Mobilný prieskumný robot

Autor:	Meno Priezvisko
Študijný odbor:	Aplikovaná informatika	3. Bc. (2019)

Opis projektu

Cieľom projektu je zostaviť diaľkovo ovládané mobilné zariadenie, ktoré by sa mohlo použiť na prieskumné účely. Toto zariadenie by sa mohlo používať na kontrolu statiky budov, prieskum potrubí a na iných miestach, kde sa človek nedostane alebo je to pre neho nebezpečné.

Použité zdroje:

• ADS1115
• ADXL345
• RPI Kamera
• L298N
• PCA9685BS
• SG90 servomotor

Použitý softvér:

• Operačný systém Raspbian (verzia 9.4) a Windows 10 (64 bit)
• Cmake (verzia 3.13.2)
• gcc, g++ (verzia 6.3.0)
• Git (verzia 2.20.1)
• Microsoft Visual Studio 2017
• OpenCV (verzia 3.4.0)
• EmguCV (verzia 3.4.3.3016)
• .net framework (verzia 4.6.1)
• SlimDX SDK (verzia 4.0.13.43)
• WiringPi

Použité komponenty:

• 1x Raspberry PI 3 model B+ https://www.alza.sk/raspberry-pi-3-model-b-d5284636.htm

Základom zariadenia je RPI 3 model B+.

• 2x SG90 Micro Servo Motor 9g https://www.aliexpress.com

Tieto servomotory sú súčasťou podstavca pre kameru. Umožňujú jej pohyb v dvoch stupňoch voľnosti.

• 1x 16 Channel 12-bit PWM Servo Motor Driver I2C Module PCA9685 https://www.aliexpress.com

Tento modul dokáže generovať 16 PWM signálov a taktiež poskytuje piny na napájanie ďalších zariadení z iného zdroja ako je napájaná logika modulu.

• 1x L298N Module Dual H Bridge https://www.aliexpress.com

Tento modul poskytuje možnosť riadenia dvoch jednosmerných motorov. Dokáže riadiť rýchlosť aj smer pomocou 4 binárnych vstupov a dvoch enable vstupoch, na ktoré môžeme pripojiť PWM signál a tým riadiť rýchlosť motorov. Tento modul je nutný k ovládaniu motorčekov, pretože potrebný prúd na spustenie motorčekov je väčší, ako RPI dokáže bez poškodenia dodať. Dokáže dodať nárazovo až 2A pre každý motor.

• 1x ADXL345 three-axis acceleration https://www.aliexpress.com

Tento modul meria aktuálne zrýchlenie a ukladá ho do svojho registra.

• 1x I2C ADS1115 16 Bit ADC 4 channel Module https://www.aliexpress.com

Tento modul zabezpečuje prevod analógového signálu na digitálni, ktorého výsledok si uloží do svojho registra.

• 4x Raspberry Pi 3 Smart Car Robot Tire Tyre Wheel + 1:48 70mA DC Gear Motor https://www.aliexpress.com

Zariadenia bude mať štyri jednosmerné motorčeky, ktoré sú riadené pomocou modulu L298N. Motory na jednej strane zariadenia budú pripojené na jeden kanál tohto modulu.

• 1x Raspberry Pi 3 B+ Camera Night Vision Wide Angle Fisheye Lens 5 MP Camera https://www.aliexpress.com

Táto kamera je pripojená k RPI štandardným CSI konektorom. Je prichytená na podstavci so servomotormi, ktoré umožňujú jej natáčanie.

• 1x Voltage Sensor DC0-25V https://www.aliexpress.com

Tento modul obsahuje dva rezistory s odpormi 30kΩ a 7.5 kΩ. Na vstup sa priviedlo napätie na batérií a na výstupe je napätie 5x menšie, ktoré je merateľné A/D prevodníkom ADS1115.

• 4x KEYES KY-032 4pin IR Infrared Obstacle Avoidance Sensor Module https://www.aliexpress.com

Tento modul dokáže detegovať prekážku vo vzdialenosti 2 až 40cm. Poskytuje binárny výstup, ktorý značí prítomnosť alebo neprítomnosť prekážky. Tento modul je potrebné kalibrovať pomocou dvoch potenciometrov.

• 2x 4 PIN IR Infrared Speed Sensor Module https://www.aliexpress.com

Tento modul ma binárny výstup, ktorý sa nastavuje podľa toho, či je IR lúč prerušený. O prerušenie lúča sa stará disk s dierami, ktorý je pripevnený o motor, a má presný počet dierok.

• 1x 5V USB Output Converter DC 7V-24V To 5V 3A Step Down Buck KIS3R33S https://www.aliexpress.com

Tento modul mení 11.1V napätie z batérie na 5V a 3A prúd potrebný na správne fungovanie RPI a ďalších modulov. Nárazovo dokáže dodať prúd až 4A.

• 1x Limkey power 11.1v 4200maH 30c~35c XT60 Plug 3s lipo battery https://www.aliexpress.com

Na napájanie robota sme zvolili 3-článkovú, 11.1V li-po batériu.

• 1x DC 12V Battery Low Voltage Cut Off Switch https://www.aliexpress.com

Tento modul odpojí batériu, ak napätie na batérií klesne pod určitú hranicu. Táto hranica sa nastavuje pomocou potenciometra, aktuálne je nastavená na 11V. Je potrebný pretože naša batéria sa nenávratne poškodzuje ak z nej odoberáme energiu keď ma nízke napätie.

• 1x XT60 Battery Male Connector Plug https://www.aliexpress.com
• 1x Servo bracket PT Pan/Tilt Camera Platform Anti-Vibration Camera Mount https://www.aliexpress.com
• 1x XT60 Plug On/Off Switch Connector https://www.aliexpress.com
• 3x Raspberry Pi 3 Dupont Cable 40pcs https://www.aliexpress.com
• 1x 20cm Micro USB – USB kábel
• 2x svorkovnica pre dva vodiče – slúži na pripojenie I2C zbernice a napájania
• 23x distančný stĺpik pre M3 skrutky, 5mm dlhé https://www.aliexpress.com
• 1x plastový nástavec na servomotor SG90 v tvare štvorcípej hviezdy https://www.aliexpress.com
• 1x plastový rovný nástavec na servomotor SG90 predĺžený v jednom smere https://www.aliexpress.com
• 2x skrutka na servomotor SG90 https://www.aliexpress.com
• 1x 15Pin Ribbon Flex CSI Cable 30cm https://www.aliexpress.com
• 1x Kingston Canvas React microSDHC 32 GB A1 UHS-I V30 https://www.alza.sk/kingston-canvas-react-microsdhc-32gb-uhs-i-v30-sd-adapter-d5282030.htm
• 1x RASPBERRY Pi RB-Heatsink https://www.alza.sk/raspberry-pi-rb-heatsink-d4147799.htm

=== Použité komponenty:

• 6x metrická skrutka M4x40mm s maticami M4 – slúži na spojenie oboch častí podvozku
• 6x M2.5x8mm – spojenie dvoch častí držiaka RPI
• 6x M2.5x12mm – spojenie držiaka RPI s podvozkom
• 8x M2.5x10mm – prichytenie RPI o držiak a PWM modulu o podvozok
• 24x M2.5 matica – pre všetky skrutky raz okrem skrutiek na RPI, kde sa použili na odsadenie od držiaka
• 4x M2x10mm – prichytenie držiaka kamery o podvozok
• 2x M2x12mm – prichytenie servomotora o držiak kamery
• 2x M2x8 mm – pripevnenie kamery o upravený držiak na kameru
• 10x M2 matica – pre všetky skrutky jedna okrem kamery, kde sa používajú na odsadenie od držiaka
• 22x M3x18mm – prichytenie spínača a všetkých modulov na vrchnom a spodnom podvozku okrem PWM modulu
• 2x M3x25mm – prichytenie svorkovníc I2C zbernice a napájania
• 8x M3x35mm – prichytenie jednosmerných motorov
• 2x M3x6mm – prichytenie IR senzorov rýchlosti o uholník
• 2x M3x10mm – prichytenie uholníkov o podvozok
• 40x M3 matica - pre všetky skrutky jedna okrem napäťového meniča, kde sa používajú na odsadenie od podvozku

Analýza

V tejto časti popíšete ako idete daný problém riešiť. Uvediete sem aj všetky potrebné technické údaje, ktoré sú potrebné na úspešné vyriešenie projektu. Napríklad:

• popis komunikačnej zbernice (i2c, 1-wire, RS-232 a pod.)
• obrázok zapojenia vývodov použitej súčiastky
• odkaz na katalógový list
• priebehy dôležitých signálov
• este jedna polozka

Popis riešenia

Sem opíšete ako konkrétne ste problém vyriešili. Začnite popisom pripojenia k procesoru (nezabudnite na schému zapojenia!) a zdôraznite ktoré jeho periférie ste pritom využili.

Schéma zapojenia snímača

Súbor:Example.jpg

Pozn.: Názov obrázku musí byť jedinečný, uvedomte si, že Obr1.jpg už pred vami skúsilo nahrať už aspoň 10 študentov.

Algoritmus a program

Uveďte stručný popis algoritmu, v akom jazyku a verzii vývojového prostredia ste ho vytvorili. Je vhodné nakresliť aspoň hrubú štruktúru programu napríklad vo forme vývojového diagramu. Rozsiahly program pre lepšiu prehľadnosť rozdeľte do viacerých súborov.

Vyberte podstatné časti zdrojového kódu, použite na to prostredie source:

/* A nezabudnite zdroják hojne komentovať  */

int main(void) {
    
    printf("Hello, World!\n");  
    return(0);  
}

Nezabudnite však nahrať aj kompletné zdrojové kódy vášho programu!

Zdrojový kód: serial.h a main.c

program.c

Výsledok

Nezabudnite zdokumentovať výsledok vašej práce. Určite sem patria fotografie, video a zhodnotenie ako ste spokojní s výsledkom,

Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.