Raspberry Pi 3 FPV Lego Tank: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Lego rất phù hợp để dạy trẻ em về cách mọi thứ hoạt động đồng thời cho phép chúng vui chơi cùng lúc. Tôi biết tôi luôn thích "chơi" với lego khi tôi còn nhỏ. Tài liệu hướng dẫn này mô tả cách tôi xây dựng bể FPV (Chế độ xem người thứ nhất) từ lego và Raspberry Pi 3 (Raspi 3). Tôi đã cố gắng giữ cho nó đơn giản nhất có thể, chỉ có bước mà bạn điều chỉnh các động cơ để hoạt động với lego đòi hỏi công cụ và một chút kỹ năng.

Về cơ bản xe tăng sử dụng hai động cơ, vì vậy nếu bạn không muốn có một chiếc xe tăng, bạn có thể chế tạo một loại rô bốt kiểu Romba, cấu tạo sẽ khác nhưng hệ thống dây điện và chương trình sẽ hoàn toàn giống nhau.

### Dự án này về cơ bản là phiên bản 1, vì vậy nếu bạn muốn cải thiện nó (vẫn còn nhiều chỗ để làm), vui lòng để lại nhận xét. Ngoài ra, tất cả mã sẽ có sẵn, trên trang Github của tôi, các liên kết nằm trong các bước

Những thứ bạn sẽ cần:

• Một số Lego, tôi đã sử dụng một chiếc xe tải Lego Technic Arctic Truck mà tôi đã nằm xung quanh. Tuy nhiên, hãy sử dụng trí tưởng tượng của bạn, bộ này có các bài hát và mọi thứ để làm cho chúng hoạt động, vì vậy nó rất tốt cho dự án này.
• Một Raspberry Pi, tôi đã sử dụng Raspberry Pi 3 vì đó là những gì tôi có, nếu bạn có một mô hình khác, bạn có thể làm cho nó hoạt động nhưng các chân GPIO sẽ khác.
• Một thẻ micro SD có cài đặt Raspian cho Raspi 3.
• Một máy ảnh Pi, Adafruit bán một số cũng như các loại cáp ruy-băng khác nhau với nhiều độ dài khác nhau. Một chiếc mỏ được mua từ Aliexpress, nó có ống kính mắt cá và giá rẻ. Bạn có thể sử dụng webcam, nhưng máy ảnh Pi hoạt động tốt.
• Một USB Power Bank để cung cấp năng lượng cho Raspi 3, tôi nghĩ rằng giá của tôi là 8 đô la, 2000 mah của nó nên chạy Raspi 3 trong một thời gian.
• Pin để cung cấp năng lượng cho động cơ, tôi đã sử dụng pin tôi rút ra từ một chiếc ô tô RC giá rẻ, nó là 7,2 volt, 500 mah và có thể sạc lại được nên nó hoạt động khá tốt. Pin 9V sẽ tốt nhưng sau đó bạn cũng sẽ cần một đầu nối.
• Cáp jumper, để kết nối các chân GPIO với nhau, ít nhất 5 chân cái đến cái.
• Bảng điều khiển động cơ L298N, chúng khá rẻ và cho phép bạn điều khiển động cơ riêng biệt. Đây cũng là những tiêu chuẩn khá tốt cho loại ứng dụng này.
• Động cơ hộp số 2 x DC, những cái này từ Adafruit đều tốt, bạn cũng có thể mua chính xác một cái từ Aliexpress

Điều khoản khác

• Băng keo hai mặt xốp
• dây điện
• nhiệt co lại
• băng
• dây thun
• cáp micro USB

Nếu bạn định điều chỉnh động cơ hộp số DC như tôi đã làm thì bạn sẽ cần:

• máy cắt hộp
• dremel với lưỡi cưa tròn
• tập tin nhỏ
• 5 phút epoxy

Bạn cũng sẽ cần PC / máy tính xách tay của riêng mình để điều khiển và lập trình Raspi 3.

Bước 1: Xây dựng xe tăng

Vì vậy, đây không thực sự là hướng dẫn bởi vì bước này thực sự phải là thiết kế của riêng bạn. Tôi sẽ nói về một số điều tôi đã phải cân nhắc khi xây dựng nó, nhưng niềm vui thực sự nằm ở việc tự mình tìm ra (giống như Lego thực tế). Hãy sử dụng những bức ảnh nếu chúng hữu ích, tôi đã mất nhiều thời gian để phát triển thiết kế này, cuối cùng, con đường đơn giản là tốt nhất.

1. Xây dựng trục sau trước

   1. và đảm bảo để lại đủ chỗ cho các động cơ và làm cho chúng đủ rộng để bạn có thể đặt vừa các bộ phận bên trong. Tôi muốn của tôi khá rộng vì tôi muốn mọi thứ nằm bên trong trục, điều này cho phép xe tăng khá thấp để vừa với mọi thứ và đuổi theo con mèo.
   2. Các bánh xe trên đường ray ở đây có một lỗ phù hợp với trục chéo Lego, vì vậy hãy nhớ rằng đây là nơi các động cơ của bạn sẽ gắn vào.
   3. Bạn cần đủ khoảng trống cho đường đua ở phía sau và phía trước. Bạn có thể nhận thấy trong hình 2 rằng các chỉ số "L" không phải là đối xứng, điều này cho phép phòng theo dõi. Ban đầu tôi đã đặt chúng cách ly nhưng theo dõi liên tục cọ xát và có lúc bị kẹt và làm hỏng bộ điều hợp động cơ.

2. Sau khi bạn đã xây dựng các trục, sau đó bạn có thể kết nối chúng

   1. sử dụng các bit dài với các hỗ trợ chéo trong các khoảng thời gian đều đặn. Đảm bảo rằng bạn có khoảng trống giữa các giá đỡ chéo để các thành phần nằm giữa chúng, điều này giúp giữ một cấu hình thấp.
   2. độ dài sẽ được xác định bởi bạn có bao nhiêu bài hát. Đường đua này không có đoạn nào nên cần có một chút chùng xuống. Nếu bạn có rãnh cao su, bạn có thể làm cho nó chặt hơn. Ngoài ra một bánh xe đang chạy cũng là một ý tưởng hay nhưng nhìn chung là không cần thiết.
   3. Bước này rất nhỏ về phía trước và chỉ cần một chút thử nghiệm và sai sót.
3. Về cơ bản, các động cơ được dán bằng băng xốp hai mặt, vì vậy hãy cung cấp một bề mặt lớn để chúng được dán vào.
4. Giá đỡ máy ảnh mà tôi đã làm khá là rác, bạn nên cố gắng và tự làm. Tôi thích nó thấp vì có vẻ như bạn đang di chuyển nhanh trên máy ảnh. Đây sẽ là một nơi tuyệt vời để nâng cấp với một hoặc hai servo để làm cho máy ảnh có thể di chuyển được.

Hy vọng rằng những lưu ý này là hữu ích. Tôi đã xây dựng thứ này trước khi viết hướng dẫn và hơi do dự khi tách nó ra ngay bây giờ. Tôi thực sự tin rằng có thể tạo ra một thiết kế tốt hơn, vì vậy tôi nghĩ rằng sự phát triển của chính bạn sẽ là tốt nhất. Để lại bình luận nếu bạn muốn mình làm thành hướng dẫn đầy đủ, nếu đủ nhu cầu mình sẽ làm.

Bước 2: Động cơ hộp số DC đến Bộ điều hợp Lego

Một lần nữa, tôi đã thực hiện điều này trước khi viết và không chụp bất kỳ bức ảnh nào. Tôi nghĩ rằng có rất nhiều hướng dẫn khác nhau trên mạng có thể thực hiện điều này. Adafruit thực sự có bán một bộ chuyển đổi, đây là cách tốt nhất, ngoài ra bạn không cần phải phá hủy giá đỡ động cơ của mình. Tôi ở NZ mặc dù vậy Adafruit không có sẵn, nhưng DIY thì:-). Đây là những gì tôi đã làm (xin lỗi về sơ đồ xấu):

1. Chuẩn bị tất cả các dụng cụ của bạn, chúng tôi sẽ cắt nhựa, vì vậy việc này sẽ không khó. Tôi đã sử dụng một cặp kính hội thảo vì cá nhân tôi ghét những hạt nhựa nhỏ trên nhãn cầu của tôi. Tôi cũng đã sử dụng một trong những chiếc thớt màu xanh lá cây đó để tôi không làm lộn xộn bàn của mình.
2. Vì vậy, biểu đồ cho thấy một cái nhìn từ trên xuống và bên cạnh. Về cơ bản, màu xám là phần nhỏ màu trắng trên động cơ hộp số DC và màu đỏ là nơi chúng tôi cắt. Màu đỏ ở chế độ xem trên thực tế được cho là mặt cắt của trục chéo Lego. Chúng tôi sẽ loại bỏ vật liệu đó để trục xe vừa khít với bên trong. Hãy thử và cắt cái này càng gần tâm càng tốt và gần như ngay phía dưới. Đầu tiên tôi bắt đầu bằng cách cắt đại khái bằng mũi cưa tròn trên chiếc dremel của mình, sau đó bắt đầu cạo các miếng bằng máy cắt hộp cho đến khi tôi có một kích thước vừa vặn.
3. Một khi bạn đã cắt được bit đó và trục vừa vặn ít nhiều thẳng (nó trông giống như một cái chạc gấp đôi kỳ lạ), bạn có thể sơn epoxy cho trục chéo Lego. Trước khi sơn bất kỳ lớp sơn epoxy nào, hãy đảm bảo rằng bạn dán băng keo lên vỏ màu vàng của động cơ để bạn không dính trục vào vỏ. Trộn đều epoxy 5 phút và phủ một lớp dày lên trên bit trắng và trục chữ thập, chúng tôi đang tìm kiếm một lớp sơn dày 1-2mm. 5 phút epoxy bị dính và không sử dụng được khá nhanh vì vậy hãy làm việc nhanh chóng ở đây.
4. Khi bạn đã sơn lớp phủ ngoài và lớp sơn epoxy không chạy, bạn nên hoàn tất công việc. Nó chạy một chút vì vậy hãy cẩn thận. Khi nó được đặt thành cao su giống như tính nhất quán, bạn có thể dễ dàng cắt bỏ phần epoxy dư thừa, đó là cách tôi có được một đầu phẳng đẹp cho mình.
5. Để khô qua đêm và bạn sẽ có động cơ hộp số Lego DC vào buổi sáng

Bước 3: Nối dây

Hệ thống dây cho dự án này khá đơn giản. Chúng tôi sẽ sử dụng 4 cáp jumper cái đến cái để kết nối các chân GPIO của chúng tôi với bộ điều khiển động cơ L298N và cáp jumper nam sang nữ để kết nối đất của Raspi 3 với mặt đất của bộ điều khiển động cơ L298N. Chúng tôi cũng sẽ sử dụng một số dây để kết nối động cơ với bộ điều khiển động cơ L298N.

Tôi chọn sử dụng kết hợp các chân này trên Raspi vì chúng được nhóm lại với nhau. Mặc dù vậy, hãy thoải mái sử dụng bất kỳ bộ chân GPIO và GND nào. Chỉ cần nhớ thay đổi nó trong mã.

Bạn có thể sử dụng sơ đồ đấu dây hoặc làm theo các bước sau:

Raspi 3 L298N

GND (pin 14) GND

GPIO27 (chân 13) IN1

GPIO22 (chân 15) IN2

GPIO23 (chân 16) IN3

GPIO24 (chân 18) IN4

Đối với các động cơ và cách chúng được gắn kết, tôi đã nối dây chúng theo cách này.

Out2, Out3 âm

Out1, Out4 tích cực

Về cơ bản, tiêu cực hướng về phía sau và tích cực hướng về phía trước. Nếu bạn đi ngược chiều, xe tăng sẽ lái theo hướng ngược lại, điều này rất dễ sửa trong phần mềm.

Bước 4: Lập trình

Vì vậy, đối với bước này, chúng tôi sẽ cần thiết lập một số thứ nếu bạn chưa thiết lập.

• Raspian
• Python 2 hoặc 3
• Git
• MJPG-Streamer

Cài đặt Raspian

Trước tiên, chúng ta cần có Raspian trên thẻ micro SD, vì vậy hãy chuẩn bị sẵn một SD được định dạng tối thiểu 8GB (Bạn cũng có thể cài đặt NOOBS lite nếu bạn chỉ có thẻ 4GB).

Để cài đặt Raspian, tôi khuyên bạn nên sử dụng NOOBS. Liên kết chính thức là ở đây. Tải tệp zip xuống PC của bạn và giải nén tệp vào thẻ sd. Đảm bảo rằng các tệp và thư mục ở đó và không nằm trong thư mục noobs.

Khi bạn đã hoàn thành việc này, hãy cắm thẻ SD vào Raspi 3, kết nối màn hình (TV có HDMI hoạt động tốt nếu bạn không có màn hình) và bàn phím và chuột.

Bạn sẽ thấy tải màn hình cài đặt, kết nối với wifi (wifi là cần thiết để dự án này hoạt động) và cài đặt, tôi chỉ sử dụng cài đặt mặc định vì chúng hoạt động tốt.

Định cấu hình cho chế độ không đầu

Vì vậy, sau khi Raspian được cài đặt và bạn đã đăng nhập vào Raspi 3, bạn có thể bắt đầu định cấu hình Raspi 3 để chạy ở chế độ không sử dụng (tức là sử dụng SSH thay vì màn hình và bàn phím). Chỉ cần một lưu ý là bạn sẽ cần sử dụng sudo vì vậy hãy đảm bảo rằng bạn biết mật khẩu gốc.

Mở một thiết bị đầu cuối và nhập 'sudo raspi-config', bạn sẽ có một màn hình màu xanh và xám như trong hình ảnh. Di chuyển đến 'Tùy chọn giao diện', nhấn enter, sau đó chuyển đến 'P2 SSH', nhấn enter và nhập lại cho 'yes', một lần nữa cho 'ok'.

Bây giờ quay lại 'tùy chọn giao diện' và bật máy ảnh.

Quay lại menu, nhấn phải và enter để chọn 'kết thúc'.

Tiếp theo, chúng ta cần tìm địa chỉ IP của mình, bạn có thể thực hiện việc này bằng cách gõ 'ifconfig' vào thiết bị đầu cuối. Tìm khối bắt đầu bằng wlan0 (thường là khối cuối cùng) và ghi lại địa chỉ IP của bạn. Nó phải ở dòng thứ hai và trông giống như sau 192.168.1. XX nếu bạn đang sử dụng wifi tại nhà của mình.

Tuyệt vời đó là phần cuối của cấu hình

Cài đặt phần mềm bổ sung

Vì vậy, để chạy các tập lệnh mà tôi có, bạn sẽ cần phải cài đặt python 2 hoặc 3. Nếu bạn muốn học python, tôi khuyên bạn nên học python 3, sự khác biệt là nhỏ nhưng python 3 hiện được sử dụng rộng rãi hơn. Nó sẽ được cài đặt sẵn Raspian nhưng chúng ta chỉ nên kiểm tra lại.

Nhập 'python --version', bạn sẽ nhận được đầu ra như 'Python 2.7.13', có nghĩa là bạn đã cài đặt python 2. Để kiểm tra xem bạn có python 3 hay không, chỉ cần nhập 'python3 --version' và bạn sẽ nhận được đầu ra tương tự. Nếu bạn không có python 2 hoặc 3, bạn có thể nhập 'sudo apt-get install python' hoặc 'sudo apt-get install python3', tương ứng.

Bạn cũng sẽ cần Git để lấy mã, một lần nữa, nó phải được cài đặt sẵn. Nhập 'git --version' để kiểm tra và sử dụng 'sudo apt-get install git' nếu bạn không có.

Cài đặt MJPG-Streamer

MJPG-Streamer là một trong những cách tôi có quyền truy cập vào Picamera. Nó cho phép bạn truy cập máy ảnh thông qua trình duyệt và thao tác trên hình ảnh. Nó có lẽ là cách đẹp hơn và dễ dàng hơn để sử dụng máy ảnh nếu bạn không thoải mái với mã.

1. Một lần nữa, chúng tôi sẽ sử dụng Git. Nhập 'git clone https://github.com/jacksonliam/mjpg-streamer.git' vào thiết bị đầu cuối Raspi 3. Phần mềm sẽ được tải xuống, không mất quá nhiều thời gian.
2. Có lẽ điều tốt nhất nên làm lúc này là xem tệp 'README.md' và làm theo hướng dẫn cài đặt. Họ đã làm việc liên tục cho tôi. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, hãy để lại trong phần bình luận và tôi sẽ cố gắng trợ giúp

Sau khi cài đặt, bạn có thể chạy nó. Tôi sẽ đi qua cách tôi làm điều đó dưới đây.

Để tất cả chúng cùng nhau

Tuyệt vời, bây giờ chúng ta đã sẵn sàng để đi. Đảm bảo rằng Raspi 3 của bạn đã được bật nguồn. Trên PC / máy tính xách tay của bạn, mở một thiết bị đầu cuối (Tôi giả sử bạn đang sử dụng Linux hoặc Mac, nếu sử dụng Windows, bạn sẽ phải tải xuống putty. Có rất nhiều hướng dẫn trực tuyến về cách sử dụng cái này, đừng lo lắng, rất dễ dàng) và nhập 'ssh [email protected]. XX (giả sử bạn chưa thay đổi tên người dùng mặc định) hoặc địa chỉ IP của bạn là gì mà chúng tôi đã tìm thấy trước đó. Nhập mật khẩu của bạn (điều này chắc chắn không phải là mặc định). Tuyệt vời, bây giờ bạn đang ở trong một phiên đầu cuối trên Raspi 3 thông qua PC / máy tính xách tay của mình.

Vì vậy, trong terminal gõ 'git clone https://github.com/astrobenhart/Raspi-3-FPV-Lego-T… Việc này sẽ chỉ mất vài giây vì các tệp thực sự nhỏ. Sau đó, bạn có thể điều hướng vào thư mục bằng cách sử dụng 'cd Raspi-3-FPV-Lego-Tank', bây giờ hãy nhập 'ls' và đảm bảo rằng bạn thấy 5 tệp sau: 'demo.py', 'drive.py', 'Picamera_tank. py, 'finish.jpg' và 'README.md'. Đảm bảo bạn xem readme để biết bất kỳ bản cập nhật nào.

demo.py

Tập lệnh py này rất tốt để kiểm tra hệ thống dây điện của bạn đã hoạt động chưa. Nó chỉ trải qua các kết hợp khác nhau của việc điều khiển động cơ tiến và lùi.

sử dụng 'python demo.py' để chạy. Phải mất nửa phút hoặc lâu hơn để hoàn thành.

drive.py

Đây là tập lệnh py mà bạn sẽ chạy để điều khiển xe tăng. Nó thiết lập ánh xạ chân GPIO và tạo độ lệch để di chuyển. Nó cũng bắt các phím bấm để điều khiển xe tăng.

Sử dụng 'python drive.py' để chạy. Chờ một chút, thiết bị đầu cuối của bạn sẽ trống.

sử dụng 'w, a, s, d' để di chuyển và phím cách để dừng. Khi bạn đã sẵn sàng để đóng chương trình, hãy nhấn 'n'.

Picamera_tank.py

Đây là phiên bản streamer cho máy ảnh của tôi. Điều này chỉ chạy với python 3 (tức là sử dụng 'python3 Picamera_tank.py' để chạy). Điều này có thể được chạy trong cửa sổ đầu cuối thứ hai hoặc bạn có thể nhấn ctrl-z và nhập bg để chạy nó ở chế độ nền trên cùng một thiết bị đầu cuối. Cá nhân tôi thích sử dụng một thiết bị đầu cuối riêng biệt.

Bạn không cần phải cài đặt thêm bất cứ thứ gì, nhưng nếu bạn sử dụng pip. Nếu bạn gặp bất kỳ rắc rối nào, hãy để lại bình luận.

Khi điều này đang chạy trên Raspi 3, hãy đăng nhập vào trình duyệt của PC / máy tính xách tay của bạn và truy cập 192.168.1. XX: 8000 (IP mà chúng tôi đã tìm thấy trước đó). Bạn sẽ thấy đầu ra của máy ảnh. Nếu hình ảnh cần được xoay, bạn sẽ cần chỉnh sửa tập lệnh py. Gần dưới cùng là bình luận, bên dưới nhập độ xoay bạn cần. Đối với tôi, đó là 180 khi máy ảnh của tôi bị lộn ngược.

Để chạy MJPG-Streamer

Để chạy MJPG-Streamer, tôi điều hướng đến 'mjpg-streamer / mjpg-streamer-Experiment' và chạy './mjpg_streamer -o "output_http.so -w./www" -i "input_raspicam.so -hf"'.

Khi nó đang chạy, hãy truy cập 192.168.1. XX: 8080 (IP mà chúng tôi đã tìm thấy trước đó) và nhấp vào phát trực tuyến. Hãy thử với các tùy chọn khác, chúng có thể hữu ích cho bạn.

Và đó là nó. Bây giờ bạn sẽ có thể lái xe tăng FPV của riêng bạn đi khắp nơi bạn có thể nhận được wifi của mình. Chúc vui vẻ.

Bước 5: Thành phẩm

Và đây là video về tất cả hoạt động của nó.

Chỉ cần lưu ý rằng tôi đã cắm Raspi 3 vào máy tính xách tay của mình để cấp nguồn cho nó trong video khi pin dự phòng hết trong một số thử nghiệm. Nó kéo dài gần một giờ mà tôi khá hài lòng.

Vui lòng để lại nhận xét nếu bạn có bất kỳ ý kiến nào và tôi hy vọng bạn sẽ thích làm chiếc xe tăng Raspberry Pi 3 FPV Lego này nếu bạn thử.

Cảm ơn, Ben