Vadelma PI Vision -prosessori (SpartaCam): 8 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Vadelma PI -näköprosessorijärjestelmä FIRST Robotics Competition -robotillesi

Tietoja FIRSTistä

Wikipediasta, ilmainen tietosanakirja

FIRST Robotics Competition (FRC) on kansainvälinen lukio -robottikilpailu. Lukion opiskelijoiden, valmentajien ja ohjaajien tiimit työskentelevät joka vuosi kuuden viikon aikana rakentaakseen pelirobotteja, jotka painavat jopa 54 kiloa. Robotit suorittavat tehtäviä, kuten pallojen tekeminen maaleihin, kiekkojen lentäminen maaleiksi, sisäputket telineisiin, ripustaminen tankoihin ja tasapainotusrobotit vaakapalkeille. Peli ja tarvittavat tehtävät muuttuvat vuosittain. Vaikka joukkueille annetaan vakiovarusteisia osia, niille annetaan myös budjetti ja heitä kannustetaan ostamaan tai valmistamaan erikoisosia.

Tämän vuoden peli (2020) INFINITE RECHARGE. Infinite Recharge -pelissä on kaksi kolmen joukkueen liittoumaa, joista jokainen hallitsee robottia ja suorittaa tiettyjä tehtäviä kentällä pisteiden saamiseksi. Peli keskittyy futuristiseen kaupunkiteemaan, johon kuuluu kaksi liittoumaa, jotka koostuvat kolmesta joukkueesta, jotka kumpikin kilpailevat eri tehtävien suorittamisesta, mukaan lukien Power Cells -nimisten vaahtopallojen ampuminen korkeisiin ja mataliin maaleihin kilpigeneraattorin aktivoimiseksi, ohjauspaneelin manipulointi tämän kilven aktivoimiseksi, ja palataan kilpigeneraattoriin pysäköimään tai kiipeämään ottelun lopussa. Tavoitteena on aktivoida ja aktivoida kilpi ennen ottelun päättymistä ja asteroidit iskevät FIRST Cityyn, futuristiseen kaupunkiin, joka on mallinnettu Tähtien sodan jälkeen.

Mitä Raspberry PI -näköprosessorijärjestelmä tekee?

Kamera voi skannata pelikentän ja kohdepaikat, joissa pelikappaleita toimitetaan tai jotka on sijoitettava pisteytystä varten. Kokoonpanossa on 2 liitäntää, virta ja Ethernet.

Näkökohteet pelikentällä on piirretty heijastavalla teipillä ja valo heijastuu takaisin kameran linssiin. Pi-ohjelmassa käynnissä oleva Chameleon Visionin avoimen lähdekoodin koodi (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…) käsittelee näkymän, korostaa sen, lisää kuvien peittokuvat ja ulostulon nousun, kääntymisen, muodon ja sijainnin matriisin arvot järjestyksessä x ja y metreinä ja kulma asteina yhdessä muiden tietojen kanssa verkkotaulukon kautta. Näitä tietoja käytetään ohjelmistoissa robotin ohjaamiseen itsenäisessä tilassa sekä torjunta -ampujamme kohdistamiseen ja ampumiseen. Muita ohjelmistoalustoja voidaan käyttää Pi: llä. FRC -visio voidaan asentaa, jos tiimisi on jo sijoittanut ohjelmistoajan kyseiselle alustalle.

Budjettimme oli tiukka tänä vuonna ja Limelight 399,00 dollarin (https://www.wcproducts.com/wcp-015) kameran ostamista ei ollut korteissa. Ostamalla kaikki tarvikkeet Amazonilta ja käyttämällä Team 3512 Spartatroniks 3D -tulostinta, pystyin paketoimaan mukautetun näköjärjestelmän 150,00 dollaria. Jotkut kohteet tulivat irtotavarana, ja toisen rinnakkaisprosessorin rakentaminen vaatisi vain toisen Raspberry Pi: n, PI-kameran ja tuulettimen. PAD -kotelo luotiin Fusion 360: n avulla mentorin CAD -apuna (kiitos Matt).

Miksi et käytä vain Pi: tä halvalla kotelolla, kytke USB -kamera, lisää soittovalo, asenna Chameleon -visio ja olet valmis? Halusin enemmän virtaa ja vähemmän kaapeleita ja mukautetun järjestelmän viileystekijän.

Pi 4 käyttää 3 ampeeria, jos se on täynnä, eli jos se käyttää suurinta osaa porteistaan, ja wifi ja näyttö. Emme tee sitä robotteillamme, mutta roboRIO: n USB-portit https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht… ovat nimellisjännitteellä 900 ma, jännitesäädin (VRM)) 5 voltin virransyöttö enintään 2 ampeerin huippuun, 1,5 ampeerin raja -arvo, mutta se on jaettu liitin, joten jos toinen laite on 5 voltin väylässä, on mahdollista katkeaminen. VRM tarjoaa myös 12 volttia 2 ampeerilla, mutta käytämme molempia yhteyksiä radion virransyöttöön POE -kaapelilla ja piippuliitännällä redundanssin vuoksi. Jotkut FRC -tarkastajat eivät salli liittää siihen mitään muuta kuin VRM: ään tulostettua. Joten Pi: n virransyöttö on 12 volttia PDP: stä 5 ampeerin katkaisijalla.

12 volttia syötetään virransyöttöpaneelissa (PDP) olevan 5 ampeerin katkaisijan kautta, muunnetaan 5,15 voltiksi LM2596 DC -DC Buck -muuntimella. Buck -muunnin syöttää 5 volttia 3 ampeerilla ja pysyy hallinnassa 6,5 voltin tuloon asti. Tämä 5 voltin väylä syöttää sitten virtaa 3 osajärjestelmään, LED -rengasjärjestelmään, tuulettimeen, Raspberry Pi: hen.

Tarvikkeet

• 6 kpl LM2596 DC-DC Buck -muunnin 3.0-40V-1.5-35V Power Supply Module (6 kpl) $ 11.25
• Noctua NF-A4x10 5V, premium hiljainen tuuletin, 3-nastainen, 5 V: n versio (40x10 mm, ruskea) 13,95 dollaria
• SanDisk Ultra 32 Gt microSDHC UHS-I -kortti sovittimella-98 Mt/s U1 A1-SDSQUAR-032G-GN6MA 7,99 dollaria
• Raspberry Pi -kameramoduuli V2-8 megapikseliä, 1080p 428.20
• GeeekPi Raspberry Pi 4 jäähdytyselementti, 20 kpl Raspberry Pi alumiinisia jäähdytyselementtejä lämmönjohtavalla teipillä Raspberry Pi 4 -malliin B (Raspberry Pi -levy ei sisälly toimitukseen) 7,99 dollaria
• Raspberry Pi 4 Model B 2019 Quad Core 64 -bittinen WiFi Bluetooth (4 Gt) $ 61.96
• (Pakkaus 200 kpl) 2N2222 Transistori, 2N2222-92 Transistori NPN 40V 600mA 300MHz 625mW Reiän läpi 2N2222A 6,79
• EDGELEC 100kpl 100 ohmin vastus 1/4w (0,25 W) ± 1% Toleranssi Metallikalvo Kiinteä vastus $ 5.69 https://smile.amazon.com/gp/product/B07QKDSCSM/re… Waycreat 100PCS 5mm vihreä LED -diodivalot kirkkaat LED -valot Korkean intensiteetin erittäin kirkkaat lamppulamput Elektroniikkakomponentit Lamppudiodit $ 6.30
• J-B Weld Plastic Bonder $ 5.77

Vaihe 1: Prototyyppi 1

Ensimmäinen testi pakkauksessa:

Tiimillä oli edellisen vuoden Pi 3, joka oli käytettävissä testausta varten. Lisätty pi-kamera, DC-DC buck/boost -piiri ja Andymark-rengasvalo.

Tällä hetkellä en ollut harkinnut Pi 4: tä, joten en ollut huolissani virran tarpeista. Virta syötettiin USB: n kautta roboRIO: sta. Kamera sopii koteloon ilman muutoksia. Rengasvalo liimattiin kuumasti kotelon kanteen ja johdotettiin tehostuskorttiin. Vahvistuskortti kytkettiin GPIO -portteihin 2 ja 6 5 voltille ja lähtö säädettiin 12 volttiin renkaan käyttämiseksi. Kotelon sisällä ei ollut tilaa tehostuskortille, joten se oli myös liimattu ulkopuolelle. Ohjelmisto asennettiin ja testattiin 2019 -pelivuoden tavoitteiden avulla. Ohjelmistotiimi antoi peukkua, joten tilasimme Pi 4: n, jäähdytyselementit ja tuulettimen. Ja kun he siellä matkalla kotelo suunniteltiin ja 3D -tulostettiin.

Vaihe 2: Prototyyppi 2

Kotelon sisäiset mitat olivat OK, mutta porttien sijainnit olivat toisistaan poikkeavia, eivät esteen tulppaa.

Tämä saatiin päätökseen heti uuden pelin paljastamisen jälkeen, jotta ohjelmisto voisi testata uusia kohdepaikkoja vastaan.

Hyviä uutisia ja huonoja uutisia. Soittoäänen valoteho ei ollut riittävä, kun olimme yli 15 metrin päässä kohteesta, joten aika harkita valaistusta uudelleen. Koska muutoksia tarvittiin, pidän tätä laitetta prototyypinä 2.

Vaihe 3: Prototyyppi 3

Prototyyppi 2 jätettiin yhteen, jotta ohjelmistot voisivat jatkaa järjestelmänsä parantamista. Samaan aikaan löydettiin toinen Pi 3 ja korsin yhteen toisen koekerroksen. Tässä oli Pi3, USB lifecam 3000 suoraan juotettuna levylle, tehostinmuunnin ja käsin juotettu diodiryhmä.

Taas hyviä uutisia, huonoja uutisia. Taulukko voi sytyttää kohteen yli 50 metrin etäisyydeltä, mutta se menettää kohteen, jos kulma on yli 22 astetta. Tämän tiedon avulla voidaan tehdä lopullinen järjestelmä.

Vaihe 4: Lopputuote

Prototyypissä 3 oli 6 diodia noin 60 asteen päässä toisistaan ja suoraan eteenpäin.

Lopulliset muutokset olivat 8 diodin lisääminen 45 asteen välein linssin ympärille 4 diodia eteenpäin ja 4 diodia kallistettuna 10 astetta, jolloin näkökenttä oli 44 astetta. Tämä mahdollistaa myös kotelon asentamisen joko pystysuoraan tai vaakasuoraan robottiin. Uusi kotelo tulostettiin muutoksilla Pi 3: n tai Pi 4: n mukaiseksi. Kotelon pintaa muutettiin yksittäisille diodeille.

Testaus ei osoittanut suorituskykyongelmia Pi 3: n tai 4: n välillä, joten kotelon aukot tehtiin joko Pi: n asentamiseksi. Takakiinnityspisteet poistettiin samoin kuin pakoputken aukot kupolin yläosasta. Pi 3: n käyttö alentaa kustannuksia entisestään. Pi 3 toimii viileämmin ja käyttää vähemmän virtaa. Lopulta päätimme käyttää PI 3: ta kustannussäästöihin ja ohjelmistotiimi halusi käyttää jotain koodia, joka toimisi Pi 3: ssa, jota ei ollut päivitetty Pi 4: lle.

Tuo STL 3D -tulostimien osittimeen ja lähdet. Tämä tiedosto on tuumaa, joten jos sinulla on Cura -kaltainen viipaloija, sinun on todennäköisesti skaalattava osa %2540: een, jotta se muutetaan metriseksi. Jos sinulla on Fusion 360,.f3d -tiedosto voidaan muokata omien tarpeidesi mukaan. Halusin sisällyttää.step -tiedoston, mutta ohjeet eivät salli tiedostojen lataamista.

Tarvittavat perustyökalut:

• Langanpoistimet
• Pihdit
• Juotin
• Lämpökutistuva letku
• Lankaleikkurit
• Lyijytön juote
• Flux
• Auttavat kädet tai pihdit
• Kuuma pyssy

Vaihe 5: Diodijärjestelmän kytkentä

Turvallisuushuomautus:

Juotin Älä koskaan kosketa juotosraudan elementtejä….400 ° C! (750 ° F)

Pidä lämmitettäviä johtoja pinseteillä tai puristimilla.

Pidä puhdistussieni märänä käytön aikana.

Palauta juotin aina telineeseen, kun sitä ei käytetä.

Älä koskaan laita sitä työpöydälle.

Sammuta laite ja irrota pistoke pistorasiasta, kun et käytä sitä.

Juotos, flux ja puhdistusaineet

Käytä suojalaseja.

Juotos voi "sylkeä".

Käytä hartsittomia ja lyijyttömiä juotteita aina kun mahdollista.

Pidä puhdistusliuottimet annostelupulloissa.

Pese kädet aina saippualla ja vedellä juottamisen jälkeen.

Työskentele hyvin ilmastoiduissa tiloissa.

OK, päästään töihin:

Kotelon pintaan on painettu diodireiät 0, 90, 180, 270 pistettä kallistettuna 10 astetta ulos. Reiät 45, 135, 225, 315 pistettä ovat suorat.

Aseta kaikki diodit kotelon etupuolelle varmistaaksesi, että reiän koko on 5 mm. Tiukka istuvuus pitää diodit oikeassa kulmassa. Diodin pitkä johto on anodi, joka juottaa 100 ohmin vastuksen kuhunkin diodiin. Diodin ja vastuksen juotosjohdot sulkeutuvat ja jättävät pitkän johdon vastuksen toiselle puolelle (katso kuvat). Testaa jokainen yhdistelmä ennen kuin jatkat. AA -paristo ja 2 mittausjohtoa sytyttävät himmeästi diodin ja varmistavat, että napaisuus on oikea.

Aseta diodi/vastusyhdistelmä takaisin koteloon ja aseta johdot siksak-kuvioon niin, että jokainen vastusjohto koskettaa seuraavaa vastusta muodostaen renkaan. Juottaa kaikki johdot. Sekoittaisin J-B-hitsin muovisideainetta (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack) ja epoksisin diodi/vastusyhdistelmän paikalleen. Harkitsin superliimaa, mutta en ollut varma, sumuttaako syanoakrylaatti diodilinssin. Tein tämän kaiken juottamiseni lopussa, mutta toivon, että olisin tehnyt sen täällä vähentääkseni turhautumista, kun diodit eivät pysy paikallaan juottamisen aikana. Epoksi kovettuu noin 15 minuutissa, joten se on hyvä paikka pitää tauko.

Nyt kaikki katodijohdot voidaan juottaa yhteen luodakseen - tai maadoitusrenkaan. Lisää 18 gaugen punainen ja musta johto diodirenkaaseesi. Testaa valmis ryhmä 5 voltin virtalähteellä, USB -laturi toimii tähän hyvin.

Vaihe 6: Buck/Boost -johdotus

Ennen Buck -muuntimen johdotusta meidän on asetettava lähtöjännite. Koska käytämme PDP: tä 12 voltin syöttämiseen, johdin suoraan PDP -porttiin, joka on sulatettu 5 ampeerilla. Kiinnitä voltimittari kortin ulostuloon ja aloita potentiometrin kääntäminen. Kestää muutaman kierroksen, ennen kuin näet muutoksen, kun levy on testattu tehtaalla täydelle teholle ja jätetty kyseiselle asetukselle. Aseta 5,15 volttiin. Asetamme muutaman millivoltin korkeuteen vastaamaan sitä, mitä Pi odottaa USB -laturilta ja mitä tahansa linjalatausta tuuletin- ja diodiryhmästä. (Ensimmäisen testin aikana näimme Pi: ltä häiritseviä viestejä, jotka valittivat alhaisesta väyläjännitteestä. Internet -haku antoi meille tiedon siitä, että Pi odotti enemmän kuin 5,0 volttia, koska useimmat laturit sammuttivat hieman enemmän ja Pi: n tyypillinen virtalähde USB -laturi.)

Seuraavaksi meidän on valmisteltava tapaus:

Taajuusmuuttaja ja Pi pidetään kiinni 4-40 koneruuvilla. #43 Poranterä on ihanteellinen tarkkojen reikien luomiseen 4-40 kierteen teippaamiseen. Pidä Pi- ja buck -muunnin pysähdyksissä, merkitse ja poraa #43 poranterällä. Seisokkien korkeus sallii riittävän syvyyden tilliin menemättä kokonaan selän läpi. Napauta reikiä 4-40 sokealla hanalla. Muovissa käytetyt itsekierteittävät ruuvit toimisivat täällä hyvin, mutta minulla oli 4-40 ruuvia saatavilla, joten käytin sitä. Ruuvit ovat tarpeen, jotta SD -kortille pääsee käsiksi (tämän kotelon mukana ei toimiteta ulkoista pääsyä korttiin).

Seuraava porattava reikä on virtakaapelillesi. Valitsin pisteen alakulmasta, jotta se kulkisi Ethernet -kaapelin sivua pitkin ulkoisesti ja Pi: n puolelle ja sitten sen sisäpuolelle. Käytin suojattua 2 -johtimista kaapelia, koska minulla oli käsillä, mikä tahansa 14 -mittainen lankapari toimii. Jos käytät vaipatonta vaijeriparia, aseta 1-2 kerrosta lämpöä kutistuvaa johtoa kohtaan, jossa se tulee koteloosi suojauksen ja venymisen helpottamiseksi. Reiän koko määräytyy johtimen valinnan mukaan.

Nyt voit juottaa johdot DC-DC-muuntimen tulolinjoihin. Liitännät on merkitty taululle. Punainen johto sisään+ musta johto sisään-. Levyltä tullessani juotin 2 lyhyttä paljaaa johtoa toimimaan langanpostina puhaltimen, Pi: n ja transistorin sitomiseksi.

Vaihe 7: Lopullinen johdotus ja epoksi

Pi -laitteeseen on tehty vain 4 liitäntää. Maadoitus, virta, LED -ohjaus ja kameran liitäntänauhakaapeli.

Pi: ssä käytetyt 3 nastaa ovat 2, 6 ja 12.

Leikkaa punainen, musta ja valkoinen lanka 4 tuumaa. Irrota 3/8 tuuman eristys johtimien molemmista päistä, johtojen tinapäät ja tina nastat Pi: stä.

• Juotos punainen johto GPIO -nastaan 2 liuku 1/2 tuumaa kutistekutistetta lämmittää.
• Juotos musta johto GPIO -nastaan 6 liuku 1/2 tuumaa kutisteputkea lämmittää.
• Juotos valkoinen lanka GPIO -nastaan 12 liukua 1/2 tuumaa kutisteputkea lämmittämään.
• Juottaa punaisen langan, jotta se irtoaa+
• Juotettava musta lanka, joka katkaisee
• Lisää 1 tuuman lämpökutistuminen valkoiseen lankaan ja juotos 100 ohmin vastukseen ja vastuksesta transistorialustaan. Eristä lämpökutistuksella.
• Transistorien lähettäjä Buckille -
• Transistorikollektori diodiryhmän katodipuolelle
• Diodimatriisi Anodi/vastus Buck +: iin
• Puhalla punainen johto ulos+
• Tuulettimen musta johto purkaa

Viimeinen yhteys:

Työnnä kameran liitäntäkaapeli sisään. Kaapeliliitännässä käytetään zif -liitintä (Zero insertion force). Liittimen päällä oleva musta nauha on nostettava ylös, kaapeli asetettava pistorasiaan ja liitin työnnetään takaisin alas lukitakseen sen paikalleen. Varo puristamasta kaapelia, koska eristeen jälki voi rikkoutua. Myös liitin on asetettava suoraan nauhakaapelin ja nastan kohdistuksen kohdalle.

Tarkista, onko työssäsi kulkevia lankalankoja ja juotoslohkoja, leikkaa ylimääräinen pituus taaksepäin olevista juotospylväistä.

Jos olet tyytyväinen työhösi, tuuletin ja kamera voidaan asentaa epoksiin. Muutama tippa kulmissa on kaikki mitä tarvitset.

Vaihe 8: Ohjelmisto

Kun epoksi kovettuu, saat ohjelmiston SD -kortille. tarvitset SD-korttisovittimen tietokoneeseen liittämistä varten (https://www.amazon.com/Reader-Laptop-Windows-Chrom….

Mene:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ ja lataa Raspbian Buster Lite. SD -kortin vilkuttamiseksi raspbianilla tarvitset toisen BalenaEtcher -ohjelmistotyökalun, joka löytyy täältä, Epoksin olisi pitänyt kovettua jo tarpeeksi, jotta voit asentaa SD -kortin ja ruuvata buck/boost -levyn kiinni. Ennen kuin napsautat kannen paikalleen, tarkista, etteivät johdot häiritse kantta ja kameran kaapeli ei kosketa tuulettimen siipiä. Kun kansi on paikallaan, puhallan tuulettimeen ja katson sen liikkuvan, jotta varmistan, ettei johdoista tai nauhakaapelista ole häiriöitä.

Käynnistämisen aika:

Kun käynnistät ensimmäisen kerran, tarvitset hdmi -kaapelin, jos Pi 4: n mini -hdmi -kaapelin, USB -näppäimistön ja hdmi -näytön sekä Internet -yhteyden. Johda 12 voltin virtalähteeseen, PDP, jossa on 5 ampeerin katkaisin.

Kirjautumisen jälkeen on ensin suoritettava määritystyökalu. Täällä voidaan asettaa SSH ja ottaa käyttöön PI -kamera. https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… sisältää ohjeita.

Käynnistä uudelleen ennen Chameleon Visionin asentamista

Käy heidän sivustollaan ennen ohjelmiston käyttöä, sillä heillä on runsaasti tietoa. Yksi huomautus: Pi -kamera näkyy tuetulla laitteistosivullaan ei tuettuna, mutta se on heidän uusimman julkaisunsa kanssa. Verkkosivu kaipaa päivitystä.

Chameleon vision -verkkosivulta:

Chameleon Vision toimii useimmissa Raspberry Pi -käyttöjärjestelmissä. On kuitenkin suositeltavaa asentaa Rasbian Buster Lite, joka on saatavana täältähttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/. Asenna Raspbian SD -kortille noudattamalla ohjeita.

Varmista, että Raspberry Pi on kytketty Ethernetiin Internetiin. Kirjaudu Raspberry Pi: hen (käyttäjätunnus pi ja salasana vadelma) ja suorita seuraavat komennot päätelaitteessa:

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

$ chmod +x install.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo käynnistetään uudelleen

Onnittelut! Raspberry Pi on nyt määritetty käyttämään Chameleon Visionia! Kun Raspberry Pi on käynnistynyt uudelleen, Chameleon Vision voidaan käynnistää seuraavalla komennolla:

$ sudo java -jar chameleon -vision.jar

Kun Chameleon Visionin uusi versio julkaistaan, päivitä se suorittamalla seuraavat komennot:

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

$ chmod +x update.sh

$ sudo./update.sh

LED -järjestelmän ohjaus:

LED -ryhmäsi ei syty ilman ohjelmiston ohjausta

Tämän vuoden ensimmäisellä robotiikalla on sääntö kirkkaita led -valoja vastaan, mutta se sallii ne, jos ne voidaan sammuttaa ja käynnistää tarvittaessa. Colin Gideon "SpookyWoogin", FRC 3223, kirjoitti Python -komentosarjan ohjaamaan LED -valoja, ja se löytyy täältä:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

Tämä järjestelmä suorittaa myös FRC -vision, jos tiimisi on jo sijoittanut ohjelmistoajan kyseiselle alustalle. FRC -vision avulla koko SD -kortti kuvataan, joten raspbiania ei tarvitse ladata. Lataa se täältä

Näin saat visiojärjestelmän viileässä muodossa. Onnea kisoihin!

Toinen sija Raspberry Pi -kilpailussa 2020