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

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Baru-baru ini semasa bercuti, kami menyedari kurangnya hubungan dengan Beagle haiwan kesayangan kami. Selepas beberapa kajian, kami menemui produk yang memaparkan kamera statik yang membolehkan seseorang memantau dan berkomunikasi dengan haiwan kesayangan. Sistem ini mempunyai faedah tertentu tetapi tidak mempunyai fleksibiliti. Sebagai contoh, setiap bilik memerlukan satu unit untuk mengawasi haiwan kesayangan anda di seberang rumah.

Oleh itu, kami membangunkan robot yang kuat yang dapat melakukan manuver di sekitar rumah dan dapat memantau haiwan kesayangan seseorang menggunakan kekuatan internet dari pelbagai perkara. Aplikasi telefon pintar direka untuk berinteraksi dengan haiwan kesayangan anda melalui suapan video langsung. Sasis robot dibuat secara digital kerana beberapa bahagian dibuat menggunakan percetakan 3D dan pemotongan laser. Akhirnya, kami memutuskan untuk menambahkan ciri bonus yang memberikan hadiah untuk memberi hadiah kepada haiwan kesayangan anda.

Ikuti untuk membuat sistem pemantauan haiwan kesayangan anda sendiri dan mungkin juga menyesuaikannya untuk keperluan anda. Lihat video yang dipautkan di atas untuk melihat bagaimana reaksi haiwan kesayangan kami dan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik mengenai robot. Jangan mengundi dalam "Peraduan Robotik" sekiranya anda menyukai projek ini.

Langkah 1: Gambaran keseluruhan Reka Bentuk

Untuk berkonsepkan robot pemantau haiwan peliharaan, kami pertama kali merancangnya di fusion 360. Berikut adalah beberapa ciri-cirinya:

Robot dapat dikendalikan melalui aplikasi melalui internet. Ini membolehkan pengguna berhubung dengan robot dari mana sahaja

Kamera onboard yang menyiarkan secara langsung feed video ke telefon pintar dapat membantu pengguna melakukan manuver di sekitar rumah dan berinteraksi dengan haiwan kesayangan

Mangkuk rawatan tambahan yang dapat memberi ganjaran kepada haiwan kesayangan anda dari jauh

Bahagian buatan digital yang membolehkan seseorang menyesuaikan robotnya

Raspberry Pi digunakan untuk menyambung ke internet kerana ia mempunyai mod wifi onboard

Sebuah Arduino digunakan bersama dengan perisai CNC untuk memberi perintah kepada motor stepper

Langkah 2: Bahan Yang Diperlukan

Berikut adalah senarai semua komponen yang diperlukan untuk membuat robot pemantau haiwan kesayangan Arduino dan Raspberry Pi sendiri. Semua bahagian mestilah tersedia dan senang dicari.

ELEKTRONIK:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (dilancarkan dengan raspbian terbaru) x 1
• Perisai CNC x 1
• Pemandu Motor Stepper A4988 x 2
• Picamera x 1
• Sensor Jarak Ultrasonik x 1
• Bateri Lipo 11.1v x 1
• NEMA 17 Stepper Motor x 2
• 5v UBEC x 1

PERKAKASAN:

• Roda x 2 (roda yang kami gunakan berdiameter 7cm)
• Roda Kastor x 2
• Mur dan bolt M4 dan M3

Jumlah kos projek ini tidak termasuk Arduino dan Raspberry Pi adalah sekitar 50 $.

Langkah 3: Bahagian Fabrikasi Digit

Beberapa bahagian yang kami gunakan dalam projek ini harus dibuat khas. Ini pertama kali dimodelkan di Fusion 360 dan kemudian dibuat menggunakan pencetak 3D dan pemotong laser. Bahagian dicetak 3D tidak menanggung banyak beban sehingga PLA standard dengan pengisian 20% berfungsi dengan baik. Berikut adalah senarai semua bahagian 3D yang dicetak dan dipotong laser:

Bahagian bercetak 3D:

• Pemegang Stepper x 2
• Pemasangan Sistem Penglihatan x 1
• Kelemahan Elektronik x 4
• Spacer menegak x 4
• Pengukuhan Casis x 2
• Rawat Tudung Mangkuk x 1
• Rawat Mangkuk x 1
• Mount Stepper Belakang x 1
• Cakera Penggulungan x 1

Bahagian Lasercut:

• Panel Bawah x 1
• Panel Atas x 1

Folder berzip yang mengandungi semua STL dan fail pemotongan laser terdapat di bawah.

Langkah 4: Memasang Motor Stepper

Setelah semua bahagian dicetak 3D, mulakan pemasangan dengan memasang motor stepper ke pemegang stepper. Pemegang motor stepper yang kami rancang dimaksudkan untuk model NEMA 17 (jika seseorang menggunakan stepper yang berbeza, ia memerlukan pemasangan yang berbeza). Pasangkan poros motor melalui lubang dan pasangkan motor di tempatnya dengan skru pemasangan. Setelah selesai, kedua-dua motor hendaklah dipegang dengan kuat pada pemegangnya.

Langkah 5: Memasang Steppers ke Panel Bawah

Untuk memasang pemegang ke panel bawah yang dipotong laser, kami menggunakan baut M4. Sebelum mengikatnya dengan kacang, tambahkan jalur tetulang casis 3D yang dicetak dan kemudian pasangkan kacang. Jalur digunakan untuk mengagihkan beban secara merata pada panel akrilik.

Akhirnya, pasangkan wayar melalui slot masing-masing yang disediakan di panel. Pastikan untuk menariknya sepanjang jalan untuk mengelakkan mereka terjerat di roda.

Langkah 6: Memasang Roda

Panel akrilik mempunyai dua bahagian yang dipotong agar sesuai dengan roda. Roda yang kami gunakan berdiameter 7cms dan dilengkapi dengan skru set yang terpasang pada batang stepper 5mm. Pastikan roda terpasang dengan betul dan tidak tergelincir pada poros.

Langkah 7: Roda Kastor Depan dan Belakang

Untuk membolehkan casis bergerak dengan lancar, kami memutuskan untuk meletakkan roda kastor di bahagian depan dan belakang robot. Ini bukan sahaja menghalang robot untuk terbalik tetapi juga membolehkan casis berpusing bebas ke arah mana pun. Roda kastor hadir dalam pelbagai saiz, khususnya kita dilengkapi dengan sekrup putar tunggal yang kita pasangkan ke pangkal dan menggunakan spacer bercetak 3d untuk menyesuaikan ketinggian sehingga robot itu mendatar dengan sempurna. Dengan ini asas casisnya lengkap dan mempunyai kestabilan yang baik.

Langkah 8: Elektronik

Setelah asas casis dipasang sepenuhnya, sudah tiba masanya untuk memasang elektronik ke panel akrilik. Kami telah membuat lubang di panel akrilik yang sejajar dengan lubang pemasangan Arduino dan Raspberry Pi. Dengan menggunakan cetakan 3D, kami menaikkan elektronik sedikit di atas panel akrilik sehingga semua pendawaian yang berlebihan dapat dipasang dengan kemas di bawahnya. Pasang Arduino dan Raspberry Pi ke lokasi pemasangan yang sesuai menggunakan mur dan baut M3. Setelah Arduino terpasang pasangkan perisai CNC ke Arduino dan sambungkan wayar stepper dalam konfigurasi berikut.

• Stepper kiri ke port sumbu X perisai CNC
• Langkah kanan ke port sumbu Y perisai 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: Bahagian depan robot adalah sisi dengan Raspberry Pi

Langkah 9: Sistem Penglihatan

Input persekitaran utama untuk robot pemantauan haiwan kesayangan kami adalah penglihatan. Kami memutuskan untuk menggunakan Picamera yang serasi dengan Raspberry Pi untuk memberi siaran langsung kepada pengguna melalui internet. Kami juga menggunakan sensor jarak ultrasonik untuk mengelakkan halangan ketika robot berfungsi secara autonomi. Kedua-dua sensor dipasang pada pemegang dengan bantuan skru.

Picamera masuk ke port yang ditentukan pada Raspberry Pi dan sambungkan sensor ultrasonik dengan cara berikut:

• Sensor ultrasonik VCC hingga rel 5v pada pelindung CNC
• Rel Sensor Ultrasonik GND ke GND pada pelindung CNC
• Sensor ultrasonik TRIG hingga pin berhenti X + pada pelindung CNC
• Ultrasonik Sensor ECHO hingga pin penahan hujung Y + pada pelindung CNC

Langkah 10: Perhimpunan Panel Atas

Di bahagian belakang robot dipasang sistem pembuka penutup untuk mangkuk merawat. Pasang motor stepper mini ke komponen pemegang belakang dan pasangkan kedua sistem penglihatan dan sistem penggulungan dengan baut M3 ke panel atas. Seperti disebutkan, pastikan untuk memasang sistem penglihatan di depan dan sistem penggulungan di belakang dengan dua lubang yang disediakan.

Langkah 11: Perhimpunan Panel Atas

Kami 3d spacer menegak dicetak untuk menyokong panel atas pada ketinggian yang betul. Mulakan dengan memasang empat spacer ke panel bawah untuk membentuk "X". Kemudian letakkan panel atas dengan mangkuk penyembur memastikan lubang mereka sejajar dan akhirnya pasangkannya ke spacer juga.

Langkah 12: Mekanisme Pembukaan Tudung

Untuk mengawal penutup pada mangkuk merawat, kami menggunakan motor stepper yang lebih kecil untuk menggulung tali nilon yang melekat pada penutupnya, menariknya. Sebelum memasang penutup lorong tali melalui lubang 2mm pada penutup dan buat simpul di bahagian dalaman. Kemudian potong hujung tali yang lain dan masukkan melalui lubang yang disediakan pada cakera berliku. Tolak cakera pada stepper kemudian tarik tali sehingga tegang. Setelah selesai memotong kelebihan dan ikat simpul. Akhirnya dengan menggunakan bolt dan kacang pasangkan penutup ke dalam mangkuk dan pastikan ia berpusing. Sekarang semasa stepper memutar tali harus angin pada cakera dan penutupnya secara beransur-ansur terbuka.

Langkah 13: Menyiapkan Pangkalan Data Awan

Langkah pertama adalah membuat pangkalan data untuk sistem supaya anda dapat berkomunikasi dengan robot dari aplikasi mudah alih anda dari mana saja di dunia. Klik pada pautan berikut (Google firebase), yang akan membawa anda ke laman web Firebase (anda perlu log masuk dengan akaun Google anda). Klik pada butang "Bermula" yang akan membawa anda ke firebase console. Kemudian buat projek baru dengan mengklik butang "Tambah Projek", isi syarat (nama, butiran, dll) dan selesaikan dengan mengklik butang "Buat Projek".

Kami hanya memerlukan alat pangkalan data Firebase, jadi pilih "pangkalan data" dari menu di sebelah kiri. Klik seterusnya pada butang "Buat Pangkalan Data", pilih pilihan "mod ujian". Seterusnya tetapkan pangkalan data ke "pangkalan data masa nyata" dan bukannya "cloud firestore" dengan mengklik menu lungsur di bahagian atas. Pilih tab "peraturan" dan ubah dua "palsu" menjadi "benar", akhirnya klik pada tab "data" dan salin URL pangkalan data, ini akan diperlukan di kemudian hari.

Perkara terakhir yang perlu anda lakukan ialah mengklik ikon gear di sebelah gambaran keseluruhan projek, kemudian pada "tetapan projek", kemudian pilih tab "akaun perkhidmatan", akhirnya klik pada "Rahsia Pangkalan Data" dan perhatikan keselamatan kod pangkalan data anda. Dengan langkah ini selesai, anda telah berjaya membuat pangkalan data awan anda yang dapat diakses dari telefon pintar anda dan dari Raspberry Pi. (Gunakan gambar yang dilampirkan di atas sekiranya terdapat keraguan, atau cukup tinggalkan pertanyaan di bahagian komen)

Langkah 14: Membuat Aplikasi Mudah Alih

Bahagian seterusnya dari sistem IoT adalah aplikasi telefon pintar. Kami memutuskan untuk menggunakan MIT App Inventor untuk membuat aplikasi tersuai kami sendiri. Untuk menggunakan aplikasi yang kami buat terlebih dahulu buka pautan berikut (MIT App Inventor), yang akan membawa anda ke laman web mereka. Klik seterusnya pada "buat aplikasi" di bahagian atas skrin, kemudian log masuk dengan akaun Google anda.

Muat turun fail.aia yang dipautkan di bawah. Buka tab "projek" dan klik pada "Import projek (.aia) dari komputer saya" seterusnya pilih fail yang baru anda muat turun dan klik "ok". Di tetingkap komponen, tatal ke bawah hingga anda melihat "FirebaseDB1", klik padanya dan ubah "FirebaseToken", "FirebaseURL" ke nilai yang telah anda perhatikan pada langkah sebelumnya. Setelah langkah-langkah ini selesai, anda sudah bersedia untuk memuat turun dan memasang aplikasinya. Anda boleh memuat turun aplikasi terus ke telefon anda dengan mengklik tab "Build" dan mengklik "App (berikan kod QR untuk.apk)" kemudian mengimbas kod QR dengan telefon pintar anda atau mengklik "Aplikasi (simpan.apk ke komputer saya) "anda akan memuat turun fail apk ke komputer anda yang mana satu kemudian boleh beralih ke telefon pintar anda.

Langkah 15: Memprogramkan Raspberry Pi

Raspberry Pi digunakan untuk dua sebab utama.

1. Ia menghantar aliran video langsung dari robot ke pelayan web. Aliran ini dapat dilihat oleh pengguna menggunakan aplikasi mudah alih.
2. Ia membaca perintah yang dikemas kini pada pangkalan data firebase dan memerintahkan Arduino untuk melakukan tugas yang diperlukan.

Untuk menyiapkan Raspberry Pi ke siaran langsung, tutorial terperinci sudah ada dan boleh didapati di sini. Arahannya merangkumi tiga perintah mudah. Hidupkan Raspberry Pi dan buka terminal dan masukkan arahan berikut.

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

Setelah pemasangan selesai, mulakan semula Pi dan anda seharusnya dapat mengakses aliran dengan mencari https:// alamat IP Pi anda di mana-mana penyemak imbas web.

Dengan penyediaan streaming langsung, anda perlu memuat turun dan memasang perpustakaan tertentu untuk dapat menggunakan pangkalan data awan. Buka terminal pada Pi anda dan masukkan arahan berikut:

• permintaan pemasangan sudo pip == 1.1.0
• sudo pip memasang python-firebase

Akhirnya, muat turun fail python yang dilampirkan di bawah dan simpan di Raspberry Pi anda. Pada baris keempat kod ubah port COM ke port yang disambungkan oleh Arduino. Seterusnya, ubah URL pada baris 8 ke URL firebase yang telah anda catat sebelumnya. Akhirnya, jalankan program melalui terminal. Program ini mengambil perintah dari pangkalan data awan dan menyampaikannya ke Arduino melalui sambungan bersiri.

Langkah 16: Memprogram Arduino

Arduino digunakan untuk menafsirkan perintah dari Pi dan memerintahkan penggerak pada robot untuk melakukan tugas yang diperlukan. Muat turun kod Arduino yang dilampirkan di bawah dan muat naik ke Arduino. Setelah Arduino diprogramkan, sambungkan ke salah satu port USB Pi menggunakan kabel USB khusus.

Langkah 17: Menghidupkan Sistem

Robot akan dimatikan dengan bateri lipo 3 sel. Terminal bateri perlu dibahagikan kepada dua, di mana satu menuju ke perisai CNC untuk menghidupkan motor, sementara yang lain menyambung ke UBEC 5v, yang membuat saluran kuasa 5v yang mantap yang akan digunakan untuk memberi kuasa kepada Raspberry Pi melalui pin GPIO. 5v dari UBEC disambungkan ke pin 5v Raspberry Pi dan GND dari UBEC disambungkan ke pin GND pada Pi.

Langkah 18: Menggunakan Aplikasi

Antaramuka aplikasi membolehkan seseorang mengawal robot pemantauan serta mengalirkan suapan langsung dari kamera onboard. Untuk menyambung ke robot anda, pastikan anda mempunyai sambungan internet yang stabil dan kemudian taipkan alamat IP Raspberry Pi di kotak teks yang disediakan dan klik butang kemas kini. Setelah selesai, siaran langsung akan muncul di skrin anda dan anda seharusnya dapat mengawal pelbagai fungsi robot.

Langkah 19: Sedia Diuji

Setelah robot pemantau haiwan kesayangan anda dipasang, seseorang dapat mengisi mangkuk dengan beberapa makanan anjing. Buka aplikasi, sambungkan kamera dan bersenang-senang! Kami kini bermain-main dengan rover dan Beagle kami dan telah menangkap detik-detik yang cukup menggembirakan.

Setelah anjing mengatasi ketakutan awal objek bergerak ini, anjing itu mengejar bot di sekitar rumah untuk mendapatkan makanan. Kamera onboard memberikan pandangan sudut lebar yang baik dari persekitaran yang menjadikannya mudah untuk bergerak.

Ada ruang untuk penambahbaikan untuk menjadikannya berfungsi lebih baik di dunia nyata. Oleh itu, kami telah mencipta sistem yang kuat, yang dapat dikembangkan dan dikembangkan olehnya. Sekiranya anda menyukai projek ini, undilah kami dalam "Peraduan Robotik"

Selamat Membuat!

Hadiah Kedua dalam Peraduan Robotik