Pi Catapult: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:08

Zgodovinski muzej Cantigny vsako leto zadnjo soboto v oktobru organizira amatersko tekmovanje v katapultih. To je čudovito tekmovanje, ki vsem udeležencem omogoča, da zgradijo in sprožijo katapult, medtem ko tekmujejo v največ 3 različnih kategorijah: razdalja, razvrščanje strelov in natančnost. Za več informacij o natečaju obiščite njihovo spletno stran na naslovu https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Za letošnje tekmovanje se je moja ekipa, Pi Throwers, odločila uporabiti Raspberry Pi za pomoč pri sprosti del našega meta.

V naši zasnovi imamo niz senzorjev, ki jih spremlja Raspberry Pi Zero Wireless. Po aktiviranju katapulta in izvleku sprostitve Raspberry Pi nadzira, kdaj bo izšel baseball. S tem preprostim postopkom smo lahko prišli na drugo mesto z razdaljo 186 čevljev.

Ta Instructable bo obravnaval načrtovanje, razvoj in izvajanje krmilnika Raspberry Pi in pripadajoče elektronike. Čeprav ne pokrivam stavbe letošnjega katapulta, po začetku novega leta poiščite navodila za oblikovanje in izdelavo katapulta naslednjih let.

Samo za zabavo sem priložil video posnetek našega posnetka 186 čevljev. Upam da uživaš.

Letos bi se rad zahvalil tudi mojim soigralcem: Stevenu Bobu in Gusu Menoudakisu.

1. korak: Splošno oblikovanje

Na zadnjem tekmovanju smo imeli precej težav pri pridobivanju doslednih izdaj za naš katapult. Kot žena sem se po besedah žene odločil, da bom svoje znanje uporabil pri elektroniki in izjemno nizkih stroških Raspberry Pi Zero (5 USD), da dodam računalniški nadzor.

Tu je celoten postopek streljanja katapulta. Najprej vklopite Pi. Drugič, povežite se z brezžično vročo točko Pi z iPhoneom in zaženite aplikacijo Catapult. Nato zavijte katapult in nastavite sprostitev. Naložite katapult in nastavite sprožilec. Oborožite katapult z aplikacijo. Ko ste pripravljeni na streljanje katapulta, povlecite sprostitev. Zdaj Pi z uporabo vgrajenih senzorjev sproži sprožilec ob pravem času in žoga se sprosti.

Korak: Nastavitev Raspberry Pi Zero

Za nastavitev Raspberry Pi za uporabo v katapultu so potrebni trije glavni koraki. Prvi je, da priključite napajalne ploščice na zadnji strani Pi. Drugi je, da Pi nastavite kot vročo točko. Zadnji korak je razvoj programa v Pythonu, ki bo sodeloval z aplikacijo za upravljanje, prebral senzorje in po potrebi sprožil katapult.

Priključki za napajanje

1. Prižgite spajkalnik.
2. Za napajalno povezavo vzemite komplet kabla 16-18. Za pozitivno povezavo vedno uporabljam rdečo žico. Uporabljam tudi žico s priključkom na enem koncu, da lahko bor odstranim iz katapulta.
3. Odstranite majhno količino žice in pokosite konce.
4. Predhodno spajkajte blazinice, kamor boste priključili napajanje. Ne vem številk blazinic, vendar sem na sliki navedel, katere blazinice naj uporabim.
5. Spajkajte žice na Pi. Zdi se mi, da je ta korak enostaven, če pritrdite Pi in držite eno žico nad blazinico za spajkanje. Nato nanesem spajkalnik na žico, medtem ko pritisnem na blazinico navzdol. Ko začutite, da se spajka na žici stopi, spustite tlak.
6. Ponovite z drugo žico.
7. Preverite, ali so kratke hlače. Kratek stik obstaja, če se žice ali spajkanje z obeh blazinic dotikajo. Če se to zgodi, segrejte spajkalnik, odstranite žice in poskusite znova.

Hot Spot

Čeprav bi lahko naredil vse korake za nastavitev vroče točke, so drugi opravili boljše delo. Naštela sem nekaj spletnih mest s podrobnimi navodili.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Python program

Program Python se uporablja za nadzor konfiguracije in streljanja katapulta. Program, ki se nahaja spodaj, se izvaja na Pi in vam omogoča konfiguracijo in nadzor katapulta. Ta program je dodan v lokalni uporabniški imenik in se zažene vsakič, ko se Pi vklopi z dodajanjem vnosa v /etc/rc.local. Ta program nastavi omrežni strežnik, s katerim se povežem z aplikacijo, razvito za moj iPhone. Uporabite lahko tudi telnet in se povežete z vrati 9999 na Pi. Nato lahko uporabite besedilne ukaze za enak učinek kot moja aplikacija.

Program Node-Red

Kot dodatek k programu Python sem ustvaril program Node-Red s podobno funkcionalnostjo, ki pa uporablja spletni vmesnik. Ker Rasbian, priporočeni operacijski sistem za Raspberry Pi, vključuje Node-Red kot del namestitve, sem mislil, da je to lahko dober dodatek. Kopirajte vsebino datoteke catapult.json v odložišče, odprite Node-Red na Pi, ki ga nameravate uporabiti za svoj katapult, izberite Uvozi-> Odložišče v meniju na desni in tam prilepite kodo. Zdaj morate le uvesti kodo in se povezati z naslovom IP vašega Pi za uporabniški vmesnik. V mojem primeru je https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, vaš naslov IP bo zelo.

3. korak: Ožičenje delov

Čeprav izgleda kot zmešnjava, je dejansko ožičenje sistema precej preprosto. Slabo izdelana shema PowerPoint prikazuje vse povezave. Spodaj so navedeni potrebni deli.

Seznam delov

1. Raspberry Pi Zero Wireless - 5 USD
2. 16 GB mikro SD kartica - 8-10 USD
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -žilni vlečni potisni magnet, elektromagnet, 10 mm aktuator - 18 USD
4. eBoot 6-paketni LM2596 pretvornik enosmernega v enosmerni tok v DC 3.0 do 40 do 1,5 do 35 V napajalni modul za zniževanje napajanja-2 USD
5. Floureon 2 pakiranja 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo baterija z vtičem XT60 za RC avto, Skylark m4 -fpv250, Mini drobilnik 200, Qav250, Vortex, Drone in FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 palca) - 27 USD
6. Preklopno stikalo - 2-10 USD na stikalo, imel sem starega, ki sem ga uporabljal
7. Finware 6 parov XT60 XT -60 Moški ženski konektorji za napajanje s toplotnim krčenjem za Lipo baterijo RC - 7,50 USD
8. Cylewet 15 kom Reed stikalo s pozlačenim svincem normalno odprto (N/O) magnetno indukcijsko stikalo elektromagnetno za Arduino (paket 15) CYT1065 - 10 USD
9. Tolako 5v relejni modul za Arduino ARM PIC AVR MCU 5V indikatorska luč LED 1 -kanalni relejni modul deluje z uradnimi Arduino ploščami - 6 USD. Lahko bi dobili rele, ki deluje pri 3.3v in bi obšel tranzistor NPN, jaz bi ga imel, če bi naročil pravilnega za začetek.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Močnostni tranzistorji, vgrajeni v plastiko 75V 600mA-2 USD
11. Žični in drugi deli - to vključuje približno 20 mm magnete.

Povezave

Kot lahko vidite iz mojega grozljivega diagrama elektronike, so priključki za elektroniko precej preprosti. Morda se sprašujete, zakaj je vanj vstavljen tranzistor NPN, to je povezano z relejem, ki deluje pri 5 voltih, Pi pa pri 3.3v. Da, na Pi so 5V zatiči, vendar niso za povezavo z zatiči GPIO. Vprašajte me, kako vem…

Vaša izbira je, kako sestavne dele povežete. Uporabil sem stare servo konektorje RC, saj imajo pravilen razmik za uporabo z zatiči GPIO na Raspberry Pi in jih imam veliko. Po želji lahko spajkate na luknje/zatiče na Pi. Prepričati se morate le, da so povezave varne in se med nasilnim procesom, ki je izstrelitev katapulta, verjetno ne bodo ločile.

4. korak: Natisnjeni deli

Za ta projekt sem moral natisniti tri predmete, ki so navedeni spodaj.

1. Etui za elektroniko
2. Elektromagnetno ohišje
3. Roka za zadrževanje baseballa

Vključil sem datoteke STL za vsak del, ki sem ga moral natisniti. Pri tiskanju roke priporočam, da uporabite stopnjo polnjenja 25-50%. To je zato, da se roka ne zlomi zaradi obremenitev, ki so ji izpostavljene med streljanjem.

5. korak: magneti in trstična stikala

Eden od pomembnejših vidikov oblikovanja je določiti, kako ugotoviti, kje je roka med streljanjem katapulta. Obstaja nekaj različnih možnosti, senzorji Hall Effect, trstična stikala in merilniki pospeška so le nekateri. Prvotno sem nameraval uporabiti senzorje Hall Effect, vendar sem ugotovil, da ne delujejo dosledno, zato sem prešel na trstična stikala. Če se odločite za uporabo trstičnih stikal, je treba opozoriti, da morajo biti trsna stikala usmerjena tako, da so pravokotna na centrifugalno silo. V nasprotnem primeru je možno, da se trstična stikala odprejo/zaprejo zaradi vrtenja roke.

Kot lahko vidite iz diagrama, sem uporabil štiri magnete in dva trstična stikala. Vsak od magnetov je postavljen 90 stopinj narazen. To v kombinaciji s 135 stopinjami izklopa za trstična stikala omogoča 8 odčitkov senzorjev na vrtljaj. Z zamikom senzorja oba senzorja ne bosta prekrižala magneta hkrati, kar nam omogoča enako natančnost kot pri uporabi enega trstičnega stikala in 8 magnetov. V vsakem primeru bo vsakih 45 stopinj, ko roka obrne Pi, dobil en sam utrip.

Vsak od magnetov je vgrajen v osnovno oporo za roko za metanje. Uporabil sem 7/8 palčni forstner bit in izvrtal približno 6 mm, da se ujema z višino magnetov, ki sem jih imel pri roki. Nato sem v luknjo dodala malo vročega lepila in magnete pritisnila na svoje mesto. Vsak od magnetov mora biti poravnan s površino podlage.

Pri trstičnih stikalih sem stikala najprej priključil na žice, ki bi jih kasneje priključil na Pi -jeve GPIO -zatiče. Nato sem izvrtal režo za trstično stikalo na spodnji strani mečevalne roke. Ta reža bi morala biti velikosti tako, da v celoti zapre vaše trstično stikalo. Nato sem izvrtal luknjo skozi roko na koncu reže. Ta luknja je način, kako se žica in trstično stikalo navijeta skozi roko, tako da mora biti dovolj velika, da rokuje z obema. Nato privijem žični priključek na trstično stikalo in ga prilepim v režo, ki je bila zanj ustvarjena. Ker sem za roko za metanje uporabil les, sem prostore v reži za trstično stikalo zapolnil z lesom za les. To je bil način, da se prepričamo, da je trstično stikalo zavarovano in se ne more drgniti na podlago.

6. korak: Testiranje

Testiranje je zabaven proces. Tam greš nekam, kjer ne boš poškodoval ljudi ali poškodoval premoženja in preveril, ali tvoje stvari delujejo. Želim si, da bi to storil. Na našem prvem preizkusnem spuščanju roke sem prepozno sprožil jadr za bejzbol nad kombijem, približno 100 metrov stran. Ko smo prilagodili čas izdaje, smo poskusili znova. Tokrat je baseball zadel mojo avtomobilsko pnevmatiko in odskočil nazaj k nam. Premaknil sem avto.

Po več poskusih smo se preselili, kjer je bila vrv pritrjena na roko, tako da se je roka ustavila za 90 stopinj CCW naravnost navzgor. To nam je omogočilo, da smo streljali precej naravnost naprej in pod kotom 45 stopinj. Precej bolje. Ko smo imeli sproščeno klicanje, smo nekajkrat spremenili težo in žogico prilagodili, da smo dosegli najboljše rezultate.

7. korak: Zadnje misli

Rad bi se zahvalil vsem ljudem, ki so pomagali pri letošnji katapulti. Steven Bob in Gus Menoudakis, moja soigralca. Moja žena, ki se vsako leto vpraša, zakaj moram zgraditi drugačno zasnovo za katapult. In Cantigny za prvo tekmovanje. To je pravi udarec in res bi morala biti večja množica.

Hvala za vaš čas in me obvestite, če imate kakršna koli vprašanja.