Prosesor Visi Raspberry PI (SpartaCam): 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Sistem prosesor visi Raspberry PI untuk robot Kompetisi Robotika PERTAMA Anda

Tentang PERTAMA

Dari Wikipedia, ensiklopedia gratis

FIRST Robotics Competition (FRC) adalah kompetisi robotika sekolah menengah atas internasional. Setiap tahun, tim siswa sekolah menengah, pelatih, dan mentor bekerja selama periode enam minggu untuk membuat robot permainan yang memiliki berat hingga 120 pon (54 kg). Robot menyelesaikan tugas seperti mencetak bola menjadi gol, menerbangkan cakram menjadi gawang, ban dalam ke rak, menggantung di palang, dan menyeimbangkan robot di balok keseimbangan. Permainan, bersama dengan serangkaian tugas yang diperlukan, berubah setiap tahun. Sementara tim diberi satu set suku cadang standar, mereka juga diberi anggaran dan didorong untuk membeli atau membuat suku cadang khusus.

Game tahun ini(2020) ISI ULANG TAK TERBATAS. Gim Infinite Recharge melibatkan dua aliansi yang masing-masing terdiri dari tiga tim, dengan masing-masing tim mengendalikan robot dan melakukan tugas tertentu di lapangan untuk mencetak poin. Permainan berpusat di sekitar tema kota futuristik yang melibatkan dua aliansi yang terdiri dari tiga tim masing-masing bersaing untuk melakukan berbagai tugas, termasuk menembak bola busa yang dikenal sebagai Sel Daya ke sasaran tinggi dan rendah untuk mengaktifkan Generator Perisai, memanipulasi Panel Kontrol untuk mengaktifkan perisai ini, dan kembali ke Generator Perisai untuk parkir atau memanjat di akhir pertandingan. Tujuannya adalah untuk memberi energi dan mengaktifkan perisai sebelum pertandingan berakhir dan asteroid menyerang FIRST City, kota futuristik yang meniru Star Wars.

Apa yang dilakukan sistem prosesor visi Raspberry PI?

Kamera akan dapat memindai lapangan bermain dan lokasi target di mana potongan permainan disediakan atau perlu ditempatkan untuk penilaian. Perakitan memiliki 2 koneksi, daya dan Ethernet.

Target penglihatan di lapangan bermain digariskan dengan pita reflektif retro dan cahaya akan dipantulkan kembali ke lensa kamera. Pi yang menjalankan kode sumber terbuka dari Chameleon Vision (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…) akan memproses tampilan, menyorotnya, menambahkan hamparan gambar dan nada keluaran, yaw, kontur, dan posisi sebagai nilai array yang diurutkan oleh x dan y dalam meter dan sudut dalam derajat bersama dengan data lain melalui tabel jaringan. Informasi itu akan digunakan dalam perangkat lunak untuk mengontrol robot kami dalam mode otonom serta mengarahkan dan menembakkan penembak menara kami. Platform perangkat lunak lain dapat dijalankan di Pi. Visi FRC dapat diinstal jika tim Anda telah menginvestasikan waktu perangkat lunak di platform itu.

Anggaran kami ketat tahun ini dan membeli kamera Limelight $399,00 (https://www.wcproducts.com/wcp-015) tidak ada dalam rencana. Dengan sumber semua persediaan dari Amazon dan menggunakan printer 3D Team 3512 Spartatroniks, saya dapat mengemas sistem visi kustom seharga $150,00. Beberapa item datang dalam jumlah besar, membangun co-prosesor kedua hanya akan membutuhkan Raspberry Pi, Kamera PI, dan kipas lainnya. Dengan bantuan CAD dari salah satu Mentor tim (terima kasih Matt), enklosur PI dibuat menggunakan Fusion 360.

Mengapa tidak menggunakan Pi dengan enklosur murah, pasang kamera USB, tambahkan lampu cincin, instal visi Bunglon dan selesai, bukan? Yah, saya ingin lebih banyak daya dan lebih sedikit kabel dan faktor kesejukan sistem kustom.

Pi 4 menggunakan 3 amp jika menjalankan full bore, itu jika menggunakan sebagian besar portnya, dan wifi dan menjalankan layar. Kami tidak melakukan itu pada robot kami, tetapi port USB pada roboRIO https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht… diberi nilai 900 ma, modul pengatur tegangan (VRM) 5 volt memasok hingga puncak 2 amp, batas 1,5 amp, tetapi ini adalah konektor bersama jadi jika perangkat lain ada di bus 5 volt ada kemungkinan brownout. VRM juga memasok 12 volt pada 2 amp, tetapi kami menggunakan kedua koneksi untuk memberi daya pada radio kami menggunakan kabel POE dan koneksi barel untuk redundansi. Beberapa inspektur FRC tidak akan mengizinkan apa pun selain apa yang dicetak pada VRM untuk dipasang di sana. Jadi 12 volt dari PDP pada Pemutus 5 amp adalah tempat Pi perlu diberi daya.

12 volt disuplai melalui pemutus 5 amp pada panel distribusi daya (PDP), diubah menjadi 5,15 volt menggunakan LM2596 DC to DC Buck Converter. Konverter Buck memasok 5 volt pada 3 amp dan tetap dalam regulasi hingga input 6,5 volt. Bus 5 volt ini kemudian memberikan daya ke 3 subsistem, LED ring array, Fan, Raspberry Pi.

Perlengkapan

• 6 Pack LM2596 DC ke DC Buck Converter 3.0-40V ke 1.5-35V Power Supply Step Down Module (6 Pack) $11,25
• Noctua NF-A4x10 5V, Kipas Sunyi Premium, 3-Pin, Versi 5V (40x10mm, Coklat) $13,95
• Kartu UHS-I microSDHC Ultra 32GB SanDisk dengan Adaptor - 98MB/s U1 A1 - SDSQUAR-032G-GN6MA $7,99
• Modul Kamera Raspberry Pi V2-8 Megapiksel, 1080p 428.20
• GeeekPi Raspberry Pi 4 Heatsink, 20PCS Raspberry Pi Aluminium Heatsink dengan Pita Perekat Konduktif Termal untuk Raspberry Pi 4 Model B (Papan Raspberry Pi Tidak Termasuk) $7.99
• Raspberry Pi 4 Model B 2019 Quad Core 64 Bit WiFi Bluetooth (4GB) $61.96
• (Pack of 200 Pieces) Transistor 2N2222, Transistor 2N2222 ke-92 NPN 40V 600mA 300MHz 625mW Melalui Lubang 2N2222A $6,79
• EDGELEC 100pcs 100 ohm Resistor 1/4w (0.25 Watt) ±1% Tolerance Metal Film Fixed Resistor $5.69 https://smile.amazon.com/gp/product/B07QKDSCSM/re… Waycreat 100PCS 5mm Green LED Diode Lights Clear Emitting LEDs untuk Lampu Bohlam Pencahayaan Super Terang Intensitas Tinggi Komponen Elektronik Lampu Dioda $6.30
• JB Weld Plastic Bonder $5,77

Langkah 1: Prototipe 1

Tes pertama dalam kemasan:

Tim memiliki Pi 3 dari tahun sebelumnya yang tersedia untuk pengujian. Kamera pi, sirkuit buck/boost DC-DC, dan lampu cincin Andymark telah ditambahkan.https://www.andymark.com/products/led-ring-green.

Saat ini saya tidak mempertimbangkan Pi 4 jadi tidak khawatir tentang kebutuhan daya. Daya disuplai melalui USB dari roboRIO. Kamera pas di casing tanpa modifikasi. Ring light direkatkan ke penutup case dan disambungkan ke boost board. Boost board dicolokkan ke port GPIO 2 dan 6 untuk 5 volt dan output disesuaikan hingga 12 volt untuk menjalankan ring. Tidak ada ruang di dalam kasing untuk papan penguat sehingga juga panas direkatkan ke luar. Perangkat lunak dipasang dan diuji menggunakan target dari tahun permainan 2019. Tim perangkat lunak memberikan acungan jempol sehingga kami memesan Pi 4, heat sink, dan kipas angin. Dan sementara mereka kami di sana, enklosur dirancang dan dicetak 3d.

Langkah 2: Prototipe 2

Dimensi internal enklosur baik-baik saja, tetapi lokasi port diimbangi, bukan show stopper.

Ini selesai tepat setelah game baru terungkap sehingga perangkat lunak dapat menguji lokasi target baru.

Berita baik dan berita buruk. Keluaran cahaya cincin tidak memadai ketika kami berada lebih dari 15 kaki dari target sehingga waktu untuk memikirkan kembali pencahayaan. Karena perubahan diperlukan, saya menganggap unit ini sebagai prototipe 2.

Langkah 3: Prototipe 3

Prototipe 2 dibiarkan bersama sehingga perangkat lunak dapat terus menyempurnakan sistem mereka. Sementara itu Pi 3 lainnya ditemukan dan saya membuat test bed lain. Ini memiliki Pi3, USB lifecam 3000 yang langsung disolder ke papan, konverter boost dan array dioda solder tangan.

Sekali lagi kabar baik, kabar buruk. Array dapat menerangi target dari jarak 50+ kaki, tetapi akan kehilangan target jika sudutnya lebih besar dari 22 derajat. Dengan informasi ini sistem final dapat dibuat.

Langkah 4: Produk Akhir

Prototipe 3 memiliki 6 dioda terpisah sekitar 60 derajat dan menghadap langsung ke depan.

Perubahan terakhir adalah menambahkan 8 dioda dengan jarak 45 derajat di sekeliling lensa dengan 4 dioda menghadap ke depan dan 4 dioda miring 10 derajat memberikan bidang pandang 44 derajat. Ini juga memungkinkan enklosur untuk dipasang baik secara vertikal maupun horizontal pada robot. Enklosur baru dicetak dengan perubahan untuk mengakomodasi Pi 3 atau Pi 4. Muka enklosur dimodifikasi untuk masing-masing dioda.

Pengujian tidak menunjukkan masalah kinerja apa pun antara Pi 3 atau 4 sehingga bukaan enklosur dibuat untuk memungkinkan Pi dipasang. Titik pemasangan belakang telah dilepas serta bukaan knalpot di bagian atas kubah. Menggunakan Pi 3 akan semakin mengurangi biaya. Pi 3 berjalan lebih dingin dan menggunakan lebih sedikit daya. Pada akhirnya kami memutuskan untuk menggunakan PI 3 untuk penghematan biaya dan tim perangkat lunak ingin menggunakan beberapa kode yang akan berjalan pada Pi 3 yang belum diperbarui untuk Pi 4.

Impor STL ke alat pengiris printer 3D Anda dan pergilah. File ini dalam inci jadi jika Anda memiliki alat pengiris seperti Cura, Anda mungkin harus menskalakan bagian tersebut ke %2540 untuk mengubahnya menjadi metrik. Jika Anda memiliki Fusion 360, file.f3d dapat dimodifikasi sesuai kebutuhan Anda. Saya ingin menyertakan file.step tetapi instruksi tidak mengizinkan file untuk diunggah.

Alat dasar yang dibutuhkan:

• penari telanjang kawat
• Tang
• Besi solder
• Tabung panas menyusut
• Pemotong kawat
• Solder bebas timah
• Aliran
• Membantu tangan atau forsep
• Pistol panas

Langkah 5: Wiring Diode Array

Pemberitahuan Keamanan:

Besi SolderJangan pernah menyentuh elemen besi solder….400 °C!(750 °F)

Pegang kabel yang akan dipanaskan dengan pinset atau klem.

Jaga agar spons pembersih tetap basah saat digunakan.

Selalu kembalikan besi solder ke tempatnya saat tidak digunakan.

Jangan pernah meletakkannya di meja kerja.

Matikan unit dan cabut steker saat tidak digunakan.

Solder, fluks, dan pembersih

Pakai pelindung mata.

Solder bisa "meludah".

Gunakan solder bebas rosin dan bebas timah jika memungkinkan.

Simpan pelarut pembersih dalam botol pengeluaran.

Selalu cuci tangan dengan sabun dan air setelah menyolder.

Bekerja di area yang berventilasi baik.

Oke mari kita mulai bekerja:

Permukaan enklosur dicetak dengan lubang dioda pada 0, 90, 180, 270 titik miring pada 10 derajat keluar. Lubang di 45, 135, 225, 315 poin lurus.

Tempatkan semua dioda pada permukaan penutup untuk memverifikasi ukuran lubang 5 mm. Kesesuaian yang ketat akan membuat dioda menunjuk pada sudut yang benar. Ujung panjang dioda adalah Anoda, solder resistor 100 ohm ke setiap dioda. Ujung solder dioda dan resistor menutup dan meninggalkan ujung panjang di sisi lain resistor (lihat foto). Uji setiap kombo sebelum melanjutkan. Baterai AA dan 2 kabel uji akan menyalakan dioda secara redup dan memverifikasi bahwa Anda memiliki polaritas yang benar.

Letakkan bagian belakang kombo dioda/resistor ke dalam selungkup dan posisikan lead dalam pola zig-zag sehingga setiap lead resistor menyentuh resistor berikutnya untuk membuat sebuah cincin. Solder semua lead. Saya akan mencampur beberapa Pengikat Plastik las J-B (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack) dan epoksi kombo dioda/resistor di tempatnya. Saya menganggap lem super tetapi tidak yakin apakah Cyanoacrylate akan mengaburkan lensa dioda. Saya melakukan ini di akhir semua penyolderan saya tetapi berharap saya telah melakukannya di sini untuk mengurangi frustrasi ketika dioda tidak dapat bertahan selama penyolderan. Epoxy terbentuk dalam waktu sekitar 15 menit, jadi tempat yang bagus untuk beristirahat.

Sekarang semua kabel katoda dapat disolder bersama untuk membuat cincin - atau ground. Tambahkan 18 gauge kabel merah dan hitam ke cincin dioda Anda. Uji rangkaian lengkap menggunakan catu daya 5 volt, pengisi daya USB berfungsi baik untuk ini.

Langkah 6: Buck/Boost Wiring

Sebelum memasang kabel di konverter Buck, kita perlu mengatur tegangan output. Karena kita menggunakan PDP untuk mensuplai 12 volt I yang dihubungkan langsung ke port PDP, menyatu pada 5 amp. Klip voltmeter ke output papan dan mulai memutar potensiometer. Ini akan memakan waktu beberapa putaran sebelum Anda melihat perubahan karena papan diuji pabrik ke output penuh lalu dibiarkan pada pengaturan itu. Setel ke 5,15 volt. Kami menetapkan beberapa milivolt tinggi agar sesuai dengan apa yang diharapkan Pi dari pengisi daya USB dan pemuatan saluran apa pun dari rangkaian kipas dan dioda. (Selama pengujian awal kami melihat pesan gangguan dari Pi yang mengeluhkan tegangan bus rendah. Pencarian internet memberi kami informasi bahwa Pi mengharapkan lebih dari 5,0 volt karena sebagian besar pengisi daya mengeluarkan sedikit lebih banyak dan catu daya khas untuk Pi adalah pengisi daya USB.)

Selanjutnya kita perlu menyiapkan kasing:

Konverter uang dan Pi ditahan menggunakan 4-40 sekrup mesin. Mata Bor #43 sangat ideal untuk membuat lubang yang presisi untuk merekatkan 4-40 ulir. Pegang konverter Pi dan buck ke kebuntuan, tandai lalu bor menggunakan mata bor #43. Ketinggian kebuntuan memungkinkan kedalaman yang cukup untuk menggali tanpa benar-benar melalui bagian belakang. Ketuk lubang dengan 4-40 keran buta. Sekrup self-tapping yang digunakan dalam plastik akan bekerja dengan baik di sini, tetapi saya memiliki 4-40 sekrup yang tersedia, jadi itulah yang saya gunakan. Sekrup diperlukan untuk memungkinkan akses ke kartu SD (tidak ada akses eksternal ke kartu yang disediakan dengan penutup ini).

Lubang berikutnya untuk dibor adalah untuk kabel listrik Anda. Saya memilih titik di sudut bawah sehingga akan berjalan di sepanjang sisi kabel Ethernet secara eksternal dan ke sisi dan kemudian di bawah Pi secara internal. Saya menggunakan kabel 2 kawat berpelindung seperti yang saya miliki, pasangan kawat 14 pengukur apa pun akan berfungsi. Jika Anda menggunakan pasangan kawat yang tidak berjaket, letakkan 1 hingga 2 lapis heat shrink pada kawat yang masuk ke dalam selungkup Anda untuk perlindungan dan menghilangkan ketegangan. Ukuran lubang akan ditentukan oleh pilihan kawat Anda.

Sekarang Anda dapat menyolder kabel ke jalur input pada konverter DC-DC. Koneksi diberi label di papan tulis. Kabel merah ke in+ Kabel hitam ke in-. Keluar dari papan saya menyolder 2 kabel telanjang pendek untuk bertindak sebagai tiang kawat untuk mengikat kipas, Pi dan transistor.

Langkah 7: Pengkabelan Akhir dan Epoxy

Hanya 4 koneksi yang dibuat ke Pi. Ground, Power, Led control dan kabel pita antarmuka kamera.

3 pin yang digunakan pada Pi adalah 2, 6 dan 12.

Potong kabel merah, hitam dan putih menjadi 4 inci. Lepaskan isolasi 3/8 inci pada kedua ujung kabel, ujung kabel dan pin timah pada Pi.

• Solder kabel merah ke GPIO pin 2 slip 1/2 inci heat shrink tubing menerapkan panas.
• Solder kabel hitam ke GPIO pin 6 slip 1/2 inci heat shrink tubing menerapkan panas.
• Solder kabel putih ke GPIO pin 12 slip 1/2 inci heat shrink tubing menerapkan panas.
• Solder kabel merah untuk keluar+
• Solder kabel hitam untuk keluar-
• Tambahkan heat shrink 1 inci ke kabel putih dan solder ke resistor 100 ohm dan dari resistor ke basis transistor. Isolasi dengan panas menyusut.
• Pemancar Transistor ke Buck -
• Kolektor transistor ke sisi Katoda dari susunan dioda
• Array dioda Anoda/Resistor ke Buck +
• Kipas kabel merah untuk melawan+
• Kipas kabel hitam untuk keluar-

Koneksi Terakhir:

Dorong kabel antarmuka kamera. Sambungan kabel menggunakan konektor zif (Zero insertion force). Strip hitam di bagian atas konektor perlu dinaikkan, kabel ditempatkan di soket kemudian konektor didorong ke bawah untuk menguncinya di tempatnya. Berhati-hatilah untuk tidak mengkerutkan kabel karena jejak pada insulasi dapat putus. Juga konektor harus dimasukkan lurus agar kabel pita dapat menyejajarkan pin.

Periksa pekerjaan Anda untuk untaian kawat yang tersesat dan gumpalan solder, jepit kembali kelebihan panjang pada tiang solder.

Jika Anda senang dengan pekerjaan Anda, kipas dan kamera dapat di-epoksi di tempatnya. Beberapa tetes di sudut adalah semua yang Anda butuhkan.

Langkah 8: Perangkat Lunak

Sementara epoksi menyembuhkan, mari masukkan perangkat lunak ke kartu SD. Anda memerlukan adaptor kartu SD untuk dicolokkan ke komputer Anda (https://www.amazon.com/Reader-Laptop-Windows-Chrom….

Pergi ke:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ dan unduh Raspbian Buster Lite. Untuk mem-flash kartu SD dengan raspbian, Anda memerlukan alat perangkat lunak lain BalenaEtcher dan dapat ditemukan di sini, Epoxy seharusnya sudah cukup sembuh sekarang sehingga Anda dapat memasang kartu SD dan memasang papan buck/boost. Sebelum memasang penutup, pastikan tidak ada kabel yang mengganggu penutup dan kabel kamera tidak menyentuh bilah kipas. Setelah penutup terpasang, saya meniup kipas dan melihatnya bergerak untuk memastikan tidak ada gangguan dari kabel atau kabel pita.

Waktu untuk menyalakan:

Pertama kali menyalakan Anda akan memerlukan kabel HDMI, jika Pi 4 kabel HDMI mini, keyboard usb dan monitor HDMI bersama dengan koneksi internet. Hubungkan ke catu daya 12 volt, PDP dengan pemutus 5 amp.

Setelah masuk, hal pertama yang harus dilakukan adalah menjalankan alat konfigurasi. Di sinilah SSH dapat diatur bersamaan dengan mengaktifkan kamera PI. https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… memiliki petunjuk untuk membantu.

Reboot sebelum menginstal Chameleon Vision

Silakan kunjungi situs mereka sebelum menggunakan perangkat lunak mereka, mereka memiliki banyak informasi. Satu catatan, pada halaman perangkat keras yang didukung, Pi cam ditampilkan sebagai tidak didukung, tetapi dengan rilis terbaru mereka. Halaman web perlu diperbarui.

Dari halaman web visi Bunglon:

Chameleon Vision dapat berjalan di sebagian besar sistem operasi yang tersedia untuk Raspberry Pi. Namun, Anda disarankan untuk menginstal Rasbian Buster Lite, tersedia di sinihttps://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/. Ikuti petunjuk untuk menginstal Raspbian ke kartu SD.

Pastikan Raspberry Pi terhubung melalui Ethernet ke Internet. Masuk ke Raspberry Pi (nama pengguna pi dan kata sandi raspberry) dan jalankan perintah berikut di terminal:

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

$ chmod +x install.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo reboot sekarang

Selamat! Raspberry Pi Anda sekarang diatur untuk menjalankan Chameleon Vision! Setelah Raspberry Pi reboot, Chameleon Vision dapat dimulai dengan perintah berikut:

$ sudo java -jar chameleon-vision.jar

Saat versi baru Chameleon Vision dirilis, perbarui dengan menjalankan perintah berikut:

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

$ chmod +x update.sh

$ sudo./update.sh

Kontrol Array LED:

Array LED Anda tidak akan menyala tanpa kontrol perangkat lunak

Robotika pertama tahun ini memiliki aturan terhadap lampu led yang terang, tetapi akan mengizinkannya jika dapat dimatikan dan dihidupkan sesuai kebutuhan. Colin Gideon "SpookyWoogin", FRC 3223, menulis skrip Python untuk mengontrol LED dan itu dapat ditemukan di sini:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

Sistem ini juga akan menjalankan visi FRC jika tim Anda telah menginvestasikan waktu perangkat lunak di platform tersebut. Dengan visi FRC, kartu SD lengkap dicitrakan sehingga tidak perlu mengunduh raspbian. Dapatkan di sini

Ini akan memberi Anda sistem penglihatan dalam faktor bentuk yang keren. Semoga beruntung di kompetisi!

Runner Up di Raspberry Pi Contest 2020