Катапульта Пи: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Ежегодно в последнюю субботу октября Исторический музей Кантиньи проводит конкурс любительских катапультов. Это замечательное соревнование, которое позволяет всем желающим построить катапульту и стрелять из нее, соревнуясь в трех различных категориях: дистанция, группировка выстрелов и точность. Для получения дополнительной информации о конкурсе посетите их веб-сайт по адресу https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c. В этом году моя команда, Метатели Пи, решила использовать Raspberry Pi, чтобы помочь с выпустить часть нашего броска.

В нашем дизайне у нас есть набор датчиков, которые контролируются Raspberry Pi Zero Wireless. После включения катапульты и нажатия на спусковой крючок Raspberry Pi контролирует, когда будет выпущен бейсбольный мяч. Используя этот простой процесс, мы смогли занять второе место с дистанцией 186 футов.

В этом руководстве будет обсуждаться дизайн, разработка и реализация контроллера Raspberry Pi и связанной с ним электроники. Хотя я не рассказываю о строительстве катапульты этого года, после начала нового года поищите инструкции по проектированию и постройке катапульты следующего года.

Просто для удовольствия я включил видео с нашим выстрелом на 186 футов. Надеюсь вам нравится.

Я также хотел бы поблагодарить своих товарищей по команде в этом году: Стивена Боба и Гаса Менудакиса.

Шаг 1: Общий дизайн

Во время соревнований последних лет у нас было немало проблем с постоянным выпуском нашей катапульты. По словам моей жены, будучи большим компьютерщиком, я решил использовать свои навыки работы с электроникой и чрезвычайно низкую стоимость Raspberry Pi Zero (5 долларов США), чтобы добавить компьютерное управление.

Вот общий процесс стрельбы из катапульты. Сначала включите Pi. Во-вторых, подключитесь к беспроводной точке доступа Pi с помощью моего iPhone и запустите приложение Catapult. Далее заведите катапульту и установите спуск. Загрузите катапульту и установите спусковой крючок. Вооружите катапульту приложением. Когда вы будете готовы выстрелить из катапульты, потяните за спусковой крючок. Теперь Pi, используя встроенные датчики, отпускает спусковой крючок в нужный момент, и мяч отпускается.

Шаг 2: Настройка Raspberry Pi Zero

Чтобы настроить Raspberry Pi для использования в катапульте, необходимо выполнить три основных шага. Во-первых, нужно добавить подключения к контактным площадкам, расположенным на задней панели Pi. Второй - настроить Pi как горячую точку. Последний шаг - разработать программу на Python, которая будет взаимодействовать с управляющим приложением, считывать показания датчиков и запускать катапульту при необходимости.

Подключения питания

1. Включите паяльник.
2. Возьмите комплект проводов калибра 16-18 для подключения питания. Я всегда использую красный провод для плюсового подключения. Я также использую провод с разъемом на одном конце, чтобы я мог снять сосну с катапульты.
3. Зачистите небольшое количество проволоки и залудите концы.
4. Предварительно припаяйте контактные площадки, куда вы будете подключать питание. Я не знаю номеров пэдов, но я указал, какие пэды использовать на картинке.
5. Припаяйте провода к Pi. Я считаю, что этот шаг будет простым, если вы закрепите Pi и проведете один провод над контактной площадкой для пайки. Затем я прикладываю паяльник к проводу, одновременно нажимая на контактную площадку. Как только вы почувствуете, что припой на проводе плавится, сбросьте давление.
6. Повторите со второй проволокой.
7. Проверьте, нет ли шорт. Короткое замыкание возникает, если провода или припой от обоих контактных площадок соприкасаются друг с другом. В этом случае нагрейте припой, снимите провода и попробуйте еще раз.

Горячая точка

Хотя я мог пройти все шаги по настройке точки доступа, есть и другие, которые справились лучше. Я перечислил пару сайтов с пошаговыми инструкциями.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Программа Python

Программа Python используется для управления настройкой и запуском катапульты. Программа, расположенная ниже, запускается на Pi и позволяет настраивать катапульту и управлять ею. Эта программа добавляется в локальный каталог пользователя и запускается каждый раз при включении Pi путем добавления записи в /etc/rc.local. Эта программа настраивает сетевой сервер, к которому я подключаюсь с помощью приложения, разработанного для моего iPhone. Вы также можете использовать telnet и подключиться к порту 9999 на Pi. Затем вы можете использовать текстовые команды так же, как и мое приложение.

Программа Node-Red

В качестве дополнения к программе Python я создал программу Node-Red с аналогичной функциональностью, но в ней используется веб-интерфейс. Поскольку Rasbian, рекомендуемая ОС для Raspberry Pi, включает Node-Red как часть установки, я подумал, что это может быть хорошим дополнением. Скопируйте содержимое файла catapult.json в буфер обмена, откройте Node-Red на Pi, который вы собираетесь использовать для своей катапульты, выберите «Импорт-> Буфер обмена» в меню справа и вставьте туда код. Теперь все, что вам нужно сделать, это развернуть код и подключиться к IP-адресу вашего Pi для пользовательского интерфейса. В моем случае это https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, ваш IP-адрес будет очень большим.

Шаг 3: Подключение деталей

Хотя это выглядит как беспорядок, фактическая проводка системы довольно проста. Плохо сделанная схема PowerPoint показывает все связи. Необходимые детали перечислены ниже.

Список деталей

1. Raspberry Pi Zero Wireless - 5 долларов
2. Карта micro SD на 16 ГБ - 8-10 долларов
3. Uxcell DC12V 25N Force 2-Wires Pull Push Solenoid, Электромагнит, привод 10 мм - $ 18
4. eBoot 6 Pack LM2596 Понижающий преобразователь постоянного тока 3,0-40 В в 1,5-35 В, понижающий модуль источника питания - 2 доллара США
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo Battery с XT60 Plug для RC Car, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone и FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 дюйма) - 27 долларов
6. Тумблер - 2-10 долларов за переключатель, у меня был старый, который я использовал
7. Finware, 6 пар XT60 XT-60, штекерные разъемы-пули, силовые вилки с термоусадкой для RC Lipo батареи - $ 7,50
8. Cylewet, 15 шт. Язычковый переключатель с позолоченным выводом, нормально открытый (N / O) магнитный индукционный переключатель, электромагнитный для Arduino (упаковка из 15) CYT1065 - $ 10
9. Релейный модуль Tolako 5v для Arduino ARM PIC AVR MCU 5V световой индикатор Светодиодный 1-канальный релейный модуль работает с официальными платами Arduino - $ 6. Вы можете получить реле, которое работает при напряжении 3,3 В и обходит NPN-транзистор, я бы это сделал, если бы для начала заказал правильный.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 силовые транзисторы в пластиковом корпусе, 75 В, 600 мА - 2 доллара США
11. Проволока и прочие детали - в том числе 20-миллиметровые магниты.

Подключения

Как вы можете видеть из моей ужасной схемы электроники, подключение электроники довольно простое. Вы можете задаться вопросом, почему в него добавлен транзистор NPN, это связано с тем, что реле работает на 5 вольт, а Pi работает на 3,3 В. Да, на Pi есть контакты 5 В, но они не предназначены для подключения к контактам GPIO. Спросите меня, откуда я знаю…

Как вы соедините компоненты вместе - это ваш выбор. Я использовал старые серворазъемы RC, так как они имеют правильное расстояние для контактов GPIO на Raspberry Pi, и у меня их большая коллекция. Вы можете направить припой к отверстиям / контактам на Pi, если хотите. Вам просто нужно убедиться, что соединения безопасны и вряд ли разойдутся во время насильственного процесса, который представляет собой запуск катапульты.

Шаг 4: напечатанные детали

Есть три элемента, которые мне пришлось распечатать для этого проекта, и они перечислены ниже.

1. Корпус электроники
2. Корпус соленоида
3. Удерживающая рука для бейсбола

Я включил файлы STL для каждой части, которую мне нужно было распечатать. При печати руки я рекомендую использовать уровень заполнения 25-50%. Это необходимо для того, чтобы рычаг не сломался из-за нагрузок, которым он подвергается во время стрельбы.

Шаг 5: Магниты и герконы

Одним из наиболее важных аспектов дизайна является определение того, как определить, где находится рука во время выстрела из катапульты. Есть несколько различных вариантов, датчики Холла, герконы и акселерометры - это лишь некоторые из них. Первоначально я планировал использовать датчики на эффекте Холла, но обнаружил, что они не работают постоянно, поэтому я переключился на герконы. Если вы решите использовать герконовые переключатели, одно слово предостережения: герконовые переключатели должны быть ориентированы так, чтобы они были перпендикулярны центробежной силе. В противном случае возможно, что герконы будут принудительно открыты / закрыты вращением руки.

Как видно из схемы, я использовал четыре магнита и два геркона. Каждый из магнитов установлен на 90 градусов друг от друга. Это, в сочетании с установленным отклонением для герконовых переключателей на 135 градусов, позволяет показывать 8 показаний датчика за один оборот. При смещении датчика оба датчика не будут пересекать магнит одновременно, что обеспечивает ту же точность, что и при использовании одного геркона и 8 магнитов. В любом случае каждые 45 градусов поворота руки Pi будет получать один импульс.

Каждый из магнитов встроен в базовую опору метательного рычага. Я использовал сверло Форстнера 7/8 дюйма и просверлило примерно 6 мм, чтобы соответствовать высоте магнитов, которые у меня были под рукой. Затем я добавил немного горячего клея в отверстие и прижал магниты на месте. Каждый из магнитов должен быть заподлицо с поверхностью основания.

Что касается язычковых переключателей, я сначала подключил переключатели к проводам, которые позже подключил к контактам GPIO Pi. Затем я просверлил прорезь для язычкового переключателя на нижней стороне метательной руки. Размер этого слота должен соответствовать размеру геркона. Затем я просверлил отверстие в руке на конце прорези. Это отверстие, через которое провод и герконовый переключатель продеваются через рычаг, поэтому оно должно быть достаточно большим, чтобы справиться с обоими. Затем я продеваю провод к герконовому переключателю и приклеиваю герконовый переключатель к пазу, который был создан для него. Так как я использовал дерево для своей метательной руки, я заполнил пространство в пазу язычкового переключателя деревянным наполнителем. Это был способ убедиться, что герконовый переключатель закреплен и не может тереться об основание.

Шаг 6: Тестирование

Тестирование - увлекательный процесс. Это то место, куда вы отправляетесь, где не причините вреда людям или имуществу, и посмотрите, работают ли ваши вещи. Хотел бы я это сделать. Во время нашего первого пробного броска отпустить руку было слишком поздно, и я пролетел над моим фургоном, примерно в 100 футах от меня. После корректировки сроков выпуска мы попробовали еще раз. На этот раз мяч попал в шину моей машины и отскочил к нам. Я переехал на машине.

После еще нескольких попыток мы переместились туда, где веревка была прикреплена к руке, так что рука остановилась под углом 90 градусов против часовой стрелки прямо вверх. Это позволило нам стрелять прямо вперед и под углом 45 градусов. Намного лучше. После того, как мы сделали релиз, мы изменили вес и пару раз модифицировали подвеску для мяча, чтобы добиться наилучших результатов.

Шаг 7: Заключительные мысли

Хочу поблагодарить всех, кто помогал с катапультой этого года. Стивен Боб и Гас Менудакис, мои товарищи по команде. Моя жена, которая каждый год спрашивает, почему я должен строить катапульту по-другому. И Кантиньи за то, что в первую очередь провел конкурс. Это взрыв, и у него действительно должна быть большая толпа.

Спасибо за уделенное время и дайте мне знать, если у вас возникнут вопросы.