โปรเจครถติดตามวัตถุ (Car Tracking)
พัฒนาโดยโมดูลกล้อง Pixy CMUcam5 และบอร์ด Arduino Mega 2560
ในบทความ “โปรเจครถติดตามวัตถุ (Car Tracking) พัฒนาโดยโมดูลกล้อง Pixy CMUcam5 และบอร์ด Arduino Mega 2560” นี้ วัตถุประสงค์คือการประยุกต์การใช้งานกล้อง Pixy CMUcam5 เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อทำแอพพลิเคชั่นเป็นรถติดตามวัตถุ ศึกษาเรียนรู้การทำงานของกล้อง Pixy CMUcam5 เชื่อมต่อสื่อสารกับไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยผู้ใช้ต้องกำหนดลักษณะสีที่ต้องการตรวจจับจากคอมพิวเตอร์ให้กับกล้องก่อน แล้วเมื่อกล้องทำงานจะส่งผลลัพธ์ไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อควบคุมการทำงานของมอเตอร์ที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของรถ รวมทั้งตัวกล้องเองก็จะส่งคำสั่งไปควบคุมมอเตอร์ในการหมุนซ้าย-ขวาและปรับก้ม-เงยตัวกล้องด้วย
อุปกรณ์ที่ใช้ในบทความนี้ประกอบด้วย
1. Pixy CMUcam5 (EFDV347) จำนวน 1 pcs กล้องที่ใช้เป็นเซ็นเซอร์ในการทำตรวจจับและหาตำแหน่งของสีที่ต้องการเพื่อส่งข้อมูลไปสั่งงานมอเตอร์ต่อไป
2. FPV Nylon Head (EFDV341) จำนวน 1 pcs ขาตั้ง 2 แกน ใช้งานคู่กับ Servo 9g, 12g สามารถเคลื่อนที่ได้ทั้ง 2 แกนนำไปประยุกต์ใช้งานเป็นขาตั้งกล้อง Webcam ที่สามารถหมุนและปรับทิศทางได้
3. Tower Pro Micro Servo Motor SG90 (EFDV242) จำนวน 2 pcs มอเตอร์ปรับทิศทางหันกล้องใช้งานคู่กับขาตั้ง
4. Arduino Mega 2560 (EADN015) จำนวน 1 pcs โมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ในการควบมอเตอร์ขับเคลื่อนตัวรถ
5. Ardumoto Motor Driver Shield L298P (EFDV278) จำนวน 1 pcs Shield สำหรับขับกระแสให้มอเตอร์
6. Smart Car with Battery Case (EFDV396) ชุดโครงรถอะคริลิคใสพร้อมอุปกรณ์ จำนวน 1 pcs ตรงนี้ผู้ใช้สามารถทำขึ้นเองได้ ใช้มอเตอร์กระแสตรง 2 ตัว
จากบทความที่แล้ว “Unboxing preview Pixy CMUcam5” คือกล้องจากทาง CMUcam ที่มีการคิดค้นและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง Pixy CMUcam5 เป็นตัวล่าสุดที่เพิ่งออกจำหน่ายเมื่อไม่นานนี้ โดยเพิ่มความสามารถในการประมวลผลภาพที่ได้เข้าไปด้วยทำให้มีความสามารถเพิ่มมากขึ้นและใช้งานง่ายขึ้น สามารถเอาผลลัพธ์ของการทำงานไปใช้ได้ทันที สิ่งที่ Pixy CMUcam5 ทำได้ก็คือ
- การสื่อสารกับไมโครคอนโทรลเลอร์ต่างๆ ผ่านทาง UART Serial, SPI, I2C, USB, etc..
- ตรวจจับวัตถุสีต่างๆ ได้จำนวนหลายชิ้นในเวลาเดียวกัน
- ควบคุมการทำงานด้วย LPC4330 ARMCortex-M4 เป็น Processor หลักในการทำ Digital Signal Processing ยังสามารถควบคุม Servo ได้ในตัวด้วย
ขั้นตอนในการเริ่มต้นใช้งานและเชื่อมต่อ Pixy CMUcam5 สามารถดูได้จากบทความที่แล้ว “Unboxing preview Pixy CMUcam5” สำหรับในบทความนี้ เราจะอธิบายเริ่มต้นตั้งแต่ส่วนประกอบต่างๆบนโมดูลกล้อง, การประกอบขาตั้งกล้องที่สามารถแพนได้ และการตั้งค่า Configure ต่างๆในการใช้งานกับไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Mega 2560
ลำดับแรกในการเริ่มต้นเราจะมาทดสอบเจ้ากล้อง Pixy กันครับ ให้เราต่อกล้องเข้ากับคอมพิวเตอร์ก่อนเพื่อทำการทดสอบการทำงาน
หลังจากนั้นทำการเปิดโปรแกรม PixyMon ที่ลงไว้ก่อนหน้านี้ขึ้นมาดังภาพด้านล่าง
ให้เราเปิดภาพขึ้นมาดูก่อนโดยเลือกที่เมนู Action > Raw Video
หลังจากนั้นให้ทำการปรับโฟกัสที่เลนส์หน้ากล้องเพื่อใช้ในการตรวจจับวัตถุที่แม่นยำมากขึ้น
ลำดับต่อมาทดสอบการตรวจจับวัตถุกันเลย โดยเลือกที่ Action> Set Signature 1… กำหนดวัตถุที่ต้องการตรวจจับวัตถุที่ 1
หลังจากภาพหยุดนิ่ง ให้เราเลือกบริเวณสีที่เราต้องตรวจจับดังภาพด้านล่าง
เมื่อทำการเลือกสีที่ต้องการ กล้องจะทำการตรวจจับทันที จากภาพด้านล่างจะเห็นได้ว่ามีกอบสีขาวเมื่อตรวจพบสีที่กำหนดไว้ S=1
ทดสอบขยับวัตถุเพื่อตรวจสอบว่ากล้องสามารถใช้งานได้ปกติ
ทำการทดสอบเสร็จสิ้นถือว่ากล้องใช้งานได้ ขั้นตอนต่อมาเราจะทำการนำไปใช้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่ก่อนอื่นเราต้องทำความรู้จักกับส่วนต่างๆ ของกล้องและการประกอบขาตั้งกล้องซะก่อน
ด้านหลังของกล้องมีส่วนที่ใช้ในการควบคุมและเชื่อมต่อไปยังอุปกรณ์อื่นๆ
1. Button คือ ปุ่มที่ใช้เลือกวัตถุที่ต้องการตรวจจับ ตามรูปแบบที่บันทึกไว้ 1-7 และเป็นปุ่มที่ใช้เริ่มและหยุดการตรวจจับอีกด้วย
2. USB คือ พอร์ตที่ใช้ในการเชื่อมต่อไปยังคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์อื่นๆ เพื่อกำหนดค่าต่างๆ
3. I/O Port (UART, SPI, I2C etc.) คือ พอร์ตที่ใช้ในการเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรเลอร์ในรูปแบบต่างๆ สามารถดูลายละเอียดจากภาพด้านล่าง
4. RC Servo(2) คือ พอร์ตที่ใช้ในการเชื่อมต่อกับ Servo สามารถต่อได้สูงสุดถึง 2 Servo
5. Power In(6-10V) คือ พอร์ตสำหรับจ่ายไฟเลี้ยง 6-10V เราสามาใช้จ่ายไฟเลี้ยงได้หลายช่องทางทั้ง USB และ I/O Port
พอร์ตเชื่อมต่อกับ Servo สามารถเชื่อมต่อได้ถึง 2 Servo และมีฟังก์ชั่นในการควบคุมให้อีกด้วย
การประกอบขาตั้ง Servo อุปกรณ์ที่ใช้มีดังนี้
- Tower Pro Micro Servo Motor SG90 (EFDV242) จำนวน 2 pcs
- FPV Nylon Head (EFDV341) จำนวน 1 pcs
- Screws x 10 (มากับชุด FPV nylon head)
Step 1: ตัดแขนของ Servo ให้ได้ขนาดดังภาพด้านล่าง
Step 2: เริ่มประกอบส่วนแรก ส่วนของฐานดูได้จากภาพด้านล่าง
Step 3: ประกอบแขนของ Servo เข้ากับช่องที่กำหนดไว้ดังภาพด้านล่าง
Step 4: ประกอบ Servo ตัวที่ 2 เข้ากับแขนที่ประกอบไว้ก่อนหน้านี้ตามภาพด้านล่าง
Step 5: ประกอบส่วนบนสุดเข้ากับ Servo ตัวที่ 2
Step 5.1: ประกอบส่วนบนสุดเข้ากับ Servo ตัวที่ 2 ถูกต้องจะเป็นดังภาพด้านล่าง
Step 6: ประกอบขาตั้งส่วนฐานล่างสุดเข้ากับแขนของ Servo
Step 7: ประกอบขาตั้งส่วนฐานล่างสุดเข้ากับ ชุดส่วนบนที่ประกอบเสร็จแล้ว
Step 8: ทำการตัดพลาสติกส่วนด้านบนออก พร้อมทั้งเจาะรูสำหรับยึดน็อต
Step 9: ทำการประกอบกล้องเขากับขาตั้งดังภาพด้านล่าง
Step 10: ทำการต่อสาย Servo เข้ากับกล้อง Pixyดังนี้
- Servo ตัวฐานต่อเข้ากับ >>> ช่อง RC-Servo PWM0
- Servo ตัวบนต่อเข้ากับ >>> ช่อง RC-Servo PWM1
ลำดับต่อมาทำการตั้งค่าเจ้า Pixy ของเราเพื่อเตรียมเชื่อมต่อเข้ากับไมโครคอนโทรลเลอร์โดยเลือกที่เมนู File > Configure…
จากนั้นจะเห็นหน้าต่างใหม่ที่ใช้ในการตั้งค่าส่วนต่างๆ สามารถดูลายละเอียดการตั้งค่าได้จากข้อมูลด้านล่าง
- Max blocks (กำหนดจำนวนวัตถุที่ตรวจพบสูงสุดในหนึ่งเฟรม) (ต้องตั้งค่าตามความเหมาะสมขึ้นอยู่กับจำนวนวัตถุที่ต้องการตรวจจับ)
- Sets the maximum total blocks sent per frame.
- default: 1000
- Max blocks per signature (กำหนดจำนวนวัตถุที่ตรวจพบสูงสุดต่อ 1 สี) (ต้องตั้งค่าตามความเหมาะสมขึ้นอยู่ดับความต้องการข้อมูล)
- Sets the maximum blocks for each color signature sent for each frame.
- default: 1000
- Min block area (กำหนดขนาดของวัตถุที่ตรวจพบเล็กที่สุดและจะไม่ถูกส่งข้อมูลออก)
- Sets the minimum required area in pixels for a block. Blocks with less area won’t be sent.
- default: 20
- Default program (กำหนดหมายเลขโปรแกรมเมื่อทำการเปิดขึ้น)
- Selects the program number that’s run by default upon power-up.
- default: 0
- Brightness (กำหนดค่าความสว่าง) (ต้องตั้งค่าตามความเหมาะสมขึ้นอยู่กับสถานที่)
- Sets the average brightness of the camera, can be between 0 and 255.
- default: 80
- Min saturation (กำหนดขั้นต่ำค่าความอิ่มตัวของสีขณะกำหนด Signatures)
- Sets the minimum allowed color saturation for when generating color signatures. Applies during teaching.
- default: 10.0
- Hue spread (กำหนดการรวมตัวของจุดสี)
- Sets how inclusive the color signatures are with respect to hue. Applies during teaching.
- default: 1.0
- Saturation spread (กำหนดการรวมตัวของการอิ่มตัว)
- Sets how inclusive the color signatures are with respect to saturation. Applies during teaching.
- default: 1.0
- Data out port (กำหนดพอร์ตสำหรับใช้ในการสื่อสาร) (ต้องตั้งค่าตามความเหมาะสม)
- Selects the port that’s is used to output data. 0=SPI, 1=I2C, 2=UART, 3=analog/digital x, 4=analog/digital y
- default: 0
- I2C address (กำหนดหมายเลขที่อยู่สำหรับการสื่อสารรูปแบบ I2C) (ต้องตั้งค่าตามความเหมาะสม)
- Sets the I2C address if you are using I2C data out port.
- default: 0x54
- UART baudrate (กำหนดความเร็วการสื่อสารในรูปแบบ UART) (ต้องตั้งค่าตามความเหมาะสม)
- Sets the UART baudrate if you are using UART data out port.
- default: 19200
Pan P gain , Pan D gain , Tilt P gain , Tilt D gain (กำหนดขอบเขตการเคลื่อนที่ของการแพน Servo)
เมื่อทำการตั้งค่าส่วนต่างๆ เสร็จแล้ว (ตั้งตามค่าเดิมของโรงงานก่อน) เราต้องทำการทดสอบการประกอบกล้องกับขาตั้งนั้นใช้งานได้หรือไม่ โดยไปที่เมนู Action >Run pan/tilt demo (กำหนดสีที่ต้องการตรวจจับไว้ก่อนหน้านี้คือสีแดง)
การเชื่อมต่อระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และกล้อง Pixy CMUcam5 ซึ่งในบทความนี้เราจะต่อกับ Arduino Mega 2560 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์เบอร์ Atmel ATmega2560 จัดเป็น MCU AVR อีกหนึ่งรุ่นที่มี I/O มาให้เยอะพอสมควรสามารถต่ออุปกณ์ภายนอกได้มากขึ้น
พอร์ตที่ใช้ในการเชื่อมต่อก็คือ I/O Port (SPI) ของกล้อง Pixy ลำดับแรกให้ทำการต่อสายที่บรรจุอยู่ภายในกล่องของ Pixy เข้ากับตัวกล้องทางพอร์ต I/O Port เชื่อมต่อไปยัง Arduino โดยการนำสายอีกฝั่งไปต่อกับกับ Arduino Mega 2560 ทางพอร์ต ICSP ดังภาพด้านล่าง
ต่อไปให้โหลด LibraryPixyFor Arduino และแตกไฟล์ไปยังโฟล์เดอร์ libraries ของ Arduino IDE ที่ได้ทำการลงไว้ ตัวอย่างเช่น C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries
ตั้งค่าการเชื่อมต่อระหว่าง Arduino กับ Pixy โดยทำการเปิดโปรแกรม PixyMon > File > Configure… : Data out port= 0 (SPI) รายละเอียดการตั้งค่าสามารถดูได้จากข้อมูลด้านล่างของภาพ
- 0: SPI – this is the default port that uses 3 wires (pins 1, 3, and 4 of the I/O connector) and is used to communicate with Arduino
- 1: I2C – this is a multi-drop 2-wire port (pins 5 and 9 of the I/O connector) that allows a single master to communicate with up to 127 slaves (up to 127 Pixys).
- 2: UART – this is the common “serial port” (pins 1 and 4 of the I/O connector). Pixy receives data via pin 1 (input) and transmits data via pin 4 (output).
- 3: analog/digital x – this will output the x value of the largest detected object as an analog value between 0 and 3.3V (pin 3). It also outputs whether an object is detected or not as a digital signal (pin 1 of the I/O connector).
- 4: analog/digital y – this will output the y value of the largest detected object as an analog value between 0 and 3.3V (pin 3). It also outputs whether an object is detected or not as a digital signal (pin 1 of the I/O connector).
ทำการทดสอบการเชื่อมต่อระหว่าง Pixy และ Arduino โดยทำการเปิดโปรแกรม Arduino เลือกที่เมนู File > Example > Pixy > hello_world ทำการอัพโหลดไปยัง Arduino พร้อมทั้งเปิด Serial Monitor ไว้ดังภาพด้านล่าง
หลังจากนั้นไปยังหน้าจอ PixyMon ทำการกำหนดสีที่ต้องการตรวจจับและเลือกที่เมนู Action > Run default program ดังภาพด้านล่าง
กลับไปยังหน้าต่าง Serial Monitor ของ Arduino เราจะได้ข้มูลจากกล้อง Pixy ดังภาพด้านล่างสรุปได้ว่าการเชื่อมต่อสำเร็จ
รายละเอียดของข้อมูลที่ได้ออกมาประกอบไปด้วย
Detected 1:
block 0: sig: 1 x: 159 y: 109 width: 61 height: 61
- Detected 1 คือ จำนวนที่ตรวจพบ จำนวน 1 กรอบ
- block 0 คือ กรอบที่ 0
- sig 1 คือ Signature ที่ 1
- x คือ ตำแหน่งที่ตรวจพบในแนวแกน x
- y คือ ตำแหน่งที่ตรวจพบในแนวแกน y
- width คือ ความกว้างของสิ่งที่ตรวจพบ
- height คือ ความสูงของสิ่งที่ตรวจพบ
