Pocket Spy-Robot: 5 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Keder du dig under lockdown? Vil du udforske det mørke rige under sofaen i stuen? Så er spionrobotten i lommeformat noget for dig! Med en højde på kun 25 mm er denne lille robot i stand til at vove sig til steder, der er alt for små til, at folk kan gå, og sender alt, hvad den ser, tilbage via en praktisk telefonapp!

Krav:

Mellemniveau erfaring inden for elektronik

Grundlæggende viden om python og hindbær pi

En stor mængde tid

Forbrugsvarer

Dele:

• Raspberry pi Zero W (ikke WH, da vi ikke bruger de medfølgende overskrifter)
• Hindbær pi kamera
• SD -kort til Pi (8 GB eller mere er bedst)
• 2x 18650 batterier og holder (Da et opladningskredsløb ikke er indbygget i en lader, har det også en tendens til at hjælpe!)
• 2x 300RPM 6V mikro gearmotorer
• L293D motorstyring
• LM7805 Spændingsregulator
• 22μF kondensator
• 10μF kondensator
• 2,54 mm SIL-hovedstifter og stikkontakter (2 x 8 lange sektioner af hver)
• 2,54 mm 90-graders vinklede hovedstifter
• 10x M3 x 8mm Forsænkede bolte
• 4x M3 x 12 mm forsænkede bolte
• 14x M3 nylock møtrikker
• Dupont -stiksæt (kan undvære, men det gør livet meget lettere)
• 5 mm x 80 mm stang i aluminium eller stål
• Assorterede ledninger
• Loddeplade

Værktøjer:

• Loddejern og loddetin
• Sæt med filer
• Diverse skruetrækkere
• En slags kniv
• Super lim
• Trådskærere
• Wire strippere
• Elektrisk bor og bitsæt (3 mm og 5 mm bruges til at rydde op i hullerne i printet)
• 3D -printer (Selvom man kan få delene udskrevet og sendt til dig af en af mange sådanne tjenester)
• Mini hacksav
• Multimeter
• Elektrisk tape

Trin 1: Opbygning af chassiset

Jeg indså ret tidligt, at selvom gaffertape er utroligt, bør det sandsynligvis ikke bruges til at lave et robust chassis, så 3D -print var det næste oplagte valg (På et tidspunkt vil jeg trække dette af, så snart Jeg vil uploade det.) Delene er designet til at blive limet sammen med de sammenlåsende sektioner, der ses på billederne ovenfor, da jeg bruger en Elegoo Mars -printer, der producerer smukke udskrifter, men desværre har en ret lille byggeplade. Det er her filerne og superlim kommer ind, kanterne mærket ovenfor skal arkiveres, indtil de sidder tæt inde i åbningerne i det næste stykke, og jeg fandt ud af, at da 3D -printere ikke er perfekte, er dette den bedste måde at få en perfekt pasform. Så når arkiveringen er færdig, limes delene sammen! (Bare ikke dine fingre, som jeg lærte en for mange gange) Når du limer delene sammen, anbefaler jeg at lægge dem på en plan overflade for at sikre, at de sætter sig lige. (At afveje dem kan hjælpe med dette)

Et par huller skal bores ud med en 5 mm bit (mærket på det 5. billede), dette skal gøres utroligt omhyggeligt eller med brug af en cirkulær fil for at minimere risikoen for at snappe delen. For at gøre monteringen lettere senere skal alle 3 mm huller i chassiset bores ud med en 3 mm bit for at sikre, at boltene sidder godt. På bunden af chassiset er der også en række sekskantede udskæringer, som nylockene skal passe ind i, det er værd at bruge en lille fil til at udvide disse, hvis møtrikkerne ikke passer let ind. Jeg fandt ud af, at det var meget bedre at designe til den nøjagtige størrelse og derefter fjerne materiale, hvor det var nødvendigt, da dette resulterer i den bedste pasform.

Dele, der skal udskrives:

• Chassis1.stl
• Chassis2.stl
• Chassis3.stl
• Chassis4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Hjul1.stl
• 2x hjul2.stl
• top.stl

Trin 2: Kredsløbet

Da hele punktet i projektet er kompakt, er kredsløbet til strømforsyning af selve pi'et og motorerne indbygget i et enkelt bord, der sidder oven på pi'et, der ligner en HAT, der forbinder ved at indsætte det i headere loddet på GPIO. Da motorerne er ret små og ikke kræver meget strøm, brugte jeg en L293D dobbelt H-bro motorstyring til at drive dem, da Pi's GPIO kan blive beskadiget, hvis den bruges til at drive motorer (Tilbage EMF og lignende samt overstrøm). Den dobbelte H-bro bruger et sæt NPN- og PNP-transistorer, så hvis transistorer Q1 og Q4 får strøm og dermed lader strøm passere igennem, vil motoren dreje fremad. Hvis Q2 og Q3 får strøm, strømmer strøm gennem motoren i den modsatte retning og drejer den baglæns. Det betyder, at motoren kan drejes i begge retninger uden brug af relæer eller andre komponenter og lader os drive motoren separat til pi'en i stedet for at trække den af.

LM7805 forsyner pi'en med strøm via 5v GPIO -stiften, men bør ikke bruges til at drive L293D, da pi'en kan kræve næsten hele 1A -output fra 7805, så det er bedst ikke at risikere at smelte den.

Sikkerhed:

Hvis kredsløbet er opbygget forkert, og der leveres mere end 5v til pi'en, eller det sættes gennem en anden pin, vil pi'en blive uopretteligt beskadiget. Endnu vigtigere er, at kredsløbet bør kontrolleres grundigt og testes for shorts, især på tværs af batteriindgange, da LiPo's har en tendens til at forårsage problemer, *Hoste *, eksplosioner ved kortslutning, du skal nok undgå det. Jeg fandt den bedste måde at teste dette på var at teste kredsløbet ved at tilslutte en 4-blok AA-batterier til indgangen og måle udgangsspændingen med en multimeter. Anyway, sikkerhedsting er forbi, lad os lave lodning!

Brættet skal bygges i henhold til kredsløbsdiagrammet ovenfor og i en lignende konfiguration til mit kredsløb, da dette layout passer pænt over pi og endnu ikke har eksploderet LiPos (krydsede fingre). Det er vigtigt, at nedenstående rækkefølge følges, da ledninger føres tæt på eller over andre ledninger og stifter, denne rækkefølge betyder, at disse ledninger udføres sidst for at undgå shorts. Ved lodning på headerstifterne er det vigtigt at placere dem i en ekstra sektion af header for at sikre, at de ikke bevæger sig, når de opvarmes.

Trin:

1. Skær brættet ned i størrelse og arkiver den afskårne kant glat (min bruger 11 rækker med 20 rækker og har hjælpsomme bogstaver og tal til at kode dem) Jeg vil give placeringen af stifter på brættet med dette koordinatsystem for at gøre livet lettere. Da brættet er 2-sidet, vil jeg referere til den side, der vender mod pi som 'B'-siden og siden væk fra pi'en som' A'-siden.
2. Loddet L293D og LM7805 på plads, L293D øverste venstre stift ligger på B -siden i position C11. LM7805 skal bruge sine udgangsstifter, der bøjer, så metalets bagside ligger fladt mod brættet, den venstre stift skal være i position P8.
3. Lodde hovedstifterne på plads, man skal først skubbe den kortere side af stifterne gennem den sorte blok, indtil de er flade mod toppen af blokken. De skal skubbes igennem fra A -siden med nederste højre hjørne i hul T1 og loddes fra B -siden som vist og dokumenteret på billederne ovenfor. Når dette er gjort, skal du forsigtigt skære de sorte blokke væk og indsætte de 2 rækker stifter i de tilsvarende overskrifter, som ikke skal loddes til pi endnu, disse sørger for, at stifterne ikke bevæger sig, når de loddes.
4. Dernæst loddes i motoren og batteristifterne, 4 brede til motoren og 2 brede til batteriet. Batteristifterne skal placeres i åbningerne J4 og K4 på B -siden, motorstifterne mellem L2 og O2 på B -siden.
5. De to kondensatorer skal loddes ind nu, begge fra B -siden. Anoden (positivt ben) på 22μF kondensatoren skal være i slot P10 på B -siden og skal loddes til P8 med den resterende del af benet, før der trimmes rester tilbage. Katoden (det negative ben) skal sættes gennem åbning P11 og bøjes rundt som set på billedet for at forbinde med P7 (katoden på 7805). Anoden på 10μF kondensatoren skal sættes gennem slot P4 og benet loddes til pin P9, katoden skal sættes gennem slot P3 og tilsluttes P7 på samme måde som den anden kondensator.
6. Forbindelsestråde bør tage de stier, der ses på billederne ovenfor, så for at spare læsetid har jeg samlet en liste over stifterne, der skal forbindes med disse, i rækkefølge og med angivne sider, den angivne side er den side, som den isolerede del af ledningen ligger på. Koordinaterne formateres således, at det første bogstav angiver side, efterfulgt af koordinaten. For eksempel, hvis jeg skulle tilslutte en L293D -stift til en udgang, kunne det samme hul, som stiften bruger, ikke bruges, så det tilstødende hul ville være, den stift, ledningen forbinder til, placeres på hver side af hullerne, de går igennem. Dette vil ligne B: A1-A2 til G4-H4 med ledningen gennem hullerne A2 og G4. Bemærk: På mine fotos har A -siden ingen bogstaver, antag at dette ville være fra venstre mod højre.
7. Da du allerede har fået loddejernet ud, er det nu et godt tidspunkt at lodde motoren og batterikablerne, jeg vil anbefale omkring 15 cm til motortrådene, som skal loddes vandret til motorens bagplade for at spare plads, et foto af dette er ovenfor. Tilslutninger er nødvendige i den anden ende af motorkablerne, jeg vil anbefale at putte en lille mængde lodde i disse efter krympning for at sikre en solid forbindelse. Den røde ledning fra den ene batteriholder skal loddes til den sorte ledning på den anden og efterlade cirka 4 cm mellem de to, de to andre ledninger har brug for cirka 10 cm hver, men i stedet skal der bruges et stik til enden for at forbinde til kortet.

Ledninger:

1. B: C4-B4 til F11-G11
2. B: C9-B9 til O1-O2
3. B: G11-H11 til K5-K4
4. B: F9-G9 til M1-M2
5. B: F8-G8 til I4-J4
6. B: F6-G6 til L1-L2
7. B: K4-L4 til O10-P10
8. B: F7-H7 til N7-O7
9. På A side er alle ledninger loddet til den side, ingen ledninger føres igennem, så der er kun brug for 2 koordinater.
10. A: O4 til O2
11. A: O5 til N2
12. A: O10 til M2
13. A: O7 til P2
14. A: R4 til Q2
15. A: Jordstifterne O7, O8, R7 og R8 skal alle tilsluttes.
16. A: E7 til K4
17. A: O1 til R10
18. A: M1 til R11
19. A: E4 til T1
20. A: G2 til R6

Jeg vil anbefale at kontrollere dette i forhold til ovenstående kredsløbsdiagram for at sikre korrekte ledninger før du tester. Test af kredsløbet bør udføres med et multimeter, der er indstillet til at teste tilslutningsmuligheder, stifterne, der skal kontrolleres, er som følger, men hvis du allerede er kompetent til elektronik, så test så meget du kan. For at kontrollere: Batteriindgangsstifter, motorstifter, alle stifter i overskriften til pi og 7805 -ind- og udgang mod jorden.

Trin 3: Opsætning af Pi

I denne vejledning antager jeg, at din pi allerede er konfigureret med et billede og forbundet til internettet, hvis du konfigurerer pi'en for første gang, foreslår jeg, at du bruger følgende vejledning fra deres websted til at installere billedet:

www.raspberrypi.org/downloads/

Jeg fandt ud af, at livet er blevet meget lettere, hvis man kan arbejde med pi, mens det stadig er inde i robotten, men da HDMI -porten er blokeret med en stand -off, er fjernskrivebord det næstbedste. Dette er ret let at konfigurere ved hjælp af en pakke kaldet xrdp og Microsofts RDP -protokol (indbygget i vinduer, så der ikke er nogen faffing i den ende).

For at konfigurere xrdp skal du først sikre, at din pi er opdateret ved at køre kommandoerne 'sudo apt-get update' og 'sudo apt-get upgrade'. Kør derefter kommandoen 'hostname -I', som skal returnere pi's lokale IP -adresse, og du er klar til at gå! Tryk på Windows -tasten på din computer, og åbn et program kaldet 'Remote Desktop Connection', indtast derefter IP'ens IP -adresse i feltet Computer efterfulgt af brugernavnet 'pi', hvis du ikke har ændret dette, skal du trykke på enter og en forbindelse vil blive etableret med pi.

Den første pakke, du skal bruge, er til kameraet, da dette ikke er mit ekspertiseområde, jeg har tilføjet et link til den officielle guide til dette, som fungerede perfekt for mig.

projects.raspberrypi.org/en/projects/getti…

Når du har fulgt denne vejledning og installeret softwaren ovenfor, er du klar til at gå videre til det næste trin!

Trin 4: Koden

Første ting først med koden, programmering er langt fra min foretrukne del af robotteknologi, så selvom programmet er fuldt funktionelt, er strukturen utvivlsomt ikke perfekt, så hvis du opdager problemer med det, vil jeg virkelig sætte pris på feedback!

Download den vedhæftede python-fil til din pi, og placer den i mappen Dokumenter, og åbn derefter en terminal for at begynde at konfigurere automatisk kørsel. For at sikre, at du ikke behøver at fjernskrive skrivebordet til pi, hver gang du vil bruge robotten, kan vi konfigurere pi'en, så den kører programmet ved opstart. Start opsætningen ved at skrive "sudo nano /etc/rc.local" i terminalen, som skal hente et terminalbaseret tekstredigeringsprogram kaldet Nano, rul til bunden af filen og find linjen der siger "exit 0", opret en ny linje over dette, og skriv "sudo python/home/pi/Documents Spy_bot.py &". Dette tilføjer kommandoen til at køre python -filen som pert i opstartsprocessen, da vores program vil køre kontinuerligt, tilføjer vi "&" for at forkæle processen, så pi'en kan afslutte opstart frem for at loopere dette program. For at afslutte nano skal du trykke på ctrl+x og derefter på y. Efter at have forladt tilbage til terminaltypen "sudo reboot" for at genstarte pi'en og anvende ændringerne.

Hvis motorerne snurrer i de forkerte retninger, åbner du filen Spy_bot.py med teksteditoren og ruller til motorsektionen af koden, der vil blive mærket med instruktioner om de nøjagtige tal, der skal skiftes rundt. Hvis venstre og højre motor byttes, kan den enten rettes i koden eller ved at bytte elektroderne rundt. Hvis du foretrækker at undgå at skille det hele fra hinanden, skal du skifte 12 i motorfunktionen med 13 og 7 til 15.

Koden er kommenteret med detaljer om, hvad hvert afsnit gør, så det let kan ændres og forstås.

Trin 5: Sæt det hele sammen

Montering af motorer:

Når du allerede har limet chassiset sammen og sat pi'en op, er du nu klar til at samle robotten! Det bedste sted at starte er med motorerne, deres holdere er designet til at passe tæt, så det er sandsynligt, at der vil være brug for en lille mængde arkivering på de små knopper på indersiden af dette, som er mærket på billedet ovenfor. Hullerne i enden af disse kan også trænge til at udvides lidt, så det forhøjede guldafsnit på enden af motorerne passer ind i dette. Når motorerne kan sidde tæt inde i husene, kan du fjerne motoren og bolte husene i deres position i bagenden af robotten ved hjælp af M3 x 8 mm bolte og nylocks, og derefter stikke motorerne tilbage på deres steder.

Montering af elektronik:

Derefter kan batteriholdere og hindbær pi boltes på plads ved hjælp af M3 x 8 mm bolte og nylocks i henhold til billederne, monteringshullerne i pi zero skal muligvis udvides lidt, da boltene vil være stramme, den sikreste og bedste måde at gøre dette er med en lille rund fil og meget forsigtighed. Det er værd at lægge batteri og motortråde under, hvor pi går, da dette gør hele opsætningen meget pænere uden løse ledninger overalt.

Nu er det tid til at tilføje kameraet, som kan slidses på de 4 pinde foran på kabinettet med dets kabel allerede bagpå, den anden ende af båndkablet skal foldes forsigtigt til plads i kameraporten på pi, med kabelens kontakter nedad, skal du passe på ikke at bøje båndkablet hårdt, da de har en tendens til at være ret skrøbelige.

Montering af toppladen:

De 6 standoffs skal være 19 mm lange, hvis ikke så bør en anstændig metalfil gøre jobbet, når dette er gjort, skal de boltes til oversiden af chassiset med den friske ende mod plasten, hvis det er relevant. Toppladen kan nu boltes fast på disse, og sørg for forsigtigt at folde båndkablet under den.

Tilføjelse af hjulene:

Til det sidste trin, hjulene! De to hjul med mindre centerhuller bør bores ud til 3 mm for at passe til motorakslerne, men hvis din 3D -printer er kalibreret til et højt niveau, burde dette ikke være nødvendigt. De firkantede huller i alle hjulene skal udvides lidt, så der kan placeres en nylock inde i dem. Når dette er udført, skal en M3 x 12 mm, og en nylock skal monteres inde i hvert hjul og strammes til, at bolthovedet er i niveau med kanten af hjulet. De resterende to hjul skal udvides på samme måde som de andre, men til 5 mm i stedet for at passe til akslen. Når hjulene er klargjort, vil jeg anbefale at bruge en eller anden form for elektrisk tape eller et gummibånd for at tilføje en grebsflade til dem, hvis der bruges tape, er omkring 90 mm nok til at gå rundt om hjulet en gang. Baghjulene er nu klar til at blive fastgjort, den nemmeste måde at gøre dette på er at dreje motorakslen, så den flade overflade vender opad, og bolte hjulet fast med bolten pegende nedad og efterlade 1-2 mm mellem hjulet og motorhus for at undgå at gribe fat. Forakslen kan nu placeres gennem de forreste blokke og hjulene fastgjort.

Dette trin skulle afslutte projektet, jeg håber, at dette har været informativt og let at følge, og mest af alt sjovt! Hvis du har forslag, spørgsmål eller forbedringer, jeg kan komme med, så lad mig det vide, jeg er mere end glad for at besvare eventuelle spørgsmål og opdatere denne instruerbare, hvor det er nødvendigt.