หุ่นยนต์ ZUMO ที่ควบคุมด้วย WIFI: 3 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ภาพรวมฮาร์ดแวร์:

 RedBearLab CC3200:

อุปกรณ์ SimpleLink CC3200 ของ Texas Instrument เป็น MCU ไร้สายที่รวมแกน ARM Cortex-M4 ประสิทธิภาพสูงที่ทำงานได้ถึง 80MHz ซึ่งช่วยให้สามารถพัฒนาแอปพลิเคชันทั้งหมดด้วย IC ตัวเดียว อุปกรณ์นี้มีอุปกรณ์ต่อพ่วงที่หลากหลายรวมถึงอินเทอร์เฟซกล้องขนานที่รวดเร็ว, I2S, SD/MMC, UART, SPI, I2C และ ADC สี่ช่องสัญญาณ ระบบย่อยการจัดการพลังงานประกอบด้วยตัวแปลง DC-DC ในตัวที่รองรับแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลายและสิ้นเปลืองพลังงานต่ำ

คุณสมบัติที่สำคัญ:- CC3200 MCU แบบดูอัลคอร์: คอร์ ARM Cortex-M4 ที่ 80 MHz สำหรับแอปพลิเคชันและคอร์ ARM เฉพาะสำหรับการประมวลผลเครือข่าย Wi-Fi

- หน่วยความจำแฟลชอนุกรม 256KB RAM 1MB พร้อมระบบไฟล์สำหรับผู้ใช้ - Hardware Crypto Engine สำหรับการรักษาความปลอดภัยขั้นสูงที่รวดเร็ว รวมถึง AES, DES, 3DES, SHA2 MD5, CRC และ Checksum

- พิน GPIO แบบมัลติเพล็กซ์ที่ตั้งโปรแกรมได้มากถึง 27 ตัว รวมถึงอินเทอร์เฟซกล้องขนานที่รวดเร็ว, I2S, SD/MMC, UART, SPI, I2C และ ADC สี่ช่องสัญญาณ

- Crypto Engine อันทรงพลังสำหรับการเชื่อมต่อ Wi-Fi และอินเทอร์เน็ตที่รวดเร็วและปลอดภัยด้วยการเข้ารหัส AES 256 บิตสำหรับการเชื่อมต่อ TLS และ SSL

- เทคโนโลยี SmartConfig, โหมด AP และ WPS2 เพื่อการจัดเตรียม Wi-Fi ที่ง่ายและยืดหยุ่น

 Zumo Robot v1.2:

แผงควบคุมหุ่นยนต์ Zumo เป็นเกราะป้องกันสำหรับใช้กับ CC3200 หรืออุปกรณ์ที่เข้ากันได้เป็นตัวควบคุมหลัก วัดแต่ละด้านน้อยกว่า 10 ซม. ใช้มอเตอร์เกียร์โลหะขนาดเล็ก 75:1 HP สองตัวในการขับเคลื่อนดอกยาง ให้แรงบิดมากมายและความเร็วสูงสุดประมาณ 2 ฟุตต่อวินาที (60 ซม./วินาที) นอกจากนี้ยังมีใบมีดซูโม่สเตนเลสสตีลตัดด้วยเลเซอร์หนา 0.036 นิ้ว ติดตั้งที่ด้านหน้าของแชสซีเพื่อผลักไปรอบๆ วัตถุ เช่น หุ่นยนต์อื่นๆ และอาร์เรย์เซ็นเซอร์สะท้อนแสงที่ติดตั้งอยู่ที่ขอบด้านหน้าของ Zumo (ด้านหลังใบซูโม่) ช่วยให้ Zumo ตรวจจับคุณสมบัติบนพื้นด้านหน้าได้ เช่น เส้นสำหรับติดตามหรือขอบเพื่อหลีกเลี่ยง

คุณสมบัติที่สำคัญ: - ตัวขับมอเตอร์ H-Bridge คู่

- ออด

- ผู้ใช้ LED และปุ่มกด

- มาตรความเร่งแบบ 3 แกน เข็มทิศ และไจโรสโคป

ขั้นตอนที่ 1: การตั้งค่าฮาร์ดแวร์

ข้อกำหนดด้านฮาร์ดแวร์:

 RedBearLab CC3200

 หุ่นยนต์ Zumo สำหรับ Arduino v1.2

 หัวต่อตัวผู้ 2.54 มม. สองตัว

 สายจัมเปอร์พรีเมี่ยมหญิง-หญิง 2 เส้น

 แบตเตอรี่ AA จำนวน 4 ก้อน

เริ่มต้นจาก Zumo Robot ที่ประกอบไว้ล่วงหน้าสำหรับ Arduino v1.2 มีเพียงไม่กี่ขั้นตอนในการสร้าง Zumo CC3200 ใหม่:

 ประสานส่วนหัวหนึ่งแถวเข้ากับ Zumo shield คู่มือผู้ใช้ Pololu Zumo Shield สำหรับ Arduino จะอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับการประกอบหุ่นยนต์ Zumo จากชุดอุปกรณ์ และในหน้า 16 วิธีถอดประกอบเพียงพอที่จะเพิ่มส่วนประกอบใหม่ กระบวนการถอดแยกชิ้นส่วนถูกสรุปและอธิบายไว้อย่างง่ายๆ ด้านล่าง

1. ถอดรางออกจากแชสซีและค่อยๆ เลื่อนเฟืองขับสองตัวออกจากเพลามอเตอร์

[เฟืองติดอยู่กับเพลามอเตอร์อย่างแน่นหนา: วิธีที่ปลอดภัยที่สุดในการถอดคือวางเฟืองไว้ในคีมคีบขนาดเล็กแล้วเคาะเบาๆ ที่เพลามอเตอร์ด้วยหมุดตอกขนาด 3/32 นิ้ว (หรือตะปูขนาดเล็ก) ในทางปฏิบัติ ไม่จำเป็นต้องถอดเฟืองออกจากเพลามอเตอร์ทั้งหมด โดยการเลื่อนมันออกไปนอกแชสซี แต่ยังคงอยู่บนเพลา ทำให้สามารถแยกชิลด์ออกจากแชสซีได้ การไม่ถอดออกทั้งหมดจะทำให้คืนเฟืองได้ง่ายขึ้นในภายหลัง]

2. ถอดฝาครอบแบตเตอรี่และแบตเตอรี่ออกจากตัวเครื่อง

3. คลายเกลียวสกรูและน็อตเครื่องทั้งสี่ชุดที่ยึดแผงป้องกันเข้ากับแชสซี4. บีบสปริงขั้วแบตเตอรี่ขั้วลบและค่อยๆ คลายขั้วแบตเตอรี่ทั้งสองออกผ่านรูในตัวเครื่อง มอเตอร์จะติดอยู่กับตัวป้องกันเมื่อแยกออกจากแชสซี

5. ค่อยๆ งอมอเตอร์ทั้งสองออกจากตัวป้องกันเพื่อให้ถอดชิ้นส่วนด้านหน้าของแผ่นตัวเว้นระยะ

[จะต้องถอดสเปเซอร์ทั้งสองออกเพื่อประสานกับส่วนหัวใหม่และเนื่องจากเกือบจะไม่สมมาตรแบบทวิภาคีอย่างสมบูรณ์ คุณจึงต้องการจดตำแหน่งอย่างระมัดระวังเพื่อให้กระบวนการประกอบใหม่เป็นไปอย่างราบรื่น]

6. ประสานส่วนหัวเข้ากับ Zumo shield ที่ให้การเข้าถึงพิน 5, 6, 9 และ 10

7. คุณสามารถประกอบ Zumo ใหม่ได้โดยทำตามขั้นตอนการถอดแยกชิ้นส่วนย้อนกลับ

[โปรดใช้ความระมัดระวังในการเปลี่ยนชิ้นส่วนแผ่นเว้นวรรคเหมือนกับที่ติดตั้งในตอนแรก เนื่องจากไม่สมมาตรทั้งสองข้างอย่างสมบูรณ์ จึงง่ายที่จะเปลี่ยนสเปเซอร์กลับหัวโดยไม่ได้ตั้งใจ ขอบด้านท้ายของตัวเว้นระยะด้านหลังมีรอยบากกว้างเป็นพิเศษที่ด้านหนึ่งเพื่อให้มีที่ว่างสำหรับส่วนหัว "ขั้วต่อการชาร์จ" ถัดจากสวิตช์เปิด/ปิด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวเว้นระยะด้านหลังวางราบเรียบระหว่างกล่องแบตเตอรี่และแผงป้องกัน]

 ต่อสายจัมเปอร์ระหว่างพิน 5 และ 9 และสายอื่นระหว่างพิน 6 และ 10

หมายเหตุ: บอร์ด RedBearLab CC3200 รองรับเฉพาะเอาต์พุต PWM บนพิน 5 และ 6 ในขณะที่; Zumo shield เชื่อมต่อพิน 9 และ 10 กับอินพุต PWM ของไดรเวอร์มอเตอร์ DRV8835 ดังนั้นต้องใช้จัมเปอร์สองตัวนี้

 ถอดปลั๊กอาร์เรย์เซ็นเซอร์สะท้อนแสง Zumo จากด้านล่างด้านหน้าของ Zumo หมายเหตุ: ห้ามใช้อาร์เรย์เซ็นเซอร์สะท้อนแสง Zumo เมื่อ RedBearLab CC3200 เชื่อมต่อกับ Zumo เซ็นเซอร์สร้างสัญญาณ 5V ที่สามารถสร้างความเสียหายอย่างถาวรต่ออินพุตอะนาล็อกสูงสุด 1.5V ของ CC3200

 เสียบ RedBearLab CC3200 ที่ด้านบนของ Zumo shield

ขั้นตอนที่ 2: ซอฟต์แวร์

 Energia เวอร์ชัน 17 MT: เพื่อสร้างและเรียกใช้แอปที่ทำงานบน RedBearLab CC3200 LP

หมายเหตุ: ใช้ Energia รุ่น 0101E0017 เท่านั้น

 การประมวลผล 2.2.1: เมื่อต้องการเรียกใช้โปรแกรมฝั่งโฮสต์ที่ควบคุม Zumo CC3200 หมายเหตุ: อย่าลืมดาวน์โหลด Processing 2.x ไม่ใช่ 3.x; ตัวอย่างจำนวนมากใช้ไลบรารีที่ยังไม่ได้ย้ายไปยังการประมวลผล 3.x

การตั้งค่าซอฟต์แวร์:

 ติดตั้ง Energia เวอร์ชัน 17 MT เพื่อให้คุณสามารถสร้างและสร้างภาพสเก็ตช์ที่ทำงานบน Zumo หากคุณกำลังใช้ Energia เวอร์ชัน Windows คุณต้องติดตั้งไดรเวอร์ USB RedBearLab เพื่อเปิดใช้งาน Energia MT เพื่อดาวน์โหลดโปรแกรมไปยัง RedBearLab CC3200 และเปิดใช้งานการสื่อสารแบบอนุกรมกับ CC3200 ผ่านพอร์ต Windows COM

- ติดตั้งไดรเวอร์ CC3200 สำหรับ Windows (ดูรายละเอียดในคำแนะนำในส่วน "CC3200 LaunchPad")  ติดตั้งการประมวลผล 2.2.1 เพื่อให้คุณสามารถสร้างภาพร่างที่สื่อสารกับ Zumo ผ่าน Wi-Fi ได้อย่างง่ายดาย

การแก้ไขปัญหา: หากคุณใช้ Windows และ Energia ไม่สามารถอัปโหลดไปยัง CC3200 ได้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้ติดตั้งไดรเวอร์ CC3200 สำหรับ Windows แล้ว หากหลังจากการติดตั้ง Energia ยังไม่สามารถอัปโหลดได้ ให้คัดลอก cc3200_drivers_win/i386/ftd2xx.dll ลงในโฟลเดอร์ที่มีโปรแกรมอัปโหลดของ Energia (cc3200load.exe): Energia_installation_folder/hardware/tools/lm4f/bin

ขั้นตอนที่ 3: สาธิต

หลังจากการประกอบฮาร์ดแวร์และติดตั้งเครื่องมือซอฟต์แวร์ที่อธิบายข้างต้นแล้ว ฟังก์ชันฮาร์ดแวร์พื้นฐานของ Zumo CC3200 สามารถแสดงให้เห็นได้โดยใช้ภาพร่าง Energia MT อย่างง่ายที่สื่อสารกับแบบร่างการประมวลผล ภาพสเก็ตช์เหล่านี้ช่วยให้ควบคุมมอเตอร์ของ Zumo ได้อย่างง่ายดายด้วยแป้นพิมพ์ และแสดงข้อมูลมาตรวัดความเร่งและไจโรของ Zumo แบบเรียลไทม์

สร้างและอัปโหลดการสาธิต ZumoTest:

 เชื่อมต่อ Zumo กับพีซีของคุณด้วยสาย USB

- สลับสวิตช์ไฟของ Zumo Bot เป็น "ปิด" (จ่ายไฟให้กับ CC3200 ผ่านการเชื่อมต่อ USB)

- เชื่อมต่อ RedBearLab CC3200 USB เข้ากับพอร์ต USB ของเครื่องพีซีของคุณ

 เปิดเครื่องรูดโฟลเดอร์ “ZumoTest” จากไฟล์แนบ และดับเบิลคลิกที่ไฟล์ ZumoTest/ZumoTest.ino หมายเหตุ: ครั้งแรกที่คุณดับเบิลคลิกที่ภาพสเก็ตช์หลังจากติดตั้ง Energia MT Windows จะถามคุณว่าโปรแกรมใดควรเปิดภาพสเก็ตช์ เพียงไปที่การติดตั้ง Energia MT และเชื่อมโยงโปรแกรม energia.exe กับไฟล์.ino

ภายใน Energia MT IDE:- เลือกบอร์ด RedBearLab CC3200 EMT (ผ่านเครื่องมือ > บอร์ด > RedBearLab CC3200 EMT (80MHz))

- เลือกพอร์ต COM ที่เชื่อมต่อกับ Zumo (ผ่าน Tools > Serial Port > COMx) หากคุณใช้ Windows มันคือ "mbed Serial Port" ที่ปรากฏภายใต้ "Ports (COM & LPT)" ในตัวจัดการอุปกรณ์- คลิกปุ่ม "อัปโหลด" เพื่อสร้างและอัปโหลดภาพร่าง ZumoTest ไปยัง CC3200

 รีเซ็ต CC3200 โดยกดและปล่อยปุ่มรีเซ็ตของ RedBearLab CC3200 หมายเหตุ: บางครั้ง Energia MT มีปัญหาในการอัปโหลดภาพสเก็ตช์ไปยัง RedBearLab CC3200 ในกรณีเหล่านี้ การยกเลิกการเชื่อมต่อและเชื่อมต่อสาย USB ใหม่มักจะช่วย และพยายามอัปโหลดอีกครั้ง

 ร่าง ZumoTest ด้านบนเริ่มเครือข่ายของตัวเองที่ชื่อว่า "zumo-test" พร้อมรหัสผ่าน "รหัสผ่าน" ซึ่งพีซีของคุณควรค้นพบได้ - เชื่อมต่อพีซีของคุณกับเครือข่าย WiFi ทดสอบ zumo

 เปิดเครื่องรูดโฟลเดอร์ "Zumo Test Sketch" และดับเบิลคลิกที่ไฟล์ zgraph/zgraph.pde

หมายเหตุ: ครั้งแรกที่คุณเพิ่มภาพสเก็ตช์เป็นสองเท่าหลังจากติดตั้งการประมวลผล Windows จะถามคุณว่าโปรแกรมใดควรเปิดภาพสเก็ตช์ เพียงไปที่การติดตั้งการประมวลผลและเชื่อมโยงไฟล์ที่ปฏิบัติการได้ processing.exe กับไฟล์.pde

ภายใน IDE การประมวลผล:

- คลิกที่ปุ่ม Run เพื่อเริ่มร่างภาพ

- รอให้หน้าต่างกราฟปรากฏขึ้นและพิมพ์ตัวอักษร 'c' เพื่อเริ่มรับข้อมูลอย่างต่อเนื่องและแสดงข้อมูลมาตรความเร่งจาก Zumo คุณควรเห็นแผนผังข้อมูลการเร่งความเร็วแยกกันสามแผนภาพ หนึ่งแผนภาพสำหรับแกน x, y และ z การเคลื่อนไหวใด ๆ ของ Zumo ควรสะท้อนให้เห็นในการเปลี่ยนแปลงแผนเหล่านี้ทันที คุณสามารถสลับไปยังการแสดงข้อมูลไจโรแบบเรียลไทม์ได้โดยพิมพ์ 'G' เมื่อหน้าต่างกราฟมีโฟกัส และสลับกลับไปที่การแสดงการเร่งแบบเรียลไทม์โดยพิมพ์ 'A'

คุณยังสามารถขับ Zumo CC3200 โดยใช้แป้นคีย์บอร์ด 'w', 'a', 's', 'd' และ ' ' (เว้นวรรค).'w' - ขับไปข้างหน้า

'a' - เลี้ยวซ้าย

's' - ขับถอยหลัง

'd' - เลี้ยวขวา

' – หยุดดูไฟล์ zgraph/zgraph.pde สำหรับคำสั่งแป้นพิมพ์เพิ่มเติม

สร้างและอัปโหลด Zumo Balancing Demo

 ติดตั้งไลบรารีการประมวลผล: การสาธิตนี้ต้องใช้ ControlP5 (ไลบรารี GUI สำหรับการประมวลผล) และสามารถดาวน์โหลดได้จากไฟล์แนบ ทำตามคำแนะนำต่อไปนี้เพื่อติดตั้งไลบรารีนี้ในการประมวลผล

- เริ่มแอปพลิเคชันการประมวลผล

- ค้นหาโฟลเดอร์สมุดสเก็ตช์การประมวลผลของคุณโดยเลือกไฟล์ > การตั้งค่ารายการเมนูและมองหา "ตำแหน่ง Sketchbook"

- คัดลอกโฟลเดอร์ ControlP5 ลงในโฟลเดอร์ไลบรารีของสมุดสเก็ตช์ของคุณ คุณจะต้องสร้างโฟลเดอร์ไลบรารีหากนี่เป็นการติดตั้งไลบรารีที่สนับสนุนครั้งแรกของคุณ

 เชื่อมต่อ Zumo กับพีซีของคุณด้วยสาย USB

- สลับสวิตช์ไฟของ Zumo Bot เป็น "ปิด" (จ่ายไฟให้กับ CC3200 ผ่านการเชื่อมต่อ USB)

- เชื่อมต่อ RedBearLab CC3200 USB เข้ากับพอร์ต USB ของเครื่องพีซีของคุณ

 เปิดเครื่องรูดโฟลเดอร์ "ZumoBalance" จากไฟล์แนบ และดับเบิลคลิกที่ไฟล์ ZumoBalancing/Balancing.ino ภายใน Energia MT IDE:

- เลือกบอร์ด RedBearLab CC3200 EMT (ผ่านเครื่องมือ > บอร์ด > RedBearLab CC3200 EMT (80MHz))

- เลือกพอร์ต COM ที่เชื่อมต่อกับ Zumo (ผ่าน Tools > Serial Port > COMx) หากคุณใช้ Windows มันคือ "mbed Serial Port" ที่ปรากฏภายใต้ "Ports (COM & LPT)" ในตัวจัดการอุปกรณ์- คลิกปุ่ม "อัปโหลด" เพื่อสร้างและอัปโหลดร่าง Balancing ไปยัง CC3200

 รีเซ็ต CC3200 โดยกดและปล่อยปุ่มรีเซ็ตของ RedBearLab CC3200

หมายเหตุ: บางครั้ง Energia MT มีปัญหาในการอัปโหลดภาพสเก็ตช์ไปยัง RedBearLab CC3200 ในกรณีเหล่านี้ การยกเลิกการเชื่อมต่อและเชื่อมต่อสาย USB ใหม่มักจะช่วย และพยายามอัปโหลดอีกครั้ง

 ร่าง ZumoBalancing ด้านบนเริ่มต้นเครือข่ายของตัวเองที่ชื่อว่า "zumo-balancing" ด้วยรหัสผ่าน "password" ซึ่งพีซีของคุณควรค้นพบได้

1. เชื่อมต่อพีซีของคุณกับเครือข่าย Wi-Fi ที่ปรับสมดุล zumo

 เปิดเครื่องรูดโฟลเดอร์ "Zumo Balance Sketch" จากไฟล์แนบ แล้วดับเบิลคลิกที่ไฟล์ zbalacing/zbalancing.pde