Arduino thiab Raspberry Pi Powered Pet Monitoring System: 19 Cov Kauj Ruam (nrog Duab)

2024 Tus sau: John Day | [email protected]. Kawg hloov kho: 2024-01-30 09:26

Tsis ntev los no thaum lub caij so, peb pom tias tsis muaj kev sib txuas nrog peb tus tsiaj Beagle. Tom qab qee qhov kev tshawb fawb, peb pom cov khoom lag luam uas muaj lub koob yees duab zoo li qub uas tso cai rau ib tus saib xyuas thiab sib tham nrog ib tus tsiaj. Cov kab ke no muaj qee cov txiaj ntsig tab sis tsis muaj kev paub ntau yam. Piv txwv li, txhua chav xav tau chav nyob kom taug qab koj tus tsiaj hla lub tsev.

Yog li ntawd peb tsim cov neeg hlau uas muaj zog uas tuaj yeem txav tau ib puag ncig lub tsev thiab tuaj yeem saib xyuas ib tus tsiaj uas siv lub zog hauv internet ntawm yam khoom. Lub xov tooj smartphone app tau tsim los cuam tshuam nrog koj tus tsiaj los ntawm kev pub yees duab nyob. Lub chassis ntawm tus neeg hlau yog digitally fabricated li ob peb ntu tau tsim los siv 3D luam ntawv thiab txiav laser. Thaum kawg, peb tau txiav txim siab ntxiv qhov tshwj xeeb ntxiv uas faib cov khoom lag luam los muab khoom plig rau koj tus tsiaj.

Ua raws li los tsim koj tus kheej kev saib xyuas tsiaj thiab tej zaum txawm tias yuav kho nws raws li koj xav tau. Txheeb tawm cov vis dis aus txuas saum toj no kom pom tias peb tus tsiaj ua li cas thiab kom nkag siab zoo dua ntawm tus neeg hlau. Tsis txhob pov npav hauv "Kev Sib Tw Robotics" yog tias koj nyiam txoj haujlwm.

Kauj ruam 1: Txheej txheem cej luam ntawm Tus Tsim

Txhawm rau xav txog tus tsiaj saib xyuas neeg hlau, peb xub tsim nws ntawm fusion 360. Nov yog qee qhov ntawm nws cov yam ntxwv:

Tus neeg hlau tuaj yeem tswj tau los ntawm app los ntawm is taws nem. Qhov no tso cai rau tus neeg siv txuas rau tus neeg hlau los ntawm txhua qhov chaw

Lub koob yees duab onboard uas tso cov vis dis aus pub rau lub xov tooj ntawm tes tuaj yeem pab tus neeg siv txav chaw nyob ib puag ncig lub tsev thiab cuam tshuam nrog tus tsiaj

Ib lub tais ntxiv rau kev kho mob uas tuaj yeem muab nqi zog rau koj tus tsiaj nyob deb

Digitally fabricated parts uas tso cai rau ib tus los kho lawv cov neeg hlau

Raspberry Pi tau siv los txuas rau hauv is taws nem vim nws muaj lub ntsej muag wifi nyob hauv

Ib qho Arduino tau siv nrog rau CNC daim thaiv los muab cov lus txib rau cov tshuab hluav taws xob

Kauj Ruam 2: Cov Ntaub Ntawv Xav Tau

Nov yog cov npe ntawm txhua qhov khoom siv xav tau los ua koj tus kheej heev Arduino thiab Raspberry Pi-powered tsiaj saib xyuas neeg hlau. Txhua ntu yuav tsum muaj ntau thiab yooj yim mus nrhiav.

ELECTRONICS:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (flashed nrog raspbian tseeb) x 1
• CNC Shield x 1
• A4988 Stepper Tsav Tsheb x 2
• Picamera x 1
• Ultrasonic Distance Sensor x 1
• 11.1v Lipo Roj teeb x 1
• NEMA 17 Stepper Tsav x 2
• 5v UBEC x 1

HARDWARE:

• Log x 2 (lub log uas peb siv yog 7cm txoj kab uas hla)
• Castor Log x 2
• M4 thiab M3 txiv ntseej thiab ntsia hlau

Tus nqi tag nrho ntawm txoj haujlwm no tsis suav nrog Arduino thiab Raspberry Pi nyob ib puag ncig 50 $.

Kauj Ruam 3: Digitally Fabricated Parts

Qee qhov uas peb siv hauv txoj haujlwm no yuav tsum tau ua raws. Cov no yog thawj tus qauv hauv Fusion 360 thiab tom qab ntawd tau siv lub tshuab luam ntawv 3D thiab lub tshuab txiav laser. Cov ntawv luam tawm 3D tsis dais ntau npaum li ntawd tus qauv PLA nrog 20% ntxiv rau ua haujlwm tau zoo. Hauv qab no yog cov npe ntawm txhua qhov luam tawm 3D thiab laser-txiav qhov:

3D Luam Qhov Chaw:

• Stepper Holder x 2
• Lub Zeem Muag System Mount x 1
• Electronics Standoff x 4
• Vertical Spacer x 4
• Chassis Qhov cuab lub zog x 2
• Kho lub tais hau x 1
• Kho lub tais x 1
• Tsheb Stepper Mount x 1
• Winding Disc x 1

Lasercut Qhov:

• Hauv qab vaj huam sib luag x 1
• Sab saum toj vaj huam sib luag x 1

Zipped nplaub tshev uas muaj tag nrho cov STLs thiab cov ntawv txiav laser tuaj yeem pom txuas hauv qab no.

Kauj Ruam 4: Txuas Stepper Motor

Thaum tag nrho cov ntu raug luam tawm 3D, pib sib dhos los ntawm kev teeb tsa lub stepper lub cev rau hauv tus tuav tuav. Stepper lub cev muaj zog tuav uas peb tsim tau txhais tau rau NEMA 17 tus qauv (yog tias ib tus siv cov steppers sib txawv nws yuav xav tau sib txawv mount). Dhau tus ncej ntawm lub cev muaj zog los ntawm lub qhov thiab ruaj ntseg lub cav nyob hauv qhov chaw nrog cov ntsia hlau ntsia. Thaum ua tiav ob lub cav yuav tsum tuav kom ruaj ntseg rau tus tuav.

Kauj Ruam 5: Mounting Steppers rau hauv qab Vaj Huam Sib Luag

Txhawm rau txhawm rau tuav cov tuav rau lub laser-txiav hauv qab vaj huam sib luag peb siv M4 ntsia liaj qhov rooj. Ua ntej ua kom lawv ruaj khov nrog cov txiv ntseej, ntxiv cov ntawv luam tawm 3D daim kab xev txhawb lub zog thiab tom qab ntawd ceev cov txiv ntoo. Cov kab xev tau siv los faib cov khoom sib npaug ntawm cov vaj huam sib luag acrylic.

Thaum kawg, hla cov xov hlau los ntawm cov kab sib txuas uas tau muab rau ntawm lub vaj huam sib luag. Nco ntsoov rub lawv txhua txoj kev hla mus kom tsis txhob nkag mus rau hauv lub log.

Kauj Ruam 6: Txhim Kho Cov Log

Lub vaj huam sib luag acrylic muaj ob ntu txiav tawm kom haum rau lub log. Cov log uas peb siv tau yog 7cm hauv txoj kab uas hla thiab tuaj nrog cov ntsia hlau uas txuas mus rau 5mm lub tog raj kheej. Xyuas kom lub log ruaj ruaj kom zoo thiab tsis plam ntawm tus ncej.

Kauj Ruam 7: Pem Hauv Ntej thiab Tom Qab Castor Log

Txhawm rau tso cai rau lub chassis txav mus los tau yooj yim, peb txiav txim siab tso cov log caster rau pem hauv ntej thiab nraub qaum ntawm tus neeg hlau. Tsis tsuas yog qhov no tiv thaiv tus neeg hlau kom hla tab sis nws tseem tso cai rau lub chassis tig mus dawb hauv txhua txoj kev. Caster log tuaj nyob hauv txhua qhov ntau thiab tsawg, peb qhov tshwj xeeb tuaj nrog ib lub hau ntswj uas peb tau teeb tsa rau lub hauv paus thiab siv 3d luam spacers txhawm rau kho qhov siab kom cov neeg hlau tau zoo tshaj plaws kab rov tav. Nrog rau qhov no lub hauv paus ntawm lub chassis tiav thiab muaj kev ruaj ntseg zoo.

Kauj Ruam 8: Cov Khoom Siv Hluav Taws Xob

Thaum lub hauv paus ntawm lub chassis tau sib sau ua ke, nws yog lub sijhawm los teeb cov khoom siv hluav taws xob mus rau lub vaj huam sib luag acrylic. Peb tau ua qhov nyob rau hauv lub vaj huam sib luag acrylic uas ua kom haum nrog qhov txuas ntawm Arduino thiab Raspberry Pi. Siv cov ntawv luam tawm 3D sawv tawm peb ua kom cov khoom siv hluav taws xob me ntsis siab dua cov vaj huam sib luag acrylic kom tag nrho cov kab hluav taws xob tuaj yeem ntsaws tau zoo. Mount Arduino thiab Raspberry Pi mus rau lawv qhov chaw sib dhos siv M3 txiv ntoo thiab ntsia liaj qhov rooj. Thaum Arduino tau teeb tsa txuas lub CNC thaiv rau Arduino thiab txuas cov xov hlau txuas hauv cov teeb tsa hauv qab no.

• Sab laug stepper rau CNC thaiv X-axis chaw nres nkoj
• Txoj cai stepper rau CNC ntaub thaiv npog Y-axis chaw nres nkoj

Nrog lub tshuab hluav taws xob txuas nrog, txuas Arduino rau Raspberry Pi siv Arduino's USB cable. Thaum kawg Raspberry Pi thiab Arduino tab tom sib tham los ntawm kab ntawv no.

Nco tseg: Pem hauv ntej ntawm tus neeg hlau yog sab nrog Raspberry Pi

Kauj Ruam 9: Lub Zeem Muag

Thawj qhov ib puag ncig nkag rau peb tus tsiaj saib xyuas neeg hlau yog lub zeem muag. Peb txiav txim siab siv Picamera uas tau sib xws nrog Raspberry Pi los pub cov kwj dej nyob rau tus neeg siv hauv is taws nem. Peb kuj tseem siv lub ntsuas ntsuas nrug deb deb kom tsis txhob muaj teeb meem thaum tus neeg hlau ua haujlwm tsis siv neeg. Ob lub ntsuas hluav taws xob txuas rau tus tuav nrog kev pab ntawm cov ntsia hlau.

Picamera qhov qhib rau hauv nws qhov chaw nres nkoj xaiv ntawm Raspberry Pi thiab txuas lub ntsuas hluav taws xob ultrasonic raws li hauv qab no:

• Ultrasonic Sensor VCC rau 5v tsheb nqaj hlau ntawm CNC daim thaiv
• Ultrasonic Sensor GND rau GND tsheb nqaj hlau ntawm CNC thaiv
• Ultrasonic Sensor TRIG rau X+ kawg nres tus pin ntawm CNC ntaub thaiv npog
• Ultrasonic Sensor ECHO rau Y+ kawg nres tus pin ntawm CNC ntaub thaiv npog

Kauj Ruam 10: Cov Rooj Sib Tham Sab Laj

Sab nraub qaum ntawm tus neeg hlau tau teeb tsa lub hau qhib rau lub tais kho. Txuas lub tshuab hluav taws xob me me rau sab nraub qaum tuav thiab teeb tsa ob lub zeem muag thiab lub tshuab cua nrog M3 ntsia hlau mus rau sab saum toj vaj huam sib luag. Raws li tau hais kom ntseeg tau tias txhawm rau txhim kho lub zeem muag nyob rau hauv pem hauv ntej thiab lub tshuab cua nyob tom qab nrog ob lub qhov muab.

Kauj Ruam 11: Cov Rooj Sib Tham Sab Laj

Peb 3d luam tawm ntsug spacers los txhawb lub vaj huam sib luag sab saum toj ntawm qhov siab raug. Pib los ntawm txuas plaub lub spacers rau hauv qab vaj huam sib luag los ua "X". Tom qab ntawd tso lub vaj huam sib luag sab saum toj nrog lub tais kho kom ntseeg tau tias lawv lub qhov sib dhos thiab thaum kawg ruaj ntseg rau lub spacers ib yam.

Kauj Ruam 12: Lub Hau Qhib Mechanism

Txhawm rau tswj lub hau ntawm lub tais kho, peb tau siv lub tshuab me me me me los cua cov hlua nylon txuas rau lub hau, rub nws qhib. Ua ntej txuas lub hau hla txoj hlua hla 2mm lub qhov ntawm lub hau thiab ua lub pob hauv sab sab hauv. Tom qab ntawd txiav lwm qhov kawg ntawm txoj hlua thiab plam nws los ntawm lub qhov uas muab rau ntawm lub tshuab cua. Thawb lub disc ntawm tus stepper ces rub txoj hlua kom nws nruj. Thaum ua tiav snip qhov ntau thiab khi ib lub hauv caug. Thaum kawg siv tus ntsia liaj qhov rooj thiab txiv ntseej txuas lub hau rau lub tais thiab xyuas kom nws tig mus. Tam sim no raws li tus stepper tig txoj hlua yuav tsum cua ntawm lub disc thiab lub hau yuav tsum maj mam qhib.

Kauj Ruam 13: Teeb Cov Huab Database

Thawj kauj ruam yog tsim cov ntaub ntawv khaws cia rau cov kab ke kom koj tuaj yeem sib tham nrog tus neeg hlau los ntawm koj lub mobile app los ntawm txhua qhov chaw hauv ntiaj teb. Nyem rau kab ntawv txuas hauv qab no (Google firebase), uas yuav coj koj mus rau Firebase lub vev xaib (koj yuav tsum tau nkag mus nrog koj tus lej Google). Nyem rau ntawm "Pib Pib" khawm uas yuav coj koj mus rau lub firebase console. Tom qab ntawd tsim txoj haujlwm tshiab los ntawm txhaj rau "Add Project" khawm, sau qhov xav tau (lub npe, cov ntsiab lus, thiab lwm yam) thiab ua tiav los ntawm txhaj rau "Tsim Project" khawm.

Peb tsuas yog xav tau Firebase cov cuab yeej database, yog li xaiv "database" los ntawm cov ntawv qhia zaub mov ntawm sab laug. Tom ntej no nyem rau ntawm "Tsim Database" khawm, xaiv qhov "test mode" option. Tom ntej teeb tsa lub hauv paus rau "database sijhawm tiag tiag" hloov ntawm "huab hluav taws" los ntawm kev nyem rau ntawm cov ntawv qhia zaub mov nco rau saum. Xaiv "tab" tab thiab hloov ob "cuav" mus rau "tseeb", thaum kawg nyem rau ntawm "cov ntaub ntawv" tab thiab luam theej URL cov ntaub ntawv, qhov no yuav xav tau tom qab.

Qhov kawg uas koj yuav tsum tau ua yog nyem rau ntawm lub cim iav nyob ib sab ntawm qhov phiaj xwm phiaj xwm, tom qab ntawd "teeb tsa cov phiaj xwm", tom qab ntawd xaiv "cov nyiaj pabcuam" tab, thaum kawg nyem rau ntawm "Database Secrets" thiab sau cia kev nyab xeeb code ntawm koj lub database. Nrog cov theem no ua tiav, koj tau ua tiav tsim koj cov ntaub ntawv huab uas tuaj yeem nkag los ntawm koj lub xov tooj ntawm tes thiab los ntawm Raspberry Pi. (Siv cov duab txuas saum toj no yog tias muaj kev ua xyem xyav, lossis cia li tso cov lus nug hauv nqe lus tawm)

Kauj Ruam 14: Tsim Lub Txawb App

Ib feem tom ntej ntawm IoT system yog daim ntawv thov smartphone. Peb txiav txim siab siv MIT App Inventor los ua peb tus kheej lub app tshwj xeeb. Txhawm rau siv lub app uas peb tsim ua ntej qhib qhov txuas hauv qab no (MIT App Inventor), uas yuav coj koj mus rau lawv lub vev xaib. Tom ntej no nyem rau ntawm "tsim cov apps" mus rau sab saum toj ntawm lub vijtsam, tom qab ntawd nkag nrog koj tus lej Google.

Rub tawm.aia cov ntaub ntawv uas txuas rau hauv qab no. Qhib "tab" tab thiab nyem rau ntawm "Ntshuam qhov project (.aia) los ntawm kuv lub computer" tom ntej xaiv cov ntawv uas koj nyuam qhuav rub tawm thiab nyem "ok". Hauv lub qhov rai ntu, nqes mus txhua qhov kom txog thaum koj pom "FirebaseDB1", nyem rau nws thiab hloov kho "FirebaseToken", "FirebaseURL" mus rau qhov muaj txiaj ntsig uas koj tau khaws tseg hauv ib kauj ruam dhau los. Thaum cov kauj ruam no ua tiav koj npaj tau rub tawm thiab teeb tsa lub app. Koj tuaj yeem rub tawm lub app ncaj qha rau koj lub xov tooj los ntawm txhaj rau "Tsim" tab thiab nyem rau ntawm "App (muab QR code rau.apk)" tom qab ntawd luam theej duab QR chaws nrog koj lub xov tooj lossis nyem "App (txuag.apk rau kuv lub computer)) "koj yuav rub tawm apk cov ntaub ntawv mus rau koj lub computer uas ib tus tuaj yeem hloov mus rau koj lub smartphone.

Kauj ruam 15: Programming Raspberry Pi

Raspberry Pi tau siv rau ob qhov laj thawj tseem ceeb.

1. Nws xa cov vis dis aus nyob ntawm tus neeg hlau mus rau lub web server. Cov kwj dej no tuaj yeem pom los ntawm tus neeg siv siv mobile app.
2. Nws nyeem cov lus txib hloov tshiab ntawm lub hauv paus firebase thiab qhia Arduino ua cov haujlwm uas xav tau.

Txog teeb tsa Raspberry Pi kom nyob-kwj, cov ncauj lus qhia ntxaws twb muaj thiab tuaj yeem pom ntawm no. Cov lus qhia rhais mus rau peb lo lus txib yooj yim. Hloov ntawm Raspberry Pi thiab qhib lub davhlau ya nyob twg thiab nkag mus rau cov lus txib hauv qab no.

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

Thaum qhov kev teeb tsa ua tiav, rov pib Pi thiab koj yuav tsum muaj peev xwm nkag tau mus rau kwj los ntawm kev tshawb nrhiav https:// koj Pi tus IP chaw nyob ntawm txhua lub vev xaib.

Nrog rau cov kev tshaj tawm hauv xov tooj cua teeb tsa, koj yuav tsum rub tawm thiab teeb tsa qee lub tsev qiv ntawv kom muaj peev xwm siv cov ntaub ntawv huab. Qhib lub davhlau ya nyob twg ntawm koj Pi thiab nkag mus rau cov lus txib hauv qab no:

• sudo pip nruab thov == 1.1.0
• sudo pip nruab sej-firebase

Thaum kawg, rub cov ntaub ntawv nab hab sej txuas hauv qab no thiab khaws nws ntawm koj li Raspberry Pi. Ntawm kab plaub ntawm txoj cai hloov chaw COM mus rau chaw nres nkoj Arduino txuas nrog. Tom ntej no, hloov qhov URL ntawm kab 8 rau lub firebase URL uas koj tau khaws tseg cia ua ntej. Thaum kawg, khiav qhov program los ntawm lub davhlau ya nyob twg. Txoj haujlwm no nqa cov lus txib los ntawm huab database thiab xa nws mus rau Arduino los ntawm kev txuas txuas.

Kauj ruam 16: Programming Arduino

Arduino tau siv los txhais cov lus txib los ntawm Pi thiab qhia tus neeg ua haujlwm ntawm tus neeg hlau kom ua tiav cov haujlwm xav tau. Rub tawm Arduino code txuas hauv qab no thiab rub nws mus rau Arduino. Thaum Arduino tau ua haujlwm, txuas nws mus rau ib qho ntawm Pi's USB chaw nres nkoj siv lub siab USB cable.

Kauj Ruam 17: Ua kom lub zog

Tus neeg hlau yuav siv lub roj teeb li ntawm 3 cell lipo. Lub roj teeb yuav tsum tau muab faib ua ob qho, qhov twg ib tus mus ncaj qha rau CNC daim hlau kom muaj zog rau lub cav, thaum lwm tus tau txuas mus rau 5v UBEC, uas tsim qhov ruaj khov 5v fais fab kab uas yuav siv los ua zog Raspberry Pi los ntawm GPIO tus pin 5v los ntawm UBEC txuas nrog 5v tus pin ntawm Raspberry Pi thiab GND los ntawm UBEC txuas nrog GND tus pin ntawm Pi.

Kauj Ruam 18: Siv App

Lub interface ntawm lub app tso cai rau ib tus los tswj xyuas cov neeg hlau nrog rau kwj cov khoom noj nyob ntawm lub koob yees duab onboard. Txhawm rau txuas rau koj tus neeg hlau kom ntseeg tau tias koj muaj kev sib txuas hauv is taws nem ruaj khov thiab tom qab ntawd yooj yim ntaus hauv Raspberry Pi tus IP chaw nyob hauv kab ntawv muab thiab nyem khawm hloov tshiab. Thaum ua tiav, cov khoom noj nyob yuav tshwm ntawm koj lub vijtsam thiab koj yuav tsum muaj peev xwm tswj tau ntau yam haujlwm ntawm tus neeg hlau.

Kauj Ruam 19: Npaj Xeem

Tam sim no tias koj tus tsiaj saib xyuas neeg hlau tau sib sau ua ke ib tus tuaj yeem ntim lub tais nrog qee yam khoom ua dog dig. Qhib lub app, txuas lub koob yees duab thiab muaj kev lom zem! Tam sim no peb tau ua si ib puag ncig nrog lub rover thiab peb Beagle thiab tau ntes lub sijhawm lom zem heev.

Thaum tus dev kov yeej qhov kev ntshai thawj zaug ntawm cov khoom txav no, nws tau caum tus bot nyob ib puag ncig lub tsev kom kho. Lub koob yees duab onboard muab lub dav pom zoo ntawm ib puag ncig uas ua rau nws yooj yim rau maneuver.

Muaj chav rau kev txhim kho kom nws ua haujlwm tau zoo dua hauv lub ntiaj teb tiag. Uas tau hais tias, peb tau tsim cov txheej txheem muaj zog, uas ib tus tuaj yeem txhim kho ntxiv thiab nthuav dav ntxiv. Yog tias koj nyiam txoj haujlwm no thov tso pov npav rau peb hauv "Robotics Contest"

Zoo Siab Ua!

Qhov khoom plig thib ob hauv kev sib tw Robotics