Placas de expansión Raspberry pi 3. Módulo de expansión X100 para Raspberry Pi. Tarjeta flash no incluida

En este artículo veremos la placa de expansión GPIO Shield, que agregará la capacidad de conectar sensores analógicos y placas de expansión Arduino a la Raspberry Pi (Figura 1). La fuente de alimentación de la placa GPIO Shield puede provenir de la Raspberry Pi (5V) o de una fuente externa (12V), pero veremos esto con más detalle a continuación. La placa se conecta a Raspberry Pi a través de un conector compatible con GPIO y para conectar estándar controladores arduino y las tarjetas de expansión tienen contactos de pin correspondientes. En otras palabras, la solución de hardware propuesta es una especie de puente entre Raspberry Pi y Arduino.

Diagrama esquemático

Al desarrollar la placa de ampliación se persiguieron los siguientes objetivos:

• Aumente la funcionalidad de los puertos GPIO agregando un ADC de 4 canales con entradas diferenciales o de un solo extremo directamente a la placa de expansión y con un módulo adicional - 16 lineas digitales E/S y DAC;
• Utiliza la fuente de alimentación de 5 V de la placa Raspberry Pi o una fuente externa de 12 V para compatibilidad con las placas de expansión Arduino;
• Conversión niveles lógicos Líneas de entrada/salida digital de 3,3 V - 5 V e interfaces de datos I 2 C/SPI;
• Capacidad para utilizar entradas analógicas ADC en modos diferencial y lineal;
• Proporciona compatibilidad con Raspberry Pi mediante la instalación de un encabezado GPIO de 26 pines;
• Instalación de conectores para conexión directa Arduino y futuras placas cuyo lanzamiento está previsto;
• Posibilidad de instalar conectores adicionales para conexión. adaptadores externos USB-I 2 C, USB-SPI.

La Figura 2 muestra un diagrama esquemático de un GPIO Shield que implementa los objetivos anteriores en la práctica.

El regulador de voltaje está fabricado según un diseño clásico utilizando un microcircuito estabilizador. El jumper EXT/INT está diseñado para seleccionar el método de alimentación de la tarjeta de expansión: una fuente externa de 12 V a través del regulador 7805 o una fuente interna de 5 V desde el pin 2 del conector. Frambuesa GPIO Pi. Cabe recordar que el circuito regulador de voltaje utilizado para alimentar periféricos externos tablero de frambuesa El Pi es capaz de proporcionar una corriente de salida de 500 mA para la versión A y 300 mA para la versión B. Por lo tanto, para módulos y sensores externos con mayor consumo de corriente o para placas de expansión con una tensión de alimentación de 12 V, se debe utilizar una fuente de alimentación externa. utilizado, y el puente EXT/INT debe configurarse en consecuencia.

Consideremos un circuito de conversión de nivel lógico que utiliza dos técnicas diferentes.

La conversión de nivel lógico de líneas de E/S digitales se realiza utilizando el cambiador de nivel bidireccional de 8 bits de la compañía, que tiene dos rieles de alimentación separados y determina automáticamente la dirección de transferencia de datos.

Los puertos A del microcircuito están conectados a la interfaz Raspberry Pi (cuyo conector GPIO se indica en el diagrama como RPY), los puertos B están conectados a los conectores IOL e IOH de los puertos de entrada/salida de Arduino. Los pines VCCA y VCCB se suministran voltajes de referencia para conversión de nivel, conectados a los buses de 3,3 V y 5,0 V, respectivamente. Un nivel lógico alto en el pin OE permite el funcionamiento del microcircuito, por lo que se eleva a través de una resistencia al voltaje VCCA. Un nivel bajo en este pin pone todas las salidas del microcircuito en un estado de alta impedancia. La correspondencia de los pines del conector Arduino y Raspberry Pi se presenta en la Tabla

Respecto al I 2 C, SPI y puerto serie UART, para convertir niveles lógicos, elegimos una solución basada en MOSFET de canal N de campo que funcionan en modo de enriquecimiento con un voltaje umbral de 1,3 V.

Los circuitos de conversión de nivel son idénticos para cada línea de señal. Como ejemplo, considere la línea SDA del bus I 2 C. La puerta del transistor T7 está conectada al bus de alimentación de 3,3 V, la fuente está conectada a la línea de señal de bajo nivel (3,3 V) y el drenaje está conectado. a la línea de señal de alto nivel (5,0 V).

Tabla 1.	Coincidencia de pines del conector Conectores GPIO Raspberry Pi y Arduino
Puertos arduino ConectorGPIO Frambuesa Pi rev.1 ConectorGPIO Frambuesa Pi rev.2

Ahora veamos el nodo. conversión analógica a digital, para lo cual elegimos el chip de la empresa.

Al desarrollar este conjunto de placa, hicimos algunos compromisos al distribuir las señales entre los pines de los conectores Arduino. El hecho es que Arduino tiene 6 entradas analógicas, pero dos de ellas (A4, A5) se usan junto con la interfaz I 2 C. Al desarrollar un proyecto en el IDE de Arduino, podemos redefinir mediante programación la asignación de pines de acuerdo. con los requisitos de la solicitud. No existe tal opción para Raspberry Pi, ni tampoco hay un ADC incorporado. En nuestro caso, elegimos un chip ADC externo, que se conecta al microcontrolador a través del bus I 2 C a través de los pines del puerto especificado, dejando solo 4 libres entrada analógica. Pero al mismo tiempo, el chip MCP3428 proporciona una precisión de medición de 16 bits para señales lineales o diferenciales.

Los pines del chip CH1+... CH4+ están conectados a los pines A0... A3, respectivamente, del conector. Arduino-ADC. Los pines CH1-...CH4- están conectados a un conector separado y mediante los puentes J0...J3 se pueden conectar individualmente a tierra. Por lo tanto, cada pin se puede configurar para aceptar señales tanto lineales como diferenciales. Las señales SDA y SCL se envían a los pines correspondientes del conector Arduino, así como al conector GPIO de Raspberry Pi (pines 5 y 3) a través de convertidores de nivel en los transistores Q7 y Q8. Para configurar la dirección del microcircuito en el bus I 2 C, se utilizan las entradas ADR0 y ADR1. El estado de estas entradas indicado en el diagrama corresponde a la dirección 0x68 (ver descripción técnica del MCP3428).

Las líneas del puerto serie de los pines 8 y 10 del conector GPIO están conectadas a través de convertidores de nivel a los pines TXD y RXD del conector Arduino.

En junio de 2013 La Real Academia de Ingeniería ha concedido la prestigiosa Medalla de Plata al Dr. Eben Upton, cofundador de la Fundación Raspberry Pi.

Este premio reconoce la destacada contribución de la ingeniería británica a la promoción exitosa de un producto en el mercado. No hay mejor ejemplo de cómo encontrar y crear un nuevo mercado que la historia de una pequeña ordenador de placa única Frambuesa Pi. Incluso se podría argumentar que la Raspberry Pi inició una nueva revolución tecnológica, y la evidencia de ello se puede ver en sus accesorios.

EN últimamente Han surgido decenas de empresas que producen componentes y accesorios adicionales para la Raspberry Pi original. Las principales razones de esto son el precio, la disponibilidad, la extensibilidad y una creciente comunidad de soporte. Este artículo presentará 15 accesorios que convierten una computadora común y corriente en una máquina poderosa.

Creado por el desarrollador alfa de Raspberry Pi, Gert Van Loo, Gertboard le permite ampliar la cantidad de líneas de E/S como ningún otro producto. La característica principal aquí es el conector de 28 pines. microcontrolador atmega(cualquiera de los siguientes modelos ATmega 48A/PA, 88A/PA, 168A/PA o 328/P). Con la conectividad Atmega, la extensibilidad del IDE de Arduino ahora está disponible para Raspberry Pi.

A juzgar por la imagen, esta placa es verdaderamente universal. Además, el controlador de motor ROHM BD6222HFP proporciona un puerto adicional con salida de 18 V y 2 A para controlar variadores. El Gertboard también puede alojar un DAC de doble canal de 8, 10 o 12 bits y un ADC de doble canal de 10 bits. Además, esta placa de expansión cuenta con seis controladores de colector abierto con un voltaje de salida de 50 V a 2 A, tres botones y 12 buffers de E/S. solución ideal para aquellos que quieren hacer de Raspberry Pi algo más que una simple computadora.

Puedes comprar Gertboard por $49,99.

Desarrollada por Andrew Robinson de la Universidad de Manchester, la placa Piface Digital proporciona una forma rápida de controlar hardware externo mediante líneas de E/S de Raspberry Pi. La parte central del Piface Digital son dos relés de conmutación que pueden ser controlados por el usuario. Los relés están diseñados para una tensión de 5 V y una corriente máxima de 10 A. La placa se programa fácilmente con usando pitón, C y Scratch. Scratch también cuenta con un emulador Piface, que permite visualizar gráficamente el funcionamiento de esta placa. El Piface también cuenta con ocho entradas digitales, ocho salidas de colector abierto, ocho LED y cuatro botones. El tablero cuesta $32,99.

El módulo de cámara Raspberry Pi se conecta mediante un cable plano al puerto CSI incorporado. La placa con la cámara en sí es muy compacta, sus dimensiones son 25 × 20 × 9 mm y pesa sólo 3 gramos. Esta placa puede tomar fotografías de 5 megapíxeles gracias a su módulo con enfoque fijo Omnivision 5647. La cámara admite (resolución [p] fotogramas por segundo) 1080p30, 720p60 y 480p60/90. Los vídeos e imágenes se guardan en la tarjeta SD Raspberry Pi (se recomiendan 4 GB o más). El bus CSI es capaz de transmitir datos desde alta velocidad directamente al procesador BCM2835 ARM 11. El módulo de cámara Raspberry Pi cuesta $25.

Ejemplo de uso: Cámara Pi en Pi in Sky

La cámara Pi se utilizó recientemente en el proyecto Pi in the Sky, un globo de gran altitud que llevó al Pi a una altitud de casi 40 km.

Foto tomada de Pi en el cielo

Una de las placas Raspberry Pi más baratas es Slice of Pi. Este kit primero debe ensamblarse y, una vez ensamblado, el tablero proporcionará una serie de características únicas. Además del expansor de E/S serie MCP23017 que proporciona 16 canales, Slice of Pi incluye una plataforma de montaje para componentes adicionales. Una característica clave de Slice of Pi es el conector del módulo Xbee, que, además del propio Xbee, admite XRF, RN-XV y otros módulos. Los pines de la placa también facilitan el acceso a los puertos de E/S, 3,3 V, 5 V, tierra y líneas TX/RX. Posibilidades comunicación inalámbrica, sin duda han aumentado la popularidad de esta placa, que cuesta sólo 7 dólares.

Otra vista de la Rebanada de Pi

5. Opciones de pantalla LCD de 4D Systems

4D Systems produce módulos de pantalla LCD para varias placas de desarrollo. La línea para Raspberry Pi incluye modelos con diagonales desde 2,4" hasta 4,3". Mejor modelo En esta línea, la pantalla TFT uLCD-43-PT-PI de 4,3 pulgadas admite una resolución de 480 × 272 píxeles. Característica clave de esta pantalla- Esta es una capa táctil resistiva para ingresar información usando un dedo o un lápiz. Esta pantalla es imprescindible para quienes necesitan portabilidad. El aspecto más exclusivo de esta línea de pantallas es el adaptador 4D Serial Pi. Se conecta al puerto de E/S serie de Raspberry Pi y proporciona 5 líneas para conectar el escudo, y también duplica las líneas del puerto de E/S para conectarse a otra placa.

Los precios de las pantallas del sistema 4D oscilan entre 65 y 145 dólares. El adaptador 4D Serial Pi cuesta $9.

6. Red casera para teléfonos móviles en a base de frambuesa Pi - Ettus USRP

Para su proyecto, PA Consulting Group utilizó una Raspberry Pi junto con el sistema de radio definido por software Ettus Research Universal Software Radio Peripheral (USRP) B100 para crear una estación base móvil. Los ingenieros instalaron un punto de acceso de software en una habitación blindada estándar GSM llamada OpenBTS y la plataforma telefónica abierta FreeSwitch, que agrupa el tráfico de voz o SMS de los teléfonos y lo transmite a Internet u otros redes telefonicas. Usando código autoescrito y varios programas Todo se convirtió en una red celular funcional. PA Consulting Group utiliza este y otros proyectos para impulsar a los clientes a aplicación de frambuesa Pi en su desarrollos propios. Vale la pena tener en cuenta que si esto estación base se transmitirá más allá de una habitación, pueden surgir problemas.

Ettus Research USRP B100 cuesta $650.

MYRIAD también ha lanzado la antena Myriad RF-1 para aquellos que buscan ahorrar en el USRP B100. El Myriad RF-1 se vende por 299 dólares.

7. Pantallas LCD RGB segmentarias 16× 2 con teclado Adafruit

Adafruit Industries es uno de los principales impulsores de la revolución Raspberry Pi. Ella ha hecho una gran contribución a la comunidad, representando todo, desde aplicaciones simples a tableros complejos extensiones. La pantalla LCD Adafruit RGB 16×2 es una adición bienvenida a gama de modelos. Interactuar con Raspberry Pi a través del puerto de E/S propósito general, este tablero proporciona dos líneas de 16 caracteres. La pantalla viene con una pantalla retroiluminada y letras oscuras, y con pantalla oscura y letras iluminadas. Los botones del panel le permiten desplazarse y realizar selecciones. Como todos los productos de Adafruit, este dispositivo viene con manuales para ayudar a los usuarios a instalarlo y crear sus proyectos.

Adafruit RGB Negativo/Positivo 16× 2 pantallas LCD con teclado cuestan $24,95.

Ciseco, que también es el fabricante de Slice of Pi, ha lanzado Pi LITE, una matriz de LED que se conecta directamente al puerto de E/S de uso general de Raspberry Pi. El objetivo de este proyecto Kickstarter se basó en el hecho de que los desarrolladores querían dar a los usuarios de Raspberry Pi la oportunidad de inicio rápido y la facilidad para dominar este ordenador, ya que mucha gente decía: “Tengo una Raspberry Pi, pero todavía no he hecho nada con ella”. con esto matriz de LED el usuario puede mostrar mensajes, desplazarse por el texto, mostrar gráficos de barras verticales u horizontales, jugar juegos como Tetris y realizar otras tareas de baja resolución. Básicamente, el Pi LITE es una pantalla de un solo color con baja resolución 14×9 píxeles (126 LED). El microcontrolador ATMega328p controla directamente los LED y los datos se toman de la Raspberry Pi a través de UART.

El Pi LITE tiene un precio de 29,80 dólares.

9. XloBorg: sensor de movimiento y dirección para Raspberry Pi

La placa XloBorg equipa la Raspberry Pi con un acelerómetro de 3 ejes y un magnetómetro de 3 ejes. El acelerómetro digital Freescale Xtrinsic MMA8451Q te permite detectar la posición y el movimiento de tu Raspberry Pi. Hace posible crear controlador de juego Basado en técnicas de captura de movimiento. Su capacidad para detectar golpes y vibraciones puede resultar útil para implementar interfaces hombre-máquina. El magnetómetro digital Freescale Xtrinsic MAG3110 equipa su computadora con funciones de brújula como ubicación, navegación y velocidad.

XloBorg se puede comprar por 13 dólares.

10. PicoBorg - motores de control con usando frambuesa Pi

Los creadores de XloBorg también lanzaron un controlador de motor compacto corriente continua PicoBorg. Utilizando el puerto de E/S de uso general, el usuario puede controlar cuatro controladores de lado bajo o cuatro dispositivos. El voltaje máximo de funcionamiento puede ser de 20 V, aunque se recomienda 12 V, y la corriente máxima es de 2 A, para funcionamiento a largo plazo no se recomienda más de 1 A. Esta placa está destinada principalmente a su uso con motores DC controlados por la Raspberry. Salida Pi PWM. La empresa de fabricación PiBorg también ofrece control de un ventilador o solenoide, o incluso una combinación de ambos, utilizando la placa XloBorg, así como control de un único motor paso a paso de 6 cables.

PicoBorg cuesta 10,50 dólares.

11. LedBorg: una placa con un LED RGB ultrabrillante

PiBorg ha lanzado otra sencilla incorporación a la Raspberry Pi: un único LED RGB. Él puede brillar 26 diferentes colores en tres intensidades: apagado, 50% y 100%. Las aplicaciones típicas de una placa de este tipo serían la iluminación ambiental y las pantallas de estado.

Puedes comprar LedBord por $7,40.

12. RadioBlocks: módem inalámbrico IEEE 802.15.4

Usando solo cuatro pines de E/S dedicados a UART, RadioBlock de Colorado Micro Devices brinda a los usuarios la capacidad de acceso inalámbrico de acuerdo con estándar IEEE 802.15.4. Este estándar es la base de protocolos como ZigBee, MiWi, WirelessHART e ISA100.11a. También se puede utilizar con 6LoWPAN. En la placa, el módulo de radio Atmel AT86RF231 IEEE 802.15.4 se combina con un microcontrolador NXP LPC1114. RadioBlock fue diseñado originalmente para funcionar con cualquier plataforma integrada como Arduino y BeagleBone. Pero la Raspberry Pi será probablemente el dispositivo con el que se utilizará con mayor frecuencia este módem. Hay dos versiones de RadioBlock disponibles: con alimentación de tensión principal y con alimentación autónoma (batería).

El precio de este módulo es de $22.

BrickPi combina Raspberry Pi con el sistema LEGO Mindstorm. BrickPi te permite conectar hasta tres motores NXT y hasta cuatro sensores de juegos LEGO. Al igual que los sets LEGO Mindstorm normales, la Raspberry Pi también funciona con una batería de 9 V. El cuerpo de BrickPi está diseñado de tal manera que se pueden conectar elementos LEGO, gracias a lo cual la Raspberry Pi se convierte en parte de una creación real. BrickPi es una placa complementaria que proporciona la funcionalidad que se encuentra en los controladores LEGO NXT. Dexter Industries tiene una comunidad de soporte grande y próspera software para BrickPi.

La placa BrickPi está disponible en dos versiones: la placa en sí y la carcasa por $65, o la placa, la carcasa y la actualización de la fuente de alimentación (un convertidor CC-CC más confiable) por $80.

14. Juegos y aplicaciones para Raspberry Pi

WyoLum Team es una comunidad de ingenieros y estudiantes con ideas afines. Este equipo lanzó AlaMode: placa compatible con arduino, que se conecta al puerto de E/S de Raspberry Pi. El objetivo del equipo WyoLum es proporcionar Usuarios de frambuesa Acceso Pi a innumerables bibliotecas, dispositivos y placas del universo Arduino, así como a la comunidad Arduino. AlaMode puede funcionar con una Raspberry Pi, una batería o un USB. Se ha agregado una ranura para tarjeta SD adicional para registro de datos o soporte de memoria de aplicaciones. AlaMode también tiene pines para conectar el receptor GPS Fastrax UP501.

Puedes comprar AlaMode por $50,01.

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Electrónica para principiantes

En nuestro hackspace tenemos muchas Raspberry Pis diferentes, con la ayuda de las cuales enseñamos a los niños a programar en Python, hacer robots y otros. artilugios útiles. Por supuesto, hacemos lo mismo en Arduino. Durante tres años de convivencia en perfecta armonía con estas plataformas tan diferentes, se nos ocurrieron varias ideas sobre cómo hacer un robot de entrenamiento de manera más correcta, teniendo en cuenta los pros y los contras de cada pieza de hardware. Todos estos pensamientos se materializaron en un nuevo dispositivo, del que hablaremos más adelante.

Básicamente, diseñamos un módulo de expansión compatible con Arduino para RPi que contiene un controlador de motor y un regulador de potencia. Está claro que este módulo es un controlador autosuficiente para un robot educativo, pero es el sándwich RPi + Arduino el que demuestra un enfoque ideológicamente correcto para la creación de robots. Siga leyendo para ver cómo se ve, qué características tiene y dónde se puede utilizar.

un poco de historia

Ya han pasado 4 años desde el lanzamiento de la serie Raspberry Pi Modelo B. En un momento, fue el revuelo en torno al RPi lo que en parte nos impulsó a crear nuestro hackspace. Después de todo, lo primero que empezamos a hacer fue enseñar robótica a los niños en RPi. Después de las primeras lecciones con estudiantes de secundaria en Uralskaya escuela de informática que lleva el nombre de N.N. Krasovsky, pensamos en nuestro propio taller-laboratorio, abierto a todos los que sufren.

Nuestras lecciones se han convertido en curso basico, que luego fue adaptado a Arduino. La continuación de este curso deberían haber sido proyectos específicos en los que los estudiantes fueran capaces de aplicar los conocimientos adquiridos sobre el funcionamiento de microcontroladores y diversos componentes útiles. Dedicamos toda una clase de proyectos educativos de este tipo a crear robots móviles, ambos basados ​​en Raspberry Pi y Arduino.

Nuestro primer robot basado en RPi fue creado específicamente como una herramienta para trabajar con escolares. Se trataba de un robot de dos ruedas en el que los muchachos practicaban el trabajo con motores y diversos sensores mientras se preparaban para las competiciones. Se utilizó un motorreductor Tamiya como chasis. El controlador del motor era drv8833 de TI. La versión para el robot LineFollower incluía dos sensores de reflexión caseros. Se instaló una conexión sin soldadura en la plataforma superior del robot. junta de desarrollo por 400 puntos.

El robot funcionó bien, por lo que con el tiempo la plataforma probó diferentes kits de carrocería. Además de LineFollower, que, por cierto, llamamos rastreador a nuestra manera, el robot llevaba sensores ópticos de reflexión, telémetros ultrasónicos, dibujaba con un rotulador en papel Whatman y, finalmente, se controlaba mediante wifi, transmitiendo una imagen de una cámara web.

Con el tiempo, quedó claro que el motorreductor elegido no era el más popular y además era muy ruidoso. El cuerpo del robot no cumplía todos los deseos y no era compatible con los kits de construcción habituales. Y lo más importante, surgió la idea de crear un módulo de expansión para RPi, que aliviaría al robot de comunicaciones y dispositivos "rutinarios" innecesarios. Así comenzó el proyecto del robot con ruedas con nombre en código MR-K-1, seguido de MR-K-2. Desde el principio, comenzamos a proporcionar orificios de montaje para ambas plataformas y a continuación se muestra un modelo del robot con Arduino a bordo.

Se trata de una modificación de una batalla en la que los escolares, controlando un robot a través de Bluetooth, intentan hacer estallar globos adheridos al coche enemigo. Se amplió el bastidor y se reemplazó el motorreductor por un motor chino común. amarillo(y a veces blanco). El cuerpo se ha adaptado al diseño multiplo, de modo que ahora está cubierto de agujeros cuadrados. Todo esto duró varias semanas. Pero el trabajo en el módulo de ampliación llevó un poco más de tiempo. Y el problema no fue tanto la complejidad de la implementación, sino la falta de tiempo, agravada por el perfeccionismo :)

Módulo de expansión RPiDuino

El desarrollador principal del módulo fue Alexander Vasiliev, que dirige el blog extremadamente útil alex-exe.ru. Cuando comenzó el proyecto, ya tenía una amplia experiencia en el desarrollo de controladores de motores, estabilizadores de potencia y muchos otros dispositivos interesantes para la robótica. Se decidió llamar a la placa RPiDuino porque se suponía que proporcionaría una simbiosis entre Raspberry Pi y Arduino.

Entonces, ¿qué decidimos colocar en el tablero?

Se suponía que el módulo tomaría el control directo del controlador del motor, los servos y los sensores. Todo esto supone la presencia de un microcontrolador. Y dado que estamos fabricando un robot educativo y nuestros escolares deberían actualizar fácilmente este controlador, la elección recayó en el conocido atmega328 con un gestor de arranque arduino a bordo. La presencia de atmega convierte al módulo en un controlador autosuficiente para controlar pequeños robots educativos.

Desde que apareció Atmega en la placa, también se necesitaba un puente USB-UART, para lo cual instalamos CP2102. Otro signo de compatibilidad con Arduino son los conocidos conectores a los lados de la placa, que permiten montar módulos de expansión en la parte superior.

El módulo debe controlar los motores, por eso apareció el controlador correspondiente. Conductores modernos El acero tiene un tamaño completamente microscópico, por lo que pueden caber fácilmente en el tablero sin dañar mucho los componentes vecinos. Elegimos DRV8833 de Pololu porque ya teníamos algo de experiencia con ellos. El controlador es de dos canales, con una corriente operativa de canal de 1A.

Finalmente, simplemente se necesitaba un estabilizador de voltaje en el tablero. Inicialmente se planeó tener una fuente de alimentación separada para la parte informática y para los servos, pero tuvimos problemas menores con el diseño. Así que sólo queda un regulador, el LM2596, que alimenta el RPi, el microcontrolador, la lógica del controlador del motor y los sensores.

También se encontró un lugar en el tablero para un botón de encendido y un timbre, con la ayuda de este último el robot se queja de sus problemas.

RPiDuino se inserta en el conector GPIO de Raspberry Pi, como todos los módulos similares. La comunicación entre atmega328 y RPi se realiza mediante UART.

Las patas GPIO restantes están enrutadas, por lo que puedes usarlas como desees.

Mesa características clave RPiDuino

Nutrición
Tensión de alimentación	7,5-24 V (sin controlador de motor) 7,5-10,5 V (con controlador de motor)
Corriente de entrada	De 0,5 a 4 A, según la carga, la tensión de alimentación y el controlador del motor.
Estabilizador de voltaje
voltaje de salida	5V
Corriente de salida: funcionamiento/máxima/pico	1.5A/2A/3A
Ondulación del voltaje de salida	1%
Conector de alimentación	5,5x2,1 mm y bloque de terminales
Conductor de motores
Tensión de alimentación	2,7-10,5 V
Corriente por canal en funcionamiento/pico	1A/2A
frecuencia pwm	50kHz
Dimensiones
Dimensiones	85x56x22mm 85x56x33mm (con conector para RaspberryPi)
Peso	49g

Robot controlado remotamente basado en RPi+RPiDuino

Una buena demostración de las capacidades del RPi es un robot controlado a distancia. Puede mostrar el trabajo coordinado de RPi y Arduino, donde la plataforma anterior maneja el procesamiento de señales de video y la interfaz de usuario, y la segunda realiza sus tareas robóticas de rutina.

Ahora el robot tiene una cámara web con soporte de hardware para compresión mjpg, conectada a una Raspberry vía USB. El robot se conecta a WiFi a través de un enrutador USB TL-WN722N. Los motores están reforzados, con una relación de 1:120. Las ruedas son grandes y tienen goma blanda para adherirse al linóleo de nuestro hackspace. Los codificadores de los motores ayudan a nivelar las variaciones en el empuje del motor. Todo esto funciona con dos baterías LiIon 18650.

¿Cómo funciona todo?

El RPiDuino ejecuta un programa que escucha los comandos de movimiento del UART y envía algo de telemetría. En mis proyectos utilizo la biblioteca SerialFlow, escrita para mi primer cuadricóptero. El código del programa para RPiDuino también se puede encontrar en github.

Por el lado de Raspberry Pi, todo es un poco más complicado. En primer lugar, el robot se controla a través de una interfaz web, por lo que tuvimos que configurar un pequeño servidor web en Python. La pantalla de control tiene flechas para configurar la dirección del movimiento, un controlador de velocidad, telemetría y una ventana para mostrar la transmisión desde la cámara web. Para transmitir vídeo, tradicionalmente uso mjpg-streamer.

Si quieres repetir algo similar en tu robot, el algoritmo de instalación será el siguiente.
1) Instale mjpg-streamer y configure la transmisión de secuencias de video en http.
2) Instale el paquete pyserial.
3) Descargue y descomprima el archivo de lado del servidor programa de control.
4) Cargue el boceto de control en RPIDuino.
5) Configurar wifi en RPi.
6) Configure la ejecución automática del programa de control en el RPi.

RPiDuino y ROS

Otra razón por la que necesitábamos este módulo de extensión es para mostrar a nuestros estudiantes el concepto correcto de robots. Ahora suena algo así: "Miren, muchachos, el robot tiene computadora principal, que controla cálculos complejos. Puede reconocer imágenes, crear un mapa usando lidar y SLAM. Todo esto le quita muchos recursos, por lo que ya no puede controlar con sensibilidad las ruedas de un robot terrestre y, Dios no lo quiera, estabilizar el quadcopter en vuelo. Para estas operaciones a nivel de la médula espinal existe otro ordenador especializado en tareas simples y no distraerse con nada más. Estos dos ordenadores están conectados por un bus de datos, a través del cual se comunican entre sí y con otros módulos”.

Aquí es donde entra en juego el concepto de ROS. EN en este caso El núcleo del sistema se ejecuta en RPi y RPiDuino es el nodo ROS. Por cierto, ya hemos creado un pequeño paquete para controlar RPIDuino a través de ROS. Pronto publicaremos un artículo separado sobre este tema.

La versión beta del módulo funcionó bien. Ahora se puede obtener una pequeña cantidad de placas de nuestro

Frambuesa Pi para domótica. módulo de relé

Raspberry Pi para domótica. módulo de relé

¡¡¡ATENCIÓN!!! El sitio se está transfiriendo a un nuevo recurso.- https://whp.home.blog

Si bien el proceso de adaptación de los controladores del sistema domótico para que funcionen con estándares Modbus RTU, hablemos un poco sobre cómo conectar varios módulos prefabricados a la Raspberry Pi. Comencemos con lo más simple: conectarnos a puertos. GPIO módulo de relé.

A la venta puede encontrar varias modificaciones de módulos de relés con 1, 2, 4, 8 o más canales. Todos ellos, por regla general, se fabrican según el mismo esquema y tienen "a bordo". aislamiento galvánico en optoacopladores, interruptores de transistores, relés electromagnéticos o en 5V, o en 12V.

Los dos módulos de 4 canales que tuve a mi disposición fueron fabricados mediante relés con una tensión de 12V (Fig.1)

Fig.1

En la descripción de los módulos de relé recibidos se indicó que para controlar el relé como activo o usado corto nivel. Aquellos. en bajo nivel en la entrada del canal del módulo el relé correspondiente incluido, y cuando alto - desactivado. Para una consideración más detallada de este tema, pasemos al diagrama esquemático, que fue compilado de acuerdo con placa de circuito impreso módulo (Figura 2). El diagrama muestra solo un canal, los demás canales son idénticos.

Fig.2

Cuando el nivel en la entrada del módulo es alto, el LED en el circuito de entrada y el LED del optoacoplador se apagan, según el transistor. Q1 hay un nivel bajo, el transistor está cerrado y el relé está liberado. Cuando se aplica un nivel bajo a la entrada, los LED se encienden, el transistor se abre y el relé se activa. Un diodo que desvía el devanado del relé sirve para suprimir la autoinducción que se produce durante los procesos de conmutación.

Tenga en cuenta que cuando el puente está instalado J.D. La fuente de alimentación del optoacoplador es 12V. Esto es inaceptable cuando se trabaja con TTL niveles o niveles 3,3 V. Por lo tanto, para que el módulo aquí considerado funcione, es necesario quitar el puente y conectarlo a los puertos GPIO de la Raspberry Pi de acuerdo con la Fig. 3:

Fig.3

Dado que el relé se enciende cuando el nivel de entrada de control es bajo, los puertos GPIO que controlan el relé deben configurarse en niveles altos. Para hacer esto, basta con realizar cambios en archivo de configuración- en lugar de x =FUERA 0 indicar x =SALIDA 1, donde x es el número de puerto (Fig. 4)

Fig.4

También me gustaría detenerme en la organización esquemática del control de cargas que consumen. alta corriente, por ejemplo, potentes calefactores eléctricos o ventiladores. Normalmente, para tales cargas, la potencia de los contactos del relé electromagnético del módulo no es suficiente y se utilizan como relés intermedios, controlando arrancadores (contactores), que a su vez conmutan directamente la carga. Para aumentar la confiabilidad en tales sistemas, tiene sentido utilizar 2 relevos circuitos de control, donde un relé (K1) es responsable de inclusión carga, y el segundo (K2) - para cerrar. Diagrama esquemático El circuito de control de 2 relés se muestra en la Fig. 5:

Fig.5

El principio de funcionamiento del circuito de 2 relés es extremadamente sencillo. EN condición original relé K1, K2 y arranque PML liberado, la carga se desconecta. Cuando el relé se activa brevemente K1 su normalmente abierto contactos K1.1 Suministre voltaje a la bobina del arrancador, el arrancador se levanta, suministra energía a la carga a través de los contactos. PML-1 y tus contactos de bloque PML-BC se vuelve “auto-captador”. Para desconectar la carga, debe encender brevemente el relé. K2, su normalmente cerrado contactos K2.1 romperá el circuito de alimentación de la bobina de arranque, la carga se apagará y el circuito volverá a su estado original.

Ventaja El control mediante un circuito de 2 relés es que los relés electromagnéticos K1 y K2 se encienden solo durante 1-2 segundos cuando la carga está encendida o apagada, el resto del tiempo están en el estado liberado. Esto evita cargas innecesarias en la fuente de alimentación del módulo de relé y mejora la confiabilidad general del control.

Cómo defecto se debe eliminar la necesidad de utilizar dos canales de un módulo de relé para controlar la carga (es decir, resulta que un módulo de relé de 4 canales proporcionará control de solo dos cargas). Pero aquí, en cada caso concreto, es necesario evaluar qué es más importante: el número de canales o la fiabilidad del control.

Además, en sistemas de control de “alta responsabilidad”, es muy deseable proporcionar una alarma para el estado de carga encendido/apagado. Esta función se puede implementar utilizando un transformador de corriente conectado al circuito de carga o, más simplemente, utilizando otro relé conectado en paralelo con la carga. El contacto del relé está conectado a la entrada de la Raspberry Pi y le permite identificar el estado encendido o apagado de la carga.

La Raspberry-Pi se está convirtiendo en una minicomputadora verdaderamente versátil.
Llamamos su atención sobre el módulo de expansión X100 asequible, fácil de usar e instalar, que convierte su Raspberry en herramienta más poderosa, gracias a las ricas capacidades de comunicación de este módulo y la presencia de un reloj en tiempo real a bordo.

Vista superior de X100: asignación de conectores y pines.

Vista inferior de la placa X100: lugar de la tarjeta micro SD y Rpi RESET.

Descripción del módulo de interfaz X100

La placa de expansión X100 está diseñada para usarse en Raspberry Pi (RPI), que se monta encima de Raspberry Pi, tiene un regulador de suministro de energía de 5 voltios para RPI, desde una fuente de voltaje de amplio rango de entrada, y lleva: Salida VGA, RTC, tres puertos USB, ranura para tarjetas SD, ranura para tarjetas de memoria, conector RS232 DB9 y 8 puertos para servos.

Lo principal y dignidad innegable esta es la salida de video VGA y muchas otras características del X-100.

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS de la placa de expansión X100

Insertado directamente en la parte superior de la Raspberry Pi, el uso del módulo utiliza un encabezado GPIO y no requiere cableado ni soldadura.
El conector R-Pi duplicado de 26 pines permite la instalación de tarjetas de expansión existentes.
.El voltaje de entrada de 6V a 23V se convierte a 5V, 3A mediante un convertidor reductor CC/CC para Fuente de alimentación de frambuesa Pi

VGA: conversor de HDMI a VGA que admite hasta UXGA (1600 x 1200) y 1080p con DAC de 10 bits
.USB - independiente concentrador USB con 3 puertos
.Almacenamiento: ranuras para tarjetas SD y micro SD
.RTC: basado en NXP PCF2127AT/PCF2129AT con batería CR2032 insertada
.Depuración: conector RS232 DB9 (en chip MAX3232), usado con cable de módem nulo
.I/O: botón de reinicio para RPI, acceso a los pines S1 y S5 en la parte superior de Raspberry Pi
.Soporte de servo: chip controlador de 8 canales (ULN2803)
.Varios - Interruptor DIP para conectar pines RPI
.Dimensiones: 85 x 56 mm (exactamente como Raspberry Pi)
. Este módulo es adecuado para Raspberry Pi Rev 2 Modelo B.

NUTRICIÓN

El X100 viene con un regulador integrado de +5 V a través del conector GPIO con un fusible de recuperación automática de 2 A soldado. CON amplia gama voltaje de entrada. El estabilizador puede recibir energía de amplia gama fuentes externas como baterías, adaptadores de corriente de 12 V, fuentes solares baterías, etc También hay salidas adicionales de +5 V disponibles en los puertos de servo.
Fuentes de alimentación recomendadas: entrada de 110~240V C.A., Corriente de salida de 12 VCC 2 ~ 3 A.
Tamaño de salida (Unidad: mm)

HDMI A VGA

Descripción disponible enhttp://elinux.org/RPi_Screens#RGB_analog.2FVGA
Es posible que cualquier adaptador HDMI a VGA sin una fuente de alimentación externa no funcione gran momento, pero luego quemará D1, ¡así que no use convertidores HDMI alimentados por el puerto HDMI! El problema se resuelve utilizando convertidores con alimentación externa únicamente.
X100 no usa energía RPI Puerto HDMI y tiene muchas funciones.
Presupuesto:
. Fácil de usar: no necesita cables ni instalación
. Conversión: Puede convertir vídeo HDMI completo a VGA
. Admite 165 MHz/1,65 Gbps por canal (canal completo de 6,75 Gbps) para Entrada HDMI
. Admite salida de vídeo analógico hasta UXGA y 1080p con DAC de 10 bits

PUERTO MAESTRO RS232

El puerto RS232 se conecta al puerto UART de Raspberry Pi mediante la interfaz MAX3232. El MAX3232 convierte el puerto UART de 3,3 V a voltajes RS232 y permite la comunicación con dispositivos compatibles con RS232 a través de un cable serial DB9 o usando un cable de módem nulo, la placa proporciona acceso terminal desde Linux a Raspberry Pi usando una aplicación de terminal. Se puede acceder al puerto RS232 a través del puerto DB9.

Aplicación de terminal: configuración de PuTTY (COMx, X = número de serie del puerto)

RELOJ EN TIEMPO REAL (RTC)

Diseñado para usar en Raspbian. Este es un reloj en tiempo real muy preciso que se comunica a través del puerto GPIO de la Raspberry Pi. Utilizan pines GND, SDA y SCL.
Utilizan chip/PCF2129AT de alta precisión y NXP PCF2127AT:
. Sincronización muy precisa (normalmente ± 3 ppm o<2 минуты отклонения в год)
. Cristal integrado, compensa la temperatura y la edad.
. La batería suministrada durará mucho tiempo si el dispositivo no está en uso.
. 512 bytes de RAM estática, protegidos por batería de respaldo
. ¡Batería incluida!

ULN2803 SERVO PUERTO RC DE 8 CANALES

Este chip controlador contiene 8 salidas que pueden proporcionar 500 mA desde un voltaje de suministro seleccionable de 5 V o una entrada de CC y tiene diodos incluidos internamente en todas las salidas para controlar las bobinas. Esto permite que su pequeño microcontrolador o microcomputadora alimente solenoides, motores de CC (en una dirección) y motores paso a paso unipolares. El ULN2803 se conecta a las entradas GPIO a través de un interruptor DIP, desde sus pines se ensamblan dos conjuntos de cabezales de cable a placa. Además, estos puertos se pueden utilizar para proporcionar alimentación de +5 V o entrada de voltaje a otros circuitos externos o dispositivos integrados.
Tenga en cuenta que este controlador es un "colector abierto": solo se puede utilizar para conectar una carga a tierra y habrá una caída de voltaje de 1 voltio (o más) en los transistores internos.

HUB USB Y LECTOR DE TARJETAS

Totalmente probado para compatibilidad con Raspberry Pi
. Totalmente compatible con la especificación USB HUB versión 2.0 y compatible con versiones anteriores con la especificación USB HUB 1.1
. Admite tres puertos de entrada autoalimentados
. Consumo de energía muy bajo
. Clase de dispositivo USB para almacenamiento masivo y transporte masivo V1.0
. Admite especificación SD hasta la versión. 2.0 (SDHC)
. Controlador DMA de hardware integrado para un rendimiento mejorado
Nota: La tarjeta SD y la tarjeta Micro-SD no pueden leer/escribir al mismo tiempo.
El X100 también se puede conectar al puerto USB de una computadora usando el cable USB incluido para grabar la imagen del sistema operativo en una tarjeta SD.

Instale el módulo según estas imágenes:

Se incluyen adaptador HDMI y adaptador USB.