Настольный футбол для Интернета вещей на Raspberry Pi: 11 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Добро пожаловать в мою версию взломанного настольного футбола в рамках студенческого проекта, посвященного новым медиа и коммуникационным технологиям. В основном я вырос на настольном футболе и бильярдных столах, поэтому подумал, что было бы здорово попробовать подключить одно из этих устройств к Интернету.

В основной настройке используется существующий настольный футбол, подключенный к Raspberry Pi, который может выполнять все следующие задачи:

• Использует контакты GPIO для управления ИК-светодиодами / приемниками и матричными модулями 8x8
• Запускает веб-сайт Flask с использованием nginx
• Запускает базу данных MySQL / MariaDB для хранения данных

Чтобы воссоздать этот проект, вам потребуются следующие навыки:

Бэкэнд:

• Понимание HTML / CSS / Javascript для клиента сайта
• Понимание Python с Flask / Flask-SocketIO / Jinja2 для серверной части веб-сайта
• Базовые знания MySQL
• Знайте, как запустить веб-сервер

Прототип

• Базовые знания о том, как подключить электрическую цепь
• Пайка
• Базовое понимание того, как писать скрипт на Python
• Работа с Linux (Raspbian)
• Набраться терпения, потому что потребуется много времени на отладку.

Шаг 1: материалы

Вот список всех необходимых частей для стола:

• Raspberry Pi Model 3 (с корпусом)
• T-Cobbler для подключения Pi к макетной плате
• Настольный футбол (я использовал очень старый стол, похожий на этот. Должен быть готов просверлить в нем отверстия)
• Модуль точечной матрицы MAX7219 Arduino (2)
• ИК-светодиодные излучатели (2+, потому что ломаются, как этот)
• ИК-приемники (2+, потому что тоже ломаются, как этот)
• Базовый беспаечный макет
• Много-много проволоки (зависит от размера стола для настольного футбола)
• штекерные соединители (30+)
• розетки (10+)
• Резисторы 100-220 Ом (4+)
• паяльные материалы
• проволочные ремни
• Держатели светодиодов
• немного дерева / шурупов на случай, если вы хотите переместить мяч в желоб

Общая стоимость этого проекта полностью зависит от стоимости вашего настольного футбола (дорого). Помимо стола, материалы будут стоить максимум 150 евро.

Шаг 2: электрическая схема

Прежде чем приступить к пайке, соберите все компоненты, я настоятельно рекомендую сначала протестировать это на макете. Легче заменить неисправные компоненты, прежде чем вы потратите часы на их пайку.

Сначала я попытался реализовать светодиодную матрицу 8x8 со сдвиговым регистром 74HC595 (первое изображение) и массивом транзисторов, но из-за большого количества проводов и очень низкого выхода я переключился на модуль точечной матрицы MAX7219, потому что он занимает всего 5 проводов и напрямую управляется шина SPI.

Схема, которую я в конечном итоге использовал, нарисована с помощью Fritzing. Обратите внимание, что ИК-светодиоды и приемники могут быть подключены к любому из ваших бесплатных контактов GPIO.

ИК-приемники и светодиод должны быть прямо напротив друг друга, а верхняя часть светодиода должна быть направлена в сторону приемника. Потому что мы хотим смоделировать прямой луч, который может быть прерван движением мяча, и в этом случае произойдет изменение состояния строки DATA приемника с 0 на 1.

Шаг 3: Кодирование датчиков

Я написал большую часть этого проекта с помощью Pycharm, потому что он позволяет легко развертывать SSH на Raspberry Pi с помощью удаленного интерпретатора. Я не буду подробно останавливаться на том, как работает эта программа, но много информации можно найти на веб-сайте pycharm.

В настоящее время я все еще работаю над проектом, но как только все будет сделано, весь проект будет доступен в моем профиле github.

Код для датчиков состоит из 3 классов, которые запускаются в фоновом потоке на моем сервере Flask (что будет объяснено позже):

1. Класс цели (ссылка) - этот файл инициализирует все отдельные компоненты, которые можно вызвать, вставив правильное устройство / шину SPI и номер контакта.
2. Класс Matrix (ссылка) - это основной класс для включения модуля MAX7219.
3. Класс светодиода и приемника (ссылка) - это основной класс для включения инфракрасного прерывающего луча с использованием отдельных потоков для снижения нагрузки на процессор RPi.

Светодиод и приемник работают на частоте 38 кГц, и приемники всегда ожидают, что импульс на 50% вверх и на 50% будет работать правильно.

Шаг 4: Подготовка и размещение датчиков

Теперь подготовим ИК-светодиод и приемник. На картинке в таблице вы можете найти места, где должны быть размещены RPi и датчики.

Но для начала нужно подготовить проводку:

1. Убедитесь, что вы измерили количество провода, необходимого от места нахождения RPi / макетной платы до места расположения датчика.
2. Припаяйте контакты ИК-приемника к одному концу провода (COM / GND / V +)
3. Припаяйте штекерные соединители на другом конце провода.

Теперь подготовим таблицу:

1. Сделайте базовый чертеж (по рисунку) того, где сверлить. Очень важно, чтобы 2 отверстия были выровнены друг напротив друга, потому что это будет место расположения балки.
2. Просверлить отверстия
3. Если у вас есть держатели для светодиодов (ссылка), вы можете поместить их в отверстие, чтобы сделать его более прочным.
4. Вставьте + заклейте светодиод + приемник с обеих сторон
5. Закрепите провода + прикрепите их к дереву, чтобы они не пересекались слишком сильно
6. Вставьте штыри на макетной плате в соответствии с ранее предоставленной схемой.

Шаг 5: Подготовка и установка матричного модуля

Далее мы собираемся подключить 2 модуля светодиодной матрицы

Примечание:

Поскольку я использовал старый настольный футбол, в верхней его части уже были дыры из-за мундштуков. Если у вас их нет, вам нужно будет их создать.

Чтобы подготовить провода:

1. Измерьте провод от макета к верхней части стола.
2. Припаяйте несколько гнездовых разъемов к первому концу провода.
3. Припаяйте штекерные разъемы к другому концу провода.

Размещение матрицы:

1. Вытащите матрицу через отверстие сверху.
2. Оберните + скотчем провода внутри на дереве, чтобы избежать пересечения
3. Вставьте штыри на макетной плате в соответствии с ранее предоставленной схемой.

В какой-то момент я добавлю небольшой шаг своими руками, чтобы добавить кожух для модуля матрицы, но пока они голые.

Шаг 6. Создание Интернета вещей

Если вы просто хотите зарегистрироваться и отобразить оценки, вы можете завершить проект, написав небольшой запущенный скрипт на Python, который будет повторяться до тех пор, пока одна из оценок не достигнет 9, а затем сбрасывается.

Однако, если вы хотите подключить свой стол к Интернету, следующие несколько шагов должны быть правильными.

В следующих нескольких шагах мы рассмотрим следующее:

• Настройка Raspberry Pi
• Создание базы данных для хранения
• Создание сайта
• Размещение в сети

На этом этапе, если вы знакомы с git, я рекомендую вам создать репозиторий на GitHub / GitLab, чтобы отслеживать ваши файлы. Если вы этого не сделаете, вы можете создать папку с такой же структурой, как на картинке.

Полный проект скоро будет доступен на GitHub. Однако временный rar-файл со всеми необходимыми файлами доступен.

Шаг 7: Подключение Raspberry Pi

Далее мы собираемся настроить среду raspberry pi, для этого вам необходимо выполнить следующие шаги:

• Подключитесь через SSH к Rasberry Pi (вы можете использовать PuTTY)
• Создайте папку (пример проекта mkdir) и перейдите в эту папку с помощью команды cd
• Создайте виртуальную среду Python в этой папке с помощью команды python3 -m venv --system-site-packages env
• Активируйте виртуальный интерпретатор с помощью команды source / env / bin / activate
• Установите пакеты из файла requirements.txt с помощью команды python -m pip install package-name.
• Перенесите файлы из ранее предоставленного файла project_example.rar через SSH в папку вашего проекта.

Теперь вы сможете запустить полный проект на своем Raspberry Pi. Я советую вам использовать Python IDE, например PyCharm, который позволяет вам использовать вас для отладки с вашего удаленного интерпретатора через SSH и при необходимости напрямую загружать изменения.

Шаг 8: Настройка базы данных

Теперь вам нужно настроить очень простую базу данных на основе этой модели.

Самый простой способ сделать это - создать свою базу данных в рабочей среде MySQL, где вы также можете провести некоторое тестирование.

После этого вы можете экспортировать дамп своей базы данных и загрузить его на свой RPi, а затем выполнить его с помощью sudo mariadb <pathtofile / file.sql

Шаг 9: Создание веб-сайта

Затем вы можете проанализировать (и использовать) код из файла project_example.rar.

Главный файл - это Flask.py, который является основой этого проекта:

• Запускает приложение Flask-SocketIO, которое обрабатывает серверную часть веб-сайта.
• Создает соединение между базой данных и Flask
• Обеспечивает проверку входа в систему и регистрацию пользователя
• Предоставляет необходимый код о том, как играть в игру, использует socketio для обновления веб-сайта в реальном времени во время игры.
• Помещает результаты игры в базу данных

В папках static и templates вы можете найти HTML / CSS / JS, которые обеспечивают интерфейсную часть веб-сайта. Не стесняйтесь изменять их по своему усмотрению.

Шаг 10: подключение к всемирной паутине

Чтобы подключить наш сайт к сети, мы будем использовать nginx и uwsgi. В примере проекта вы можете найти необходимые файлы в папке conf.

Прежде всего вам необходимо обновить следующие данные в этих файлах:

• В uwsgi-flask.ini вам нужно изменить путь параметра virtualenv к вашему интерпретатору
• В project1-flask.service вам необходимо обновить часть файла [Service], указав свои учетные данные и пути к связанным файлам.
• В файле nginx вам нужно обновить сервер и местоположение / путь к связанному с ним сокету.

Затем вам нужно заменить файл веб-сервера nginx по умолчанию на расположение вашего файла конфигурации nginx, ниже приведен пример команд Linux для этого.

• мне @ my-rpi: ~ / project1 $ sudo cp conf / nginx / etc / nginx / sites-available / project1
• мне @ my-rpi: ~ / project1 $ sudo rm / etc / nginx / sites-enabled / defaul t
• мне @ my-rpi: ~ / project1 $ sudo ln -s / etc / nginx / sites-available / project1 / etc / nginx / sites-enabled / project1
• мне @ my-rpi: ~ / project1 $ sudo systemctl перезапустить nginx.service

Наконец, вам нужно добавить настраиваемые службы в папку systemd, это пример того, как это сделать:

• me @ my-rpi: ~ / project1 $ sudo cp conf / project1 - *. service / etc / systemd / system /
• мне @ my-rpi: ~ / project1 $ sudo systemctl daemon-reload
• мне @ my-rpi: ~ / project1 $ sudo systemctl start project1- *
• мне @ my-rpi: ~ / project1 $ sudo systemctl status project1- *

Если вы хотите, чтобы веб-сервер запускался при загрузке вашего raspberry pi, вам нужно использовать команду sudo systemctl enable project1 - *. Service.

Если все сделано правильно, после перезагрузки системы ваш сайт должен работать на вашем IP-адресе. Если вы хотите отредактировать один из этих файлов конфигурации, вам всегда нужно останавливать службу, повторно загружать файлы и использовать команду daemon-reload с последующим запуском, иначе изменения не вступят в силу.

Шаг 11: Завершение

Пока вы печатаете заключительную часть этого руководства, этот небольшой школьный проект все еще находится в стадии разработки.

Я потратил на это бесчисленное количество часов за 2,5 недели. Несмотря на то, что все было немного поспешно, я все еще горжусь тем, чего я достиг. На этапе сборки я столкнулся с бесчисленными ошибками / ошибками / неисправными датчиками, поэтому не расстраивайтесь, если все не работает с первой попытки.

Лучшее, что вы можете сделать, это попросить или поискать помощь в Интернете, есть много людей с гораздо лучшими знаниями, которые очень хотят вам помочь.

И последнее, но не менее важное: я хочу поблагодарить своих учителей из отдела новых медиа и коммуникационных технологий за то, что они дали мне много советов и помогли завершить этот проект.