Sistem Pemantauan Hewan Peliharaan Bertenaga Arduino dan Raspberry Pi: 19 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Baru-baru ini saat berlibur, kami menyadari kurangnya koneksi dengan Beagle peliharaan kami. Setelah beberapa penelitian, kami menemukan produk yang menampilkan kamera statis yang memungkinkan seseorang untuk memantau dan berkomunikasi dengan hewan peliharaannya. Sistem ini memiliki manfaat tertentu tetapi tidak memiliki fleksibilitas. Misalnya, setiap kamar membutuhkan unit untuk melacak hewan peliharaan Anda di seluruh rumah.

Oleh karena itu kami mengembangkan robot tangguh yang dapat bermanuver di sekitar rumah dan dapat memantau hewan peliharaan seseorang menggunakan kekuatan internet of things. Aplikasi ponsel cerdas dirancang untuk berinteraksi dengan hewan peliharaan Anda melalui umpan video langsung. Sasis robot dibuat secara digital karena beberapa bagian dibuat menggunakan pencetakan 3D dan pemotongan laser. Akhirnya, kami memutuskan untuk menambahkan fitur bonus yang memberikan hadiah untuk hewan peliharaan Anda.

Ikuti terus untuk membuat sistem pemantauan hewan peliharaan Anda sendiri dan bahkan mungkin menyesuaikannya untuk kebutuhan Anda. Lihat video yang ditautkan di atas untuk melihat bagaimana hewan peliharaan kita bereaksi dan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang robot. Berikan suara di "Kontes Robotika" jika Anda menyukai proyek ini.

Langkah 1: Ikhtisar Desain

Untuk membuat konsep robot pemantau hewan peliharaan, pertama-tama kami mendesainnya di fusion 360. Berikut adalah beberapa fiturnya:

Robot dapat dikendalikan melalui aplikasi melalui internet. Ini memungkinkan pengguna untuk terhubung ke robot dari mana saja

Kamera onboard yang mengalirkan umpan video langsung ke smartphone dapat membantu pengguna untuk bermanuver di sekitar rumah dan berinteraksi dengan hewan peliharaan

Mangkuk suguhan tambahan yang dapat memberi hadiah pada hewan peliharaan Anda dari jarak jauh

Bagian yang dibuat secara digital yang memungkinkan seseorang untuk menyesuaikan robot mereka

Raspberry Pi digunakan untuk terhubung ke internet karena memiliki mode wifi onboard

Arduino digunakan bersama dengan pelindung CNC untuk memberikan perintah ke motor stepper

Langkah 2: Bahan yang Dibutuhkan

Berikut adalah daftar semua komponen yang diperlukan untuk membuat robot pemantau hewan peliharaan bertenaga Arduino dan Raspberry Pi Anda sendiri. Semua bagian harus tersedia secara umum dan mudah ditemukan.

ELEKTRONIK:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (di-flash dengan raspbian terbaru) x 1
• Perisai CNC x 1
• Driver Motor Stepper A4988 x 2
• Kamera foto x 1
• Sensor Jarak Ultrasonik x 1
• Baterai Lipo 11.1v x 1
• NEMA 17 Motor Stepper x 2
• 5v UBEC x 1

PERANGKAT KERAS:

• Velg x 2 (roda yang kami pakai diameter 7cm)
• Roda Kastor x 2
• Mur dan baut M4 dan M3

Total biaya proyek ini tidak termasuk Arduino dan Raspberry Pi adalah sekitar $50.

Langkah 3: Bagian yang Dibuat Secara Digital

Beberapa bagian yang kami gunakan dalam proyek ini harus dibuat khusus. Ini pertama kali dimodelkan di Fusion 360 dan kemudian dibuat menggunakan printer 3D dan pemotong laser. Bagian yang dicetak 3D tidak menanggung banyak beban sehingga PLA standar dengan pengisi 20% berfungsi dengan baik. Di bawah ini adalah daftar semua bagian cetak 3D dan potong laser:

Bagian Cetak 3D:

• Pemegang Stepper x 2
• Sistem Visi Mount x 1
• Kebuntuan Elektronik x 4
• Spacer Vertikal x 4
• Penguatan Sasis x 2
• Rawat Tutup Mangkuk x 1
• Perlakukan Mangkuk x 1
• Mount Stepper Belakang x 1
• Cakram Berliku x 1

Bagian potong laser:

• Panel Bawah x 1
• Panel Atas x 1

Folder zip yang berisi semua STL dan file pemotongan laser dapat ditemukan terlampir di bawah ini.

Langkah 4: Memasang Motor Stepper

Setelah semua bagian dicetak 3D, mulailah perakitan dengan memasang motor stepper ke dudukan stepper. Dudukan motor stepper yang kami rancang dimaksudkan untuk model NEMA 17 (jika menggunakan stepper yang berbeda akan memerlukan dudukan yang berbeda). Lewatkan poros motor melalui lubang dan kencangkan motor di tempatnya dengan sekrup pemasangan. Setelah selesai, kedua motor harus dipegang dengan aman ke pemegangnya.

Langkah 5: Memasang Steppers ke Panel Bawah

Untuk memasang dudukan ke panel bawah yang dipotong laser, kami menggunakan baut M4. Sebelum mengencangkannya dengan mur, tambahkan strip penguat sasis yang dicetak 3D dan kemudian kencangkan mur. Strip digunakan untuk mendistribusikan beban secara merata pada panel akrilik.

Terakhir, lewati kabel melalui slot masing-masing yang disediakan pada panel. Pastikan untuk menariknya sepenuhnya agar tidak tersangkut di roda.

Langkah 6: Memasang Roda

Panel akrilik memiliki dua bagian yang dipotong agar sesuai dengan roda. Roda yang kami gunakan berdiameter 7cm dan dilengkapi dengan sekrup yang terpasang pada poros stepper 5mm. Pastikan roda terpasang dengan benar dan tidak tergelincir pada poros.

Langkah 7: Roda Kastor Depan dan Belakang

Agar sasis dapat bergerak dengan lancar, kami memutuskan untuk menempatkan roda kastor di bagian depan dan belakang robot. Ini tidak hanya mencegah robot terbalik, tetapi juga memungkinkan sasis berputar bebas ke segala arah. Roda kastor tersedia dalam semua ukuran, roda kastor kami khususnya dilengkapi dengan sekrup putar tunggal yang kami pasang ke alasnya dan menggunakan spacer cetak 3d untuk menyesuaikan ketinggian sehingga robot benar-benar horizontal. Dengan ini dasar sasis lengkap dan memiliki stabilitas yang baik.

Langkah 8: Elektronik

Setelah dasar sasis terpasang sepenuhnya, saatnya memasang elektronik ke panel akrilik. Kami telah membuat lubang di panel akrilik yang sejajar dengan lubang pemasangan Arduino dan Raspberry Pi. Dengan menggunakan standoff cetak 3D, kami mengangkat elektronik sedikit di atas panel akrilik sehingga semua kabel berlebih dapat disimpan dengan rapi di bawahnya. Pasang Arduino dan Raspberry Pi ke lokasi pemasangan yang sesuai menggunakan mur dan baut M3. Setelah Arduino diperbaiki, pasang pelindung CNC ke Arduino dan sambungkan kabel stepper dalam konfigurasi berikut.

• Stepper kiri ke port sumbu X pelindung CNC
• Stepper kanan ke port sumbu Y pelindung CNC

Dengan motor stepper terpasang, sambungkan Arduino ke Raspberry Pi menggunakan kabel USB Arduino. Akhirnya Raspberry Pi dan Arduino akan berkomunikasi melalui kabel ini.

Catatan: Bagian depan robot adalah sisi dengan Raspberry Pi

Langkah 9: Sistem Visi

Masukan lingkungan utama untuk robot pemantau hewan peliharaan kami adalah penglihatan. Kami memutuskan untuk menggunakan Picamera yang kompatibel dengan Raspberry Pi untuk memberikan streaming langsung kepada pengguna melalui internet. Kami juga menggunakan sensor jarak ultrasonik untuk menghindari rintangan saat robot berfungsi secara mandiri. Kedua sensor menempel pada dudukan dengan bantuan sekrup.

Slot Picamera ke port yang ditunjuk pada Raspberry Pi dan menghubungkan sensor ultrasonik dengan cara berikut:

• Sensor Ultrasonik VCC ke rel 5v pada pelindung CNC
• Sensor Ultrasonik GND ke rel GND pada pelindung CNC
• Sensor Ultrasonik TRIG ke pin penghenti ujung X+ pada pelindung CNC
• Sensor Ultrasonik ECHO ke pin penghenti ujung Y+ pada pelindung CNC

Langkah 10: Perakitan Panel Atas

Di bagian belakang robot dipasang sistem buka tutup untuk mangkuk perawatan. Pasang motor stepper mini ke komponen penahan belakang dan pasang sistem penglihatan dan sistem penggulungan dengan baut M3 ke panel atas. Seperti yang disebutkan, pastikan untuk memasang sistem penglihatan di depan dan sistem penggulungan di belakang dengan dua lubang yang disediakan.

Langkah 11: Perakitan Panel Atas

Kami mencetak 3d spacer vertikal untuk menopang panel atas pada ketinggian yang tepat. Mulailah dengan menempelkan keempat spacer ke panel bawah untuk membentuk "X". Kemudian letakkan panel atas dengan mangkuk perawatan untuk memastikan lubangnya sejajar dan akhirnya kencangkan juga ke spacer.

Langkah 12: Mekanisme Pembukaan Tutup

Untuk mengontrol tutup pada mangkuk perawatan, kami menggunakan motor stepper yang lebih kecil untuk melilitkan tali nilon yang terpasang pada tutupnya, menariknya hingga terbuka. Sebelum memasang tutupnya, lewati tali melalui lubang 2mm pada tutupnya dan buat simpul di sisi interior. Kemudian potong ujung tali yang lain dan selipkan melalui lubang yang disediakan pada cakram penggulung. Dorong disk pada stepper lalu tarik senar sampai kencang. Setelah selesai, gunting kelebihannya dan ikat simpul. Terakhir, dengan menggunakan baut dan mur, pasang tutupnya ke mangkuk dan pastikan mangkuk itu berputar. Sekarang saat stepper berputar, senar akan berputar pada disk dan tutupnya akan terbuka secara bertahap.

Langkah 13: Menyiapkan Basis Data Cloud

Langkah pertama adalah membuat database untuk sistem sehingga Anda dapat berkomunikasi dengan robot dari aplikasi seluler Anda dari mana saja di dunia. Klik tautan berikut (Google firebase), yang akan membawa Anda ke situs web Firebase (Anda harus masuk dengan akun Google Anda). Klik tombol "Memulai" yang akan membawa Anda ke konsol firebase. Kemudian buat proyek baru dengan mengklik tombol "Tambah Proyek", isi persyaratan (nama, detail, dll) dan lengkapi dengan mengklik tombol "Buat Proyek".

Kami hanya memerlukan alat database Firebase, jadi pilih "database" dari menu di sebelah kiri. Selanjutnya klik tombol "Create Database", pilih opsi "test mode". Selanjutnya atur database ke "database realtime" alih-alih "cloud firestore" dengan mengklik menu tarik-turun di bagian atas. Pilih tab "rules" dan ubah dua "false" menjadi "true", terakhir klik tab "data" dan salin URL database, ini akan diperlukan nanti.

Hal terakhir yang perlu Anda lakukan adalah mengklik ikon roda gigi di sebelah ikhtisar proyek, lalu pada "pengaturan proyek", lalu pilih tab "akun layanan", terakhir klik "Rahasia Database" dan catat keamanannya kode database Anda. Dengan langkah ini selesai, Anda telah berhasil membuat database cloud Anda yang dapat diakses dari smartphone Anda dan dari Raspberry Pi. (Gunakan gambar terlampir di atas jika ada keraguan, atau cukup ajukan pertanyaan di bagian komentar)

Langkah 14: Membuat Aplikasi Seluler

Bagian selanjutnya dari sistem IoT adalah aplikasi smartphone. Kami memutuskan untuk menggunakan MIT App Inventor untuk membuat aplikasi khusus kami sendiri. Untuk menggunakan aplikasi yang kami buat, pertama buka tautan berikut (MIT App Inventor), yang akan mengarahkan Anda ke halaman web mereka. Selanjutnya klik "buat aplikasi" di bagian atas layar, lalu masuk dengan akun Google Anda.

Unduh file.aia yang ditautkan di bawah ini. Buka tab "proyek" dan klik "Impor proyek (.aia) dari komputer saya" selanjutnya pilih file yang baru saja Anda unduh dan klik "ok". Di jendela komponen, gulir ke bawah hingga Anda melihat "FirebaseDB1", klik di atasnya dan ubah "FirebaseToken", "FirebaseURL" ke nilai yang telah Anda catat di langkah sebelumnya. Setelah langkah-langkah ini selesai, Anda siap untuk mengunduh dan menginstal aplikasi. Anda dapat mengunduh aplikasi langsung ke ponsel Anda dengan mengeklik tab "Bangun" dan mengeklik "Aplikasi (berikan kode QR untuk.apk)" lalu pindai kode QR dengan ponsel cerdas Anda atau klik "Aplikasi (simpan.apk ke komputer saya))" Anda akan mengunduh file apk ke komputer Anda yang kemudian dapat dialihkan ke ponsel cerdas Anda.

Langkah 15: Memprogram Raspberry Pi

Raspberry Pi digunakan karena dua alasan utama.

1. Ini mentransmisikan aliran video langsung dari robot ke server web. Aliran ini dapat dilihat oleh pengguna menggunakan aplikasi seluler.
2. Ia membaca perintah yang diperbarui pada database firebase dan menginstruksikan Arduino untuk melakukan tugas yang diperlukan.

Untuk mengatur Raspberry Pi ke streaming langsung, tutorial terperinci sudah ada dan dapat ditemukan di sini. Instruksi bermuara pada tiga perintah sederhana. Nyalakan Raspberry Pi dan buka terminal dan masukkan perintah berikut.

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

Setelah penginstalan selesai, mulai ulang Pi dan Anda seharusnya dapat mengakses streaming dengan mencari https://alamat IP Pi Anda di browser web apa pun.

Dengan pengaturan streaming langsung, Anda perlu mengunduh dan menginstal pustaka tertentu untuk dapat menggunakan basis data cloud. Buka terminal di Pi Anda dan masukkan perintah berikut:

• sudo pip permintaan instal == 1.1.0
• sudo pip install python-firebase

Terakhir, unduh file python terlampir di bawah ini dan simpan di Raspberry Pi Anda. Pada baris keempat kode ubah port COM ke port yang terhubung dengan Arduino. Selanjutnya, ubah URL pada baris 8 ke URL firebase yang telah Anda catat sebelumnya. Terakhir, jalankan program melalui terminal. Program ini mengambil perintah dari database cloud dan menyampaikannya ke Arduino melalui koneksi serial.

Langkah 16: Pemrograman Arduino

Arduino digunakan untuk menginterpretasikan perintah dari Pi dan menginstruksikan aktuator pada robot untuk melakukan tugas yang diperlukan. Unduh kode Arduino yang terlampir di bawah ini dan unggah ke Arduino. Setelah Arduino diprogram, sambungkan ke salah satu port USB Pi menggunakan kabel USB khusus.

Langkah 17: Menghidupkan Sistem

Robot akan dimatikan baterai lipo 3 sel. Terminal baterai perlu dibagi menjadi dua, di mana satu langsung ke pelindung CNC untuk memberi daya pada motor, sementara yang lain terhubung ke UBEC 5v, yang menciptakan saluran listrik 5v yang stabil yang akan digunakan untuk memberi daya pada Raspberry Pi melalui pin GPIO. 5v dari UBEC terhubung ke pin 5v dari Raspberry Pi dan GND dari UBEC terhubung ke pin GND di Pi.

Langkah 18: Menggunakan Aplikasi

Antarmuka aplikasi memungkinkan seseorang untuk mengontrol robot pemantau serta mengalirkan umpan langsung dari kamera onboard. Untuk terhubung ke robot Anda, pastikan Anda memiliki koneksi internet yang stabil dan kemudian cukup ketik alamat IP Raspberry Pi di kotak teks yang disediakan dan klik tombol perbarui. Setelah selesai, umpan langsung akan muncul di layar Anda dan Anda harus dapat mengontrol berbagai fungsi robot.

Langkah 19: Siap untuk Menguji

Sekarang robot pemantau hewan peliharaan Anda telah dirakit sepenuhnya, seseorang dapat mengisi mangkuk dengan beberapa makanan anjing. Buka aplikasi, sambungkan kamera dan bersenang-senanglah! Saat ini kami sedang bermain-main dengan rover dan Beagle kami dan telah menangkap momen yang cukup lucu.

Begitu anjing mengatasi ketakutan awal terhadap objek bergerak ini, ia mengejar bot di sekitar rumah untuk mendapatkan camilan. Kamera onboard memberikan tampilan sudut lebar yang baik dari lingkungan sekitar yang membuatnya cukup mudah untuk bermanuver.

Ada ruang untuk perbaikan agar berfungsi lebih baik di dunia nyata. Karena itu, kami telah menciptakan sistem yang kuat, yang dapat dikembangkan dan dikembangkan lebih lanjut. Jika Anda menyukai proyek ini, berikan suara untuk kami di "Kontes Robotika"

Selamat Membuat!

Juara Kedua dalam Kontes Robotika