačanje priključena je na GPIO portove 2 i 6 za 5 volti, a izlaz je podešen do 12 volti za pokretanje prstena. Unutar kućišta nije bilo mjesta za ploču za pojačanje pa je i vruće zalijepljena izvana. Softver je instaliran i testiran pomoću ciljeva iz 2019. godine igre. Softverski tim pokazao je palac gore pa smo naručili Pi 4, hladnjake i ventilator. I dok su oni na putu, kućište je dizajnirano i 3d tiskano.

Korak 2: Prototip 2

Unutarnje dimenzije kućišta bile su u redu, ali su lokacije portova pomaknute, a ne pokazivač.

Ovo je dovršeno neposredno nakon otkrivanja nove igre kako bi se softver mogao testirati na novim ciljnim lokacijama.

Dobre i loše vijesti. Izlaz prstenastog svjetla nije bio adekvatan kada smo bili udaljeni više od 15 stopa od cilja, pa je vrijeme da ponovno razmislimo o osvjetljenju. Budući da su bile potrebne promjene, smatram ovu jedinicu prototipom 2.

Korak 3: Prototip 3

Prototip 2 je ostavljen zajedno kako bi softver mogao nastaviti poboljšavati njihov sustav. U međuvremenu je pronađen još jedan Pi 3, a ja sam sastavio još jedan testni krevet. Ovo je imalo Pi3, USB lifecam 3000 izravno lemljenu na ploču, pretvarač pojačanja i ručno lemljeni niz dioda.

Opet dobre vijesti, loše vijesti. Niz bi mogao osvijetliti metu udaljenu 50 metara, ali bi izgubio cilj ako je kut veći od 22 stupnja. S ovim podatkom mogao bi se napraviti konačni sustav.

Korak 4: Finalni proizvod

Prototip 3 imao je 6 dioda udaljenih približno 60 stupnjeva i okrenute ravno ispred sebe.

Konačne promjene trebale su dodati 8 dioda razmaknutih 45 stupnjeva oko leće s 4 diode okrenute prema naprijed i 4 diode isturene za 10 stupnjeva dajući vidno polje od 44 stupnja. To također omogućuje postavljanje kućišta okomito ili vodoravno na robota. Tiskano je novo kućište s izmjenama za smještaj Pi 3 ili Pi 4. Lice kućišta je izmijenjeno za pojedinačne diode.

Testiranje nije pokazalo probleme s performansama između Pi 3 ili 4 pa su otvori kućišta napravljeni kako bi se omogućilo instaliranje bilo kojeg Pi. Uklonjene su stražnje točke montaže, kao i ispušni otvori na vrhu kupole. Korištenje Pi 3 dodatno će smanjiti troškove. Pi 3 radi hladnije i troši manje energije. Na kraju smo odlučili koristiti PI 3 za uštedu troškova, a softverski tim je htio upotrijebiti neki kôd koji bi se izvodio na Pi 3, a koji nije ažuriran za Pi 4.

Uvezite STL u rezač 3D pisača i krenite. Ova datoteka je u inčima pa ako imate rezač poput Cure, vjerojatno ćete morati skalirati dio na %2540 da biste ga pretvorili u metriku. Ako imate Fusion 360,.f3d datoteku možete prilagoditi vlastitim potrebama. Htio sam uključiti.step datoteku, ali upute neće dopustiti prijenos datoteka.

Osnovni potrebni alati:

• Skidači žica
• Kliješta
• Lemilica
• Termoskupljajuće cijevi
• Rezači žice
• Lemljenje bez olova
• Fluks
• Ruke za pomoć ili klešta
• Toplinski pištolj

Korak 5: Ožičenje diodnog niza

Sigurnosna napomena:

Lemilica Nikada ne dodirujte element lemilice ….400 ° C! (750 ° F)

Žice koje se zagrijavaju držite pincetom ili stezaljkama.

Spužvu za čišćenje neka bude mokra tijekom uporabe.

Lemilicu uvijek vratite na postolje kada se ne koristi.

Nikada ga ne odlažite na radni stol.

Isključite uređaj i izvucite utikač iz utičnice kada se ne koristi.

Lemljenje, fluks i sredstva za čišćenje

Nosite zaštitu za oči.

Lemljenje može "pljunuti".

Koristite lemilice bez kolofonija i olova gdje god je to moguće.

Otapala za čišćenje držite u bocama za točenje.

Uvijek operite ruke vodom i sapunom nakon lemljenja.

Radite u dobro prozračenim prostorima.

U redu, idemo na posao:

Lice kućišta tiskano je s rupama za diode na 0, 90, 180, 270 točaka isječenih pod 10 stupnjeva. Rupe na 45, 135, 225, 315 točaka su ravne.

Postavite sve diode u prednju stranu kućišta kako biste provjerili veličinu rupe od 5 mm. Čvrsto prianjanje diode će držati usmjerene pod ispravnim kutom. Dugi vod na diodi je anoda, lemiti otpornik od 100 ohma na svaku diodu. Lemljeni vodiči diode i otpornika se zatvaraju i ostavljaju dugi provod na drugoj strani otpornika (vidi fotografije). Testirajte svaku kombinaciju prije nego nastavite. AA baterija i 2 ispitna vodiča prigušit će diodu i provjeriti imate li pravilan polaritet.

Kombinirane diode/otpornike stavite natrag u kućište, a kabele postavite u cik-cak uzorak tako da svaki kabel otpornika dodiruje sljedeći otpornik kako bi stvorio prsten. Lemiti sve vodiče. Pomiješao bih neki J-B zavareni plastični bonder (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack) i epoksidnu kombinaciju dioda/otpornik na mjestu. Razmišljao sam o super ljepilu, ali nisam bio siguran hoće li cijanoakrilat zamagliti diodnu leću. Učinio sam to na kraju svog lemljenja, ali volio bih da sam to učinio ovdje kako bih smanjio frustracije kada diode ne bi ostale na mjestu tijekom lemljenja. Epoksid se stvrdne za oko 15 minuta pa je dobro mjesto za predah.

Sada se svi katodni vodiči mogu lemiti zajedno kako bi se stvorio - ili uzemljeni prsten. Dodajte crvene i crne žice kalibra 18 na svoj diodni prsten. Testirajte dovršeni niz pomoću napajanja od 5 V, USB punjač dobro radi u tom slučaju.

Korak 6: Buck/Boost ožičenje

Prije ožičenja u Buck pretvaraču trebat ćemo postaviti izlazni napon. Budući da koristimo PDP za napajanje 12 volti koje sam spojio izravno na PDP priključak, spojen na 5 ampera. Spojite voltmetar na izlaz ploče i počnite okretati potenciometar. Bit će potrebno dosta zavoja prije nego što vidite promjenu jer je ploča tvornički testirana na punu snagu, a zatim ostavljena na toj postavci. Postavite na 5,15 volti. Postavljamo nekoliko milivolti visoko kako bi odgovarali onome što Pi očekuje od USB punjača i bilo kakvo učitavanje linija s ventilatora i nizom dioda. (Tijekom početnog testiranja vidjeli smo neugodne poruke od Pi -a koje se žale na nizak napon sabirnice. Pretraživanjem interneta dobili smo informaciju da Pi očekuje više od 5,0 volti jer većina punjača daje malo više, a tipično napajanje za Pi je USB punjač.)

Zatim moramo pripremiti slučaj:

Pretvarač dolara i Pi drže se pomoću 4-40 strojnih vijaka. #43 Svrdlo je idealno za stvaranje preciznih rupa za lijepljenje 4-40 niti. Držite pretvarač Pi i Buck do razmaka, označite, a zatim bušite pomoću svrdla #43. Visina zastoja omogućuje dovoljnu dubinu kopanja bez potpunog prolaska kroz leđa. Lupajte rupe slijepim slavinom 4-40. Samorezni vijci koji se koriste u plastici ovdje bi dobro funkcionirali, ali imao sam na raspolaganju 4-40 vijaka, pa sam to i koristio. Vijci su potrebni za omogućavanje pristupa SD kartici (s ovim kućištem nema vanjskog pristupa kartici).

Sljedeća rupa za bušenje je za vaš kabel za napajanje. Odabrao sam točku u donjem kutu kako bi prolazila uz bok Ethernet kabela izvana i sa strane, a zatim ispod Pi iznutra. Koristio sam oklopljeni 2 -žični kabel jer sam imao pri ruci, bilo koji par žice od 14 kalibra će raditi. Ako koristite par žica bez omotača, stavite 1 do 2 sloja termoskupljanja na žicu gdje ulazi u vaše kućište radi zaštite i rasterećenja. Veličina rupe određuje se prema izboru žice.

Sada možete lemiti žice na ulazne vodove na DC-DC pretvaraču. Priključci su označeni na ploči. Crvena žica do u+ Crna žica do u-. Izlazeći iz ploče lemio sam 2 kratke gole žice koje su služile kao žičani stub za vezanje ventilatora, Pi i tranzistora.

Korak 7: Završno ožičenje i epoksid

Na Pi su uspostavljene samo 4 veze. Uzemljenje, napajanje, LED upravljanje i kabel sučelja kamere.

Tri igle koje se koriste na Pi su 2, 6 i 12.

Izrežite crvenu, crno -bijelu žicu na 4 inča. Skinite izolaciju s 3/8 inča s oba kraja žica, limenih krajeva žica i limenih igala na Pi.

• Lemljena crvena žica na GPIO pin 2 klizanje 1/2 inča toplinski skupljajućih cijevi primjenjuje toplinu.
• Lemljenjem crne žice na GPIO pin 6 klizanja 1/2 inča toplinski skupljajućih cijevi nanesite toplinu.
• Lemljena bijela žica na GPIO pin 12 klizanja 1/2 inča termoskupljajuće cijevi primjenjuje toplinu.
• Lemiti crvenu žicu za izbacivanje+
• Lemiti crnu žicu za izbacivanje-
• Dodajte termalno skupljanje od 1 inča na bijelu žicu i lemite na otpornik od 100 ohma i s otpornika na bazu tranzistora. Izolirajte termoskupljanjem.
• Odašiljač tranzistora u Buck -
• Kolektor tranzistora na diodu s katodnom stranom
• Anodni/otpornički diodni niz do Buck +
• Ventilator crvene žice za izbacivanje+
• Ventilator crne žice za izbacivanje-

Zadnja veza:

Umetnite kabel sučelja kamere. Kabelska veza koristi zif konektor (nula sile umetanja). Crnu traku na vrhu konektora potrebno je podići prema gore, kabel staviti u utičnicu, a zatim konektor gurnuti prema dolje kako bi se zaključao. Pazite da ne prešate kabel jer se trag u izolaciji može slomiti. Također konektor mora biti umetnut ravno za poravnavanje vrpčnog kabela.

Provjerite svoj rad na lutajućim žicama i mrljama lemljenja, odrežite svu višak duljine na stupovima za lemljenje.

Ako ste zadovoljni s radom, ventilator i kameru možete epoksidirati. Nekoliko kapi na uglovima je sve što vam treba.

Korak 8: Softver

Dok se epoksid stvrdnjava, unesite softver na SD karticu. za priključivanje na računalo trebat će vam adapter za SD karticu (https://www.amazon.com/Reader-Laptop-Windows-Chrom….

Ići:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ i preuzmite Raspbian Buster Lite. Za fleširanje SD kartice s raspbian -om trebat će vam drugi softverski alat BalenaEtcher, a može se pronaći ovdje, Do sada je epoksid trebao biti dovoljno stvrdnut da možete instalirati SD karticu i zašrafiti ploču. Prije nego što pričvrstite poklopac, provjerite da žice ne ometaju poklopac i da kabel kamere ne dodiruje lopatice ventilatora. Nakon što je poklopac postavljen, pušem na ventilator i gledam kako se pomiče kako bih se uvjerio da nema smetnji od žica ili vrpčnog kabela.

Vrijeme za uključivanje:

Prilikom prvog uključivanja trebat će vam hdmi kabel, ako je Pi 4 mini hdmi kabel, USB tipkovnica i hdmi monitor zajedno s internetskom vezom. Priključite na napajanje od 12 volti, PDP s prekidačem od 5 ampera.

Nakon prijave, prvo što trebate učiniti je pokrenuti alat za konfiguraciju. Ovdje se može postaviti SSH zajedno s omogućavanjem PI kamere. https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… ima upute za pomoć.

Ponovo pokrenite sustav prije instaliranja programa Chameleon Vision

Prije korištenja njihovog softvera posjetite njihovu web stranicu, oni imaju mnoštvo informacija. Jedna napomena, na njihovoj podržanoj hardverskoj stranici Pi cam je prikazan kao nepodržan, ali je s njihovim najnovijim izdanjem. Web stranicu je potrebno ažurirati.

S web stranice Chameleon vision:

Chameleon Vision može raditi na većini operativnih sustava dostupnih za Raspberry Pi. Međutim, preporučuje se da instalirate Rasbian Buster Lite, dostupan ovdje https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/. Slijedite upute za instaliranje Raspbiana na SD karticu.

Uvjerite se da je Raspberry Pi povezan putem Interneta putem Etherneta. Prijavite se na Raspberry Pi (korisničko ime pi i lozinka malina) i pokrenite sljedeće naredbe u terminalu:

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

$ chmod +x install.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo ponovno pokrenite

Čestitamo! Vaš Raspberry Pi sada je postavljen za pokretanje Chameleon Vision! Nakon što se Raspberry Pi ponovno pokrene, Chameleon Vision se može pokrenuti sljedećom naredbom:

$ sudo java -jar kameleon -vision.jar

Kad se objavi nova verzija Chameleon Visiona, ažurirajte je pokretanjem sljedećih naredbi:

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

$ chmod +x update.sh

$ sudo./update.sh

Upravljanje LED nizom:

Vaš LED niz neće svijetliti bez softverske kontrole

Prva ovogodišnja robotika ima pravilo protiv jakih LED svjetala, ali će im dopustiti ako se po potrebi mogu isključiti i uključiti. Colin Gideon "SpookyWoogin", FRC 3223, napisao je Python skriptu za kontrolu LED -a, a to se može pronaći ovdje:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

Ovaj će sustav također pokrenuti FRC viziju ako je vaš tim već uložio vrijeme softvera u tu platformu. S FRC Visionom snimljena je cijela SD kartica pa nema potrebe za preuzimanjem Raspbian. Nabavite ga ovdje

Tako ćete dobiti sustav vida u hladnoj formi. Sretno na natjecanjima!

Drugoplasirani na Raspberry Pi natjecanju 2020