Pi-Katapult - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Jedes Jahr am letzten Samstag im Oktober veranstaltet das Historische Museum von Cantigny einen Amateurkatapultwettbewerb. Dies ist ein wunderbarer Wettbewerb, bei dem alle Teilnehmer ein Katapult bauen und abfeuern können, während sie in bis zu 3 verschiedenen Kategorien antreten: Distanz, Schussgruppierung und Genauigkeit. Für weitere Informationen zum Wettbewerb besuchen Sie bitte die Website unter https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Für den diesjährigen Wettbewerb hat sich mein Team, die Pi Throwers, entschieden, einen Raspberry Pi zu verwenden, um bei der einen Teil unseres Wurfs freigeben.

In unserem Design haben wir eine Reihe von Sensoren, die von einem Raspberry Pi Zero Wireless überwacht werden. Nach dem Scharfschalten des Katapults und Ziehen des Auslösers steuert der Raspberry Pi, wann der Baseball losgelassen wird. Mit diesem einfachen Verfahren konnten wir mit einer Distanz von 186 Fuß den zweiten Platz belegen.

In diesem Instructable werden das Design, die Entwicklung und die Implementierung des Raspberry Pi-Controllers und der zugehörigen Elektronik erörtert. Obwohl ich den Bau des diesjährigen Katapults nicht abdecke, suche nach dem Beginn des neuen Jahres nach einer Anleitung über das Design und den Bau des Katapults des nächsten Jahres.

Nur zum Spaß habe ich ein Video von unserem 186-Fuß-Schuss eingefügt. Ich hoffe es gefällt dir.

Außerdem möchte ich mich in diesem Jahr bei meinen Teamkollegen bedanken: Steven Bob und Gus Menoudakis.

Schritt 1: Gesamtdesign

Während des Wettbewerbs im letzten Jahr hatten wir ziemliche Schwierigkeiten, konsistente Releases für unser Katapult zu bekommen. Als großer Geek beschloss ich, laut meiner Frau, meine Fähigkeiten mit Elektronik und die extrem niedrigen Kosten eines Raspberry Pi Zero (5 US-Dollar) zu nutzen, um eine Computersteuerung hinzuzufügen.

Hier ist der Gesamtprozess des Abfeuerns des Katapults. Schalten Sie zuerst den Pi ein. Zweitens, verbinden Sie sich mit meinem iPhone mit dem drahtlosen Hotspot des Pi und starten Sie meine Catapult-App. Als nächstes wickeln Sie das Katapult auf und stellen Sie den Auslöser ein. Laden Sie das Katapult und setzen Sie den Abzug. Bewaffnen Sie das Katapult mit der App. Wenn Sie bereit sind, das Katapult abzufeuern, ziehen Sie den Auslöser. Jetzt löst der Pi mithilfe der eingebetteten Sensoren den Auslöser genau zum richtigen Zeitpunkt aus und der Ball wird freigegeben.

Schritt 2: Raspberry Pi Zero Setup

Es sind drei Hauptschritte erforderlich, um den Raspberry Pi für die Verwendung im Katapult einzurichten. Die erste besteht darin, Verbindungen zu den Power-Pads auf der Rückseite des Pi hinzuzufügen. Die zweite besteht darin, den Pi als Hotspot einzurichten. Der letzte Schritt besteht darin, ein Programm in Python zu entwickeln, das mit der Steuerungs-App interagiert, die Sensoren ausliest und bei Bedarf das Katapult abfeuert.

Stromanschlüsse

1. Zünden Sie Ihren Lötkolben an.
2. Nehmen Sie einen Satz 16-18 Gauge Kabel für den Stromanschluss. Ich verwende immer rotes Kabel für die positive Verbindung. Ich verwende auch Draht, der an einem Ende einen Stecker hat, damit ich die Kiefer aus dem Katapult entfernen kann.
3. Eine kleine Menge Draht abisolieren und die Enden verzinnen.
4. Löten Sie die Pads vor, an denen Sie die Stromversorgung anschließen möchten. Ich kenne die Pad-Nummern nicht, aber ich habe angegeben, welche Pads im Bild verwendet werden sollen.
5. Löten Sie die Drähte an den Pi. Ich finde diesen Schritt einfach, wenn Sie das Pi sichern und einen Draht über das zu lötende Pad halten. Dann wende ich den Lötkolben auf den Draht an, während ich auf das Pad drücke. Sobald Sie das Lot auf dem Draht schmelzen fühlen, lassen Sie den Druck ab.
6. Wiederholen Sie mit dem zweiten Draht.
7. Suchen Sie nach Shorts. Ein Kurzschluss liegt vor, wenn sich die Drähte oder das Lot von beiden Pads berühren. Wenn dies passiert, erhitzen Sie das Lot, entfernen Sie die Drähte und versuchen Sie es erneut.

Hot-Spot

Während ich alle Schritte zum Einrichten eines Hotspots durchgehen konnte, gibt es andere, die einen besseren Job gemacht haben. Ich habe ein paar Seiten mit Schritt-für-Schritt-Anleitungen aufgelistet.

RaspberryPi.org

Frilip.com

Python-Programm

Ein Python-Programm wird verwendet, um die Konfiguration und das Abfeuern des Katapults zu steuern. Das unten stehende Programm wird auf dem Pi ausgeführt und ermöglicht die Konfiguration und Steuerung des Katapults. Dieses Programm wird dem lokalen Benutzerverzeichnis hinzugefügt und jedes Mal ausgeführt, wenn der Pi eingeschaltet wird, indem ein Eintrag in /etc/rc.local hinzugefügt wird. Dieses Programm richtet einen Netzwerkserver ein, mit dem ich mich über eine für mein iPhone entwickelte App verbinde. Sie können auch Telnet verwenden und eine Verbindung zu Port 9999 auf dem Pi herstellen. Sie können dann Textbefehle mit den gleichen Auswirkungen wie meine App verwenden.

Knotenrotes Programm

Als Ergänzung zum Python-Programm habe ich ein Node-Red-Programm mit ähnlicher Funktionalität erstellt, das jedoch eine Weboberfläche verwendet. Da Rasbian, das empfohlene Betriebssystem für den Raspberry Pi, Node-Red als Teil der Installation enthält, dachte ich, dass dies eine gute Ergänzung sein könnte. Kopieren Sie den Inhalt der Datei catapult.json in Ihre Zwischenablage, öffnen Sie Node-Red auf dem Pi, das Sie für Ihr Katapult verwenden möchten, wählen Sie im Menü rechts Import->Clipboard und fügen Sie den Code dort ein. Jetzt müssen Sie nur noch den Code bereitstellen und sich mit der IP-Adresse Ihres Pi für die Benutzeroberfläche verbinden. In meinem Fall ist es https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, Ihre IP-Adresse wird sehr.

Schritt 3: Verdrahten der Teile

Obwohl es wie ein Durcheinander aussieht, ist die eigentliche Verkabelung des Systems ziemlich einfach. Das schlecht gemachte PowerPoint-Schema zeigt alle Verbindungen. Die benötigten Teile sind unten aufgeführt.

Liste der Einzelteile

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $ 5
2. 16-GB-Micro-SD-Karte - $8-10
3. Uxcell DC12V 25N Kraft 2-Draht-Zug-Druck-Magnetventil, Elektromagnet, 10-mm-Betätiger - $18
4. eBoot 6er-Pack LM2596 DC-DC-Abwärtswandler 3,0-40V zu 1,5-35V Netzteil-Abwärtsmodul - $ 2
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo Akku mit XT60 Stecker für RC Car, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drohne und FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 Zoll) - $27
6. Kippschalter - 2-10 USD pro Schalter, ich hatte einen alten, den ich benutzt habe
7. Finware 6 Pairs XT60 XT-60 männlich weiblich Bullet Connectors Netzstecker mit Schrumpfschlauch für RC Lipo Akku - $7.50
8. Cylewet 15Pcs Reed-Schalter mit vergoldetem Blei normalerweise offen (N / O) Magnetischer Induktionsschalter Elektromagnetisch für Arduino (15er Pack) CYT1065 - $10
9. Tolako 5V Relaismodul für Arduino ARM PIC AVR MCU 5V Anzeigelampe LED 1 Kanal Relaismodul Funktioniert mit offiziellen Arduino Boards - $6. Sie könnten ein Relais bekommen, das mit 3,3 V arbeitet und den NPN-Transistor überbrückt, hätte ich, wenn ich zunächst das richtige bestellt hätte.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 kunststoffgekapselte Leistungstransistoren 75V 600mA - $2
11. Draht und sonstige Teile - dazu gehören einige 20-mm-Magnete.

Anschlüsse

Wie Sie aus meinem schrecklichen Elektronikdiagramm sehen können, sind die Anschlüsse für die Elektronik ziemlich einfach. Sie fragen sich vielleicht, warum dort ein NPN-Transistor eingebaut ist, der damit zu tun hat, dass das Relais mit 5 Volt arbeitet und der Pi mit 3,3 V läuft. Ja, es gibt 5V-Pins auf dem Pi, aber sie sind nicht für den Anschluss an die GPIO-Pins gedacht. Frag mich, woher ich das weiß…

Wie Sie die Komponenten miteinander verbinden, ist Ihre Wahl. Ich habe alte RC-Servo-Anschlüsse verwendet, da sie den richtigen Abstand für die GPIO-Pins auf dem Raspberry Pi haben, und ich habe eine große Sammlung davon. Sie können direkt auf die Löcher / Stifte auf dem Pi löten, wenn Sie möchten. Sie müssen nur sicherstellen, dass die Verbindungen sicher sind und es unwahrscheinlich ist, dass sie sich während des gewaltsamen Vorgangs, bei dem es sich um einen Katapultstart handelt, trennen.

Schritt 4: Gedruckte Teile

Es gibt drei Elemente, die ich für dieses Projekt drucken musste und sie sind unten aufgeführt.

1. Elektronikkoffer
2. Magnetgehäuse
3. Baseball-Haltearm

Ich habe die STL-Dateien für jeden der Teile, die ich drucken musste, eingefügt. Beim Drucken des Arms empfehle ich eine Füllrate von 25-50% zu verwenden. Damit soll sichergestellt werden, dass der Arm nicht aufgrund der Belastungen bricht, denen er während des Schießens ausgesetzt ist.

Schritt 5: Magnete und Reed-Schalter

Einer der wichtigeren Designaspekte ist die Bestimmung, wo sich der Arm beim Abfeuern des Katapults befindet. Es gibt ein paar verschiedene Optionen, Hall-Effekt-Sensoren, Reed-Schalter und Beschleunigungsmesser sind nur einige davon. Ursprünglich hatte ich geplant, die Hall-Effekt-Sensoren zu verwenden, stellte jedoch fest, dass sie nicht durchgängig funktionierten, also wechselte ich zu Reed-Schaltern. Wenn Sie sich für die Verwendung von Reedschaltern entscheiden, ist Vorsicht geboten: Reedschalter sollten so ausgerichtet werden, dass sie senkrecht zur Fliehkraft stehen. Andernfalls ist es möglich, dass die Reedschalter durch die Drehbewegung des Arms zwangsweise geöffnet/geschlossen werden.

Wie Sie dem Diagramm entnehmen können, habe ich vier Magnete und zwei Reedschalter verwendet. Jeder der Magnete ist 90 Grad voneinander entfernt. Dies, in Kombination mit dem 135-Grad-Offset für die Reedschalter, ermöglicht 8 Sensorablesungen pro Umdrehung. Mit dem Sensor-Offset kreuzen beide Sensoren nicht gleichzeitig einen Magneten, was uns die gleiche Präzision ermöglicht wie bei der Verwendung eines einzelnen Reed-Schalters und 8 Magneten. In beiden Fällen erhält der Pi alle 45 Grad, um die sich der Arm dreht, einen einzelnen Impuls.

Jeder der Magnete ist im Grundträger für den Wurfarm eingelassen. Ich benutzte einen 7/8 Zoll Forstnerbohrer und bohrte ungefähr 6 mm, um der Magnethöhe zu entsprechen, die ich zur Hand hatte. Ich fügte dann ein wenig Heißkleber in das Loch hinzu und drückte die Magnete an Ort und Stelle. Jeder der Magnete sollte bündig mit der Oberfläche der Basis sein.

Für die Reed-Schalter habe ich zuerst die Schalter mit Drähten verbunden, die ich später mit den GPIO-Pins des Pi verbinden würde. An der Unterseite des Wurfarms habe ich dann einen Schlitz für den Reedschalter gebohrt. Dieser Schlitz sollte so dimensioniert sein, dass er Ihren Reed-Schalter vollständig umschließt. Ich bohrte dann ein Loch durch den Arm am Ende des Schlitzes. Dieses Loch ist, wie der Draht und der Reedschalter durch den Arm gefädelt werden, so dass er groß genug sein sollte, um beide zu handhaben. Dann fädle ich die Drahtverbindung zum Reedschalter ein und klebe den Reedschalter in den dafür geschaffenen Schlitz. Da ich für meinen Wurfarm Holz verwendet habe, habe ich die Räume im Reedschalterschlitz mit Holzspachtel gefüllt. Auf diese Weise wurde sichergestellt, dass der Reedschalter gesichert ist und nicht an der Basis reiben kann.

Schritt 6: Testen

Testen macht Spaß. Hier gehen Sie an einen Ort, an dem Sie keine Menschen verletzen oder Eigentum beschädigen und sehen, ob Ihre Sachen funktionieren. Ich wünschte, ich hätte das getan. Bei unserem ersten Test warf die Armfreigabe zu spät und ich hatte ein Baseballsegel über meinem Van, etwa 30 Meter entfernt. Nachdem wir das Release-Timing angepasst hatten, versuchten wir es erneut. Diesmal traf der Baseball meinen Autoreifen und prallte zu uns zurück. Ich habe mein Auto bewegt.

Nach mehreren weiteren Versuchen bewegten wir uns, wo das Seil am Arm befestigt war, so dass der Arm 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn von gerade nach oben stoppte. Dies ermöglichte es uns, Schüsse ziemlich direkt und in einem Winkel von 45 Grad abzufeuern. Viel besser. Nachdem wir die Freigabe eingestellt hatten, änderten wir das Gewicht und modifizierten die Ballschlinge ein paar Mal, um unsere besten Ergebnisse zu erzielen.

Schritt 7: Letzte Gedanken

Ich möchte mich bei allen bedanken, die beim diesjährigen Katapult geholfen haben. Steven Bob und Gus Menoudakis, meine Teamkollegen. Meine Frau, die jedes Jahr fragt, warum ich für ein Katapult ein anderes Design bauen muss. Und Cantigny dafür, dass er den Wettbewerb überhaupt ausgetragen hat. Es ist ein Knaller und sollte wirklich eine größere Menschenmenge haben.

Vielen Dank für Ihre Zeit und lassen Sie es mich wissen, wenn Sie Fragen haben.