Kurz Lekcia 1 z 10: Raspberry Pi Pico 4WD Smart Car Kit od SunFounder od Robojax

Kurz Lekcia 1 z 10: Raspberry Pi Pico 4WD Smart Car Kit od SunFounder od Robojax

Úvod

Vitajte v prvej lekcii kurzu Raspberry Pi Pico 4WD Smart Car Kit od spoločnosti SunFounder, ktorý predstavuje Robojax. Tento kurz je navrhnutý tak, aby vás previedol od rozbalenia kompletnej robotickej súpravy až po plné ovládanie auta s pohonom všetkých štyroch kolies pomocou MicroPythonu. Nejde len o zostavenie hračky; je to komplexná vzdelávacia cesta, ktorá vás naučí základy mikrokontrolérov, senzorov, riadenia motorov a bezdrôtovej komunikácie.

Po absolvovaní tohto kurzu budete schopní zostaviť a naprogramovať všestranné inteligentné auto, ktoré sa dá použiť na rôzne projekty. Zručnosti, ktoré sa tu naučíte, sú priamo použiteľné v reálnych úlohách robotiky a automatizácie.

Tu je len niekoľko praktických projektov, ktoré môžete s touto súpravou postaviť:

• Autonómny robot na obchádzanie prekážok: Naprogramujte auto tak, aby sa samo pohybovalo po miestnosti a pomocou ultrazvukového senzora detegovalo a obchádzalo steny a nábytok.
• Doručovací robot sledujúci čiaru: Vytvorte trať a nechajte auto sledovať čiaru, aby simulovalo doručovanie pošty alebo dielov v dielni alebo kancelárii.
• Bezpečnostný robot na detekciu okrajov: Použite funkciu detekcie okrajov na vytvorenie robota, ktorý môže bezpečne hliadkovať na okraji stola alebo pultu bez toho, aby spadol.
• Vozidlo ovládané gestami ruky: Implementujte funkciu „sledovanie ruky" na vytvorenie robota, ktorý reaguje na vaše pohyby bez diaľkového ovládania – skvelý úvod do ovládania na základe blízkosti.
• Diaľkovo ovládané sledovacie auto: Použite mobilnú aplikáciu na jazdu autom po dome, pričom bude streamovať údaje zo senzorov – zábavná mobilná platforma pre bezpečnostnú kameru.

Čo sa naučíte v tomto 10-lekciovom kurze

Tento kurz je štruktúrovaný tak, aby postupne budoval vaše znalosti. Každá lekcia sa zameriava na konkrétny aspekt súpravy, od základného nastavenia až po pokročilé funkcie. Tu je prehľad toho, čo dosiahnete:

• Lekcia 1 (táto lekcia): Úvod do komponentov a funkcií súpravy a prvé nastavenie počítača.
• Lekcia 2: Inštalácia potrebného softvéru a naučenie sa desiatich základných príkazov v Pythone, aby ste sa pripravili na kódovanie.
• Lekcia 3: Podrobný pohľad na funkciu každého kľúčového komponentu a ich individuálne testovanie.
• Lekcia 4: Podrobný návod na fyzické zostavenie súpravy inteligentného auta.
• Lekcia 5: Váš prvý skutočný pohybový kód – naučíte sa, ako rozbehnúť auto dopredu, dozadu a otáčať ho.
• Lekcia 6: Programovanie funkcie „Nestrkaj do mňa", ktorá používa senzory okrajov na detekciu hrán a cúvanie auta.
• Lekcia 7: Implementácia sledovania čiary, aby auto mohlo sledovať vopred definovanú trasu.
• Lekcia 8: Vytvorenie režimu „sledovanie ruky", kde auto sleduje pohyby vašej ruky.
• Lekcia 9: Kombinácia všetkých funkcií do komplexného programu na obchádzanie prekážok.
• Lekcia 10: Pripojenie auta k mobilnému zariadeniu cez aplikáciu pre plné bezdrôtové ovládanie.

Hardvér a komponenty

V tejto lekcii otvoríme krabicu a preskúmame komponenty, ktoré sú súčasťou súpravy SunFounder Raspberry Pi Pico 4WD Smart Car Kit. Pochopenie funkcie každej časti je kľúčové pre nasledujúce lekcie programovania. Pozrime sa, čo je vo vnútri balenia (vo videu o 04:32).

Súprava obsahuje:

• Mikrokontrolér Raspberry Pi Pico: „Mozog" auta. Táto doska je založená na čipe RP2040 a má Micro-USB konektor na programovanie a napájanie. Má tlačidlo na výber režimu bootovania a množstvo GPIO pinov, ktoré použijete na pripojenie senzorov a motorov (vo videu o 08:01).
• Hlavná riadiaca doska: Vlastná rozširujúca doska, ktorá sa pripája k Pico a poskytuje jednoduché pripojenie pre motory a senzory.
• 4x DC motory a 4x kolesá: Zabezpečujú pohon všetkých štyroch kolies (4WD), čo dáva autu výkon a manévrovateľnosť.
• Ultrazvukový senzor HC-SR04: Používa sa na obchádzanie prekážok. Meria vzdialenosť vysielaním ultrazvukových vĺn a meraním času, za ktorý sa odrazia späť.
• 3-kanálový senzor čiary (grayscale): Tento senzor sa používa na sledovanie čiary. Dokáže rozlíšiť tmavú čiaru od svetlého povrchu, čo umožňuje autu sledovať trasu.
• 2-kanálový fotointerrupčný senzor: Je súčasťou systému detekcie okrajov a používa sa na zistenie, kedy sa auto chystá zísť z okraja.
• 8-bitové RGB svetlá: Adresovateľné LED diódy, ktoré možno naprogramovať na zobrazenie širokej škály farieb pre vizuálnu spätnú väzbu.
• Servomotor: Používa sa na natáčanie ultrazvukového senzora doľava a doprava na skenovanie prekážok.
• Držiak na 18650 batérie a hardvér: Na bezdrôtové napájanie auta.

Nastavenie a inštalácia softvéru

Skôr než začneme programovať, musíme nastaviť vývojové prostredie. Tento kurz používa Thonny, integrované vývojové prostredie (IDE), ktoré je ideálne pre začiatočníkov učiacich sa MicroPython. Je dostupné pre Windows, Mac a Linux (vo videu o 07:03).

Inštalácia Thonny

Ak chcete začať, stiahnite si najnovšiu verziu Thonny z oficiálnej webovej stránky a postupujte podľa inštalačných pokynov. Je to jednoduchý proces. Po inštalácii ho môžete otvoriť a vybrať preferovaný jazyk. Kurz odporúča použiť režim „Raspberry Pi", ktorý môžete vybrať pri prvom otvorení programu alebo neskôr zmeniť v nastaveniach (vo videu o 10:56).

Inštalácia MicroPythonu na Pico

Raspberry Pi Pico musí mať nainštalovaný firmvér MicroPython, aby rozumel kódu v Pythone. Tu je návod, ako to urobiť v Thonny (vo videu o 14:42):

1. Pripojte svoj Pico k počítaču pomocou Micro-USB kábla. Ak chcete vstúpiť do režimu bootloader, podržte tlačidlo BOOTSEL na Pico pri zapájaní USB kábla (vo videu o 13:10).
2. V Thonny kliknite na pravý dolný roh a vyberte „Inštalovať MicroPython...".
3. Vyberte „Raspberry Pi Pico" ako cieľové zariadenie a kliknite na „Inštalovať". Thonny potom nahraje firmvér MicroPython na vašu dosku.

Nahrávanie knižničných súborov auta

Súprava inteligentného auta sa spolieha na sadu vopred napísaných knižničných súborov, ktoré spravujú nízkoúrovňové ovládanie motorov, senzorov a LED diód. Budete si musieť stiahnuť súbory kurzu z odkazu uvedeného v popise videa a extrahovať priečinok ZIP (vo videu o 12:13).

Po extrahovaní nájdete priečinok obsahujúci potrebné knižničné súbory. Ak ich chcete nahrať na svoj Pico:

1. V Thonny prejdite do extrahovaného priečinka a vyberte tri knižničné súbory (napr. Pico4WD.py, rdp.py a ws.py).
2. Kliknite pravým tlačidlom myši na vybrané súbory a vyberte „Nahrať do /". Tým sa skopírujú do koreňového adresára vášho Raspberry Pi Pico (vo videu o 16:37).

Vysvetlenie kódu

Aby sme overili, že všetko funguje správne, napíšeme jednoduchý test „blikania". Toto je „Hello World" hardvérového programovania. Zatiaľ čo prepis poskytuje živý príklad, tento kód si napíšete sami v Thonny. Tento test potvrdzuje, že Pico komunikuje s vaším počítačom a že môžete ovládať jeho výstupné piny.

Jadro testovacieho kódu je uvedené nižšie. Toto je používateľsky konfigurovateľný úryvok, kde môžete zmeniť správanie LED diódy:

from machine import Pin, Timer

# Používateľská konfigurácia: Číslo pinu pre vstavanú LED diódu
led_pin = 25

# Používateľská konfigurácia: Frekvencia blikania v Hertzoch (koľkokrát za sekundu)
blink_frequency = 2.5

led = Pin(led_pin, Pin.OUT)
timer = Timer()

def blink(timer):
    led.toggle()

timer.init(freq=blink_frequency, mode=Timer.PERIODIC, callback=blink)

Tu je návod, ako si môžete tento kód prispôsobiť:

• led_pin: Táto premenná definuje, na ktorom pine je pripojená vaša LED dióda. Na Raspberry Pi Pico je vstavaná LED dióda zvyčajne pripojená na pin 25. Toto číslo môžete zmeniť, ak chcete pripojiť externú LED diódu na iný GPIO pin.
• blink_frequency: Toto je rýchlosť, akou LED dióda bliká. Hodnota 2.5 znamená, že LED dióda sa zapne a vypne 2,5-krát za sekundu. Môžete experimentovať s rôznymi hodnotami:
  • Nastavte na 1 pre pomalé, viditeľné blikanie.
  • Nastavte na 10 pre rýchle blikanie.
  • Nastavte na 50 alebo 60 a blikanie bude také rýchle, že sa ľudskému oku bude zdať, že LED dióda svieti nepretržite (vo videu o 19:49).

Ak chcete spustiť tento kód, jednoducho kliknite na tlačidlo „Spustiť" (zelená ikona prehrávania) v Thonny. Mali by ste vidieť, ako vstavaná LED dióda na vašom Pico začne blikať. Ak ju chcete zastaviť, kliknite na tlačidlo „Stop" (červená ikona štvorca).

Živá ukážka projektu

Vo videu inštruktor Ahmad Shamshiri demonštruje celý proces nastavenia softvéru a spustenia testu blikania. Ukazuje, ako nainštalovať Thonny, nahrať firmvér MicroPython a nahrať potrebné knižničné súbory. Potom napíše kód blikania a experimentuje s rôznymi frekvenciami, pričom ukazuje, ako sa vnímané správanie LED diódy mení z výrazného blikania na nepretržité svetlo so zvyšujúcou sa frekvenciou (vo videu o 15:17).

Tento úspešný test je kritickým míľnikom. Potvrdzuje, že váš Raspberry Pi Pico funguje správne, firmvér MicroPython je nainštalovaný a ste pripravení prejsť na zložitejšie lekcie týkajúce sa ovládania motorov a senzorov.

Kapitoly

• [00:00] Úvod a prehľad kurzu
• [01:13] Osnova kurzu a funkcie
• [04:32] Rozbalenie súpravy inteligentného auta
• [07:03] Stiahnutie a inštalácia Thonny IDE
• [08:01] Úvod do Raspberry Pi Pico
• [12:13] Stiahnutie a extrahovanie súborov kurzu
• [14:42] Inštalácia MicroPython na Pico
• [15:17] Nahrávanie knižničných súborov na Pico
• [17:30] Písanie a testovanie kódu blikania
• [19:49] Experimentovanie s rôznymi frekvenciami blikania