Pi Catapult: 7 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

كل عام في يوم السبت الأخير من شهر أكتوبر ، يعقد متحف كانتيني التاريخي مسابقة هواة لمنجنيق. هذه مسابقة رائعة تسمح لجميع القادمين ببناء وإطلاق منجنيق أثناء التنافس في ما يصل إلى 3 فئات مختلفة: المسافة ، وتجميع اللقطات ، والدقة. لمزيد من المعلومات حول المسابقة ، يرجى زيارة موقع الويب الخاص بهم على https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… في مسابقة هذه السنوات ، قرر فريقي ، Pi Throwers ، استخدام Raspberry Pi للمساعدة في الافراج عن جزء من رمي لدينا.

في تصميمنا ، لدينا مجموعة من المستشعرات يتم مراقبتها بواسطة Raspberry Pi Zero Wireless. بعد تسليح المنجنيق وسحب الإصدار ، يتحكم Raspberry Pi في موعد إطلاق لعبة البيسبول. باستخدام هذه العملية البسيطة ، تمكنا من احتلال المركز الثاني بمسافة 186 قدمًا.

سيناقش هذا Instructable تصميم وتطوير وتنفيذ وحدة تحكم Raspberry Pi والإلكترونيات المرتبطة بها. على الرغم من أنني لا أغطي بناء مقلاع هذا العام ، ابحث عن تعليمات بعد بداية العام الجديد حول تصميم وبناء مقلاع السنوات القادمة.

من أجل المتعة فقط ، قمت بتضمين مقطع فيديو من لقطة 186 قدمًا. اتمنى ان تستمتع.

أود أيضًا أن أشكر زملائي في الفريق هذا العام: ستيفن بوب وجوس مينوداكيس.

الخطوة 1: التصميم العام

خلال مسابقة السنوات الماضية ، واجهنا قدرًا لا بأس به من المشاكل في الحصول على إصدارات متسقة لمنجنيقنا. كوني مهووسًا كبيرًا ، وفقًا لزوجتي ، قررت استخدام مهاراتي مع الإلكترونيات والتكلفة المنخفضة للغاية لـ Raspberry Pi Zero (5 دولارات) لإضافة التحكم في الكمبيوتر.

هذه هي العملية الشاملة لإطلاق المنجنيق. أولاً ، قم بتشغيل Pi. ثانيًا ، قم بالاتصال بالنقطة الساخنة اللاسلكية لـ Pi باستخدام جهاز iPhone الخاص بي وابدأ تشغيل تطبيق Catapult. بعد ذلك ، قم بإنهاء المنجنيق واضبط الإطلاق. قم بتحميل المنجنيق واضبط الزناد. تسليح المنجنيق مع التطبيق. عندما تكون مستعدًا لإطلاق المنجنيق ، اسحب الإطلاق. الآن ، يطلق Pi ، باستخدام المستشعرات المدمجة ، الزناد في الوقت المناسب تمامًا ويتم إطلاق الكرة.

الخطوة 2: إعداد Raspberry Pi Zero

هناك ثلاث خطوات رئيسية لازمة لإعداد Raspberry Pi لاستخدامها في المنجنيق. الأول هو إضافة اتصالات إلى منصات الطاقة الموجودة في الجزء الخلفي من Pi. والثاني هو إعداد Pi كنقطة ساخنة. تتمثل الخطوة الأخيرة في تطوير برنامج في Python يتفاعل مع تطبيق التحكم ، ويقرأ المستشعرات ، ويطلق المنجنيق عند الحاجة.

توصيلات الطاقة

1. أطلق النار على مكواة اللحام.
2. احصل على مجموعة من سلك قياس 16-18 لتوصيل الطاقة. أنا دائما أستخدم السلك الأحمر للاتصال الإيجابي. أستخدم أيضًا سلكًا به موصل في أحد طرفيه حتى أتمكن من إزالة الصنوبر من المنجنيق.
3. قم بفك كمية صغيرة من الأسلاك وصفيح الأطراف.
4. قم بلحام الوسادات مسبقًا حيث ستوصل الطاقة. لا أعرف أرقام الوسادات لكني أشرت إلى أي الفوط التي يجب استخدامها في الصورة.
5. جندى الأسلاك في Pi. أجد أن هذه الخطوة سهلة إذا قمت بتأمين Pi واحتفظت بسلك واحد فوق اللوحة ليتم لحامها. ثم أقوم بتطبيق مكواة اللحام على السلك أثناء الضغط على الوسادة. بمجرد أن تشعر بأن اللحام على السلك يذوب ، حرر الضغط.
6. كرر مع السلك الثاني.
7. تحقق من وجود أي شورت. يوجد اختصار إذا كانت الأسلاك أو اللحام من كلتا الوسادات تلامس بعضها البعض. إذا حدث هذا ، قم بتسخين اللحام وإزالة الأسلاك وحاول مرة أخرى.

هوت سبوت

بينما يمكنني متابعة جميع الخطوات لإعداد نقطة ساخنة ، هناك آخرون قاموا بعمل أفضل. لقد قمت بإدراج موقعين مع إرشادات خطوة بخطوة.

RaspberryPi.org

Frillip.com

برنامج بايثون

يتم استخدام برنامج Python للتحكم في تكوين وإطلاق المنجنيق. يتم تشغيل البرنامج ، الموجود أدناه ، على Pi ويسمح لك بتكوين المنجنيق والتحكم فيه. يضاف هذا البرنامج إلى دليل المستخدم المحلي ويتم تشغيله في كل مرة يتم فيها تشغيل Pi عن طريق إضافة إدخال في /etc/rc.local. يقوم هذا البرنامج بإعداد خادم شبكة أتصل به باستخدام تطبيق تم تطويره لجهاز iPhone الخاص بي. يمكنك أيضًا استخدام telnet والاتصال بالمنفذ 9999 على Pi. يمكنك بعد ذلك استخدام الأوامر النصية بنفس تأثير تطبيقي.

برنامج العقدة الحمراء

كإضافة إلى برنامج Python ، قمت بإنشاء برنامج Node-Red بوظائف مماثلة ولكنه يستخدم واجهة ويب. نظرًا لأن Rasبيان ، نظام التشغيل الموصى به لـ Raspberry Pi ، يتضمن Node-Red كجزء من التثبيت ، أعتقد أن هذا قد يكون إضافة جيدة. انسخ محتويات ملف catapult.json إلى الحافظة الخاصة بك ، وافتح Node-Red على Pi الذي تنوي استخدامه لمنجنيقك ، وحدد استيراد-> الحافظة من القائمة الموجودة على اليمين ، والصق الرمز هناك. الآن كل ما عليك فعله هو نشر الكود والاتصال بعنوان IP الخاص بـ Pi الخاص بك لواجهة المستخدم. في حالتي هو https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0 ، سيكون عنوان IP الخاص بك للغاية.

الخطوة 3: توصيل الأجزاء

على الرغم من أنه يبدو وكأنه فوضى ، إلا أن التوصيلات الفعلية للنظام تكون مباشرة إلى الأمام. يعرض مخطط PowerPoint الذي تم تنفيذه بشكل سيئ جميع الاتصالات. الأجزاء المطلوبة مذكورة أدناه.

قائمة الاجزاء

1. Raspberry Pi Zero Wireless - 5 دولارات
2. بطاقة SD صغيرة سعة 16 جيجابايت - 8-10 دولارات
3. Uxcell DC12V 25N Force 2-Wires سحب الملف اللولبي ، مغناطيس كهربائي ، مشغل 10 مم - 18 دولارًا
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC to DC Buck Converter 3.0-40V to 1.5-35V Power Supply Step Down Module - $ 2
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo Battery مع XT60 Plug for RC Car و Skylark m4-fpv250 و Mini Shredder 200 و Qav250 و Vortex و Drone و FPV (2.91 × 1.46 × 1.08 بوصة) - 27 دولارًا
6. تبديل التبديل - 2-10 دولارات لكل مفتاح ، كان لدي مفتاح قديم استخدمته
7. Finware 6 أزواج XT60 XT-60 ذكر أنثى رصاصة موصلات مقابس الطاقة مع انكماش حراري لبطارية RC Lipo - $ 7.50
8. مفتاح Cylewet 15 قطعة من Reed مع رصاص مذهب مفتوح بشكل طبيعي (N / O) مفتاح الحث المغناطيسي الكهرومغناطيسي لـ Arduino (حزمة من 15) CYT1065 - 10 دولارات
9. وحدة مرحل Tolako 5 فولت لـ Arduino ARM PIC AVR MCU 5V مؤشر ضوء LED 1 قناة ترحيل وحدة تعمل مع لوحات Arduino الرسمية - $ 6. يمكنك الحصول على مرحل يعمل عند 3.3 فولت وتجاوز ترانزستور NPN ، كنت سأفعل إذا كنت قد طلبت المرحل الصحيح للبدء به.
10. 100 × 2N2222 NPN TO-92 ترانزستورات كهربائية مغلفة بالبلاستيك 75 فولت 600 مللي أمبير - 2 دولار
11. أجزاء الأسلاك والمتنوعة - وهذا يشمل بعض المغناطيس 20 مم.

روابط

كما ترون من مخطط الإلكترونيات الرهيب الخاص بي ، فإن وصلات الإلكترونيات بسيطة نوعًا ما. قد تتساءل عن سبب وجود ترانزستور NPN هناك ، يتعلق الأمر بالترحيل الذي يعمل عند 5 فولت و Pi يعمل عند 3.3 فولت. نعم ، هناك دبابيس 5 فولت على Pi ، لكنها ليست للاتصال بدبابيس GPIO. اسألني كيف أعرف …

إن طريقة توصيل المكونات معًا هي اختيارك. لقد استخدمت موصلات مؤازرة RC القديمة لأنها تحتوي على التباعد الصحيح لاستخدامه في دبابيس GPIO على Raspberry Pi ولدي مجموعة كبيرة منها. يمكنك توجيه اللحام إلى الثقوب / المسامير الموجودة على Pi إذا كنت تريد ذلك. كل ما تحتاجه هو التأكد من أن الاتصالات آمنة ومن غير المرجح أن تنفصل أثناء العملية العنيفة التي تعتبر إطلاق منجنيق.

الخطوة 4: الأجزاء المطبوعة

هناك ثلاثة عناصر كان عليّ طباعتها لهذا المشروع وهي مدرجة أدناه.

1. حالة الإلكترونيات
2. حالة الملف اللولبي
3. ذراع الاحتفاظ بالبيسبول

لقد قمت بتضمين ملفات STL لكل جزء من الأجزاء التي كان عليّ طباعتها. عند طباعة الذراع ، أوصي باستخدام معدل تعبئة بنسبة 25-50٪. هذا للتأكد من أن الذراع لا تنكسر بسبب الضغوط التي تتعرض لها أثناء إطلاق النار.

الخطوة 5: المغناطيسات ومفاتيح القصب

أحد أهم جوانب التصميم هو تحديد كيفية معرفة مكان الذراع أثناء إطلاق المنجنيق. هناك خياران مختلفان ، أجهزة استشعار Hall Effect ، ومفاتيح القصب ، ومقاييس التسارع ليست سوى عدد قليل. في الأصل كنت قد خططت لاستخدام مستشعرات Hall Effect ، لكنني اكتشفت أنها لا تعمل باستمرار ، لذا تحولت إلى مفاتيح القصب. إذا اخترت استخدام مفاتيح القصب ، فكلمة تحذير واحدة ، يجب توجيه مفاتيح القصب بحيث تكون متعامدة مع قوة الطرد المركزي. وإلا فمن الممكن أن يتم فتح / إغلاق مفاتيح القصب عن طريق حركة دوران الذراع.

كما ترون من الرسم التخطيطي ، استخدمت أربعة مغناطيسات ومفتاحين من القصب. يتم تعيين كل مغناطيس 90 درجة على حدة. هذا ، بالإضافة إلى ضبط 135 درجة لمفاتيح القصب ، يتيح 8 قراءات مستشعر لكل ثورة. مع إزاحة المستشعر ، لن يعبر كلا المستشعرين مغناطيسًا في نفس الوقت مما يتيح لنا نفس الدقة مثل استخدام مفتاح قصب واحد و 8 مغناطيسات. في كلتا الحالتين ، كل 45 درجة يقوم فيها الذراع بتشغيل Pi ستحصل على نبضة واحدة.

يتم تضمين كل مغناطيس في دعامة القاعدة لذراع الرمي. لقد استخدمت لقمة فورستنر مقاس 7/8 بوصة وحفرت في حوالي 6 مم لتتناسب مع ارتفاع المغناطيس الذي كان في متناول يدي. ثم أضفت القليل من الغراء الساخن في الفتحة وضغطت على المغناطيس في مكانه. يجب أن يتدفق كل مغناطيس مع سطح القاعدة.

بالنسبة لمفاتيح القصب ، قمت أولاً بتوصيل المفاتيح بالأسلاك التي كنت سأقوم بتوصيلها لاحقًا بدبابيس GPIO الخاصة بـ Pi. ثم قمت بحفر فتحة لمفتاح القصب على الجانب السفلي من ذراع الرمي. يجب أن يكون حجم هذه الفتحة لإحاطة مفتاح القصب بالكامل. ثم قمت بحفر ثقب في الذراع في نهاية الفتحة. هذه الفتحة هي الطريقة التي يتم بها تمرير السلك ومفتاح القصب عبر الذراع ، لذا يجب أن يكون كبيرًا بما يكفي للتعامل مع كليهما. ثم أقوم بربط وصلة السلك بمفتاح القصب وألصق مفتاح القصب في الفتحة التي تم إنشاؤها من أجله. منذ أن استخدمت الخشب لذراعي الرمي ، ملأت الفراغات في فتحة تبديل القصب بحشو الخشب. كانت هذه طريقة للتأكد من أن مفتاح القصب مؤمن وغير قادر على الاحتكاك بالقاعدة.

الخطوة 6: الاختبار

الاختبار عملية ممتعة. إنه المكان الذي تذهب إليه في مكان ما حيث لن تؤذي الأشخاص أو تلحق الضرر بالممتلكات ومعرفة ما إذا كانت أغراضك تعمل أم لا. أتمنى لو فعلت ذلك. في اختبارنا الأول ، قم بإطلاق الذراع في وقت متأخر جدًا وكان لدي شراع بيسبول فوق شاحنتي ، على بعد حوالي 100 قدم. بعد تعديل توقيت الإصدار ، حاولنا مرة أخرى. هذه المرة ضربت لعبة البيسبول إطار سيارتي وارتدت إلينا. حركت سيارتي.

بعد عدة محاولات أخرى ، تحركنا حيث تم ربط الحبل بالذراع بحيث توقف الذراع بمقدار 90 درجة CCW من أعلى بشكل مستقيم. سمح لنا ذلك بإطلاق النار بشكل مستقيم للأمام وبزاوية 45 درجة. أفضل بكثير. بمجرد طلب الإصدار ، قمنا بتغيير الوزن وتعديل حمالة الكرة عدة مرات للحصول على أفضل النتائج.

الخطوة 7: الأفكار النهائية

أود أن أشكر جميع الأشخاص الذين ساعدوا في مقلاع هذه السنوات. ستيفن بوب وجوس مينوداكيس ، زملائي في الفريق. زوجتي ، التي تسألني كل عام لماذا يجب أن أبني تصميمًا مختلفًا لمنجنيق. و Cantigny لوجود المسابقة في المقام الأول. إنه انفجار ويجب أن يكون حشدًا أكبر.

شكرًا على وقتك واسمحوا لي أن أعرف إذا كان لديك أي أسئلة.