Pi Catapult: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

هر سال در آخرین شنبه ماه اکتبر ، موزه تاریخی Cantigny یک مسابقه منجنیق آماتور برگزار می کند. این یک مسابقه فوق العاده است که به همه افراد اجازه می دهد تا منجنیق را بسازند و شلیک کنند در حالی که در 3 دسته مختلف رقابت می کنند: فاصله ، گروه بندی شلیک و دقت. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد مسابقه لطفاً از وب سایت آنها به آدرس https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… دیدن کنید. برای مسابقه این سالها ، تیم من ، Pi Throwers ، تصمیم گرفت از Raspberry Pi برای کمک به بخشی از پرتاب ما را رها کنید

در طراحی ما ، ما مجموعه ای از سنسورها را داریم که توسط Raspberry Pi Zero Wireless نظارت می شوند. پس از مسلح کردن منجنیق و کشیدن رهایش ، رزبری پای کنترل می کند که کی بیس بال آزاد شود. با استفاده از این فرایند ساده ، ما توانستیم با فاصله 186 فوت در رتبه دوم قرار بگیریم.

این دستورالعمل در مورد طراحی ، توسعه و پیاده سازی کنترل کننده رزبری پای و لوازم الکترونیکی مرتبط بحث خواهد کرد. اگرچه من ساختمان منجنیق این سالها را پوشش نمی دهم ، اما پس از شروع سال جدید به دنبال یک دستورالعمل در مورد طراحی و ساخت منجنیق سالهای بعد باشید.

فقط برای سرگرمی ، ویدئویی از ضربات 186 فوت ما را قرار داده ام. امیدوارم لذت ببرید.

همچنین می خواهم از هم تیمی هایم در سال جاری تشکر کنم: استیون باب و گاس منوداکیس.

مرحله 1: طراحی کلی

در طول مسابقه سالهای گذشته ، ما در تهیه نسخه های ثابت برای منجنیق خود با مشکلات زیادی روبرو بودیم. به گفته همسرم ، به عنوان یک علاقه مندان بزرگ ، تصمیم گرفتم از مهارت هایم در زمینه لوازم الکترونیکی و هزینه بسیار پایین رزبری پای صفر (5 دلار) برای افزودن کنترل کامپیوتر استفاده کنم.

در اینجا روند کلی شلیک منجنیق وجود دارد. ابتدا Pi را روشن کنید. دوم ، با iPhone من به نقطه داغ بی سیم Pi متصل شوید و برنامه Catapult من را راه اندازی کنید. در مرحله بعد ، منجنیق را ببندید و رهایش را تنظیم کنید. منجنیق را بارگذاری کرده و ماشه را تنظیم کنید. منجنیق را با برنامه مسلح کنید. وقتی آماده شلیک منجنیق هستید ، رهایش را بکشید. اکنون Pi با استفاده از سنسورهای تعبیه شده ، ماشه را در زمان مناسب رها می کند و توپ آزاد می شود.

مرحله 2: تنظیم Raspberry Pi Zero

سه مرحله اصلی برای راه اندازی رزبری پای برای استفاده در منجنیق وجود دارد. اولین مورد ، افزودن اتصالات به پدهای پاور واقع در پشت Pi است. مورد دوم این است که Pi را به عنوان یک نقطه داغ تنظیم کنید. آخرین مرحله توسعه برنامه ای در پایتون است که با برنامه کنترل تعامل داشته ، سنسورها را خوانده و در صورت نیاز منجنیق را شلیک می کند.

اتصالات برق

1. آهن لحیم کاری خود را آتش بزنید
2. برای اتصال برق مجموعه ای از سیم سنج 16-18 را بگیرید. من همیشه از سیم قرمز برای اتصال مثبت استفاده می کنم. من همچنین از سیم هایی استفاده می کنم که یک طرف آن یک اتصال دهنده دارد تا بتوانم کاج را از منجنیق جدا کنم.
3. مقدار کمی سیم بکشید و انتهای آن را قلع کنید.
4. لنت هایی را که در آن برق را وصل می کنید از قبل لحیم کنید. من شماره پدها را نمی دانم اما نشان داده ام که از کدام پدها در تصویر استفاده شود.
5. سیم ها را به Pi لحیم کنید. اگر Pi را محکم کرده و یک سیم را روی پد نگه دارید تا لحیم شود ، این مرحله آسان است. سپس آهن لحیم کاری را روی سیم قرار می دهم در حالی که روی پد فشار می دهم. هنگامی که احساس کردید لحیم روی سیم ذوب می شود ، فشار را رها کنید.
6. با سیم دوم این کار را تکرار کنید.
7. هرگونه شورت را بررسی کنید. اگر سیمها یا لحیم هر دو پد به یکدیگر برخورد کنند ، یک اتصال کوتاه وجود دارد. اگر این اتفاق افتاد ، لحیم را گرم کنید ، سیم ها را بردارید و دوباره امتحان کنید.

نقطه داغ

در حالی که من می توانم تمام مراحل را برای ایجاد یک نقطه داغ طی کنم ، موارد دیگری وجود دارد که کار بهتری انجام داده اند. من چند سایت را با دستورالعمل گام به گام لیست کرده ام.

RaspberryPi.org

Frillip.com

برنامه پایتون

یک برنامه پایتون برای کنترل پیکربندی و شلیک منجنیق استفاده می شود. این برنامه ، که در زیر قرار دارد ، روی Pi اجرا می شود و به شما امکان می دهد منجنیق را پیکربندی و کنترل کنید. این برنامه به فهرست کاربر محلی اضافه می شود و هر بار که Pi فعال می شود با افزودن ورودی در /etc/rc.local اجرا می شود. این برنامه سرور شبکه ای را راه اندازی می کند که من با استفاده از برنامه ای که برای iPhone من ایجاد شده است به آن متصل می شوم. همچنین می توانید از telnet استفاده کنید و به Pi 9999 متصل شوید. سپس می توانید از دستورات متنی به همان تأثیر برنامه من استفاده کنید.

برنامه Node-Red

علاوه بر برنامه پایتون ، من یک برنامه Node-Red با عملکرد مشابه ایجاد کرده ام ، اما از رابط وب استفاده می کند. از آنجا که Rasbian ، سیستم عامل توصیه شده برای Raspberry Pi ، شامل Node-Red به عنوان بخشی از نصب است ، من فکر کردم این ممکن است یک افزودنی خوب باشد. محتویات فایل catapult.json را در کلیپ بورد خود کپی کنید ، Node-Red را روی Pi که قصد استفاده از آن برای منجنیق خود دارید باز کنید ، از منوی سمت راست Import-> Clipboard را انتخاب کرده و کد را در آنجا بچسبانید. اکنون تنها کاری که باید انجام دهید این است که کد را مستقر کرده و برای رابط کاربری به آدرس IP Pi خود متصل شوید. در مورد من https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0 است ، آدرس IP شما بسیار خواهد بود.

مرحله 3: سیم کشی قطعات

اگرچه به نظر می رسد آشفته است ، سیم کشی واقعی سیستم تقریباً رو به جلو است. شماتیک پاورپوینت ضعیف تمام اتصالات را نشان می دهد. قطعات مورد نیاز در زیر ذکر شده است.

فهرست قطعات

1. Raspberry Pi Zero Wireless - 5 دلار
2. کارت حافظه micro SD 16 گیگابایت - 8-10 دلار
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -Wire Pull Push Plen Solenoid ، Electromagnet ، 10 mm Actuator - 18 دلار
4. مبدل eBoot 6 Pack LM2596 DC به DC Buck 3.0-40V به 1.5-35V منبع تغذیه-2 دلار
5. Floureon 2 Pack 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo Battery with XT60 Plug for RC Car، Skylark m4 -fpv250، Mini Shredder 200، Qav250، Vortex، Drone and FPV (2.91 x 1.46 x 1.08 اینچ) - 27 دلار
6. تغییر دکمه - 2 تا 10 دلار برای هر سوئیچ ، من یک کلید قدیمی داشتم که از آن استفاده می کردم
7. Finware 6 Pairs XT60 XT -60 Male Female Bullet Connectors Plugs Power Plugs with Heat Shrink for RC Lipo Battery - 7.50 دلار
8. سوئیچ نی Cylewet 15Pcs با سرب طلاکاری شده معمولاً باز (N/O) سوییچ القایی مغناطیسی الکترومغناطیسی برای آردوینو (بسته 15 عددی) CYT1065 - 10 دلار
9. ماژول رله Tolako 5v برای Arduino ARM PIC AVR MCU 5V نشانگر چراغ LED 1 ماژول رله با بردهای رسمی آردوینو کار می کند - 6 دلار. شما می توانید یک رله دریافت کنید که در 3.3v کار می کند و ترانزیستور NPN را دور می زند ، اگر من دستور شروع صحیح را می دادم ، می داشتم.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 ترانزیستورهای قدرت پلاستیکی-محصور 75V 600mA-2 دلار
11. قطعات سیم و متفرقه - این شامل آهنرباهای 20 میلی متری است.

اتصالات

همانطور که از نمودار الکترونیکی وحشتناک من مشاهده می کنید ، اتصال به لوازم الکترونیکی نسبتاً ساده است. شاید تعجب کنید که چرا یک ترانزیستور NPN به آنجا پرتاب شده است ، این مربوط به رله 5 ولت و Pi در 3.3 ولت است. بله ، پین های 5 ولت روی Pi وجود دارد ، اما برای اتصال به پین های GPIO نیستند. از من بپرسید از کجا می دانم…

نحوه اتصال اجزاء به یکدیگر انتخاب شما است. من از اتصال دهنده های قدیمی سروو RC استفاده کردم زیرا فاصله مناسبی برای استفاده از پین های GPIO در رزبری پای وجود دارد و من مجموعه بزرگی از آنها را دارم. در صورت تمایل می توانید لحیم را به سوراخ ها/پین های Pi هدایت کنید. فقط باید مطمئن شوید که اتصالات ایمن هستند و بعید به نظر می رسد که طی فرایند خشونت آمیز که پرتاب منجنیق است از هم جدا شوند.

مرحله 4: قطعات چاپ شده

سه مورد وجود دارد که من باید برای این پروژه چاپ کنم و آنها در زیر فهرست شده اند.

1. کیف الکترونیکی
2. مورد سلونوئید
3. بازوی نگهدارنده بیس بال

من فایل های STL را برای هر کدام از قسمت هایی که باید چاپ می کردم قرار داده ام. هنگام چاپ بازو ، توصیه می کنم از میزان پر شدن 25-50 استفاده کنید. این امر برای اطمینان از شکستن بازو به دلیل فشارهایی است که در حین شلیک ایجاد می شود.

مرحله 5: آهن ربا و سوئیچ های نی

یکی از جنبه های مهم طراحی ، تعیین نحوه تشخیص محل بازو در هنگام شلیک منجنیق است. چند گزینه مختلف وجود دارد ، سنسورهای جلوه هال ، سوئیچ های نی و شتاب سنج تنها چند مورد هستند. در ابتدا من قصد داشتم از سنسورهای Hall Effect استفاده کنم ، اما متوجه شدم که آنها به طور مداوم کار نمی کنند ، بنابراین من به سوئیچ های نی تغییر دادم. اگر از کلیدهای نی استفاده می کنید ، یک کلمه احتیاط ، کلیدهای نی باید به گونه ای باشد که عمود بر نیروی گریز از مرکز باشند. در غیر این صورت ممکن است سوئیچ های نی با حرکت چرخشی بازو به زور باز یا بسته شوند.

همانطور که از نمودار مشاهده می کنید ، من از چهار آهن ربا و دو کلید نی استفاده کردم. هر یک از آهن ربا 90 درجه از هم قرار گرفته اند. این ، همراه با تنظیم 135 درجه خاموش برای سوئیچ های نی ، اجازه می دهد تا 8 دور خواندن سنسور در هر دور. با جابجایی سنسور ، هر دو سنسور به طور همزمان از آهن ربا عبور نخواهند کرد که به ما این امکان را می دهد که از دقت یکسانی و 8 آهن ربا استفاده کنیم. در هر صورت ، هر 45 درجه که بازو به Pi می چرخد ، یک پالس واحد خواهد داشت.

هر یک از آهن ربا در قسمت پایه بازوی پرتاب تعبیه شده است. من از یک بیت 7/8 اینچی استفاده کردم و در حدود 6 میلی متر حفاری کردم تا با ارتفاع آهنرباها که در دست داشتم مطابقت داشته باشد. سپس کمی چسب حرارتی به سوراخ اضافه کردم و آهن ربا را در جای خود فشار دادم. هر یک از آهن ربا باید با سطح پایه هم سطح باشد.

برای سوئیچ های نی ، ابتدا سوئیچ ها را به سیم هایی متصل کردم که بعداً به پین های GPIO Pi متصل کردم. سپس یک شکاف برای کلید نی در قسمت زیر بازوی پرتاب کننده ایجاد کردم. اندازه این شکاف باید به گونه ای باشد که سوئیچ نی را به طور کامل در بر گیرد. سپس در انتهای شکاف ، سوراخی را در بازو ایجاد کردم. این سوراخ به این صورت است که سیم و سوئیچ نی از طریق بازو عبور داده می شوند ، بنابراین باید آنقدر بزرگ باشد که بتواند هر دو را اداره کند. سپس اتصال سیم را به سوئیچ نی می چسبانم و سوئیچ نی را در شکافی که برای آن ایجاد شده است می چسبانم. از آنجا که من از چوب برای بازوی پرتاب خود استفاده کردم ، فضاهای موجود در شکاف سوئیچ نی را با پرکننده چوب پر کردم. این راهی بود برای اطمینان از اینکه سوئیچ نی محکم است و نمی تواند روی پایه مالش دهد.

مرحله ششم: آزمایش

آزمایش یک فرایند سرگرم کننده است. جایی است که به جایی می روید که به مردم آسیب نمی رسانید و به اموال شما آسیب نمی رسانید و ببینید آیا وسایل شما کار می کند یا خیر. ای کاش این کار را می کردم. در اولین آزمایش ما ، بازو را خیلی دیر انداختم و من یک کشتی بیس بال روی ون خود ، در حدود 100 فوت فاصله داشتم. پس از تنظیم زمان انتشار ، دوباره تلاش کردیم. این بار بیس بال به لاستیک ماشین من برخورد کرد و به سمت ما برگشت. ماشینم را جا به جا کردم.

پس از چندین بار دیگر ، ما به محلی که طناب به بازو وصل شده بود ، حرکت کردیم ، به طوری که بازو 90 درجه CCW از راست متوقف شد. این به ما این امکان را می دهد که تقریباً مستقیم به جلو و با زاویه 45 درجه شلیک کنیم. خیلی بهتر. هنگامی که نسخه را شماره گیری کردیم ، وزن را تغییر دادیم و زنجیر توپ را چند بار تغییر دادیم تا بهترین نتایج را به دست آوریم.

مرحله 7: اندیشه های نهایی

من می خواهم از همه افرادی که در این منجنیق سالیانه کمک کردند تشکر کنم. استیون باب و گاس منوداکیس ، هم تیمی های من. همسرم که هر سال می پرسد چرا باید طرحی متفاوت برای منجنیق بسازم. و Cantigny برای برگزاری مسابقه در وهله اول. این یک انفجار است و واقعاً باید جمعیت بیشتری داشته باشد.

ممنون از وقتی که گذاشتید و اگر سوالی داشتید به من اطلاع دهید.