Bauen Sie Ihren internetgesteuerten Videostreaming-Roboter mit Arduino und Raspberry Pi

Ich bin @RedPhantom (alias LiquidCrystalDisplay / Itay), ein 14-jähriger Schüler aus Israel, der an der Max Shein Junior High School for Advanced Science and Mathematics lernt. Ich mache dieses Projekt, damit alle davon lernen und es teilen können!

Sie haben sich vielleicht gedacht:hmm… ich bin ein Geek… Und meine Kinder wollen, dass ich ein Projekt mit ihnen mache…
Er wollte einen Roboter bauen. Sie wollte es wie ein kleines Hündchen verkleiden. Es ist ein gutes Wochenendprojekt!

Der Raspberry Pi ist perfekt für jeden Einsatz:Heute werden wir die Fähigkeiten dieses Mikrocomputers erläutern, um einen Roboter zu bauen. Dieser Roboter kann:

• Fahren Sie herum und lassen Sie sich über LAN (WiFi) von jedem Computer steuern, der mit demselben WiFi-Netzwerk wie Raspberry Pi verbunden ist.
• Streamen Sie Videos live mit dem Raspberry Pi-Kameramodul
• Sensordaten mit Arduino senden

Um zu sehen, was Sie für dieses schöne Lichtprojekt benötigen, lesen Sie einfach den nächsten Schritt (Warnungen) und danach den Schritt Gesucht:Komponenten.

Hier ist das GitHub-Repository:GITHUB REPO BY ME

Hier ist die Projektseite:PROJEKTSITE VON MIR

Schritt 1:Warnung:Seien Sie vorsichtig, wenn Sie dies zu Hause ausprobieren

ACHTUNG:DER AUTOR DIESES TUTORIALS GEHT AUS, DASS SIE AUSREICHENDE WISSEN ÜBER STROM UND DIE GRUNDLEGENDE BEDIENUNG ELEKTRISCHER GERÄTE VERFÜGEN. WENN SIE NICHT VORSICHTIG SIND UND DIE ANWEISUNGEN IN DIESEM TUTORIAL NICHT BEFOLGEN, KÖNNEN SIE:ELEKTRONISCHE GERÄTE BESCHÄDIGEN, SICH VERBRENNEN ODER EINEN BRAND VERURSACHEN. Bitte seien Sie vorsichtig und verwenden Sie Ihren gesunden Menschenverstand. Wenn Sie nicht über die erforderlichen Kenntnisse für dieses Tutorial (Löten, Grundlagen der Elektronik) verfügen, führen Sie dies bitte mit einer Person durch, die dies tut. Danke schön. Und:

DER AUTOR DIESER ANLEITUNG ÜBERNIMMT SICH JEDE VERANTWORTUNG FÜR SCHÄDEN, DIE VERURSACHT WURDEN, SACHVERLUST ODER PHYSIKALISCHE SCHÄDEN. VERWENDEN SIE DEN GESUNDEN MENSCHENVERSTAND.

Und:

Dies ist ein Beitrag zum Raspberry Pi-Wettbewerb. Ich wäre Ihnen mehr als dankbar, wenn Sie in der rechten Ecke für mich stimmen. Danke! Viel Spaß.

LIZENZIERUNG

Das Programm, das mit diesem Instructable verfügbar ist, ist unter GPL v3 lizenziert.
Die GPL-Lizenz gibt Ihnen:

• die Freiheit, die Software für jeden Zweck zu verwenden,
• die Freiheit, die Software an Ihre Bedürfnisse anzupassen,
• die Freiheit, die Software mit Ihren Freunden und Nachbarn zu teilen,
• und die Freiheit, die von Ihnen vorgenommenen Änderungen zu teilen.

Schritt 2:Gesucht:Komponenten

Alles, was Sie für dieses leichte Wochenendprojekt brauchen, ist:

• Ein Raspberry Pi
  Jedes Modell ist ausreichend:Wir verwenden zwei USB-Anschlüsse:einen für den WiFi-Adapter und einen für den Arduino.
  Ich verwende Raspberry Pi 2 Model B

• Ein WiFi-Adapter für Ihren Raspberry Pi. Belegt 1 Pi USB-Port. (Angeschlossen an Raspberry Pi)

• Ein kurzes USB-A-zu-USB-B-Kabel. Belegt 1 Pi USB-Port. (Angeschlossen an Raspberry Pi)

• Ein Arduino
  (verbunden mit Raspberry Pi)
  Auch hier ist jedes Modell geeignet. Dieser kleine Mikrocontroller empfängt die Ausgabe von unseren Sensoren und sendet Signale an unsere Gleichstrommotoren.
  Ich verwende Arduino Uno.
• Sensoren (optional). (Connected to Arduino)
  Diese holen Informationen aus der Umgebung und sammeln sie für uns.

• Dual H-Brücke
  Eine H-Brücke wird verwendet, um die Motoren zu steuern, wie ein großer Transistor. Der Arduino sendet Impulse (PWM, Erläuterungen siehe letzter Schritt) an die H-Brücke, die die Gleichstrommotoren von einer externen Quelle versorgt. (Siehe LOGISCHE SPANNUNG und BETRIEBSSPANNUNG im letzten Schritt (Erklärungen)).
  Ich verwende eine L298N-basierte duale H-Brücke.
  (Mit Arduino verbunden)

• DC-Motoren
  Hinweis:Es müssen die gleichen Modelle sein, damit die Geschwindigkeit gleich ist. Die Verwendung von Servomotoren ist auch eine Option:Schließen Sie das GND-Kabel (Masse) an das Arduino und die Poer-Quelle an. Das Signal an einen PWN-fähigen Pin am Mikrocontroller und das PWR-Kabel an eine externe Stromquelle. Diese Methode erfordert keine H-Brücke.

• Ein Akku für Pi und Arduino.
  Ich empfehle eine Akkubank, da sie mit einer Ladeschaltung geliefert wird und von jedem Computer aufgeladen werden kann
  Ich verwende eine 5V 5000mAh 1A Akkubank.
  Hinweis:Für den normalen Betrieb des Roboters ist mindestens 1 A erforderlich. Weniger als das führt zu einer Erwärmung und kann den Akku beschädigen.
  (Mit H-Brücke verbunden)

• Breadboard-Jumper
  Sie sind sehr nützliche kleine Bastarde. Sie verbinden alle Ihre Komponenten ohne Löten – die ultimative Lösung für das Prototyping.

• 6v Akku / Akku für Ihre Motoren
  Da ich 4 AA-Batterien verwende, sollten Sie einen Akku verwenden, der zu Ihren Gleichstrommotoren passt. Hinweis:Im Gegensatz zu anderen Komponenten verwenden Gleichstrommotoren (wie LEDs) den gesamten zugeführten Strom. Daher sollten Sie normale Alkalibatterien und keine wiederaufladbaren Zellen verwenden. Seien Sie vorsichtig|
  (Verbunden mit H-Bridge)

• Plattform
  Da Raspberry Pi eine großartige Plattform ist, um diesen Roboter zu erstellen, benötigen wir eine physische Plattform, auf der alle Komponenten platziert werden können. Sie können verwenden, was Sie wollen:Holz und Aluminium sind einfach ein tolles Material.
  HINWEIS:Wenn Sie sich entscheiden, Ihren Roboter aus einem Metall oder einem leitenden Material zu bauen, bedecken Sie ihn mit einer transparenten Kunststoffschicht / einem anderen nicht- leitendes Material, wie wenn Sie eine Platine darauf legen, können die Durchgangslochstifte kurzschließen und Ihre Platine zerstören. Nicht gut.
  Ich verwende eine Plastikbasis, die ich bei E-Bay für 12 $ gekauft habe. Es gibt viele zur Auswahl da draußen. Sogar mit Motoren (wie meiner).
• Kenntnisse
  Sie benötigen meist einfaches Programmierverständnis und grundlegende Kenntnisse in der Linux-Umgebung. Diese sind einfach zu erwerben – ich habe Python und andere Programmiersprachen über ein eBook gelernt!

Schritt 3:Material lesen

Es wird empfohlen, dass Sie Folgendes durchgehen:

• Die L298N H-Brücke
• Grundlegende Elektronik
• Tutorial zum Ultraschall-Entfernungssensor

Und besuchen Sie:

• die Raspberry Pi-Site
• die Arduino-Site
• die Python-Site

Das GitHub-Repository und die Site für dieses Projekt sind auf der ersten Seite verfügbar!

Fork uns auf GitHub!

Schritt 4:Energieverwaltung

Zuerst müssen wir uns den Stromverbrauch unserer Komponente ansehen. Normalerweise arbeiten alle mit 5V.

Raspberry Pi 2 B (jedes Modell geeignet):~500mA
Kameramodul:~250mA
Arduino (Uno):~150mA
Ultraschall-Distanzsensor:~50mA

Summe:950mA. Mein Akku kann bis zu 1A liefern, also ist alles gut. Wenn Ihr Setup mehr als 10 % der Batteriekapazität erfordert, sollten Sie zwei parallel schalten oder eine Batterie mit höherer Stromstärke kaufen.

Wichtiger Hinweis zur H-Brücke:Wenn Ihre Motoren mehr als 6V benötigen, dann schließen Sie die Stromversorgung für die H-Brücke an den 12 In DC Pin und nicht an den 5V Eingang an. In diesem Fall fungiert der 5V-Eingang als 5V-Ausgang. Sehen Sie sich das Datenblatt und / oder eine Anleitung an.

Schritt 5:Verbindungen

Bevor wir den Lötkolben aufheizen, müssen wir durchgehen, was womit verbunden werden soll. Ich habe diese einfache Tabelle (MS Paint lässt mich nie im Stich) erstellt, die beschreibt, wo sich die Vorhangteile in diesem Roboter befinden (meine kleine Schwester nennt es übrigens FartBot wegen der lustigen Geräusche, die die Reifen machen. Mutter hat mich überzeugt, den Namen in SmartBot zu ändern )

Das Bild ist so aufgebaut, dass Sie hineinzoomen und in voller Auflösung sehen und die kleinen Nachrichten lesen können, die ich dort hinterlassen habe.

Schritt 6:Adresse für den Pi

Der Arduino spricht nach Plan mit dem Pi. Und der Pi spricht mit dem Computer, also wie funktioniert das alles?

Schauen wir uns unsere CIS (Connection Initiation Sequence) an:

1. Raspberry Pi beginnt
2. Arduino-Starts
3. Raspberry Pi startet den TCP-Client. Es schießt seine IP-Adresse über eine LED heraus.
4. Raspberry Pi startet den seriellen Kommunikationsdienst und verbindet sich mit Arduino

Deshalb haben wir eine Art Kommunikation aufgebaut:

Computer <-> Raspberry Pi <-> Arduino

Ich habe Visual Basic .NET (Microsoft Visual Studio 2013 Community) verwendet, um das Programm zu schreiben, das mit dem Raspberry Pi und Python kommuniziert, um das Arduino/Raspberry Pi-Protokoll zu schreiben.

Alles, was Sie tun müssen, um Ihre Pi-IP-Adresse zu kennen, ist, sie mit einem HDMI-Bildschirm zu verbinden, sich bei der Shell anzumelden und den Befehl einzugeben:

Hostname -I

Achte darauf, ein großes „I“ (Buchstabe „Auge“) zu verwenden, damit der Befehl funktioniert.

Schritt 7:Der Plan

Jetzt, da wir die IP-Adresse von Pi haben, werden wir per SSH darauf zugreifen (Zugriff auf Dateien erhalten, SSH ist Secure Shell) und eine Datei schreiben, die die IP-Adresse des Servers enthält. Das pi tut dies auch beim Start und schreibt den Port, auf den es lauscht. Hier werde ich nur einige Beispiele aus dem Code geben, aber er kann in diesem Schritt und in dem von mir erstellten Github-Zweig heruntergeladen werden. Details später.

Es funktioniert so:

1. RPi startet.
2. RPi startet das TCP-Programm auf seiner lokalen IP und einem bestimmten Port.
3. RPI beginnt mit dem Videostreaming
4. RPI wird heruntergefahren.

Schritt 8:Physisches Training

Jetzt sind wir bereit, das Ganze physisch aufzubauen. Wenn Sie Schritt 1 (Warntext und Lizenzierung) nicht gelesen haben, tun Sie dies bitte, bevor Sie fortfahren. Ich übernehme keine Verantwortung für verursachte Schäden. Und im Zweifelsfall darf dieser Roboter nicht für militärische Zwecke eingesetzt werden, es sei denn, es handelt sich um eine Zombie-Apokalypse. Und selbst dann den gesunden Menschenverstand verwenden.

Es wird empfohlen, dass Sie die instructables in der Leseliste lesen.

Laden Sie das Verbindungsschema im Schritt "Verbindungen" herunter.

MOTOREN

Die Motoren, die Sie gekauft haben, sehen wahrscheinlich so aus, und es ist in Ordnung, wenn sie es nicht tun:Wenn sie nur zwei Drähte haben (in den meisten Fällen schwarz und rot), sollte es funktionieren. Schlagen Sie im Datenblatt online nach, um die Betriebsspannung und den Strom zu sehen. Stellen Sie gerne Fragen im Kommentarbereich. Ich lese sie immer.

H-BRÜCKE

Ich habe noch nie mit einer H-Brücke gearbeitet. Ich googelte ein bisschen und fand eine gute Anleitung, die die Prinzipien eines HB erklärt. Sie können auch dort nachsehen (siehe Schritt Leseliste) und auch Ihren Haken setzen. Ich werde nicht viel erklären. Sie können dort lesen und wissen alles, was Sie über diese Schaltung wissen sollten.

LED

Diese kleine Glühbirne kann mit logischer Spannung betrieben werden, nur weil sie fast keinen Strom benötigt und eine Spannung von 3V-5V 4mA-18mA hat. Optional.

ARDUINO

Arduino erhält Signale und Befehle über eine serielle Verbindung vom Raspberry Pi. Wir verwenden Arduino zur Steuerung unserer Motoren, da Raspberry Pi keine Analogwerte über den GPIO ausgeben kann.

Für weitere Details:Bauen Sie Ihren internetgesteuerten Video-Streaming-Roboter mit Arduino und Raspberry Pi