Rover

Rover Einfach zu starten, aber unendlich erweiterbar.Es gibt etwas über Roboter, das meine Fantasie beflügelt hat, seit ich denken kann. Sie sind meine Komfortzone, wenn ich mich auf neue Maker-Abenteuer begebe; Sobald ich das Projekt „Blinking LED“ hinter mir habe, ist ein einfacher Roboter immer mein Projekt, wenn ich eine neue Plattform oder Technologie erlerne.

Als ich mich entschied, Windows IoT Core auszuprobieren, war dieses Projekt natürlich mein Ausgangspunkt. Der Rover ist ein einfacher Roboter, also ein guter Ausgangspunkt, aber auch unendlich erweiterbar.

Bei diesem ersten Rover-Projekt entsteht ein kleiner Roboter, der von alleine durch Ihr Wohnzimmer läuft. Es fährt einfach geradeaus, bis es ein Objekt erkennt, das seinen Weg blockiert. An diesem Punkt wendet es, bis es einen freien Weg findet und dann wieder seine volle Geschwindigkeit voraus. Das Herz des Rovers ist ein Raspberry Pi mit Windows 10 IoT Core. Die beiden Motoren werden über eine duale H-Brücken-Motorsteuerung angetrieben und ein Ultraschall-Abstandssensor dient zur Erkennung von Hindernissen. Der Rover kann auf jedem rollenden Chassis aufgebaut werden; Ich habe ein kostengünstiges Produkt ausgewählt, das bei einer Vielzahl von Einzelhändlern auf der ganzen Welt erhältlich ist.

Dies ist ein Anfängerprojekt und es sind keine fortgeschrittenen Software- oder Hardwarekenntnisse erforderlich. Ohne die Voraussetzungen kann dieses Projekt in 1,5 bis 2 Stunden abgeschlossen werden, wenn Sie über Arduino- oder ähnliche Mikrocontroller-Erfahrung verfügen. Wenn dies Ihr allererstes Elektronikprojekt ist, empfehle ich Ihnen, ein paar Stunden damit zu verbringen, sich ein paar einführende Arduino- und Raspberry Pi-Videos anzusehen, bevor Sie beginnen.

Ich muss noch einige Verbesserungen vornehmen:

• Lichtabhängiger Widerstand und LEDs für Scheinwerfer.

• Code zum Nachahmen eines PWM-Signals an den digitalen GPIO-Pins, um die Geschwindigkeit des Rovers anzupassen.

• 3D-Druck einer Karosserie, um die gesamte Elektronik zu verbergen (vielleicht auch ein Chassis drucken).

Wenn Sie eine dieser Verbesserungen ausprobieren oder andere, die Ihnen einfallen, hinterlassen Sie bitte einen Kommentar und lassen Sie mich wissen, wie es gelaufen ist.

Hier sind einige Online-Ressourcen, die mir im Verlauf dieses Projekts sehr hilfreich waren:

• Microsoft Windows Dev Center for IoT enthält eine sehr gute Schritt-für-Schritt-Anleitung für die ersten Schritte mit Windows 10 IoT Core.

• ModMyPi-Blogpost zur Verwendung eines Ultraschall-Distanzsensors mit dem Raspberry Pi

Voraussetzungen

1. Holen Sie sich Windows 10 IoT Core auf Ihrem Raspberry Pi 2 (Anleitung hier).

2. Laufen Sie Windows 10 und Visual Studio 2015 auf Ihrem PC (Anleitung hier).

3. Stellen Sie eine einfache Windows-App auf dem Raspberry Pi bereit, um sicherzustellen, dass alles funktioniert (Anleitung hier).

Hinweis:Es dauert 2-3 Stunden, um die Voraussetzungen zu erfüllen, aber die meiste Zeit ist unbeaufsichtigt.

Was Sie brauchen

Teile:

1. Raspberry Pi 2 und Standardzubehör:5 V 2 A Netzteil, 8 GB Klasse 10-Micro-SD-Karte, Hülle und Netzwerkkabel
2. Überbrückungskabel – sowohl männlich/männlich als auch männlich/weiblich
3. Mini-Steckbrett
4. Roboter-Chassis-Kit mit Basis, Motoren und Rädern
5. L298N-Motorsteuerung
6. HC-SR04 Ultraschall-Distanzsensor
7. 1k und 2,2k Ohm Widerstand
8. LM2577 DC-DC einstellbares Aufwärts-Leistungswandlermodul
9. 3 x 1,5-V-AA-Batteriehalter
10. Optional: 4 x 1,5 V AA-Batteriehalter mit Ein-/Ausschalter und Abdeckung
11. Optional:Doppelseitiges Klebeband oder Klett- oder Gummibänder

Tools:

1. Multimeter

2. #1 Kreuzschlitzschraubendreher

3. kleine Spitzzange

4. Optional:Abisolierzange

5. Optional:Lötkolben

6. Optional:Isolierband

Referenzen:

Raspberry Pi 2 Pinbelegung

Projektanleitung

Schritt 1:Zusammenbau des Roboterchassis

Zeit :30 Minuten

Tools :#1 Kreuzschlitzschraubendreher; Lötkolben oder Elektroband; optionale Abisolierzange

Teile :Roboter-Chassis-Kit; optional 4 x AA Batteriehalter mit Ein-/Ausschalter

Es gibt mehrere Roboter-Kits auf dem Markt, die mit diesem Projekt funktionieren. Sie brauchen nur einen Bausatz mit zwei angetriebenen Rädern und einem dritten zum Ausgleich. Befolgen Sie die Anweisungen, die mit Ihrem Roboter-Chassis-Kit geliefert wurden, um die Grundplatte, die Motoren und die Räder zu montieren. Ich habe ein YouTube-Video gefunden, das den Zusammenbau eines Roboterbausatzes zeigt, der dem von mir verwendeten sehr ähnlich ist.

Wenn Sie einen Lötkolben haben, löten Sie die mitgelieferten Drähte an die Motoren. Wenn Sie keinen Lötkolben haben, können Sie einfach die freiliegenden Drahtenden biegen und an den Motorklemmen einhaken und dann elektrisches Klebeband um beide Draht- / Klemmenverbindungen am Motor wickeln, um sie zu sichern.

Tipp:Ich verlege die Motorkabel durch die Löcher in der Basis, damit sie nicht von den Rädern hängen bleiben.

Anstatt den 4 x AA-Batteriehalter zu verwenden, der mit dem Roboter-Kit geliefert wurde, habe ich einen anderen mit einer Abdeckung und einem Ein-/Aus-Schalter verwendet. Dies ist ein optionaler Ersatz, da er die Leistung oder Funktionalität des Roboters überhaupt nicht ändert. Ich mag einfach die Bequemlichkeit, die Stromversorgung der Motoren mit dem in den Batteriehalter integrierten Schalter einfach auszuschalten. Da ich den Raspberry Pi direkt auf dem Batteriehalter montiere, ist es etwas schwieriger, einen Akku zu entfernen, um die Stromversorgung der Motoren zu unterbrechen.

Das Batteriefach kann auf verschiedene Weise an der Basis befestigt werden. Wenn der Robotersockel Löcher hat, die mit den Löchern im Batteriefach übereinstimmen, und Sie die richtigen Schrauben haben, können Sie das Gehäuse mit dem Sockel verschrauben. Verwenden Sie andernfalls Klettverschluss, doppelseitiges Klebeband oder Gummibänder. Ich habe Gummibänder verwendet und sie haben gut funktioniert. Ich habe das Gehäuse in der Mitte der Basis montiert, um den Schwerpunkt nahe am Mittelpunkt der Basis zu halten.

Schritt 2:Verdrahten des L298N-Motortreibers

Zeit :20 Minuten

Tools :#1 Kreuzschlitzschraubendreher; kleine Spitzzange

Teile :L298N-Motortreiber; Überbrückungsdrähte

Mit dem L298N-Motortreiber können Sie die Motoren mit einer Handvoll GPIO-Pins vorwärts UND rückwärts drehen. Verbinden Sie zuerst die beiden Drähte, die Sie im vorherigen Schritt an jedem Motor befestigt haben, an ein Paar Motorklemmen – das rote und schwarze Kabel von einem Motor an 'Motor A' und das rote und schwarze Kabel vom anderen Motor an 'Motor B' . Die Polarität ist nicht wichtig und Sie können die Reihenfolge der Drähte später jederzeit ändern, wenn sich Ihr Motor beim Bereitstellen Ihres Codes in die falsche Richtung dreht. Als nächstes verbinden Sie die Drähte des 4 x AA-Batteriehalters mit den Stromanschlüssen – rot an +12V-Eingang und schwarz an Masse; die 4 AA-Batterien sind die Stromquelle für die Motoren. Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie ein Kabel vom Masseanschluss des L298N zu einem GND GPIO-Pin des Raspberry Pi (Pin 6) führen.

Der L298N wurde entwickelt, um eine einzige Stromquelle für die Motoren und den Mikrocontroller/Computer zu unterstützen. Die volle Spannung von der Stromquelle wird an die Motoren geleitet. Gleichzeitig wird die Spannung aus der Stromquelle für den Mikrocontroller / Computer auf 5V gewandelt und geregelt und über den +5V Anschluss am Powerblock zugeführt. Bei früheren motororientierten Projekten habe ich jedoch zu große Schwankungen in der Leistung der 5-V-Versorgung des L298N festgestellt – d. Darüber hinaus habe ich auch ohne laufende Motoren nur 4,35 V von der 5-V-Versorgung gemessen. In Wirklichkeit reichte das zwar aus, um den Raspberry Pi mit Strom zu versorgen (obwohl die Spezifikation des Raspberry Pi unter der erforderlichen Mindestspannung liegt), wollte ich kein Risiko eingehen – es macht keinen Spaß, inkonsistentem Verhalten des Raspberry Pi nachzujagen vor allem, wenn es an sehr kleinen Spannungsänderungen liegen könnte. Daher habe ich mich für dieses Projekt entschieden, zwei Stromquellen zu verwenden – eine für die Motoren und eine für den Raspberry Pi. Früher in diesem Schritt haben wir die 4 AA-Batterien an den +12-V-Anschluss angeschlossen, um die Motoren mit Strom zu versorgen. Im nächsten Schritt schließen wir die 3 AA-Batterien an, um den Raspberry Pi mit Strom zu versorgen.

Aber während wir den L298N einrichten, werden wir weitermachen und die Stromversorgung vom Raspberry Pi mit dem L298N verbinden. Entfernen Sie zuerst den physischen Jumper – auf dem Foto mit „5v enable“ beschriftet – vom L298N. Dadurch wird die Motorsteuerungslogik so eingestellt, dass sie vom Raspberry Pi über den +5-V-Anschluss am Stromblock und nicht von der an den +12-V-Anschluss angeschlossenen Stromquelle mit Strom versorgt wird.

Wichtig:Stellen Sie sicher, dass Sie den physischen 5-V-Aktivierungs-Jumper am L298N entfernen. Wenn Sie dies nicht tun, gibt der L298N eine Variable von 4-5 V über den +5 V-Anschluss aus, was zu Leistungsproblemen mit dem Raspberry Pi führen kann.

Leider hat der Raspberry Pi nur zwei 5V Pins und ich benötige drei für dieses Projekt. Also beschloss ich, eine Stromschiene auf meinem Steckbrett zu erstellen – verwenden Sie die miteinander verbundene Reihe auf dem Steckbrett, um den Strom vom Raspberry Pi zu verteilen. Um die Stromschiene zu erstellen, verbinden Sie ein weibliches / männliches Überbrückungskabel vom Pin 2 des Raspberry Pi (ein 5-V-Pin) mit einer unbenutzten Reihe auf dem Steckbrett (ich verwende normalerweise die erste oder letzte Reihe). Jetzt können die 5V vom Raspberry Pi über das Projekt verteilt werden, indem man sie in dieselbe Reihe auf dem Steckbrett einsteckt. Verwenden Sie ein männliches / männliches Überbrückungskabel, um den +5-V-Anschluss des L298N mit der Stromschiene zu verbinden.

Die letzten erforderlichen Verbindungen bestehen darin, 4 GPIO-Pins vom Raspberry Pi mit den 4 Motoreingangspins des L298N zu verbinden. IN1 und IN2 steuern die Drehrichtung von Motor A und IN3 und IN4 steuern die Drehrichtung von Motor B. Lassen Sie die Jumper am L298N, die an den beiden Sätzen von Motoraktivierungsstiften – ENA und ENB – angebracht sind, in Position. Meine Verbindungen sind wie folgt:

                IN1 -> GPIO 27 / physisch 13

                IN2 -> GPIO 22 / physisch 15

                IN3 -> GPIO 5 / physisch 29

                IN4 -> GPIO 6 / physisch 31

Jetzt sollten Ihre Verbindungen mit diesem Diagramm übereinstimmen:

Schritt 3:Verdrahten des DC-DC-Aufwärtswandlers

Zeit :20 Minuten

Tools :Multimeter; Lötkolben oder Elektroband; optionale Abisolierzange

Teile :DC-DC-Aufwärtswandler; 3 x AA-Batteriehalter; Überbrückungsdrähte

Wie in Schritt 2 erwähnt, habe ich mich entschieden, separate Stromquellen für den Raspberry Pi und die Motoren zu verwenden. Leider unterstützt der Raspberry Pi keinen großen Eingangsleistungsbereich – 3 AA-Batterien würden nicht ausreichen und 4 wären zu viel – Sie müssen also etwas zwischen Ihrem Akku und dem Raspberry Pi verwenden, um konstante 5 V auszugeben. Um die Last nach Möglichkeit zu verringern, habe ich mich für 3 AA-Batterien anstelle von 4 entschieden. Der DC-DC-Aufwärtswandler kann den 4,5-V-Eingang von den 3 AA-Batterien aufnehmen und kann 5 V für den Raspberry Pi ausgeben .

Entweder die roten und schwarzen Drähte des 3 x AA Batteriehalters an die In+ und In- Lötpads des DC-Wandlers anlöten oder, für diejenigen ohne Lötkolben, die Enden der Drähte einhaken in die Lötpads – auf dem Foto mit „Power input from battery“ beschriftet – und wickeln Sie das Isolierband einige Male um sie. Legen Sie drei Batterien in den Halter und messen Sie mit Ihrem Multimeter die Gleichspannung aus dem DC-Wandler. Verwenden Sie das eingebaute Potentiometer des Wandlers, um einen Ausgang von 5 V „einzuwählen“.

Wichtig:Stellen Sie sicher, dass der Ausgang des DC-Wandlers auf 5 V eingestellt ist, bevor Sie ihn an den Raspberry Pi anschließen. Out-of-the-box ist die Leistung des Konverters in der Regel viel höher – hoch genug, um den Raspberry Pi zu beschädigen.

Schließlich verbinden Sie den Ausgang des DC-Wandlers mit dem Raspberry Pi. Mit den Abisolierzangen habe ich die männlichen Enden von zwei männlichen / weiblichen Jumpern abgeschnitten, ein wenig isoliert, den freiliegenden Draht verzinnt und sie an Out+ (roter Jumper) und Out- (schwarzer Jumper) gelötet. Alternativ können Sie die freiliegenden Drahtlitzen verdrillen, in die Lötpads des DC-Wandlers einhaken und mit Klebeband versehen. Verbinden Sie die weiblichen Enden der Jumper mit einem 5V-Pin (roter Draht an Pin 4) und GND-Pin (schwarzer Draht an Pin 14) auf dem Raspberry Pi.

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Aktuelles Projekt / Beitrag kann auch gefunden werden mit:

• Rover Himbeer-Pi