Гар камер тогтворжуулагч: 13 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:05

Танилцуулга

Энэ бол Digilent Zybo Zynq-7000 Хөгжлийн Товчлуурыг ашиглан GoPro-д зориулсан 3 тэнхлэгтэй гар камер тогтворжуулах төхөөрөмж бий болгох гарын авлага юм. Энэхүү төслийг CPE бодит цагийн үйлдлийн системийн ангилалд (CPE 439) зориулан боловсруулсан болно. Тогтворжуулагч нь гурван servo болон IMU ашиглан камерын түвшинг хадгалахын тулд хэрэглэгчийн хөдөлгөөнийг засдаг.

Төсөлд шаардлагатай хэсгүүд

• Digilent Zybo Zynq-7000 хөгжлийн самбар
• Sparkfun IMU Breakout - MPU 9250
• 2 HiTec HS-5485HB Servos (180 градусын хөдөлгөөн эсвэл програмыг 90-ээс 180 градус хүртэл худалдаж аваарай)
• 1 HiTec HS-5685MH Servo (180 градусын хөдөлгөөн эсвэл програмыг 90-ээс 180 градус хүртэл худалдаж аваарай)
• 2 стандарт Servo хаалт
• 1 Талхны самбар
• 15 эрэгтэй-эрэгтэй холбогч утас
• Эрэгтэй, эмэгтэй 4 холбогч утас
• Халуун цавуу
• Бариул эсвэл бариул
• 5 мм диаметртэй модон алчуур
• GoPro эсвэл бусад камер, холбох хэрэгсэл
• Цахилгаан хангамж нь 5В хүчдэл гаргах чадвартай.
• 3D принтер рүү нэвтрэх

Алхам 1: Vivado тоног төхөөрөмжийн тохиргоо

Төслийн үндсэн блок дизайныг эхлүүлье.

1. Vivado 2016.2 -ийг нээгээд "Шинэ төсөл үүсгэх" дүрс дээр дараад "Дараах>" дээр дарна уу.
2. Төслөө нэрлээд "Дараах>" дээр дарна уу.
3. RTL төслийг сонгоод "Дараах>" дээр дарна уу.
4. Xc7z010clg400-1 хайлтын талбарт бичээд хэсгийг нь сонгоод "Дараагийн>" ба "Дуусгах" дээр дарна уу.

Алхам 2: Блок дизайныг тохируулах

Одоо бид Zynq IP Block -ийг нэмж, тохируулснаар блокны загварыг үүсгэж эхлэх болно.

1. Зүүн гар талын IP интеграторын доор "Блок дизайн үүсгэх" дээр дараад "OK" дээр дарна уу.
2. "Диаграм" таб дээр хулганы баруун товчийг дараад "IP нэмэх …" гэснийг сонгоно уу.
3. "ZYNQ7 Processing System" гэж бичээд сонголтыг дарна уу.
4. Гарч буй Zynq блок дээр давхар товшино уу.
5. "XPS тохиргоог импортлох" дээр дараад "ZYBO_zynq_def.xml" файлыг импортлоорой.
6. "MIO Configuration" руу очоод "Application Processor Unit" -ийг сонгоод Timer 0 болон Watchdog timers -ийг идэвхжүүлнэ үү.
7. Үүнтэй ижил таб дээр "I/O -ийн дагалдах хэрэгсэл" хэсэгт ENET 0 -ийг сонгоно уу (мөн доош унах цэсийг "MIO 16.. 27", USB 0, SD 0, UART 1, I2C 0 болгон өөрчилнө үү.
8. "GPIO" хэсэгт GPIO MIO, ENET Reset, USB Reset, I2C Reset -ийг шалгана уу.
9. Одоо "Цагны тохиргоо" руу очно уу. PL Fabric Clocks хэсэгт FCLK_CLK0 сонгоно уу. Дараа нь "OK" дээр дарна уу.

Алхам 3: Захиалгат ХОУХШ -ны IP блок үүсгэх

Энэхүү IP блок нь самбарыг servo -ийн хөдөлгөөнийг хянахын тулд PWM дохиог илгээх боломжийг олгодог. Энэхүү ажлыг Непалын Digitronix -ийн зааварчилгаанд үндэслэсэн болно. Цагийг удаашруулахын тулд логикийг нэмсэн тул импульс нь зөв хурдаар гарч байв. Блок нь 0-ээс 180 хүртэлх тоог аваад 750-2150 usec-ийн импульс болгон хувиргадаг.

1. Одоо, зүүн дээд буланд байгаа Tools табын доор "IP үүсгэх, багцлах …" дээр дараад Next дарна уу.
2. Дараа нь "Шинэ AXI4 дагалдах хэрэгсэл үүсгэх" -ийг сонгоод Next дарна уу.
3. PWM IP блокоо нэрлэ (бид үүнийг pwm_core гэж нэрлэсэн) Дараа нь дарж дараа нь дараагийн хуудсан дээр Дараах дээр дарна уу.
4. Одоо "IP засах" дээр дараад Finish дээр дарна уу. Энэ нь pwm блокыг засах шинэ цонх нээгдэнэ.
5. "Эх сурвалжууд" таб дээр "Дизайн эх сурвалжууд" хэсэгт 'pwm_core_v1_0' (pwm_core -г өөрийн нэрээр солино) өргөж, харагдахуйц файлыг нээнэ үү.
6. Төслийн доод хэсэгт байгаа zip файлд 'pwm_core_v1_0_S00_AXI.v' хэсэгт оруулсан кодыг хуулж оруулна уу. Ctrl + Shift + R дарж 'pwm_core' -г IP блокийн нэрээр орлуулна уу.
7. Дараа нь 'name _v1_0' -г нээж 'pwm_core_v1_0.v' файлд заасан кодыг хуулна уу. Ctrl + Shift + R ба 'pwm_core' -г нэрээр солино уу.
8. Одоо 'Багц IP - нэр' таб руу очоод "Тохируулах параметрүүд" -ийг сонгоно уу.
9. Энэ таб дээр текстийг холбосон шар баар байх болно. Үүнийг сонговол "Нуугдсан параметрүүд" гарч ирнэ.
10. Одоо "Customization GUI" руу очоод Pwm Counter Max дээр хулганы баруун товчийг дараад "Параметрийг засварлах …" гэснийг сонгоно уу.
11. "Customization GUI" ба "Specify Range" хайрцгийг шалгана уу.
12. "Төрөл:" унах цэсийг бүхэл тоонуудын хүрээ болгон өөрчилж, хамгийн бага нь 0, дээд тал нь 65535 болгож, "Хүрээг харуулах" нүдийг чагтална уу. Одоо OK дарна уу.
13. Pwm Counter Max -ийг 'Хуудас 0' модны доор чирнэ үү. Одоо "Хяналт ба багц" руу очоод "IP-ийг дахин багцлах" товчийг дарна уу.

Алхам 4: Дизайн дээр ХОУХШ -ны IP блокыг нэмнэ үү

Хэрэглэгч процессороор дамжуулан ХОУХШ -ийн IP блок руу нэвтрэх боломжийг олгохын тулд бид IP блокыг блокийн дизайнд нэмж оруулах болно.

1. Диаграмын таб дээр хулганы баруун товчийг дараад "IP тохиргоо …" дээр дарна уу. "Хадгалах сангийн менежер" таб руу очно уу.
2. Ногоон нэмэх товчийг дараад сонгоно уу. Одоо Файлын менежерээс ip_repo -г олоод үүнийг төсөлд нэмнэ үү. Дараа нь Apply, дараа нь OK дарна уу.
3. Диаграмын таб дээр хулганы баруун товчийг дараад "IP нэмэх …" дээр дарна уу. PWM IP блокийн нэрийг оруулаад сонгоно уу.
4. Дэлгэцийн дээд хэсэгт ногоон баар байх ёстой бөгөөд эхлээд "Connection Automation -ийг ажиллуулах" -ыг сонгоод OK дарна уу. Дараа нь "Блоклох автоматжуулалтыг ажиллуулах" дээр дараад OK дарна уу.
5. PWM блок дээр давхар товшоод Pwm Counter Max -ийг 128 -аас 1024 болгож өөрчилнө үү.
6. Хулганы заагчийг ХОУХ блок дээрх PWM0 дээр аваачина уу. Үүнийг хийхэд жижиг харандаа байх ёстой. Баруун товчлуур дээр дараад "Порт үүсгэх …" гэснийг сонгоод цонх нээгдэх үед OK дарна уу. Энэ нь дохиог дамжуулах гадаад порт үүсгэдэг.
7. 6 -р алхамыг PWM1 ба PWM2 дээр давтана уу.
8. Хажуугийн самбар дээрх жижиг дугуй хэлбэртэй давхар сумны дүрсийг олоод үүнийг дарна уу. Энэ нь байршлыг сэргээж, таны блокны дизайн дээрх зураг шиг харагдах ёстой.

Алхам 5: HDL боолтыг тохируулж, хязгаарлалтын файлыг тохируулна уу

Одоо бид блок дизайныхаа өндөр түвшний дизайныг гаргаж, дараа нь PWM0, PWM1 ба PWM2 -ийг Zybo самбар дээрх Pmod тээглүүртэй харьцуулах болно.

1. "Эх сурвалж" таб руу очно уу. "Дизайн эх сурвалж" хэсэгт байгаа блок дизайны файл дээрээ хулганы баруун товчийг дараад "HDL боолт үүсгэх …" дээр дарна уу. "Хэрэглэгчийн засварыг зөвшөөрөхийн тулд үүсгэсэн боодолыг хуулах" -ыг сонгоод OK дарна уу. Энэ нь бидний бүтээсэн блок дизайны өндөр түвшний дизайныг бий болгодог.
2. Бидний гаргах Pmod бол JE юм.
3. Файлын доор "Эх сурвалж нэмэх …" -ийг сонгоод "Хязгаарлалт нэмэх эсвэл үүсгэх" -ийг сонгоод Дараах дээр дарна уу.
4. Файл нэмэх дээр дарж "ZYBO_Master.xdc" файлыг сонгоно уу. Хэрэв та энэ файлыг үзвэл "## Pmod Header JE" гэсэн хэсэгт "set_property" гэсэн зургаан мөрөөс бусад бүх зүйлийг тайлбарлаагүй байгааг анзаарах болно. PWM0, PWM1 ба PWM2 нь эдгээр мөрүүдийн аргумент болохыг та анзаарах болно. Тэд JE Pmod -ийн Pin 1, Pin 2, Pin 3 -т газрын зураг зурдаг.

Алхам 6: Bitstream үүсгэх

Бид цааш явахаасаа өмнө тоног төхөөрөмжийн загварыг SDK руу экспортлохын тулд бид битийн урсгалыг бий болгох хэрэгтэй.

1. Хажуугийн самбар дээрх "Програм ба дибаг хийх" хэсэгт "Bitstream үүсгэх" -г сонгоно уу. Энэ нь синтез, дараа нь хэрэгжүүлэх, дараа нь дизайны хувьд битийн урсгалыг бий болгоно.
2. Гарч ирсэн алдааг засч залруулах боловч анхааруулгыг үл тоомсорлож болно.
3. File-> Launch SDK руу очоод OK дарна уу. Энэ нь Xilinx SDK -ийг нээх болно.

Алхам 7: Төслийг SDK дээр тохируулах

Энэ хэсэг нь бага зэрэг урам хугарах болно. Хэрэв эргэлзэж байвал шинэ BSP хийж, хуучин нэгийг нь солино уу. Энэ нь бидэнд дибаг хийх цагийг хэмнэсэн.

1. FreeRTOS -ийн хамгийн сүүлийн хувилбарыг эндээс татаж эхлээрэй.
2. Файл-> Импорт дээр дарж FreeRTOS-ийг SDK руу татаж авах, импортлохоос бүх зүйлийг гаргаж аваад "Ерөнхий" хэсэгт "Байж буй төслүүд ажлын талбар руу" дарж, Дараа нь дарна уу.
3. FreeRTOS фолдер доторх "FreeRTOS/Demo/CORTEX_A9_Zynq_ZC702" руу очно уу. Зөвхөн "RTOSDemo" -г энэ байршлаас импортлох.
4. Одоо File-> New Board Support Package дээр дарж Board Support Package (BSP) үүсгэнэ үү.
5. "Ps7_cortexa9_0" -г сонгоод "lwip141" -г шалгаад OK дарна уу.
6. RTOSDemo цэнхэр фолдер дээр хулганы баруун товчийг дараад "Төслийн лавлагаа" -г сонгоно уу.
7. "RTOSDemo_bsp" гэсэн сонголтыг арилгаад бидний шинээр үүсгэсэн BSP -г шалгана уу.

Алхам 8: FreeRTOS кодын өөрчлөлт

Бидний өгсөн кодыг 7 өөр файлд хувааж болно. main.c, iic_main_thread.c, xil_printfloat.c, xil_printfloat.h, IIC_funcs.c, IIC_funcs.h ба iic_imu.h. Iic_main_thread.c дээрх кодыг Kris Winer -ийн номын сангаас өөрчилсөн бөгөөд эндээс олж болно. Бид голчлон түүний кодыг даалгавруудыг нэгтгэн Zybo самбартай ажиллахаар өөрчилсөн. Бид мөн камерын чиглэлийн залруулгыг тооцоолох функцуудыг нэмж оруулсан болно. Бид дибаг хийхэд тустай хэд хэдэн хэвлэмэл мэдэгдлийг үлдээсэн. Тэдгээрийн ихэнхийг тайлбарласан байдаг, гэхдээ хэрэв танд хэрэгтэй гэж үзвэл тайлбарыг нь тайлж болно.

1. Main.c файлыг өөрчлөх хамгийн хялбар арга бол кодыг манай оруулсан main.c файлаас хуулсан кодоор солих явдал юм.
2. Шинэ файл үүсгэхийн тулд RTOSDemo дээрх src фолдер дээр хулганы баруун товчийг дараад C Source File -ийг сонгоно уу. Энэ файлыг "iic_main_thread.c" гэж нэрлэнэ үү.
3. Оруулсан "iic_main_thread.c" -ээс кодыг хуулж шинээр үүсгэсэн файлдаа буулгана уу.
4. Үлдсэн файлуудтай 2 ба 3 -р алхамуудыг давт.
5. gcc дээр холбох зааврыг шаарддаг. Үүнийг бүтээх замд нэмэхийн тулд RTOSDemo дээр хулганы баруун товчийг дараад "C/C ++ бүтээх тохиргоо" -г сонгоно уу.
6. Шинэ цонх нээгдэнэ. ARM v7 gcc linker-> Номын сан руу очно уу. Баруун дээд буланд байгаа жижиг нэмэх файлыг сонгоод "m" гэж бичнэ үү. Үүнд математикийн номын санг төсөлд оруулах болно.
7. Бүх зүйл ажиллаж байгааг баталгаажуулахын тулд Ctrl + B ашиглан төсөл бүтээнэ үү. Үүсгэсэн анхааруулгыг шалгаарай, гэхдээ та тэдгээрийг үл тоомсорлож магадгүй юм.
8. Таны одоогийн байршлын соронзон хазайлтыг өөрчлөх шаардлагатай хэд хэдэн газар байдаг. Үүнийг хэрхэн өөрчлөх талаар бид хичээлийн шалгалт тохируулгын хэсэгт тайлбарлах болно.

Алхам 9: Тогтворжуулагчийн 3D хэвлэх

Та энэ төслийн хэд хэдэн хэсгийг 3D хэвлэх хэрэгтэй. Манай хэвлэсэн эд ангиудтай ойролцоо хэмжээтэй/хэмжээтэй хэсгүүдийг худалдаж авах боломжтой.

1. GoPro -ийн гар ба бариулыг хэвлэхийн тулд өгсөн файлуудыг ашиглана уу.
2. Та.stl файлд шатыг нэмэх хэрэгтэй.
3. Илүүдэл тавцангийн хэсгийг хэвлэсний дараа тайрч/цэвэрлээрэй.
4. Хэрэв та хүсвэл модон алчуурыг 3D хэвлэсэн хэсгээр сольж болно.

Алхам 10: эд ангиудыг угсрах

Эдгээр нь тогтворжуулагчийг угсрах хэд хэдэн хэсгүүд юм. Худалдан авсан хаалт нь өөрөө түншдэг 4 эрэг, самартай 4 боолттой ирдэг. 3 servo байдаг тул 2 боолтыг дотогш оруулахын тулд servo эвэрний аль нэгийг урьдчилан товшиж хийх шаардлагатай.

1. ОУХХ -ны таслагч руу 8 тээглүүр, хоёр талд нь 4 ширхэг.
2. IMU нь хаалтны дунд байрлах GoPro -ийн 3D хэвлэмэл бэхэлгээний хаалтанд залгагдсан болно.
3. Серво бэхлэх нүхнүүд таны зүүн гар талд байхаар хаалтанд чиглүүлээрэй. IMU -ийг хамгийн ойрхон ирмэг дээр байрлуулж, тээглүүр нь ирмэг дээр өлгөгдсөн байх ёстой. Дараа нь GoPro холболтыг IMU -ийн орой дээр байрлуулж, IMU ба бэхэлгээг хаалтанд байрлуулна.
4. HS-5485HB-ийг 3D хэвлэсэн гарт нэгтгэсэн servo хаалтанд холбоно уу.
5. GoPro бэхэлгээг залгагдсан servo руу шургуулж, servo нь хөдөлгөөнийхөө дунд байхаар тохируулагдсан эсэхийг шалгаарай.
6. Дараа нь HS-5685MH servo-ийг servo хаалтанд холбоно уу. Дараа нь нэг эрэг ашиглан servo эвэр дээр дарна уу. Одоо servo -ийг сүүлчийн servo хаалтны доод хэсэгт хавсаргана уу.
7. HS-5685MH servo-ийг шургуулдаг хаалтанд хамгийн сүүлчийн servo-г холбоно уу. Дараа нь гараа энэ серво руу шургуулж, гараа шургуулсан байх ёстой.
8. Гимбалын барилгын ажлыг дуусгахын тулд GoPro хаалт болон 3D хэвлэсэн гар хооронд холбох модон алчуурын жижиг хэсгийг нэмж оруулаарай. Та одоо тогтворжуулагчийг угсарч байна.
9. Эцэст нь та доод талын servo хаалтанд холбогдсон бариул нэмж болно.

Алхам 11: Zybo -г тогтворжуулагч руу холбоно уу

Үүнийг хийхдээ анхаарах хэд хэдэн зүйл байдаг. Цахилгаан хангамжийн 5V нь Zybo самбар дээр хэзээ ч ордоггүй гэдгийг баталгаажуулахыг хүсч байна, учир нь энэ нь самбартай холбоотой асуудал үүсгэж болзошгүй юм. Утас солигдоогүй байгаа эсэхийг шалгахын тулд холбогчоо дахин шалгаж үзээрэй.

1. Зибог тогтворжуулагчтай холбохын тулд танд эрэгтэй 15 эрэгтэй, 4 эрэгтэй эмэгтэй холбогч хэрэгтэй болно.
2. Нэгдүгээрт, талхны хавтангийн + ба - төмөр замын дагуу хоёр холбогчийг 5V цахилгаан тэжээлд холбоно уу. Эдгээр нь servo -уудад тэжээл өгөх болно.
3. Дараа нь 3 хос холбогчийг талхны хавтангийн + ба - төмөр замд холбоно. Эдгээр нь servo бүрийн хүч чадал байх болно.
4. + Ба - холбогчуудын нөгөө үзүүрийг servo бүрт залгаарай.
5. Талхны хавтангийн төмөр зам ба Zybo JE Pmod дээрх GND тээглүүрүүдийн хооронд холбогчийг холбоно уу (5 -р зургийг үзнэ үү). Энэ нь Zybo самбар болон цахилгаан хангамжийн хооронд нийтлэг ойлголтыг бий болгоно.
6. Дараа нь JE Pmod -ийн 1, 2, 3 -р зүү рүү дохионы утсыг холбоно уу. 1 -р зургийг доод талын servo -д, 2 -ийг гарны төгсгөлд байрлах servo -д, 3 -ийн газрын зургийг дунд servo -д зүү.
7. 4 эмэгтэй утсыг IMU -ийн таслуурын GND, VDD, SDA, SCL зүү рүү залгаарай. GND ба VDD нь GF ба 3V3 -ийг JF тээглүүр дээр холбодог. SDA зүүг 8 -р зүү, SCL -ийг JF дээрх 7 -р зүү рүү залгаарай (5 -р зургийг үзнэ үү).
8. Эцэст нь хэлэхэд микро USB кабель ашиглан компьютерийг самбар дээр холбоно уу. Энэ нь uart холболтыг зөвшөөрч, Zybo самбарыг програмчлах боломжийг танд олгоно.

Алхам 12: Жинхэнэ Хойд залруулга

IMU дахь соронзон хэмжүүрийг тохируулах нь төхөөрөмжийг зөв ажиллуулахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд соронзон хазайлтыг соронзон хойд зүгээс жинхэнэ хойд зүг рүү залруулдаг.

1. Соронзон ба жинхэнэ хойд хэсгээс ялгааг засахын тулд та Google газрын зураг, NOAA соронзон орны тооцоолуур гэсэн хоёр үйлчилгээг хослуулан ашиглах хэрэгтэй.
2. Google газрын зургийг ашиглан одоогийн байршлынхаа өргөрөг, уртрагыг хайж олох боломжтой.
3. Одоогийн уртраг, өргөргөө аваад соронзон орны тооцоолуурт оруулна уу.
4. Буцах зүйл бол соронзон хазайлт юм. Энэ тооцоог "iic_main_thread.c" -ийн 378 мөрийн кодонд оруулна уу. Хэрэв таны хазайлт зүүн тийш байвал хазайлтын утгыг хас, хэрэв баруун тийш байвал хазайлтын утгыг нэмнэ үү.

*зургийг Sparkfun -ийн MPU 9250 холболтын гарын авлагаас эндээс олж авсан болно.

Алхам 13: Хөтөлбөрийг ажиллуулах

Таны хүлээж байсан тэр мөч! Төслийн хамгийн сайн тал бол түүний ажиллаж байгааг харах явдал юм. Бидний анзаарсан нэг асуудал бол ОУХБХ -оос мэдээлсэн үнэт зүйлсээс хазайсан явдал юм. Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр нь энэ зөрүүг засахад тусалж болох бөгөөд соронз хэмжигч, хурдатгал, гиро шалгалт тохируулгыг ашиглах нь энэ зөрчлийг засахад тусална.

1. Нэгдүгээрт, бүгдийг SDK дээр бүтээ, үүнийг Ctrl + B дарж хийж болно.
2. Цахилгаан хангамж асаалттай байгаа эсэхийг шалгаад 5V -т тохируулна уу. Бүх утас зөв газраа явж байгаа эсэхийг дахин шалгаарай.
3. Дараа нь програмыг ажиллуулахын тулд taskbar -ийн дээд хэсэгт байрлах ногоон гурвалжинг дарна уу.
4. Хөтөлбөрийг ажиллуулахад бүх servo -г 0 байрлалдаа буцаана. Хөтөлбөрийг эхлүүлсний дараа servos нь 90 градусын байрлал руугаа буцна.
5. Магнитометрийн шалгалт тохируулгын функц ажиллаж, чиглэлийг UART терминал дээр хэвлэх бөгөөд та үүнийг "шаваас" эсвэл SDK -д өгсөн цуваа монитор гэх мэт цуваа дэлгэцээр холбож болно.
6. Тохируулга хийснээр төхөөрөмжийг 8 -р зураг дээр 10 секундын турш шилжүүлэх шаардлагатай болно. Та "iic_main_thread.c" -ийн 273 -р мөрийг тайлбарлах замаар энэ алхамыг арилгах боломжтой. Хэрэв та үүнийг тайлбарлавал 323 - 325 "iic_main_thread.c" мөрүүдийг тайлбарлахгүй байх шаардлагатай. Эдгээр утгыг эхлээд дээрх магнитометрийн шалгалт тохируулгаас цуглуулж дараа нь утгаар нь залгасан болно.
7. Тохируулгын дараа тогтворжуулах кодыг эхлүүлж, төхөөрөмж камерыг тогтвортой байлгана.