Ang Arduino at Raspberry Pi Powered Pet Monitoring System: 19 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Kamakailan lamang habang nasa bakasyon, napagtanto namin ang kawalan ng koneksyon sa aming alaga na si Beagle. Matapos ang ilang pagsasaliksik, nakakita kami ng mga produktong nagtatampok ng isang static camera na pinapayagan ang isa na subaybayan at makipag-usap sa alaga ng isang tao. Ang mga sistemang ito ay may ilang mga pakinabang ngunit walang kakayahang magamit sa maraming kaalaman. Halimbawa, ang bawat silid ay nangangailangan ng isang yunit upang subaybayan ang iyong alaga sa buong bahay.

Samakatuwid bumuo kami ng isang matatag na robot na maaaring magmaniobra sa paligid ng bahay at maaaring subaybayan ang isang alagang hayop gamit ang lakas ng internet ng mga bagay. Ang isang smartphone app ay dinisenyo upang makipag-ugnay sa iyong alagang hayop sa pamamagitan ng isang live na video feed. Ang tsasis ng robot ay digital na gawa-gawa dahil maraming bahagi ang nilikha gamit ang 3D na pagpi-print at paggupit ng laser. Sa wakas, nagpasya kaming magdagdag ng isang tampok sa bonus na nagpamahagi ng mga paggagamot upang gantimpalaan ang iyong alaga.

Sundin upang lumikha ng iyong sariling sistema ng pagsubaybay sa alaga at maaaring ipasadya pa ito para sa iyong mga kinakailangan. Suriin ang naka-link na video sa itaas upang makita kung ano ang reaksyon ng aming alaga at upang makakuha ng isang mas mahusay na pag-unawa sa robot. Mag-drop ba ng isang boto sa "Robotics Contest" kung gusto mo ang proyekto.

Hakbang 1: Pangkalahatang-ideya ng Disenyo

Upang ma-konsepto ang robot na pagsubaybay sa alaga, una naming dinisenyo ito sa pagsanib 360. Narito ang ilan sa mga tampok nito:

Ang robot ay maaaring makontrol sa pamamagitan ng isang app sa pamamagitan ng internet. Pinapayagan nito ang gumagamit na kumonekta sa robot mula saanman

Ang isang onboard camera na live na nag-stream ng isang video feed sa smartphone ay maaaring makatulong sa gumagamit na maneuver sa paligid ng bahay at makipag-ugnay sa alaga

Isang add-on na mangkok sa paggamot na maaaring gantimpalaan ang iyong alagang hayop mula sa malayuan

Mga bahagi na gawa-gawa ng digital na pinapayagan ang isa na ipasadya ang kanilang robot

Ginamit ang isang Raspberry Pi upang kumonekta sa internet dahil nagtatampok ito ng isang onboard wifi mode

Ginamit ang isang Arduino kasama ang isang kalasag na CNC upang magbigay ng mga utos sa mga stepper motor

Hakbang 2: Kailangan ng Mga Materyales

Narito ang listahan ng lahat ng mga sangkap na kinakailangan upang makagawa ng iyong sariling robot na Arduino at Raspberry Pi-powered pet monitoring robot. Ang lahat ng mga bahagi ay dapat na karaniwang magagamit at madaling hanapin.

Elektroniko:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (nag-flash sa pinakabagong raspbian) x 1
• CNC Shield x 1
• A4988 Stepper Motor Driver x 2
• Picamera x 1
• Ultrasonic Distance Sensor x 1
• 11.1v Lipo Battery x 1
• NEMA 17 Stepper Motor x 2
• 5v UBEC x 1

HARDWARE:

• Mga gulong x 2 (ang mga gulong ginamit namin ay 7cm ang lapad)
• Castor Wheels x 2
• M4 at M3 nut at bolts

Ang kabuuang halaga ng proyektong ito na hindi kasama ang Arduino at Raspberry Pi ay nasa 50 $.

Hakbang 3: Mga Bahaging Digitally Fabricated

Ang ilan sa mga bahagi na ginamit namin sa proyektong ito ay dapat na pasadyang gawin. Ang mga ito ay unang na-modelo sa Fusion 360 at pagkatapos ay ginawa gamit ang isang 3D printer at isang laser cutter. Ang mga naka-print na bahagi ng 3D ay hindi nagdadala ng labis na pagkarga kaya mahusay ang karaniwang PLA na may 20% infill. Nasa ibaba ang isang listahan ng lahat ng mga 3D na naka-print at laser-cut na bahagi:

Mga Naka-print na Bahaging 3D:

• Hawak ng Stepper x 2
• Mount System ng Pangitain x 1
• Standoff ng Elektronikong x 4
• Vertical Spacer x 4
• Pagpapalakas ng Chassis x 2
• Tratuhin ang Bowl Lid x 1
• Tratuhin ang Bowl x 1
• Rear Stepper Mount x 1
• Paikot-ikot na Disc x 1

Mga Bahagi ng Lasercut:

• Ibabang Panel x 1
• Nangungunang Panel x 1

Ang isang naka-zip na folder na naglalaman ng lahat ng mga STL at mga file ng paggupit ng laser ay maaaring matagpuan na nakakabit sa ibaba.

Hakbang 4: Pag-attach sa Stepper Motor

Kapag ang lahat ng mga bahagi ay naka-print sa 3D, simulan ang pagpupulong sa pamamagitan ng pag-mount ng stepper motor sa may hawak ng stepper. Ang may-ari ng stepper motor na aming dinisenyo ay inilaan para sa modelo ng NEMA 17 (kung gumagamit ang isa ng iba't ibang mga stepper mangangailangan ito ng ibang mount). Ipasa ang baras ng motor sa butas at i-secure ang motor sa lugar gamit ang mga mounting screw. Kapag tapos na ang parehong mga motor ay dapat na ligtas na gaganapin sa mga may hawak.

Hakbang 5: Pag-mount ng Steppers sa Ibabang Panel

Upang mai-mount ang mga may hawak sa panel na nasa ilalim ng laser na ginamit namin ang M4 bolts. Bago i-secure ang mga ito sa mga mani, idagdag ang mga naka-print na 3D na chassis pampalakas piraso at pagkatapos ay i-fasten ang mga mani. Ginagamit ang mga strips upang ipamahagi nang pantay-pantay ang pagkarga sa acrylic panel.

Panghuli, ipasa ang mga wire sa pamamagitan ng kani-kanilang mga puwang na ibinigay sa panel. Siguraduhin na hilahin ang mga ito sa lahat ng paraan upang maiwasan na ma-enggulong sa mga gulong.

Hakbang 6: Pagkasya sa Mga Gulong

Ang panel ng acrylic ay may dalawang mga seksyon na gupitin upang magkasya sa mga gulong. Ang mga gulong ginamit namin ay 7cms ang lapad at may itinakdang mga turnilyo na nakakabit sa 5mm stepper shafts. Siguraduhin na ang gulong ay na-secure nang maayos at hindi nadulas sa baras.

Hakbang 7: Front at Back Castor Wheels

Upang pahintulutan ang chassis na gumalaw nang maayos, nagpasya kaming ilagay ang mga gulong ng caster sa harap at likod ng robot. Hindi lamang nito pinipigilan ang robot na magtabi ngunit pinapayagan din nito ang tsasis na malayang mag-swivel sa anumang direksyon. Ang mga gulong ng Caster ay may lahat ng laki, partikular ang sa amin ay may isang solong pivoting screw na na-mount namin sa base at ginamit ang 3d naka-print na spacer upang ayusin ang taas upang ang robot ay perpektong pahalang. Sa pamamagitan nito ang batayan ng chassis ay kumpleto at may mahusay na katatagan.

Hakbang 8: Elektronika

Kapag ang base ng tsasis ay ganap na tipunin, oras na upang mai-mount ang mga electronics sa acrylic panel. Gumawa kami ng mga butas sa panel ng acrylic na nakahanay sa mga tumataas na butas ng Arduino at ng Raspberry Pi. Gamit ang mga naka-print na standoff ng 3D naitaas namin nang bahagya ang mga electronics sa itaas ng mga acrylic panel upang ang lahat ng labis na mga kable ay maaaring maitabi nang maayos sa ilalim. I-mount ang Arduino at ang Raspberry Pi sa kanilang kaukulang mga lokasyon sa pag-mount gamit ang M3 nut at bolts. Kapag ang Arduino ay naayos na ikabit ang kalasag ng CNC sa Arduino at ikonekta ang mga stepper wire sa sumusunod na pagsasaayos.

• Kaliwang stepper sa port ng X-axis ng Shield ng cnc
• Tamang stepper sa port ng Y-axis ng Shield ng kalasag

Gamit ang mga stepper motor na nakakabit, ikonekta ang Arduino sa Raspberry Pi gamit ang USB cable ng Arduino. Sa paglaon ang Raspberry Pi at Arduino ay makikipag-usap sa pamamagitan ng cable na ito.

Tandaan: Ang harap ng robot ay ang gilid sa Raspberry Pi

Hakbang 9: Sistema ng Paningin

Ang pangunahing input ng kapaligiran para sa aming robot ng pagsubaybay sa alaga ay ang pangitain. Napagpasyahan naming gamitin ang Picamera na katugma sa Raspberry Pi upang pakainin ang isang live stream sa gumagamit sa pamamagitan ng internet. Gumamit din kami ng isang ultrasonic distansya sensor upang maiwasan ang mga hadlang kapag ang robot ay gumagana nang autonomiya. Ang parehong mga sensor ay nakakabit sa isang may hawak sa tulong ng mga turnilyo.

Ang mga puwang ng Picamera sa itinalagang port nito sa Raspberry Pi at ikonekta ang ultrasonic sensor sa sumusunod na pamamaraan:

• Ultrasonic Sensor VCC sa 5v rail sa kalasag ng CNC
• Ang Ultrasonic Sensor GND sa GND rail sa kalasag ng CNC
• Ultrasonic Sensor TRIG to X + end stop pin sa panangga ng CNC
• Ultrasonic Sensor ECHO hanggang Y + end stop pin sa panangga ng CNC

Hakbang 10: Nangungunang Panel Assembly

Sa likuran ng robot ay naka-mount ang takip ng sistema ng pagbubukas para sa mangkok ng paggamot. Ikabit ang mini stepper motor sa likuran ng may-ari ng bahagi at i-mount ang parehong sistema ng paningin at ang paikot-ikot na sistema na may M3 bolts sa tuktok na panel. Tulad ng nabanggit siguraduhing mai-mount ang paningin sa harap at ang paikot-ikot na sistema sa likuran na may ibinigay na dalawang butas.

Hakbang 11: Nangungunang Panel Assembly

Nag-print kami ng 3d ng mga patayong spacer upang suportahan ang tuktok na panel sa tamang taas. Magsimula sa pamamagitan ng paglakip ng apat na spacer sa ilalim ng panel upang bumuo ng isang "X". Pagkatapos ay ilagay ang tuktok na panel gamit ang bow bow na tinitiyak na ang kanilang mga butas ay nakahanay at sa wakas ay i-secure din ito sa mga spacer.

Hakbang 12: Mekanismo sa Pagbubukas ng Lid

Upang makontrol ang takip sa mangkok ng paggamot, gumamit kami ng isang mas maliit na stepper motor upang i-wind ang isang nylon string na nakakabit sa talukap ng mata, hinihila ito bukas. Bago ilakip ang takip ipasa ang string sa butas ng 2mm sa takip at gumawa ng isang buhol sa panloob na bahagi. Pagkatapos ay i-cut ang kabilang dulo ng string at idulas ito sa mga butas na ibinigay sa paikot-ikot na disc. Itulak ang disc sa stepper pagkatapos ay hilahin ang string hanggang sa ito ay taut. Kapag tapos na snip ang labis at itali ang isang buhol. Panghuli gamit ang isang bolt at nut idikit ang takip sa mangkok at siguraduhin na ang mga ito ay pivots. Ngayon habang umiikot ang stepper ang string ay dapat na wind sa disc at ang takip ay dapat unti-unting buksan.

Hakbang 13: Pag-set up ng Cloud Database

Ang unang hakbang ay upang lumikha ng isang database para sa system upang maaari kang makipag-usap sa robot mula sa iyong mobile app mula sa kahit saan sa mundo. Mag-click sa sumusunod na link (Google firebase), na hahantong sa iyo sa website ng Firebase (kakailanganin kang mag-log in sa iyong Google account). Mag-click sa pindutang "Magsimula" na magdadala sa iyo sa firebase console. Pagkatapos ay lumikha ng isang bagong proyekto sa pamamagitan ng pag-click sa pindutang "Magdagdag ng Project", punan ang mga kinakailangan (pangalan, detalye, atbp) at kumpletuhin sa pamamagitan ng pag-click sa pindutang "Lumikha ng Proyekto".

Kinakailangan lamang namin ang mga tool sa database ng Firebase, kaya piliin ang "database" mula sa menu sa kaliwang bahagi. Susunod na pag-click sa pindutang "Lumikha ng Database", piliin ang pagpipiliang "test mode". Susunod na itakda ang database sa isang "realtime database" sa halip na ang "cloud firestore" sa pamamagitan ng pag-click sa drop-down na menu sa itaas. Piliin ang tab na "mga panuntunan" at palitan ang "maling" gawing "totoo", sa wakas mag-click sa tab na "data" at kopyahin ang database URL, kakailanganin ito sa paglaon.

Ang huling bagay na kakailanganin mong gawin ay mag-click sa icon na gear sa tabi ng pangkalahatang ideya ng proyekto, pagkatapos ay sa "mga setting ng proyekto", pagkatapos ay piliin ang tab na "mga account ng serbisyo", sa wakas ay mag-click sa "Mga Lihim ng Database" at itala ang seguridad code ng iyong database. Sa kumpletong hakbang na ito, matagumpay mong nilikha ang iyong cloud database na maaaring ma-access mula sa iyong smartphone at mula sa Raspberry Pi. (Gamitin ang mga larawan na nakakabit sa itaas kung sakaling may anumang pagdududa, o i-drop lamang ng isang katanungan sa seksyon ng komento)

Hakbang 14: Paglikha ng Mobile App

Ang susunod na bahagi ng system ng IoT ay ang application ng smartphone. Napagpasyahan naming gamitin ang MIT App Inventor upang makagawa ng aming sariling pasadyang app. Upang magamit ang app na nilikha namin unang buksan ang sumusunod na link (MIT App Inventor), na hahantong sa iyo sa kanilang webpage. Susunod na pag-click sa "lumikha ng mga app" patungo sa tuktok ng screen, pagkatapos ay mag-log in gamit ang iyong Google account.

I-download ang.aia file na naka-link sa ibaba. Buksan ang tab na "mga proyekto" at mag-click sa "I-import ang proyekto (.aia) mula sa aking computer" susunod na piliin ang file na na-download mo lamang at i-click ang "ok". Sa window ng mga bahagi, mag-scroll hanggang sa makita mo ang "FirebaseDB1", mag-click dito at baguhin ang "FirebaseToken", "FirebaseURL" sa mga halagang itinago mo ang isang tala sa nakaraang hakbang. Kapag kumpleto na ang mga hakbang na ito handa ka nang mag-download at mag-install ng app. Maaari mong i-download ang app nang direkta sa iyong telepono sa pamamagitan ng pag-click sa tab na "Build" at pag-click sa "App (magbigay ng QR code para sa.apk)" pagkatapos ay i-scan ang QR code sa iyong smartphone o pag-click sa "App (i-save.apk sa aking computer) "mai-download mo ang file ng apk papunta sa iyong computer kung alin ang maaaring maglipat sa iyong smartphone.

Hakbang 15: Programming ang Raspberry Pi

Ginamit ang Raspberry Pi para sa dalawang pangunahing kadahilanan.

1. Nagpapadala ito ng isang live na stream ng video mula sa robot patungo sa isang web server. Ang stream na ito ay maaaring matingnan ng gumagamit gamit ang mobile app.
2. Binabasa nito ang mga na-update na utos sa firebase database at itinuturo sa Arduino na gawin ang mga kinakailangang gawain.

Para sa pag-set up ng Raspberry Pi sa live-stream, mayroon nang detalyadong tutorial at matatagpuan dito. Ang mga tagubilin ay kumukulo sa tatlong simpleng mga utos. Lumipat sa Raspberry Pi at buksan ang terminal at ipasok ang mga sumusunod na utos.

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

Kapag nakumpleto na ang pag-install, i-restart ang Pi at dapat mong ma-access ang stream sa pamamagitan ng paghahanap sa https:// IP address ng iyong Pi sa anumang web browser.

Sa set up ng live streaming, kakailanganin mong mag-download at mag-install ng ilang mga aklatan upang magamit ang cloud database. Buksan ang isang terminal sa iyong Pi at ipasok ang mga sumusunod na utos:

• sudo pip install kahilingan == 1.1.0
• sudo pip install python-firebase

Panghuli, i-download ang python file na nakakabit sa ibaba at i-save ito sa iyong Raspberry Pi. Sa ika-apat na linya ng code baguhin ang COM port sa port na konektado ang Arduino. Susunod, palitan ang URL sa linya 8 sa firebase URL na pinag-ingat mo nang mas maaga. Panghuli, patakbuhin ang programa sa pamamagitan ng terminal. Kinukuha ng program na ito ang mga utos mula sa cloud database at ipinapasa ito sa Arduino sa pamamagitan ng serial connection.

Hakbang 16: Programming ang Arduino

Ginamit ang Arduino upang bigyang kahulugan ang mga utos mula sa Pi at itinuturo sa mga actuator sa robot upang maisagawa ang mga kinakailangang gawain. I-download ang Arduino code na nakakabit sa ibaba at i-upload ito sa Arduino. Kapag na-program ang Arduino, ikonekta ito sa isa sa mga USB port ng Pi gamit ang nakalaang USB cable.

Hakbang 17: Pagpapatakbo ng System

Ang robot ay papatakbo mula sa isang 3 cell lipo na baterya. Ang mga terminal ng baterya ay kailangang hatiin sa dalawa, kung saan ang isa ay dumidiretso sa kalasag ng CNC upang mapagana ang mga motor, habang ang iba ay nakakakonekta sa 5v UBEC, na lumikha ng isang matatag na linya ng kuryente na 5v na gagamitin upang mapatakbo ang Raspberry Pi sa pamamagitan ng ang mga GPIO pin. Ang 5v mula sa UBEC ay konektado sa 5v pin ng Raspberry Pi at ang GND mula sa UBEC ay konektado sa GND pin sa Pi.

Hakbang 18: Paggamit ng App

Pinapayagan ng interface ng app ang isa na makontrol ang monitoring robot pati na rin ang mag-stream ng live na feed mula sa onboard camera. Upang kumonekta sa iyong robot tiyaking mayroon kang isang matatag na koneksyon sa internet at pagkatapos ay i-type lamang ang IP address ng Raspberry Pi sa ibinigay na textbox at i-click ang pindutan ng pag-update. Kapag tapos na, lilitaw ang live na feed sa iyong screen at dapat mong makontrol ang iba't ibang mga pag-andar ng robot.

Hakbang 19: Handa nang Sumubok

Ngayon na ang iyong robot ng pagsubaybay sa alagang hayop ay kumpleto na naipon ng isang tao ay maaaring punan ang mangkok ng ilang mga paggamot sa aso. Buksan ang app, ikonekta ang camera at magsaya! Kasalukuyan kaming naglalaro kasama ang rover at ang aming Beagle at nakakuha kami ng mga nakakatawang sandali.

Sa sandaling nalampasan ng aso ang paunang takot sa gumagalaw na bagay na ito, hinabol nito ang bot sa paligid ng bahay para sa mga paggagamot. Nagbibigay ang onboard camera ng isang mahusay na malawak na anggulo ng pagtingin sa mga paligid na ginagawang madali upang maneuver.

Mayroong puwang para sa pagpapabuti upang mas mahusay itong gumana sa totoong mundo. Sinabi nito, lumikha kami ng isang matatag na sistema, kung saan ang isa ay maaaring karagdagang bumuo at mapalawak. Kung nagustuhan mo ang proyektong ito ihulog ang isang boto para sa amin sa "Robotics Contest"

Maligayang Paggawa!

Pangalawang Gantimpala sa Paligsahan sa Robotics