Pi Catapult: 7 trin (med billeder)

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

Hvert år den sidste lørdag i oktober afholder Cantigny Historical Museum en amatør -katapultkonkurrence. Dette er en vidunderlig konkurrence, der gør det muligt for alle, der kommer, at bygge og affyre en katapult, mens de konkurrerer i op til 3 forskellige kategorier: afstand, skudgruppering og nøjagtighed. For mere information om konkurrencen besøg venligst deres websted på https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Til dette års konkurrence besluttede mit hold, Pi Throwers, at bruge en Raspberry Pi til at hjælpe med frigive en del af vores kast.

I vores design har vi et sæt sensorer, der overvåges af en Raspberry Pi Zero Wireless. Efter at have bevæbnet katapulten og trukket i udløseren, styrer Raspberry Pi hvornår baseball frigives. Ved hjælp af denne enkle proces kunne vi komme på andenpladsen med en afstand på 186 fod.

Denne instruktør vil diskutere design, udvikling og implementering af Raspberry Pi -controlleren og tilhørende elektronik. Selvom jeg ikke dækker bygningen af dette års katapult, skal du kigge efter en instruerbar efter starten af det nye år om design og opbygning af næste års katapult.

Bare for sjov har jeg inkluderet en video af vores 186 fod skud. Jeg håber du nyder.

Jeg vil også gerne takke mine holdkammerater i år: Steven Bob og Gus Menoudakis.

Trin 1: Overordnet design

I løbet af sidste års konkurrence havde vi en hel del problemer med at få konsekvente udgivelser til vores katapult. Da jeg var en stor nørd, besluttede jeg ifølge min kone at bruge mine evner med elektronik og de ekstremt lave omkostninger ved en Raspberry Pi Zero ($ 5) til at tilføje computerkontrol.

Her er den overordnede proces med at affyre katapulten. Tænd først for Pi. For det andet skal du oprette forbindelse til Pi's trådløse hotspot med min iPhone og starte min Catapult -app. Derefter vindes katapulten op og indstilles frigivelsen. Ilæg katapulten, og indstil aftrækkeren. Tilslut katapulten med appen. Når du er klar til at affyre katapulten, skal du trække i udløseren. Nu frigiver Pi ved hjælp af de integrerede sensorer aftrækkeren på det helt rigtige tidspunkt, og bolden frigives.

Trin 2: Raspberry Pi Zero Setup

Der er tre hovedtrin nødvendige for at konfigurere Raspberry Pi til brug i katapulten. Den første er at tilføje forbindelser til strømpuderne på bagsiden af Pi. Den anden er at konfigurere Pi som et hot spot. Det sidste trin er at udvikle et program i Python, der vil interagere med kontrolappen, læse sensorerne og affyre katapulten, når det er nødvendigt.

Strømforbindelser

1. Tænd dit loddejern.
2. Tag et sæt 16-18 gauge ledning til strømforbindelsen. Jeg bruger altid rød ledning til den positive forbindelse. Jeg bruger også ledning, der har et stik i den ene ende, så jeg kan fjerne fyrretræet fra katapulten.
3. Striml en lille mængde tråd, og form enderne.
4. Forlod elektroderne, hvor du vil tilslutte strøm. Jeg kender ikke padnumrene, men jeg har angivet, hvilke puder der skal bruges på billedet.
5. Lod lodningerne til Pi. Jeg synes, at dette trin er let, hvis du fastgør Pi'en og holder en ledning over puden, der skal loddes. Jeg påfører derefter loddejernet på tråden, mens jeg trykker ned på puden. Når du føler, at loddet på ledningen smelter, skal du slippe trykket.
6. Gentag med den anden ledning.
7. Se efter eventuelle shorts. Der findes en kortslutning, hvis ledningerne eller loddetøjet fra begge puder rører hinanden. Hvis dette sker, skal du varme loddetøjet op, fjerne ledningerne og prøve igen.

Hot Spot

Selvom jeg kunne gennemgå alle trinene for at oprette et hot spot, er der andre, der har gjort et bedre stykke arbejde. Jeg har angivet et par websteder med trinvise instruktioner.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Python -program

Et Python -program bruges til at styre konfigurationen og affyringen af katapulten. Programmet, der er placeret nedenfor, køres på Pi og giver dig mulighed for at konfigurere og styre katapulten. Dette program tilføjes til den lokale brugerkatalog og køres hver gang Pi startes ved at tilføje en post i /etc/rc.local. Dette program opretter en netværksserver, som jeg opretter forbindelse til ved hjælp af en app udviklet til min iPhone. Du kan også bruge telnet og oprette forbindelse til port 9999 på Pi. Du kan derefter bruge tekstkommandoer til samme effekt som min app.

Node-rødt program

Som en tilføjelse til Python-programmet har jeg oprettet et Node-Red-program med lignende funktionalitet, men det bruger en webgrænseflade. Da Rasbian, det anbefalede operativsystem til Raspberry Pi, inkluderer Node-Red som en del af installationen, tænkte jeg, at dette kunne være en god tilføjelse. Kopier indholdet af catapult.json-filen til dit udklipsholder, åbn Node-Red på Pi'en, som du vil bruge til din katapult, vælg Import-> Udklipsholder i menuen til højre, og indsæt koden der. Det eneste du skal gøre er at implementere koden og oprette forbindelse til IP -adressen på din Pi til brugergrænsefladen. I mit tilfælde er det https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, din IP -adresse vil meget.

Trin 3: Tilslutning af delene

Selvom det ligner et rod, er den faktiske ledning af systemet ret ligetil. Den dårligt udførte PowerPoint -skema viser alle forbindelser. De nødvendige dele er angivet nedenfor.

Liste over dele

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $ 5
2. 16 GB micro SD -kort - $ 8-10
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -Wires Pull Push Solenoid, Elektromagnet, 10 mm aktuator - $ 18
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC til DC Buck Converter 3.0-40V til 1.5-35V Strømforsyning Step Down Module-$ 2
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo -batteri med XT60 -stik til RC -bil, Skylark m4 -fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone og FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 tommer) - $ 27
6. Toggle switch - $ 2-10 pr. Switch, jeg havde en gammel, som jeg brugte
7. Finware 6 par XT60 XT -60 han -hun -kugle -stik Stikkontakter med varmekrympning til RC Lipo -batteri - $ 7,50
8. Cylewet 15 stk Reed Switch med forgyldt bly normalt åben (N/O) Magnetisk induktionsafbryder elektromagnetisk til Arduino (pakke med 15) CYT1065 - $ 10
9. Tolako 5v relæmodul til Arduino ARM PIC AVR MCU 5V indikatorlys LED 1 kanal relæmodul fungerer med officielle Arduino -tavler - $ 6. Du kunne få et relæ, der fungerer ved 3.3v og omgå NPN -transistoren, jeg ville have, hvis jeg havde bestilt den korrekte til at starte med.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 plastikindkapslede effekttransistorer 75V 600mA-$ 2
11. Tråd og diverse dele - dette inkluderer nogle 20 mm magneter.

Forbindelser

Som du kan se fra mit forfærdelige elektronikdiagram, er tilslutningerne til elektronikken ret enkle. Du undrer dig måske over, hvorfor der er kastet en NPN -transistor derind, det har at gøre med relæet, der fungerer ved 5 volt og Pi kører ved 3.3v. Ja, der er 5V ben på Pi, men de er ikke til tilslutning til GPIO benene. Spørg mig, hvordan jeg ved det …

Hvordan du forbinder komponenterne er dit valg. Jeg brugte gamle RC -servostik, da de har den korrekte afstand til GPIO -benene på Raspberry Pi, og jeg har en stor samling af dem. Du kan direkte lodde til hullerne/stifterne på Pi, hvis du vil. Du skal bare sørge for, at forbindelserne er sikre og usandsynligt vil adskille under den voldelige proces, der er en katapultlancering.

Trin 4: Trykte dele

Der var tre emner, jeg skulle udskrive til dette projekt, og de er angivet nedenfor.

1. Elektronik etui
2. Magnetventil
3. Baseball fastholdelsesarm

Jeg har inkluderet STL -filerne for hver af de dele, jeg skulle udskrive. Når du udskriver armen, anbefaler jeg, at du bruger en fyldningshastighed på 25-50%. Dette er for at sikre, at armen ikke knækker på grund af de belastninger, den udsættes for under affyringen.

Trin 5: Magneter og Reed Switches

Et af de mere vigtige designaspekter er at bestemme, hvordan man fortæller, hvor armen er under affyringen af katapulten. Der er et par forskellige muligheder, Hall Effect -sensorer, sivkontakter og accelerometre er blot nogle få. Oprindeligt havde jeg planlagt at bruge Hall Effect -sensorerne, men fandt ud af, at de ikke fungerede konsekvent, så jeg skiftede til sivkontakter. Hvis du vælger at bruge reed switches, et ord med forsigtighed, skal reed switches være orienteret, så de er vinkelret på centrifugalkraften. Ellers er det muligt, at rørkontakterne tvinges til at åbne/lukke af armens roterende bevægelse.

Som du kan se fra diagrammet, brugte jeg fire magneter og to rørkontakter. Hver af magneterne er indstillet 90 grader fra hinanden. Dette, i kombination med 135 graders off -sættet til rørkontakterne, tillader 8 sensoraflæsninger pr. Omdrejningstal. Med sensorens forskydning krydser begge sensorerne ikke en magnet på samme tid, hvilket tillader os den samme præcision som ved brug af en enkelt rørkontakt og 8 magneter. I begge tilfælde får hver 45 grader, som armen drejer, Pi en enkelt puls.

Hver af magneterne er indlejret i basestøtten til kastearmen. Jeg brugte en 7/8 tommer forstnerbit og borede i omkring 6 mm for at matche magneterhøjden, som jeg havde ved hånden. Jeg tilføjede derefter en lille smule varm lim i hullet og pressede magneterne på plads. Hver af magneterne skal flugte med basens overflade.

Til reed switches sluttede jeg først switcherne til ledninger, som jeg senere ville forbinde til Pi's GPIO pins. Jeg borede derefter en slids til sivkontakten på undersiden af kasterarmen. Denne slot skal have en størrelse, så den fuldstændigt omslutter din reed -switch. Jeg borede derefter et hul gennem armen for enden af spalten. Dette hul er, hvordan ledningen og sivkontakten trækkes gennem armen, så den skal være stor nok til at håndtere begge dele. Jeg træder derefter ledningsforbindelsen til sivkontakten og limer sivkontakten til den slot, der blev oprettet til den. Da jeg brugte træ til min kastearm, fyldte jeg mellemrummene i sivkontaktspalten med træfyldstof. Dette var en måde at sikre, at sivkontakten er sikret og ikke kan gnide på basen.

Trin 6: Test

Test er en sjov proces. Det er her, du går et sted, hvor du ikke vil skade mennesker eller beskadige ejendom og se, om dine ting virker. Jeg ville ønske, at jeg havde gjort det. På vores første test kastede armslippet for sent, og jeg havde et baseballsejl over min varevogn, cirka 100 meter væk. Efter at have justeret udgivelsestimingen forsøgte vi igen. Denne gang ramte baseball mit bildæk og hoppede tilbage til os. Jeg flyttede min bil.

Efter flere forsøg flyttede vi, hvor rebet var fastgjort til armen, så armen stoppede 90 grader CCW lige fra. Dette tillod os at skyde skud stort set lige frem og i en 45 graders vinkel. Meget bedre. Da vi havde ringet ind, ændrede vi vægten og modificerede kugleslyngen et par gange for at få vores bedste resultater.

Trin 7: Endelige tanker

Jeg vil gerne takke alle de mennesker, der hjalp med årets katapult. Steven Bob og Gus Menoudakis, mine holdkammerater. Min kone, der hvert år spørger, hvorfor jeg skal bygge et andet design til en katapult. Og Cantigny for at have konkurrencen i første omgang. Det er en blast og burde virkelig have en større mængde.

Tak for din tid, og lad mig vide, hvis du har spørgsmål.