Catapulta do Pi: 7 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Todos os anos, no último sábado de outubro, o Museu Histórico de Cantigny realiza um concurso amador de catapulta. Este é um concurso maravilhoso que permite que todos os participantes construam e disparem uma catapulta enquanto competem em até 3 categorias diferentes: distância, agrupamento de tiro e precisão. Para obter mais informações sobre o concurso, visite o site em https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Para o concurso deste ano, minha equipe, os atiradores de Pi, decidiu usar um Raspberry Pi para ajudar com o libere parte do nosso lance.

Em nosso projeto, temos um conjunto de sensores sendo monitorados por um Raspberry Pi Zero Wireless. Depois de armar a catapulta e puxar o lançamento, o Raspberry Pi controla quando a bola de beisebol será lançada. Usando esse processo simples, conseguimos ficar em segundo lugar com uma distância de 186 pés.

Este Instructable discutirá o design, desenvolvimento e implementação do controlador Raspberry Pi e eletrônicos associados. Embora eu não cubra a construção da catapulta deste ano, procure um instrutivo após o início do novo ano sobre o projeto e construção da catapulta do próximo ano.

Apenas por diversão, incluí um vídeo de nossa foto de 186 pés. Espero que você goste.

Também gostaria de agradecer aos meus companheiros de equipe este ano: Steven Bob e Gus Menoudakis.

Etapa 1: Design geral

Durante o concurso do ano passado, tivemos muitos problemas para obter lançamentos consistentes para nossa catapulta. Sendo um grande geek, de acordo com minha esposa, decidi usar minhas habilidades com eletrônica e o custo extremamente baixo de um Raspberry Pi Zero (US $ 5) para adicionar o controle do computador.

Aqui está o processo geral de disparo da catapulta. Primeiro, ligue o Pi. Em segundo lugar, conecte-se ao ponto de acesso sem fio do Pi com meu iPhone e inicie meu aplicativo Catapult. Em seguida, enrole a catapulta e defina a liberação. Carregue a catapulta e acione o gatilho. Arme a catapulta com o aplicativo. Quando você estiver pronto para disparar a catapulta, puxe a liberação. Agora o Pi, usando os sensores embutidos, libera o gatilho no momento certo e a bola é lançada.

Etapa 2: configuração do Raspberry Pi Zero

Existem três etapas principais necessárias para configurar o Raspberry Pi para uso na catapulta. A primeira é adicionar conexões às almofadas de energia localizadas na parte de trás do Pi. A segunda é configurar o Pi como um ponto quente. A etapa final é desenvolver um programa em Python que irá interagir com o app de controle, ler os sensores e disparar a catapulta quando necessário.

Conexões de energia

1. Ligue seu ferro de solda.
2. Pegue um conjunto de fio de bitola 16-18 para a conexão de energia. Eu sempre uso fio vermelho para a conexão positiva. Também uso um fio com um conector em uma das extremidades para poder remover o pinheiro da catapulta.
3. Retire uma pequena quantidade de fio e estanhe as pontas.
4. Pré-soldar as almofadas onde você conectará a energia. Não sei os números dos pads, mas indiquei quais pads usar na imagem.
5. Solde os fios ao Pi. Acho que essa etapa é fácil se você prender o Pi e segurar um fio sobre a almofada a ser soldada. Em seguida, aplico o ferro de solda no fio enquanto pressiono a almofada. Depois de sentir a solda no fio derreter, libere a pressão.
6. Repita com o segundo fio.
7. Verifique se há shorts. Existe um curto se os fios ou solda de ambas as almofadas se tocam. Se isso acontecer, aqueça a solda, remova os fios e tente novamente.

Ponto de acesso

Embora eu possa seguir todas as etapas para configurar um ponto de acesso, há outras que fizeram um trabalho melhor. Listei alguns sites com instruções passo a passo.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Programa Python

Um programa Python é usado para controlar a configuração e o disparo da catapulta. O programa, localizado abaixo, é executado no Pi e permite configurar e controlar a catapulta. Este programa é adicionado ao diretório local do usuário e executado toda vez que o Pi é ligado, adicionando uma entrada em /etc/rc.local. Este programa configura um servidor de rede ao qual me conecto usando um aplicativo desenvolvido para o meu iPhone. Você também pode usar telnet e se conectar à porta 9999 no Pi. Você pode então usar comandos de texto para o mesmo efeito que meu aplicativo.

Programa Node-Red

Como complemento ao programa Python, criei um programa Node-Red com funcionalidade semelhante, mas usa uma interface da web. Como o Rasbian, o sistema operacional recomendado para o Raspberry Pi, inclui o Node-Red como parte da instalação, achei que poderia ser uma boa adição. Copie o conteúdo do arquivo catapult.json em sua área de transferência, abra o Node-Red no Pi que você pretende usar para sua catapulta, selecione Import-> Clipboard no menu à direita e cole o código lá. Agora, tudo o que você precisa fazer é implantar o código e se conectar ao endereço IP do seu Pi para a interface do usuário. No meu caso é https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, seu endereço IP vai muito.

Etapa 3: Fiação das peças

Embora pareça uma bagunça, a fiação real do sistema é bastante simples. O esquema do PowerPoint mal feito mostra todas as conexões. As peças necessárias estão listadas abaixo.

Lista de peças

1. Raspberry Pi Zero Wireless - $ 5
2. Cartão micro SD de 16 GB - $ 8-10
3. Uxcell DC12V 25N Force 2-Wires Pull Push Solenóide, eletroímã, atuador de 10 mm - $ 18
4. eBoot 6 Pack LM2596 DC para DC Buck Converter 3.0-40V para 1.5-35V Módulo de Abastecimento da Fonte de Alimentação - $ 2
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo Battery com XT60 Plug for RC Car, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone e FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 polegadas) - $ 27
6. Chave seletora - US $ 2-10 por chave, eu tinha um antigo que usei
7. Finware 6 pares XT60 XT-60 Macho Fêmea Conectores Bullet Plugues de Força com Termoencolhível para Bateria RC Lipo - $ 7.50
8. Interruptor de palheta Cylewet 15pcs com chumbo dourado normalmente aberto (N / O) Interruptor de indução magnética eletromagnética para Arduino (pacote de 15) CYT1065 - $ 10
9. Módulo de relé Tolako 5v para Arduino ARM PIC AVR MCU Luz indicadora de 5V LED Módulo de relé de 1 canal Funciona com placas Arduino oficiais - $ 6. Você poderia obter um relé que opera a 3,3 V e ignorar o transistor NPN, eu teria feito se tivesse pedido o correto para começar.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Transistores de potência encapsulados em plástico 75V 600mA - $ 2
11. Fio e peças diversas - isso inclui alguns ímãs de 20 mm.

Conexões

Como você pode ver no meu horrível diagrama eletrônico, as conexões para os componentes eletrônicos são bastante simples. Você pode estar se perguntando por que existe um transistor NPN colocado ali, tem a ver com o relé operando a 5 volts e o Pi operando a 3,3v. Sim, existem pinos de 5 V no Pi, mas eles não são para conexão aos pinos GPIO. Me pergunte como eu sei …

Como você conecta os componentes é sua escolha. Usei conectores servo RC antigos, pois eles têm o espaçamento correto para usar para os pinos GPIO no Raspberry Pi e eu tenho uma grande coleção deles. Você pode direcionar a solda para os orifícios / pinos no Pi, se desejar. Você só precisa se certificar de que as conexões estão seguras e improváveis de se separarem durante o processo violento que é o lançamento de uma catapulta.

Etapa 4: peças impressas

Há três itens que tive que imprimir para este projeto e eles estão listados abaixo.

1. Estojo de eletrônicos
2. Caixa solenóide
3. Braço de retenção de beisebol

Incluí os arquivos STL para cada uma das peças que tive de imprimir. Ao imprimir o braço, recomendo que você use uma taxa de preenchimento de 25-50%. Isso é para garantir que o braço não se quebre devido às tensões a que é submetido durante o disparo.

Etapa 5: ímãs e chaves de palheta

Um dos aspectos mais importantes do projeto é determinar como saber onde o braço está durante o disparo da catapulta. Existem algumas opções diferentes, sensores de efeito Hall, interruptores reed e acelerômetros são apenas alguns exemplos. Originalmente, planejei usar os sensores de efeito Hall, mas descobri que eles não funcionavam de forma consistente, então mudei para interruptores reed. Se você optar por usar interruptores reed, uma palavra de cautela: os interruptores reed devem ser orientados de forma que fiquem perpendiculares à força centrífuga. Caso contrário, é possível que os interruptores reed sejam forçados a abrir / fechar pelo movimento giratório do braço.

Como você pode ver no diagrama, usei quatro ímãs e duas chaves de palheta. Cada um dos ímãs é colocado a 90 graus de distância. Isso, em combinação com o ajuste de 135 graus para os interruptores reed, permite 8 leituras de sensor por revolução. Com o deslocamento do sensor, ambos os sensores não cruzarão um ímã ao mesmo tempo, o que nos permite a mesma precisão de usar uma única chave de palheta e 8 ímãs. Em ambos os casos, a cada 45 graus em que o braço gira o Pi obterá um único pulso.

Cada um dos ímãs está embutido no suporte da base para o braço de lançamento. Usei uma broca forstner de 7/8 de polegada e perfurei cerca de 6 mm para coincidir com a altura dos ímãs que eu tinha em mãos. Em seguida, adicionei um pouco de cola quente no orifício e pressionei os ímãs no lugar. Cada um dos ímãs deve estar nivelado com a superfície da base.

Para os interruptores reed, primeiro conectei os interruptores a fios que depois conectaria aos pinos GPIO do Pi. Em seguida, perfurei uma ranhura para a chave de palheta na parte inferior do braço de arremesso. Este slot deve ser dimensionado para envolver totalmente sua chave de palheta. Em seguida, fiz um furo no braço na extremidade da ranhura. Este orifício é como o fio e a chave de palheta são enfiados no braço, de modo que deve ser grande o suficiente para lidar com os dois. Em seguida, passo a conexão do fio ao interruptor reed e colo o interruptor reed na ranhura que foi criada para ele. Como usei madeira como braço de arremesso, preenchi os espaços na ranhura do interruptor de palheta com enchimento de madeira. Essa era uma maneira de garantir que a chave de palheta estava presa e incapaz de esfregar na base.

Etapa 6: Teste

O teste é um processo divertido. É onde você vai a algum lugar onde não vai machucar pessoas ou danificar propriedades e ver se suas coisas funcionam. Eu gostaria de ter feito isso. Em nosso primeiro teste, lancei a liberação do braço tarde demais e eu coloquei uma vela de beisebol sobre minha van, a cerca de 30 metros de distância. Depois de ajustar o tempo de liberação, tentamos novamente. Desta vez, a bola de beisebol atingiu o pneu do meu carro e voltou para nós. Mudei meu carro.

Depois de mais várias tentativas, movemo-nos para onde a corda estava presa ao braço de modo que o braço parasse 90 graus CCW de cima para baixo. Isso nos permitiu disparar tiros praticamente para a frente e em um ângulo de 45 graus. Muito melhor. Uma vez que tínhamos a liberação ajustada, mudamos o peso e modificamos o estilingue algumas vezes para obter nossos melhores resultados.

Etapa 7: Reflexões Finais

Gostaria de agradecer a todas as pessoas que ajudaram na catapulta deste ano. Steven Bob e Gus Menoudakis, meus companheiros de equipe. Minha esposa, que todo ano pergunta por que tenho que fazer um desenho diferente para uma catapulta. E Cantigny por ter o concurso em primeiro lugar. É uma explosão e realmente deveria ter uma multidão maior.

Obrigado pelo seu tempo e entre em contato se tiver alguma dúvida.