利用树莓派 Pico W 构建一个自主式的“猎鹰式”目标定位系统

你是否曾梦想过制造一种机器人岗哨?这种岗哨不仅能像普通门禁系统那样在有人经过时自动触发警报，还能像雷达系统那样持续跟踪目标?

在该项目中，我们正在利用树莓派 Pico W 构建一个自主式的“猎鹰式”目标定位系统。与简单的感应运动玩具不同，该系统采用了一个 3 区段的被动红外线运动探测器阵列来检测目标的大致方向，然后启动精确的超声波雷达扫描，以确定物体质量的精确中心位置。一旦锁定目标，它就会启动一个具有序列功能的三激光阵列进行展示效果展示。

这是一个非常出色的项目，旨在探索在 MicroPython 中的多传感器集成、逻辑电平转换以及自主状态机编程等方面的内容。

第 1 步：传感器阵列与物理组装

该系统具备追踪功能的关键在于其红外传感器的物理布局。标准的红外传感器视野范围约为 110°。如果将它们平放在一起，它们的视野会相互重叠，从而影响追踪效果。

•打印底座：使用 3D 打印的六边形或弯曲形状的底座。

•安装传感器：将三个向外发射的被动红外传感器安装好：

•左侧传感器倾斜 45 度

•中心传感器正前方呈 90°直角朝向。

•右侧传感器呈 135°角设置

•安装伺服电机：将水平方向的伺服电机固定在底座上，然后将垂直方向的伺服电机安装在水平方向伺服电机的顶部。

•安装“头部”部件：将 HC-SR04 超声波传感器以及三个 HW-493 激光器(以三角形排列方式)安装在倾斜伺服器上。

第 2 步：专业提示：用 JustWay 解决 3D 打印难题

任何制造者都知道，要通过 3D 打印技术制造出像这种炮塔外壳这样的复杂部件，可能会是一场与环境因素的较量。由于高湿度会影响打印材料的质量，同时室内温度的变化也会导致部件变形，因此经常会出现诸如线条断裂、层位错位或壁面变脆等异常情况，这些都会导致长达 10 小时的打印过程功亏一篑。

如果您想省去反复试验的过程，直接获得一款性能卓越、战力十足的“猎杀者”炮塔成品，我强烈推荐您选择 JustWay 这一品牌。

他们提供了一种真正的“上传即忘”的体验：

•零次打印失败：再也不用醒来时面对“一团乱麻”的打印平台了。

•无需持续监控：在前五层打印过程中，您无需时刻盯着打印机。

•高端材料：可获取工业级树脂和 SLS 尼龙材料，其强度远高于普通家庭打印所用的 PLA 材料。

•无需后期处理：他们负责支撑部件的拆除以及表面处理工作，因此您的转塔在出厂时就已完美呈现零售产品的效果。

无论您是为初创企业打造原型产品，还是为您的频道制作高质量道具，使用像 JustWay 这样的专业服务，您就可以将精力集中在编程和电子设备的开发上，而无需费心去解决那台易出故障的 3D 打印机的问题。

第 3 步：布线与电源分配

我们正在将 3.3V 逻辑电路(即 Pico)与 5V 传感器(即 HC-SR04)进行组合使用。切勿将 HC-SR04 直接接入 Pico 的 GPIO 引脚，否则会损坏电路板。我们使用逻辑电平转换器来安全地降低电压。

电源布线：

•将所有的接地(GND)电线捆扎在一起。

•将伺服电机、人体感应器和 HC-SR04 的 VCC 端子连接到 Pico 的 5V VBUS 引脚(或者连接到外部 5V 电源线)。

•将电平转换器的 LV 引脚与激光器的 VCC 引脚连接至 3.3V(3V3)引脚。

数据接线图(皮克 GPIO)：

•PIR 传感器：左侧 -> GP12 | 中间 -> GP13 | 右侧 -> GP14

•伺服电机：水平转动 -> GP15 ;垂直转动 -> GP18

•激光器：顶部 -> GP19 | 左侧 -> GP20 | 右侧 -> GP21

•超声波：三角波 -> 电平转换器 -> GP17 | 回声 -> 电平转换器 -> GP16

第 4 步：调整硬件设置

在编写任何代码之前，您必须对硬件进行调整。请查看您的 HC-SR501 烟雾探测器传感器的背面，您会看到两个橙色的电位器(旋钮)。

时间延迟(左侧旋钮)：将此旋钮完全逆时针旋转。这样可以确保在运动停止后传感器能迅速复位，从而使机器人能够追踪快速移动的目标。

灵敏度(右侧旋钮)：将此设置在中间位置，可使探测范围达到约 3 至 4 米。

第 5 步：理解代码架构

驱动这个机器人的软件是用 MicroPython 编写的。它以“状态机”的形式运行，包含三个不同的阶段：

•警戒模式(空闲状态)：舵机保持在 90 度(完全居中位置)。微控制器会快速检测三个被动式红外传感器的状态。

•主动雷达扫描(追踪)：当被动式红外探测器触发时，炮塔会锁定到该特定方位(例如，如果左侧的被动式红外探测器触发，它就会扫描 $10^\circ$ 至 $90^\circ$ 的区域)。它每次以 $3^\circ$ 的幅度移动水平伺服器，并对超声波传感器进行探测。它会记录物体开始和结束的方位角，然后计算出精确的数学中心位置。接着它会以同样的方式在垂直方向上重复这个过程。

•获取(锁定状态)：一旦确定了精确的 X 和 Y 坐标，就会触发一场震撼的、按顺序进行的激光动画，锁定状态将持续 3 秒钟，然后再次评估周边情况。

第 6 步：微Python 代码

使用 Thonny 软件将这段代码传输到你的 Raspberry Pi Pico W 上。将其保存为 main.py 文件，这样它就能在启动时自动运行。

第 7 步：开机并测试

当您将 Pico 插入电源时，请等待约 30 到 60 秒，让 PIR 传感器适应室内的环境温度。在此期间，请不要直接站在机器人前方。

一旦准备就绪，走进其中的一个区域。您应该会立即看到炮塔自动锁定到您的所在区域，然后来回移动以找到您的重心，并完成最后的激光锁定镜头!’

第 8 步：未来升级——人工智能视觉与攻击物发射系统

从“运动检测”到“物体识别”这一转变，正是该项目真正发展的关键所在。通过集成一款边缘人工智能摄像头，您不仅可以超越简单的红外触发器，还能让您的炮塔学会区分人、宠物甚至是特定的面孔。要将这一设备从一种电影道具转变为实用的防御工具，您可以将激光阵列替换为电动直流飞轮发射器。这种设置利用一对高速电机，在人工智能确认锁定目标的瞬间发射泡沫弹。这是在您的下一次构建中探索计算机视觉与机械弹道学交叉领域的绝佳方式。

本文编译自hackster.io