Elektronika je srdcem mnoha moderních zařízení a projektů. V tomto případě se zaměříme na to, jak využít Raspberry Pi a 3D tisk pro vytvoření dálkově ovládané platformy, například vozidla nebo tanku s kamerou. Kromě toho si ukážeme, jak vytvořit vlastní napájecí a signálové desky, což umožní flexibilitu pro různé projekty a jejich úpravy. Tento přístup je ideální, pokud se rozhodnete přizpůsobit technologii podle vlastních potřeb a preferencí. Při práci s elektronikou je klíčové porozumět základům, ale nebojte se, i pokud je to váš první pokus, výsledek bude stát za to.

Začneme se samotnou elektronikou, která bude řídit napájení a signály mezi jednotlivými komponentami. Raspberry Pi, které je mozkem celého zařízení, vyžaduje čistý a stabilní 5V napájecí zdroj, jinak se mohou objevit nechtěné chování a poruchy. Pro tento účel si vytvoříte napájecí desku, která přemění napětí 8,4–12V z baterie na stabilní 5V pro vaše Raspberry Pi.

Napájecí deska

Napájecí deska bude obsahovat několik klíčových komponent: 100uF elektrolytický kondenzátor, 5V regulátor a 3-pinový header pro propojení kabelů. První krok je připojení napájení z baterie – červený drát bude připojen na vstup napájení, černý drát na zem (ground) a výstup z regulátoru (5V) na Raspberry Pi. Pro správnou funkci napájecí desky je nezbytné provést pečlivé pájení a ověřit, že napětí na výstupu je stabilních 5V, pomocí multimetr. Pokud se hodnoty liší, zkontrolujte všechny spoje a pokračujte až do dosažení požadovaného výsledku.

Nezapomeňte také na ochranu elektroniky, protože v těsných prostorách může docházet k neúmyslným zkratům, které mohou způsobit poškození komponent. Po dokončení sestavení desky ji zabalte do izolační pásky, aby se eliminovalo riziko zkratu.

Signálová deska

Další součástí je signálová deska, která bude řídit serva pro pohyb a komunikovat s Raspberry Pi, které zajišťuje kontrolu a vyhodnocování dat. Signálová deska se napájí z vlastní 4-členné AA bateriové sady, přičemž se využívá druhý přepínač pro zapnutí a vypnutí napájení. Na signálové desce najdete opět 3-pinový header a rezistory, které je třeba propojit podle schématu.

Po pájení jednotlivých komponent připojte signálovou desku k Raspberry Pi, čímž zajistíte, že serva a ostatní komponenty budou řízeny podle požadavků vašeho projektu. Důležité je opět zajistit správné propojení napájení, země a signálů mezi Raspberry Pi a servy.

Připojení Raspberry Pi

Jakmile máte hotové napájecí a signálové desky, připojte k Raspberry Pi všechny potřebné kabely a otestujte jednotlivé součásti. V tomto okamžiku by měla být k dispozici plná funkčnost serv a kamery, kterou můžete dálkově ovládat pomocí rozhraní, například přes webový prohlížeč nebo aplikaci.

Použijte svůj mobilní telefon nebo počítač k připojení k Raspberry Pi a otestujte ovládání kamery, otáčení a naklánění serv. K tomu bude třeba spustit příslušnou aplikaci nebo skript, který zajišťuje komunikaci mezi Raspberry Pi a vaší kamerou. Jakmile vše správně funguje, připojte zařízení na svou skyway – speciální dráhu, na které bude vaše zařízení jezdit. V tomto případě můžete použít silnou rybářskou nit a 3D tištěné rohy pro zatáčky, aby vaše zařízení hladce přecházelo mezi různými směry.

Při navrhování skyway a dalšího příslušenství je třeba brát v úvahu omezený točivý moment serv, které jsou v tomto projektu použity. Je důležité, aby byla dráha co nejvíce vyvážená a bez překážek, které by mohly zpomalit nebo zkomplikovat pohyb.

Důležité poznámky pro čtenáře

Kromě samotné elektroniky a hardwaru by si čtenáři měli uvědomit několik dalších důležitých aspektů. Především se jedná o správné plánování a testování každého kroku, než přejdete k dalšímu. Před připojením jakéhokoli zařízení vždy pečlivě zkontrolujte spoje a napětí, abyste se vyhnuli možným zkratům nebo poškození komponent.

Další důležitý aspekt spočívá ve flexibilitě projektu – možnosti přizpůsobit jednotlivé komponenty podle vlastních potřeb. Ať už se rozhodnete pro jiný typ baterie, servo nebo kameru, vždy si ujistěte, že všechny komponenty jsou vzájemně kompatibilní. Když vše správně zapojíte, můžete mít nejen vzdáleně ovládané vozidlo, ale také základ pro různé další projekty, které vyžadují podobné elektrické komponenty a připojení.

Zajistěte také ochranu elektronických součástí, jak při sestavování, tak i při samotném používání, protože jakákoli nepředvídatelná situace, jako je zkrat nebo špatné propojení, může vést k poškození.

Jak správně sestavit hardware pro roboty a systémy založené na Arduinu?

V tuto chvíli už máte jasnou představu o tom, jak bude fungovat software, a je čas se zaměřit na samotnou montáž hardwaru. Existují dvě možnosti, jak propojit elektronické komponenty: 1) Připojit všechny součástky přímo k ScrewShield nebo prototypovací desce. 2) Pájet propojení mezi vodiči komponent a dalšími odpovídajícími vodiči na ScrewShield nebo prototypovací desce. Druhá metoda umožňuje snadné připojení nebo odpojení jednotlivých částí, ale je to zcela volitelný krok, který nijak neovlivní funkčnost robota. Pojďme se tedy podívat, jak na to.

Začněte připojením ScrewShield nebo prototypovací desky k Arduinu.

LED indikátory napájení a upozornění
Nejdříve musíme připojit LED indikátor napájení. Na krátkou nohu zelené 10mm LED pájíme 10K rezistor (obr. 9-31). Tento rezistor slouží k omezení proudu, aby LED světlo svítilo jemně, protože přímý přívod napětí z pinu Arduina by mohl poškodit nepřipravenou LED. Každá LED má jinou charakteristiku napájení – například červená LED potřebuje menší odpor. Pro správnou funkci je nutné správně připájet černý vodič k volné noze 10K rezistoru a použít smršťovací bužírku pro izolaci spoje (obr. 9-33).

Dále připájíme fialový vodič, který povede k Arduinu na PIN 12, k dlouhé noze zelené LED. Poté připojíme černý vodič k libovolnému GND terminálu na desce. Nepoužívejte přímo zásuvky na Arduino desce, protože se mohou uvolnit. Pro připojení používáme raději správně pájené spoje (obr. 9-34). Stejným způsobem připájíme červenou LED, ale použijeme 220Ω rezistor pro zajištění správného napájení.

Senzor vlhkosti půdy

Senzor vlhkosti půdy se skládá ze dvou kovových sond, k nimž jsou připojeny vodiče. Odpor mezi těmito sondami je velmi vysoký v suché půdě, téměř nulový při jejich přímém kontaktu a mění se podle vlhkosti půdy. Pro zajištění stabilního kalibrace je potřeba udržovat konstantní vzdálenost mezi sondami, což dosáhneme pomocí 3D tištěného mezikusu nebo děr v robotickém podvozku.

Volitelná úprava: Mosazné trubky
Pokud chcete dosáhnout estetického vzhledu sond, můžete je ohnout do tvaru U, a to tak, že trubku zahřejete před ohýbáním. Tento krok je čistě estetický, protože pro funkčnost lze místo trubek použít i nerezové hřebíky, které budou fungovat stejně dobře. Trubky ohýbáme pomocí sklíčidla a propanového hořáku, dokud nejsou dostatečně zahřáté pro ohyb (obr. 9-35). Poté je ohneme pomocí kleští na požadovaný tvar (obr. 9-36).

Pájení vodičů k sondám

Po ohnutí trubek (nebo použití hřebíků) je třeba k jejich koncům připájet vodiče. Nejprve sejmeme izolaci z jednoho konce modrého vodiče, který připojíme k dlouhému konci sondy, a pak připojíme žlutý vodič k druhé sondě (obr. 9-39, 9-40). Na spoje přidáme smršťovací bužírku, abychom zajistili izolaci.

Kapitola pro zapojení senzoru vlhkosti
Pro správnou funkci analogového čtení odporu mezi sondami je nutné vytvořit stabilní referenční bod. Toho dosáhneme propojením jedné sondy na 5V pin Arduina a druhé na analogový PIN 0. Aby bylo propojení stabilní, použijeme Y-adaptér, jehož jedna strana jde k GND přes rezistor a druhá do analogového pinu (obr. 9-41, 9-42). Při použití interkonekce si můžeme usnadnit pozdější manipulaci s vodiči.

Motor

Arduino samo o sobě není schopné řídit silný motor, takže přidáme Motor Shield, který umožňuje použití silnějšího napájení odděleného od napájení Arduina. Motor Shield je možné umístit na ScrewShield nebo prototypovací desku, která už je připojena k Arduinu (obr. 9-44). Motor připojíme k motorovým terminálům na desce a pokud to preferujeme, můžeme použít i volitelné propojení místo přímého pájení.

Je důležité si uvědomit, že jakákoli nesprávně připojená součástka, zejména v případě motoru, může způsobit nežádoucí chování celého systému. Při práci s elektronikou, kde je zapojeno více komponent, je třeba dbát na bezpečné pájení a připojení, aby nedošlo k zkratům, které by mohly poškodit vaše součástky. To platí nejen pro LED, ale i pro snímače vlhkosti nebo motory. Testujte každou část systému postupně a ujistěte se, že všechny propojení jsou správně upevněná a izolovaná.

Jak efektivně využívat 15 minut denně pro učení španělštiny během 12 týdnů
Jak efektiv komunikovat při návštěvě muzea a na pracovních pohovorech?
Jak se změnily vnitřní světy a co se skrývá za slovy dopisů z fronty?
Jak zůstat v přítomném okamžiku a zlepšit svou pozornost pomocí smyslů a jednoduchých technik