Kurs Lekcja 1 z 10: Zestaw inteligentnego samochodu 4WD Raspberry Pi Pico od SunFounder autorstwa Robojax

Kurs Lekcja 1 z 10: Zestaw inteligentnego samochodu 4WD Raspberry Pi Pico od SunFounder autorstwa Robojax

Wprowadzenie

Witamy na pierwszej lekcji kursu zestawu Raspberry Pi Pico 4WD Smart Car od SunFounder, prezentowanego przez Robojax. Ten kurs został zaprojektowany, aby przeprowadzić Cię od rozpakowania kompletnego zestawu robotycznego do pełnego sterowania samochodem z napędem na cztery koła przy użyciu MicroPython. To nie tylko składanie zabawki; to kompleksowa podróż edukacyjna, która uczy podstaw mikrokontrolerów, czujników, sterowania silnikami i komunikacji bezprzewodowej.

Po ukończeniu tego kursu będziesz w stanie zbudować i zaprogramować wszechstronny inteligentny samochód, który można wykorzystać w różnych projektach. Umiejętności zdobyte tutaj są bezpośrednio przydatne w rzeczywistych zadaniach z robotyki i automatyki.

Oto tylko kilka praktycznych projektów, które możesz zbudować z tym zestawem:

• Autonomiczny robot omijający przeszkody: Zaprogramuj samochód tak, aby samodzielnie poruszał się po pomieszczeniu, używając czujnika ultradźwiękowego do wykrywania i omijania ścian oraz mebli.
• Robot dostawczy podążający za linią: Przygotuj trasę i spraw, aby samochód podążał za linią, symulując system dostarczania poczty lub części w warsztacie lub biurze.
• Robot bezpieczeństwa wykrywający krawędzie: Użyj funkcji wykrywania krawędzi, aby stworzyć robota, który może bezpiecznie patrolować krawędź stołu lub blatu bez spadania.
• Pojazd sterowany gestami dłoni: Zaimplementuj funkcję „podążania za ręką”, aby stworzyć robota reagującego na Twoje ruchy bez pilota – świetne wprowadzenie do sterowania opartego na bliskości.
• Samochód obserwacyjny sterowany zdalnie: Użyj aplikacji mobilnej, aby jeździć samochodem po domu, podczas gdy przesyła on dane z czujników, działając jako zabawna, mobilna platforma kamery bezpieczeństwa.

Czego nauczysz się podczas tego 10-lekcyjnego kursu

Ten kurs jest zorganizowany tak, aby stopniowo budować Twoją wiedzę. Każda lekcja skupia się na konkretnym aspekcie zestawu, od podstawowej konfiguracji po zaawansowane funkcje. Oto zestawienie tego, co osiągniesz:

• Lekcja 1 (ta lekcja): Wprowadzenie do komponentów i funkcji zestawu oraz pierwsza konfiguracja komputera.
• Lekcja 2: Instalacja niezbędnego oprogramowania i nauka dziesięciu podstawowych poleceń Pythona, aby przygotować się do kodowania.
• Lekcja 3: Szczegółowe omówienie funkcji każdego kluczowego komponentu i sposobów ich indywidualnego testowania.
• Lekcja 4: Instrukcja krok po kroku dotycząca fizycznego montażu zestawu inteligentnego samochodu.
• Lekcja 5: Twój pierwszy prawdziwy kod ruchu – nauka jazdy samochodem do przodu, do tyłu i skręcania.
• Lekcja 6: Programowanie funkcji „Nie popychaj mnie”, która wykorzystuje czujniki krawędzi do wykrywania krawędzi i cofania samochodu.
• Lekcja 7: Implementacja podążania za linią, aby samochód mógł podążać po zdefiniowanej trasie.
• Lekcja 8: Tworzenie trybu „podążaj za ręką”, w którym samochód śledzi i podąża za ruchami Twojej dłoni.
• Lekcja 9: Połączenie wszystkich funkcji w kompleksowy program omijania przeszkód.
• Lekcja 10: Podłączenie samochodu do urządzenia mobilnego za pomocą aplikacji w celu pełnego sterowania bezprzewodowego.

Sprzęt i komponenty

W tej lekcji otwieramy pudełko i przyglądamy się komponentom znajdującym się w zestawie SunFounder Raspberry Pi Pico 4WD Smart Car. Zrozumienie funkcji każdej części jest kluczowe dla kolejnych lekcji programowania. Przyjrzyjmy się zawartości opakowania (na filmie o 04:32).

Zestaw zawiera:

• Mikrokontroler Raspberry Pi Pico: „Mózg” samochodu. Ta płytka jest oparta na chipie RP2040 i ma złącze Micro-USB do programowania i zasilania. Posiada przycisk do wyboru trybu rozruchu oraz liczne piny GPIO, które wykorzystasz do podłączenia czujników i silników (na filmie o 08:01).
• Główna płytka sterująca: Niestandardowa płytka rozszerzająca, która łączy się z Pico i zapewnia łatwe podłączenie silników i czujników.
• 4 silniki prądu stałego i 4 koła: Zapewniają napęd na cztery koła (4WD), dając samochodowi moc i zwrotność.
• Czujnik ultradźwiękowy HC-SR04: Używany do omijania przeszkód. Mierzy odległość, wysyłając fale ultradźwiękowe i mierząc czas ich powrotu.
• 3-kanałowy czujnik linii w skali szarości: Ten czujnik służy do podążania za linią. Potrafi rozróżnić ciemną linię od jasnej powierzchni, umożliwiając samochodowi podążanie po trasie.
• 2-kanałowy przerywacz fotooptyczny: Jest częścią systemu wykrywania krawędzi, używanego do wykrywania, kiedy samochód ma zjechać z krawędzi.
• Ośmiobitowe światła RGB: Adresowalne diody LED, które można zaprogramować tak, aby wyświetlały szeroką gamę kolorów w celu wizualnej informacji zwrotnej.
• Serwomotor: Używany do obracania czujnika ultradźwiękowego w lewo i w prawo w celu skanowania przeszkód.
• Obudowa baterii 18650 i akcesoria: Do bezprzewodowego zasilania samochodu.

Konfiguracja i instalacja oprogramowania

Zanim zaczniemy programować, musimy skonfigurować środowisko programistyczne. Ten kurs wykorzystuje Thonny, zintegrowane środowisko programistyczne (IDE), które jest idealne dla początkujących uczących się MicroPython. Jest dostępne dla systemów Windows, Mac i Linux (na filmie o 07:03).

Instalacja Thonny

Aby rozpocząć, pobierz najnowszą wersję Thonny z oficjalnej strony internetowej i postępuj zgodnie z instrukcjami instalacji. To prosty proces. Po zainstalowaniu możesz je otworzyć i wybrać preferowany język. Kurs zaleca użycie trybu „Raspberry Pi”, który możesz wybrać przy pierwszym otwarciu programu lub zmienić później w ustawieniach (na filmie o 10:56).

Instalacja MicroPython na Pico

Raspberry Pi Pico musi mieć zainstalowane oprogramowanie układowe MicroPython, aby rozumieć kod Pythona. Oto jak to zrobić w Thonny (na filmie o 14:42):

1. Podłącz Pico do komputera za pomocą kabla Micro-USB. Aby wejść w tryb bootloadera, przytrzymaj przycisk BOOTSEL na Pico podczas podłączania kabla USB (na filmie o 13:10).
2. W Thonny kliknij w prawym dolnym rogu i wybierz "Zainstaluj MicroPython...".
3. Wybierz "Raspberry Pi Pico" jako urządzenie docelowe i kliknij "Zainstaluj". Thonny następnie wgra oprogramowanie układowe MicroPython na twoją płytkę.

Przesyłanie plików bibliotek samochodu

Zestaw inteligentnego samochodu opiera się na zestawie wcześniej napisanych plików bibliotek, które obsługują niskopoziomowe sterowanie silnikami, czujnikami i diodami LED. Będziesz musiał pobrać pliki kursu z linku podanego w opisie filmu i rozpakować folder ZIP (na filmie o 12:13).

Po rozpakowaniu znajdziesz folder zawierający niezbędne pliki bibliotek. Aby przesłać je na Pico:

1. W Thonny przejdź do rozpakowanego folderu i zaznacz trzy pliki bibliotek (np. Pico4WD.py, rdp.py i ws.py).
2. Kliknij prawym przyciskiem myszy na zaznaczone pliki i wybierz "Prześlij do /". Spowoduje to skopiowanie ich do katalogu głównego Raspberry Pi Pico (na filmie o 16:37).

Wyjaśnienie kodu

Aby sprawdzić, czy wszystko działa poprawnie, piszemy prosty test "migania". To "Hello World" programowania sprzętowego. Podczas gdy transkrypcja zawiera przykład na żywo, sam napiszesz ten kod w Thonny. Ten test potwierdza, że Pico komunikuje się z komputerem i że możesz kontrolować jego piny wyjściowe.

Rdzeń kodu testowego jest pokazany poniżej. To fragment konfigurowalny przez użytkownika, w którym możesz zmienić zachowanie diody LED:

from machine import Pin, Timer

# Konfigurowalne przez użytkownika: numer pinu dla wbudowanej diody LED
led_pin = 25

# Konfigurowalne przez użytkownika: częstotliwość migania w hercach (razy na sekundę)
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)

Oto jak możesz dostosować ten kod:

• led_pin: Ta zmienna określa, do którego pinu podłączona jest dioda LED. Na Raspberry Pi Pico wbudowana dioda LED jest zazwyczaj podłączona do pinu 25. Możesz zmienić tę liczbę, jeśli chcesz podłączyć zewnętrzną diodę LED do innego pinu GPIO.
• blink_frequency: To prędkość, z jaką miga dioda LED. Wartość 2.5 oznacza, że dioda LED włącza się i wyłącza 2,5 razy na sekundę. Możesz eksperymentować z różnymi wartościami:
  • Ustaw na 1, aby uzyskać wolne, widoczne miganie.
  • Ustaw na 10, aby uzyskać szybkie miganie.
  • Ustaw na 50 lub 60, a miganie stanie się tak szybkie, że dla ludzkiego oka będzie wyglądać, jakby dioda była stale włączona (na filmie o 19:49).

Aby uruchomić ten kod, po prostu kliknij przycisk "Uruchom" (zielona ikona odtwarzania) w Thonny. Powinieneś zobaczyć, jak wbudowana dioda LED na Pico zaczyna migać. Aby go zatrzymać, kliknij przycisk "Zatrzymaj" (czerwona ikona kwadratu).

Demonstracja projektu na żywo

Na filmie instruktor Ahmad Shamshiri demonstruje pełny proces konfiguracji oprogramowania i uruchamiania testu migania. Pokazuje, jak zainstalować Thonny, wgrać oprogramowanie układowe MicroPython i przesłać niezbędne pliki bibliotek. Następnie pisze kod migania i eksperymentuje z różnymi częstotliwościami, pokazując, jak postrzegane zachowanie diody LED zmienia się z wyraźnego migania na ciągłe światło wraz ze wzrostem częstotliwości (na filmie o 15:17).

Ten udany test to kluczowy kamień milowy. Potwierdza, że Raspberry Pi Pico działa poprawnie, oprogramowanie układowe MicroPython jest zainstalowane i jesteś gotowy do przejścia do bardziej złożonych lekcji dotyczących sterowania silnikami i czujnikami.

Rozdziały

• [00:00] Wprowadzenie i przegląd kursu
• [01:13] Program kursu i funkcje
• [04:32] Rozpakowywanie zestawu inteligentnego samochodu
• [07:03] Pobieranie i instalowanie Thonny IDE
• [08:01] Wprowadzenie do Raspberry Pi Pico
• [12:13] Pobieranie i rozpakowywanie plików kursu
• [14:42] Instalowanie MicroPython na Pico
• [15:17] Przesyłanie plików bibliotek na Pico
• [17:30] Pisanie i testowanie kodu migania
• [19:49] Eksperymentowanie z różnymi częstotliwościami migania