Pemproses Penglihatan Raspberry PI (SpartaCam): 8 Langkah (dengan Gambar)

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

Sistem pemproses visi Raspberry PI untuk robot Pertandingan Robotik PERTAMA anda

Mengenai PERTAMA

Dari Wikipedia, ensiklopedia percuma

Pertandingan Robotik PERTAMA (FRC) adalah pertandingan robotik sekolah menengah antarabangsa. Setiap tahun, pasukan pelajar sekolah menengah, jurulatih, dan mentor bekerja dalam tempoh enam minggu untuk membina robot permainan yang beratnya mencapai 120 paun (54 kg). Robot menyelesaikan tugas seperti menjaringkan bola menjadi gol, terbang cakera ke dalam gol, tiub dalam ke rak, tergantung di palang, dan mengimbangkan robot pada balok keseimbangan. Permainan, bersama dengan set tugas yang diperlukan, berubah setiap tahun. Walaupun pasukan diberi satu set bahagian yang standard, mereka juga diizinkan untuk membuat anggaran dan digalakkan untuk membeli atau membuat bahagian yang khusus.

Permainan tahun ini (2020) RECHARGE INFINITE. Permainan Infinite Recharge melibatkan dua pakatan dari tiga pasukan masing-masing, dengan setiap pasukan mengendalikan robot dan melakukan tugas-tugas tertentu di lapangan untuk mendapatkan mata. Permainan berpusat di sekitar tema kota futuristik yang melibatkan dua pakatan yang terdiri daripada tiga pasukan yang masing-masing bersaing untuk melakukan pelbagai tugas, termasuk menembak bola busa yang dikenali sebagai Power Cell menjadi tujuan tinggi dan rendah untuk mengaktifkan Shield Generator, memanipulasi Panel Kawalan untuk mengaktifkan perisai ini, dan kembali ke Shield Generator untuk meletak kereta atau mendaki pada akhir perlawanan. Objektifnya adalah untuk memberi tenaga dan mengaktifkan perisai sebelum pertandingan berakhir dan asteroid menyerang FIRST City, sebuah kota futuristik yang dimodelkan selepas Star Wars.

Apa yang dilakukan oleh sistem pemproses penglihatan Raspberry PI?

Kamera akan dapat mengimbas padang permainan dan menargetkan lokasi tempat permainan disediakan atau perlu diletakkan untuk mendapat markah. Perakitan ini mempunyai 2 sambungan, kuasa dan Ethernet.

Sasaran penglihatan di lapangan bermain digariskan dengan pita reflektif retro dan cahaya akan memantulkan kembali ke lensa kamera. Pi yang menjalankan kod sumber terbuka dari Chameleon Vision (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…) akan memproses paparan, menyorotnya, menambahkan hamparan gambar dan nada output, menguap, kontur, dan kedudukan sebagai nilai array disusun oleh x dan y dalam meter dan sudut dalam darjah bersama dengan data lain melalui jadual rangkaian. Maklumat tersebut akan digunakan dalam perisian untuk mengawal robot kita dalam mod autonomi serta mensasarkan dan menembak penembak yang kita miliki. Platform perisian lain boleh dijalankan di Pi. Visi FRC dapat dipasang jika pasukan anda telah melaburkan masa perisian di platform tersebut.

Anggaran kami ketat tahun ini dan membeli kamera Limelight $ 399.00 (https://www.wcproducts.com/wcp-015) tidak ada dalam kad. Dengan mendapatkan semua bekalan dari Amazon dan menggunakan pencetak 3D Team 3512 Spartatroniks, saya dapat membungkus sistem penglihatan khusus dengan harga $ 150.00. Beberapa item datang secara besar-besaran, untuk membina pemproses bersama kedua hanya memerlukan Raspberry Pi, PI Camera dan kipas lain. Dengan bantuan CAD dari salah satu pasukan Mentor (terima kasih Matt) kandang PI dibuat menggunakan Fusion 360.

Mengapa tidak hanya menggunakan Pi dengan penutup yang murah, pasangkan kamera USB, tambahkan lampu dering, pasang penglihatan Bunglon dan selesai, bukan? Baiklah, saya mahukan lebih banyak kuasa dan kurang kabel serta faktor kesejukan sistem tersuai.

Pi 4 menggunakan 3 amp jika menggunakan bore penuh, itu jika menggunakan sebahagian besar portnya, dan wifi dan menjalankan paparan. Kami tidak melakukan itu pada robot kami, tetapi port USB pada roboRIO https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht… dinilai pada 900 ma, modulator pengatur voltan (VRM) 5 volt membekalkan puncak hingga 2 amp, had 1,5 amp, tetapi penyambung bersama jadi jika peranti lain berada di bas 5 volt ada kemungkinan kecut. VRM juga membekalkan 12 volt pada 2 amp, tetapi kami menggunakan kedua-dua sambungan untuk menghidupkan radio kami menggunakan kabel POE dan sambungan tong untuk kelebihan. Beberapa pemeriksa FRC tidak akan membiarkan apa-apa selain yang dicetak pada VRM dipasang di sana. Oleh itu, 12 volt dari PDP pada Breaker 5 amp adalah di mana Pi perlu dihidupkan.

12 volt dibekalkan melalui pemutus 5 amp pada panel pengagihan kuasa (PDP), ditukar menjadi 5.15 volt menggunakan LM2596 DC ke DC Buck Converter. Penukar Buck membekalkan 5 volt pada 3 amp dan tetap dalam peraturan hingga input 6.5 volt. Bas 5 volt ini kemudian memberikan kuasa kepada 3 subsistem, array cincin LED, Fan, Raspberry Pi.

Bekalan

• 6 Pack LM2596 DC to DC Buck Converter 3.0-40V to 1.5-35V Power Down Step Down Module (6 Pack) $ 11.25
• Noctua NF-A4x10 5V, Premium Quiet Fan, 3-Pin, 5V Version (40x10mm, Brown) $ 13.95
• Kad SanSDisk Ultra 32GB microSDHC UHS-I dengan Adapter - 98MB / s U1 A1 - SDSQUAR-032G-GN6MA $ 7.99
• Modul Kamera Raspberry Pi V2-8 Megapixel, 1080p 428.20
• GeeekPi Raspberry Pi 4 Heatsink, 20PCS Raspberry Pi Aluminium Heatsink dengan Pita Pelekat 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
• (Pek 200 Keping) Transistor 2N2222, Transistor 2N2222 hingga-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 Tetap Perintang $ 5.69 https://smile.amazon.com/gp/product/B07QKDSCSM/re… Waycreat 100PCS 5mm Green LED Diode Lights Clear Emitting LED untuk Densiti Lampu Komponen Elektronik Lampu Mentol Lampu Super Terang Intensiti Tinggi $ 6.30
• Bonder Plastik J-B Weld $ 5.77

Langkah 1: Prototaip 1

Ujian pertama dalam pembungkusan:

Pasukan ini mempunyai Pi 3 dari tahun sebelumnya yang tersedia untuk ujian. Kamera pi, litar buck / boost DC-DC dan lampu cincin Andymark ditambahkan.https://www.andymark.com/products/led-ring-green.

Pada masa ini saya belum mempertimbangkan Pi 4 sehingga tidak bimbang tentang keperluan kuasa. Kuasa dibekalkan melalui USB dari roboRIO. Kamera sesuai di dalam casing tanpa pengubahsuaian. Lampu cincin dilekatkan panas ke penutup casing dan disambungkan ke papan penguat. Papan penguat dipasang ke port GPIO 2 dan 6 selama 5 volt dan outputnya diselaraskan hingga 12 volt untuk menjalankan cincin. Tidak ada ruang di dalam casing untuk papan dorong sehingga panas juga terpaku di luar. Perisian dipasang dan diuji menggunakan sasaran dari tahun permainan 2019. Pasukan perisian memberikan jempol sehingga kami memesan Pi 4, heat sink dan kipas. Dan ketika mereka di sana, jalan itu dirancang dan dicetak 3d.

Langkah 2: Prototaip 2

Dimensi dalaman kandang tidak apa-apa, tetapi lokasi pelabuhan diimbangi, bukan penghenti pertunjukan.

Ini diselesaikan setelah permainan baru diungkapkan sehingga perisian dapat menguji ke lokasi target baru.

Berita baik dan berita buruk. Output cahaya cincin tidak mencukupi ketika kita berada lebih dari 15 kaki dari sasaran sehingga waktu untuk memikirkan kembali pencahayaan. Oleh kerana perubahan diperlukan, saya menganggap unit ini sebagai prototaip 2.

Langkah 3: Prototaip 3

Prototaip 2 dibiarkan bersama sehingga perisian dapat terus menyempurnakan sistem mereka. Sementara itu, Pi 3 lain dijumpai dan saya bersama-sama menggunakan katil ujian yang lain. Ini mempunyai Pi3, USB lifecam 3000 yang disolder langsung ke papan, penukar dorongan dan susunan diod solder tangan.

Lagi-lagi berita baik, berita buruk. Array dapat menyalakan sasaran dari jarak 50 + kaki, tetapi akan kehilangan sasaran jika sudut off lebih besar dari 22 darjah. Dengan maklumat ini, sistem akhir dapat dibuat.

Langkah 4: Produk Akhir

Prototaip 3 mempunyai 6 diod kira-kira 60 darjah dan menghadap ke depan.

Perubahan terakhir adalah dengan menambahkan 8 diod yang berjarak 45 darjah di sekeliling lensa dengan 4 diod menghadap ke hadapan dan 4 diod keluar 10 darjah memberikan pandangan pada sudut 44 darjah. Ini juga membolehkan kandang dipasang sama ada secara menegak atau mendatar pada robot. Lampiran baru dicetak dengan perubahan untuk menampung Pi 3 atau Pi 4. Muka kandang diubah untuk dioda individu.

Pengujian tidak menunjukkan masalah prestasi antara Pi 3 atau 4 sehingga bukaan penutup dibuat untuk membolehkan Pi dipasang. Titik pelekap belakang dikeluarkan serta bukaan ekzos di bahagian atas kubah. Menggunakan Pi 3 akan mengurangkan kos. Pi 3 berjalan lebih sejuk dan menggunakan tenaga yang lebih sedikit. Pada akhirnya kami memutuskan untuk menggunakan PI 3 untuk penjimatan kos dan pasukan perisian ingin menggunakan beberapa kod yang akan berjalan pada Pi 3 yang belum diperbarui untuk Pi 4.

Import STL ke pemotong pencetak 3D anda dan pergi. Fail ini berukuran inci, jadi jika anda mempunyai alat pemotong seperti Cura, anda mungkin perlu mengecilkan bahagiannya menjadi% 2540 untuk menukarnya menjadi metrik. Sekiranya anda mempunyai Fusion 360, fail.f3d dapat diubah suai mengikut keperluan anda sendiri. Saya mahu memasukkan fail.step tetapi arahan tidak membenarkan fail dimuat naik.

Alat asas yang diperlukan:

• Pelucut wayar
• Tang
• Besi pematerian
• Tiub mengecilkan haba
• Pemotong wayar
• Pateri bebas plumbum
• Selsema
• Menolong tangan atau forceps
• Pistol haba

Langkah 5: Array Diod Pendawaian

Notis Keselamatan:

Jangan sekali-kali menyentuh unsur besi pematerian….400 ° C! (750 ° F)

Pegang wayar untuk dipanaskan dengan pinset atau penjepit.

Pastikan span pembersih basah semasa digunakan.

Sentiasa kembalikan besi pematerian ke dudukannya ketika tidak digunakan.

Jangan sekali-kali meletakkannya di atas meja kerja.

Matikan unit dan cabut plag apabila tidak digunakan.

Pateri, fluks dan pembersih

Pakai pelindung mata.

Solder boleh "meludah".

Gunakan penjual bebas rosin dan plumbum sedapat mungkin.

Terus membersihkan pelarut di dalam botol.

Sentiasa basuh tangan anda dengan sabun dan air selepas pematerian.

Bekerja di kawasan yang berventilasi baik.

OK mari kita bekerja:

Muka kandang dicetak dengan lubang diod pada 0, 90, 180, 270 mata dicondongkan pada 10 darjah keluar. Lubang pada 45, 135, 225, 315 mata lurus.

Letakkan semua diod di muka penutup untuk mengesahkan ukuran lubang 5 mm. Pemasangan yang ketat akan memastikan dioda menunjuk pada sudut yang betul. Pimpin panjang pada diod adalah Anode, menyolatkan perintang 100 ohm ke setiap diod. Pateri pateri diod dan perintang ditutup dan tinggalkan plumbum panjang di sisi perintang yang lain (lihat gambar). Uji setiap kombo sebelum meneruskan. Bateri AA dan 2 petunjuk ujian akan menyala diod dengan redup dan mengesahkan bahawa anda mempunyai kekutuban yang betul.

Letakkan punggung kombo diod / perintang di kandang dan petunjuk kedudukan dalam corak zig-zag sehingga setiap plumbum perintang menyentuh perintang seterusnya untuk membuat cincin. Memateri semua petunjuk. Saya akan mencampurkan beberapa Bonder Plastik las J-B (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack) dan epoksi kombo diod / perintang di tempatnya. Saya menganggap lem super tetapi tidak pasti sama ada Cyanoacrylate akan kabur lensa diod. Saya melakukan ini pada akhir semua pematerian saya tetapi berharap saya melakukannya di sini untuk mengurangkan kekecewaan apabila dioda tidak akan berlaku semasa pematerian. Epoksi ini disiapkan dalam masa kira-kira 15 minit, jadi tempat yang baik untuk berehat.

Kini semua plumbum katod dapat disolder bersama untuk membuat - atau gelang tanah. Tambahkan wayar merah dan hitam 18 gauge ke gelang diod anda. Uji array yang lengkap menggunakan bekalan kuasa 5 volt, pengecas USB berfungsi dengan baik untuk ini.

Langkah 6: Pendawaian Buck / Boost

Sebelum pendawaian dalam penukar Buck, kita perlu menetapkan voltan keluaran. Oleh kerana kami menggunakan PDP untuk membekalkan kabel 12 volt yang saya terus ke port PDP, menyatu pada 5 amp. Klip voltmeter ke papan output dan mula putar potensiometer. Ia akan mengambil beberapa giliran sebelum anda melihat perubahan kerana papan diuji kilang ke output penuh kemudian dibiarkan pada tetapan itu. Tetapkan kepada 5.15 volt. Kami menetapkan ketinggian beberapa milivolt untuk menyamai apa yang diharapkan oleh Pi dari pengecas USB dan sebarang baris yang dimuat dari kipas dan array dioda. (Semasa ujian awal, kami melihat mesej gangguan dari Pi yang mengadu voltan bas rendah. Pencarian internet memberi kami maklumat bahawa Pi menjangkakan lebih daripada 5.0 volt kerana kebanyakan pengecas keluar sedikit lebih banyak dan bekalan kuasa khas untuk Pi adalah pengecas USB.)

Seterusnya kita perlu menyiapkan kes:

Penukar buck dan Pi ditahan menggunakan skru mesin 4-40. # 43 Drill Bit sangat sesuai untuk membuat lubang tepat untuk mengetuk 4-40 utas. Pegang penukar Pi dan buck ke kebuntuan, tandakan kemudian gerudi menggunakan bit gerudi # 43. Ketinggian ketinggalan membolehkan kedalaman yang cukup untuk mengering tanpa melintasi belakang sepenuhnya. Ketuk lubang dengan ketukan buta 4-40. Skru mengetuk sendiri yang digunakan dalam plastik akan berfungsi dengan baik di sini, tetapi saya mempunyai 4-40 skru yang ada, jadi itulah yang saya gunakan. Skru diperlukan untuk membolehkan akses ke kad SD (tidak ada akses luaran ke kad yang disediakan dengan lampiran ini).

Lubang seterusnya untuk menggerudi adalah untuk kabel kuasa anda. Saya memilih titik di sudut bawah sehingga ia akan berjalan di sepanjang sisi kabel Ethernet secara luaran dan ke sisi dan kemudian di bawah Pi secara dalaman. Saya menggunakan kabel 2 wayar terlindung seperti yang saya ada, mana-mana pasangan wayar 14 gauge akan berfungsi. Sekiranya anda menggunakan pasangan wayar tanpa jaket, letakkan 1 hingga 2 lapisan haba menyusut pada wayar di mana ia memasuki kandang anda untuk perlindungan dan pelepasan regangan. Ukuran lubang ditentukan oleh pilihan wayar anda.

Sekarang anda boleh menyolder wayar ke saluran input pada penukar DC-DC. Sambungan dilabel di papan. Kawat merah ke dalam + Kawat hitam ke dalam-. Keluar dari papan saya menyolder 2 wayar telanjang pendek untuk bertindak sebagai tiang wayar untuk mengikat kipas, Pi dan transistor.

Langkah 7: Pendawaian Akhir dan Epoksi

Hanya 4 sambungan yang dibuat ke Pi. Kabel pita antara muka, Kuasa, kawalan Led dan antara muka kamera.

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

Potong wayar merah, hitam dan putih hingga 4 inci. Tanggalkan penebat 3/8 inci pada kedua hujung wayar, hujung timah wayar dan pin timah pada Pi.

• Pateri merah wayar ke pin GPIO 2 slip 1/2 inci tiub pengecutan haba menggunakan haba.
• Kawat hitam pateri ke pin GPIO 6 slip 1/2 inci tiub pengecutan haba menggunakan haba.
• Kawat putih pateri ke pin GPIO 12 slip 1/2 inci tiub pengecutan haba menggunakan haba.
• Kawat merah pateri untuk keluar +
• Kawat hitam pateri untuk keluar-
• Tambah pengecutan haba 1 inci ke wayar putih dan pateri ke perintang 100 ohm dan dari perintang ke pangkalan transistor. Penebat dengan pengecutan panas.
• Pemancar Transistor ke Buck -
• Pemungut transistor ke sisi katod bagi susunan diod
• Susunan diod Anod / Perintang ke Buck +
• Kawat merah kipas untuk keluar +
• Kawat hitam kipas untuk keluar-

Sambungan Terakhir:

Tekan kabel antara muka kamera. Sambungan kabel menggunakan penyambung zif (Zero insertion force). Jalur hitam di bahagian atas penyambung perlu diangkat ke atas, kabel diletakkan di soket kemudian penyambung didorong ke belakang untuk menguncinya di tempatnya. Berhati-hatilah untuk tidak merapatkan kabel kerana jejak penebat mungkin pecah. Juga penyambung perlu dimasukkan terus untuk kabel pita ke penjajaran pin.

Periksa kerja anda untuk helai wayar sesat dan gumpalan pateri, klipkan panjang lebihan pada tiang solder.

Sekiranya anda gembira dengan kerja anda, kipas dan kamera boleh menjadi tahan lama. Beberapa tetes di sudut adalah yang anda perlukan.

Langkah 8: Perisian

Semasa epoksi menyembuhkan, mari kita memasukkan perisian ke dalam kad SD. anda memerlukan penyesuai kad SD untuk dipasang ke komputer anda (https://www.amazon.com/Reader-Laptop-Windows-Chrom….

Pergi ke:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ dan muat turun Raspbian Buster Lite. Untuk menyalakan kad SD dengan raspbian, anda memerlukan alat perisian lain BalenaEtcher dan boleh didapati di sini, Epoksi semestinya sudah cukup sembuh sehingga anda dapat memasang kad SD dan menurunkan papan penambah / penambah. Sebelum menutup penutup, pastikan tiada wayar mengganggu penutup dan kabel kamera tidak menyentuh bilah kipas. Setelah penutup dipasang, saya menghembus kipas dan menonton untuk melihatnya bergerak untuk memastikan tidak ada gangguan dari wayar atau kabel pita.

Masa untuk menghidupkan:

Pertama kali menyalakan anda memerlukan kabel HDMI, jika kabel Pimi mini HDMI, papan kekunci usb dan monitor HDMI bersama dengan sambungan internet. Kawat ke bekalan kuasa 12 volt, PDP dengan pemutus 5 amp.

Selepas log masuk, perkara pertama yang perlu dilakukan adalah menjalankan alat konfigurasi. Di sinilah SSH dapat diatur bersama dengan mengaktifkan kamera PI. https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… mempunyai arahan untuk membantu.

Reboot sebelum memasang Chameleon Vision

Sila kunjungi laman web mereka sebelum menggunakan perisian mereka, mereka mempunyai banyak maklumat. Satu catatan, pada halaman perkakasan mereka yang disokong, Pi Pi ditunjukkan sebagai tidak disokong, tetapi dengan peluncuran terbaru mereka. Halaman web perlu dikemas kini.

Dari laman web visi Chameleon:

Chameleon Vision dapat dijalankan pada kebanyakan sistem operasi yang tersedia untuk Raspberry Pi. Walau bagaimanapun, anda disyorkan untuk memasang Rasbian Buster Lite, tersedia di sini https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/. Ikuti arahan untuk memasang Raspbian ke kad SD.

Pastikan Raspberry Pi disambungkan melalui Ethernet ke Internet. Log masuk ke Raspberry Pi (nama pengguna pi dan kata laluan raspberry) dan jalankan arahan berikut di terminal:

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

$ chmod + x install.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo reboot sekarang

Tahniah! Raspberry Pi anda kini disiapkan untuk menjalankan Chameleon Vision! Setelah Raspberry Pi dihidupkan semula, Chameleon Vision dapat dimulakan dengan arahan berikut:

$ sudo java -jar bunglon-vision.jar

Apabila versi baru Chameleon Vision dilepaskan, kemas kini dengan menjalankan perintah berikut:

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

$ chmod + x kemas kini.sh

$ sudo./update.sh

Kawalan Array LED:

Susunan LED anda tidak akan menyala tanpa kawalan perisian

Robotik pertama tahun ini mempunyai peraturan untuk menentang lampu LED yang terang, tetapi akan membenarkannya jika mereka dapat dimatikan dan dihidupkan sesuai keperluan. Colin Gideon "SpookyWoogin", FRC 3223, menulis skrip Python untuk mengawal LED'S dan itu boleh didapati di sini:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

Sistem ini juga akan menjalankan visi FRC jika pasukan anda telah melaburkan masa perisian di platform tersebut. Dengan penglihatan FRC, kad SD yang lengkap digambarkan sehingga tidak perlu memuat turun raspbian. Dapatkannya di sini

Ini akan memberi anda sistem penglihatan dalam faktor bentuk yang sejuk. Semoga berjaya dalam pertandingan!

Naib Johan dalam Peraduan Raspberry Pi 2020