Pi Catapult: 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Cantignyn historiallinen museo järjestää joka vuosi lokakuun viimeisenä lauantaina amatöörien katapulttikilpailun. Tämä on upea kilpailu, jonka avulla kaikki tulijat voivat rakentaa ja ampua katapultin ja kilpailla jopa 3 eri kategoriassa: etäisyys, laukausten ryhmittely ja tarkkuus. Lisätietoja kilpailusta on heidän verkkosivuillaan osoitteessa https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Tämän vuoden kilpailussa tiimini, Pi Throwers, päätti käyttää Raspberry Pi: tä vapauta osa heitostamme.

Suunnittelussamme on joukko antureita, joita valvoo Raspberry Pi Zero Wireless. Kun katapultti on viritetty ja vapautettu, Raspberry Pi päättää, milloin baseball vapautetaan. Tämän yksinkertaisen prosessin avulla pystyimme nousemaan toiseksi 186 metrin etäisyydellä.

Tässä ohjeessa käsitellään Raspberry Pi -ohjaimen ja siihen liittyvän elektroniikan suunnittelua, kehittämistä ja käyttöönottoa. Vaikka en kata tämän vuoden katapultin rakentamista, etsi uuden vuoden alun jälkeen ohjeita, jotka koskevat seuraavan vuoden katapultin suunnittelua ja rakentamista.

Olen vain huvin vuoksi lisännyt videon 186 jalka -laukauksestamme. Toivon että nautit.

Haluan myös kiittää joukkuekavereitani tänä vuonna: Steven Bobia ja Gus Menoudakisia.

Vaihe 1: Yleinen suunnittelu

Viime vuosikilpailun aikana meillä oli melko paljon vaikeuksia saada tasaisia julkaisuja katapultillemme. Koska olin suuri nörtti, vaimoni mukaan päätin käyttää elektroniikan taitojani ja Raspberry Pi Zeron erittäin alhaisia kustannuksia (5 dollaria) tietokoneen ohjauksen lisäämiseksi.

Tässä on katapultin ampumisen kokonaisprosessi. Käynnistä ensin Pi. Toiseksi muodosta yhteys Pi: n langattomaan hot spottiin iPhonellani ja käynnistä Catapult -sovellukseni. Seuraavaksi kelaa katapultti ja aseta vapautus. Lataa katapultti ja aseta liipaisin. Suojaa katapultti sovelluksella. Kun olet valmis ampumaan katapultin, vedä vapautinta. Nyt Pi vapauttaa sulautettujen antureiden avulla liipaisimen juuri oikeaan aikaan ja pallo vapautetaan.

Vaihe 2: Raspberry Pi Zero Setup

Raspberry Pi: n käyttöönotto katapultissa edellyttää kolmea päävaihetta. Ensimmäinen on lisätä liitännät Pi: n takana oleviin virtalähteisiin. Toinen on Pi: n asettaminen hot spotiksi. Viimeinen vaihe on kehittää Pythonissa ohjelma, joka on vuorovaikutuksessa ohjaussovelluksen kanssa, lukee antureita ja laukaisee katapultin tarvittaessa.

Virtaliitännät

1. Sytytä juotin.
2. Tartu 16-18-mittaiseen johtoon virtaliitäntää varten. Käytän aina punaista johtoa positiiviseen kytkentään. Käytän myös lankaa, jonka toisessa päässä on liitin, jotta voin poistaa männyn katapultista.
3. Kuori pieni määrä lankaa ja tinaa päät.
4. Esijuottaa tyynyt, joihin kytket virran. En tiedä tyynynumeroita, mutta olen ilmoittanut kuvassa käytettävät tyynyt.
5. Juotos johdot Pi: hen. Minusta tämä vaihe on helppo, jos kiinnität Pi: n ja pidät yhden langan juotettavan tyynyn päällä. Laitan sitten juotosraudan lankaan samalla, kun painan tyynyä alas. Kun tunnet juotoslangan sulavan, vapauta paine.
6. Toista toisella langalla.
7. Tarkista mahdolliset shortsit. Oikosulku on olemassa, jos molempien tyynyjen johdot tai juotos koskettavat toisiaan. Jos näin käy, lämmitä juote, poista johdot ja yritä uudelleen.

Kuuma piste

Vaikka voisin käydä läpi kaikki vaiheet hot spotin luomiseksi, on muitakin, jotka ovat tehneet parempaa työtä. Olen luetellut pari sivustoa, joissa on vaiheittaiset ohjeet.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Python -ohjelma

Python -ohjelmaa käytetään katapultin konfiguroinnin ja laukaisun ohjaamiseen. Ohjelma, joka sijaitsee alla, ajetaan Pi: llä ja sen avulla voit määrittää ja ohjata katapultin. Tämä ohjelma lisätään paikalliseen käyttäjähakemistoon ja suoritetaan aina, kun Pi käynnistetään lisäämällä merkintä /etc/rc.local. Tämä ohjelma määrittää verkkopalvelimen, johon muodostan yhteyden käyttämällä iPhoneani varten kehitettyä sovellusta. Voit myös käyttää telnetiä ja muodostaa yhteyden Pi -porttiin 9999. Voit sitten käyttää tekstikomentoja samalla tavalla kuin sovellukseni.

Solmunpunainen ohjelma

Python-ohjelman lisäksi olen luonut Node-Red-ohjelman, jolla on samanlainen toiminto, mutta se käyttää verkkokäyttöliittymää. Koska Rasbian, suositeltu käyttöjärjestelmä Raspberry Pi: lle, sisältää Node-Redin osana asennusta, ajattelin, että tämä voisi olla hyvä lisä. Kopioi catapult.json-tiedoston leikepöydälle, avaa Node-Red Pi-laitteessa, jota aiot käyttää katapultissasi, valitse Tuo-> Leikepöytä oikeasta valikosta ja liitä koodi sinne. Nyt sinun tarvitsee vain ottaa koodi käyttöön ja muodostaa yhteys Pi: n IP -osoitteeseen käyttöliittymää varten. Minun tapauksessani se on https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, IP -osoitteesi on erittäin.

Vaihe 3: Osien kytkentä

Vaikka se näyttää sotkulta, järjestelmän todellinen johdotus on melko suoraviivaista. Huonosti tehty PowerPoint -kaavio näyttää kaikki yhteydet. Tarvittavat osat on lueteltu alla.

Osaluettelo

1. Raspberry Pi Zero Wireless - 5 dollaria
2. 16 Gt: n mikro -SD -kortti - 8-10 dollaria
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -johtiminen Push Push Solenoid, sähkömagneetti, 10 mm toimilaite - 18 dollaria
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC-DC Buck -muunnin 3.0-40V-1.5-35V Virtalähteen askelmoduuli-2 dollaria
5. Floureon 2 -pakkaus 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo -akku XT60 -pistokkeella RC -autoon, Skylark m4 -fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone ja FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 tuumaa) - 27 dollaria
6. Vaihtokytkin - 2-10 dollaria per kytkin, minulla oli vanha, jota käytin
7. Finware 6 paria XT60 XT -60 urospuolisia naaraspuolisia luodiliittimiä Virtapistokkeet, joissa on kutistuma RC Lipo -akulle - 7,50 dollaria
8. Cylewet 15 kpl Reed -kytkin kullatulla johdolla normaalisti auki (N/O) magneettinen induktiokytkin, sähkömagneettinen Arduinolle (15 kpl: n pakkaus) CYT1065 - 10 dollaria
9. Tolako 5v -relemoduuli Arduinolle ARM PIC AVR MCU 5V -merkkivalo LED 1 -kanavainen relemoduuli Toimii virallisten Arduino -korttien kanssa - 6 dollaria. Voisit saada releen, joka toimii 3,3 V: n jännitteellä ja ohittaa NPN -transistorin, olisin, jos olisin tilannut oikean alun.
10. 100 x 2 N2222 NPN TO-92 Muovikoteloidut tehotransistorit 75 V 600 mA-2 dollaria
11. Johdot ja muut osat - tämä sisältää noin 20 mm magneetteja.

Liitännät

Kuten näet kauheasta elektroniikkakaavastani, elektroniikan kytkennät ovat melko yksinkertaisia. Saatat ihmetellä, miksi sinne on heitetty NPN -transistori, se liittyy releeseen, joka toimii 5 voltilla ja Pi toimii 3,3 voltilla. Kyllä, Pi: ssä on 5 V: n nastat, mutta niitä ei ole tarkoitettu liitettäväksi GPIO -nastoihin. Kysy mistä tiedän…

Se, miten liität komponentit yhteen, on sinun valintasi. Käytin vanhoja RC -servoliittimiä, koska niillä on oikea etäisyys Raspberry Pi: n GPIO -nastoille ja minulla on suuri kokoelma niitä. Voit ohjata juotteen Pi: n reikiin/nastoihin, jos haluat. Sinun tarvitsee vain varmistaa, että yhteydet ovat turvassa ja että ne eivät todennäköisesti erotu väkivaltaisen prosessin aikana, joka on katapultin laukaisu.

Vaihe 4: Tulostetut osat

Tässä projektissa minun oli tulostettava kolme kohdetta, ja ne on lueteltu alla.

1. Elektroniikkakotelo
2. Solenoidikotelo
3. Baseball -kiinnitysvarsi

Olen sisällyttänyt STL -tiedostot jokaiseen tulostettavaan osaan. Kun tulostat käsivartta, suosittelen käyttämään 25-50%täyttöastetta. Näin varmistetaan, että varsi ei rikkoudu sen aiheuttamien rasitusten vuoksi.

Vaihe 5: Magneetit ja ruoko -kytkimet

Yksi tärkeimmistä suunnittelun näkökohdista on sen määrittäminen, kuinka kertoa, missä käsivarsi on katapultin ampumisen aikana. On olemassa pari eri vaihtoehtoa, Hall Effect -anturit, ruoko -kytkimet ja kiihtyvyysmittarit ovat vain muutamia. Alun perin olin suunnitellut Hall Hall -anturien käyttöä, mutta huomasin, että ne eivät toimineet johdonmukaisesti, joten vaihdoin ruoko -kytkimiin. Jos päätät käyttää reed -kytkimiä, yksi varoitus sana, reed -kytkimet on suunnattava siten, että ne ovat kohtisuorassa keskipakovoimaan nähden. Muussa tapauksessa on mahdollista, että ruoko -kytkimet pakotetaan auki/kiinni sormen pyörivän liikkeen vuoksi.

Kuten kaaviosta näet, käytin neljää magneettia ja kahta reed -kytkintä. Jokainen magneetti on asetettu 90 astetta toisistaan. Tämä yhdessä reed -kytkimien 135 asteen off -asetuksen kanssa mahdollistaa 8 anturin lukemaa kierrosta kohden. Kun anturi on siirretty, molemmat anturit eivät ylitä magneettia samanaikaisesti, mikä mahdollistaa saman tarkkuuden kuin yhden reed -kytkimen ja 8 magneetin käyttäminen. Kummassakin tapauksessa jokainen 45 astetta, kun käsi kääntää Pi: tä, saa yhden pulssin.

Jokainen magneetti on upotettu heittovarren pohjatukeen. Käytin 7/8 tuuman forstner -terää ja porasin noin 6 mm vastaamaan käsissäni olevia magneetteja. Sitten lisäsin reikään hieman kuumaa liimaa ja puristin magneetit paikoilleen. Jokaisen magneetin tulee olla samassa tasossa alustan pinnan kanssa.

Ruoko -kytkimille kytkin ensin kytkimet johtoihin, jotka liitin myöhemmin Pi: n GPIO -nastoihin. Porasin sitten heittovarren alapuolelle ruovikytkimen raon. Tämän aukon tulisi olla kooltaan niin, että se sulkee ruoko -kytkimen kokonaan. Porasin sitten reiän aukon päässä olevan varren läpi. Tämä reikä on se, miten lanka ja ruoko -kytkin kierretään varren läpi, joten sen pitäisi olla tarpeeksi suuri molempien käsittelemiseksi. Kierrän sitten johdinliitännän reed -kytkimeen ja liimaa reed -kytkimen sitä varten luotuun rakoon. Koska käytin puuta heittovarrelleni, täytin ruoko -kytkimen raot puutiloilla. Tämä oli tapa varmistaa, että ruoko -kytkin on kiinnitetty ja ettei se voi hieroa jalustaan.

Vaihe 6: Testaus

Testaus on hauska prosessi. Siellä menet jonnekin, jossa et vahingoita ihmisiä tai vahingoita omaisuutta ja näet, toimivatko tavarasi. Olisinpa tehnyt sen. Ensimmäisessä testissämme heitimme käsivarteeni liian myöhään ja minulla oli baseball -purje pakettiautoni yli, noin 100 metrin päässä. Julkaisuajan säätämisen jälkeen yritimme uudelleen. Tällä kertaa baseball osui auton renkaaseen ja palasi takaisin luoksemme. Siirsin autoni.

Muutaman yrityksen jälkeen siirryimme siihen paikkaan, missä köysi oli kiinnitetty käsivarteen siten, että varsi pysähtyi 90 astetta vasemmalta suoraan ylöspäin. Tämä antoi meille mahdollisuuden ampua laukauksia melkein suoraan eteenpäin ja 45 asteen kulmassa. Paljon parempi. Kun julkaisu oli soitettu, muutimme painoa ja muutimme pallohihnaa pari kertaa saadaksemme parhaat tulokset.

Vaihe 7: Viimeiset ajatukset

Haluan kiittää kaikkia ihmisiä, jotka ovat auttaneet tämän vuoden katapultissa. Steven Bob ja Gus Menoudakis, joukkuetoverini. Vaimoni, joka joka vuosi kysyy, miksi minun on rakennettava erilainen malli katapultille. Ja Cantignylle kilpailun järjestämisestä. Se on räjähdys ja todella pitäisi saada enemmän porukkaa.

Kiitos ajastasi ja kerro minulle, jos sinulla on kysyttävää.