Nalivator-9000: робот-бармен на Raspberry Pi и Go

Пару лет назад я наткнулся на проект Bartendro на Kickstarter. Мне понравилась идея, и я решил, что идеальное применение для моего недавно приобретенного Raspberry Pi найдено. Я прикинул какие детали понадобятся, и приступил к DIY реализации робота-бармена. Кратко расскажу что из этого получилось.

Hardware

Основной элемент всей конструкции, конечно — насосы. В оригинальном проекте Bartendro используются перистальтические насосы собственной разработки (кстати, весь проект доступен в github).

Перистальтический насос — это такой насос который толкает по трубке её содержимое, как будто тюбик с пастой выдавливает. Соответственно, один конец опускаем в бутылку, а второй в стакан. Гифка с Википедии с принципом действия:

Похожие на оригинальные из Bartendro насосы есть в продаже на Aliexpress. Практика показала, что они хороши в эксплуатации, т.к. у них снимается передняя панель с трубкой — очень удобно мыть после застолья.

У Raspberry Pi на плате расположены GPIO разъемы. С помощью них посылаются или принимаются сигналы «1» или «0», 3,3В и 0В, соотвественно. В спецификации к насосу указано, что его рабочее напряжение — 12В, и «малиновых» 3.3В здесь будет мало. Поэтому для работы понадобится еще блок питания, а управлять им можно с помощью транзисторного переключателя. Итоговая схема выглядит так:

Для выбора транзистора надо чтобы напряжение коллектор-эммитер и максимальный ток коллектора у него был минимум в 1.5-2 раза выше необходимых. Я выбрал BDX33B, у него напряжение коллектор-эмиттер — 80В, а максимальный ток коллектора — 10A, что с запасом хватит для насоса со стартовым током 2А и напряжением 12В. Для того чтобы открыть транзистор, на базе надо получить не больше 2.5В. Считаем делитель в каком-нибудь онлайн-калькуляторе — получаем R1=150 Ом, R2=300 Ом.

В качестве «свистелок» я добавил три светодиода, подключенных к трем другим GPIO пинам, которые будут обозначать работающий моторчик, а также понадобятся при визуализации синтезатора речи. На выходы GPIO можно повесить максимальную нагрузку 15 мА на пин, или 50 мА суммарно. Поэтому подключаю светодиоды через резисторы по 300 Ом, ток в этом случае будет ~4 мА на пин.

Теперь можно идти в ближайший магазин радиодеталей и пробовать собирать.

Software

Raspberry Pi вообще довольно медленная штука — например, Django, на котором я изначально хотел сделать веб-приложение, запускается несколько минут. Поэтому я решил отказаться от него в пользу чего-нибудь легковесного, а именно — Go. Он быстро компилируется, кросс-компиляция под linux-arm на моем ПК занимает около 20 секунд. На выходе получаем небольшого размера бинарник, который статически собран и несет внутри все зависимости. Его можно сразу rsync-ом копировать на raspberry pi и проверять. Очень удобно для таких небольших приложений. Параметры кросс-компилияции под linux-arm выглядят так:

GOOS=linux GOARCH=arm GOARM=6 go build

У разных версий Raspberry Pi разные версии ARM. Узнать свою версию можно в /proc/cpuinfo

Так как у насосов нет никаких датчиков объема налитого, но известна пропускная способность, то объем можно контролировать через время работы насоса. Эмперическим путем я выяснил — чтобы налить 100 миллилитров, надо насос держать включенным 30 секунд. Получается нужно написать приложение, которое по команде, по очереди включает насосы на определенное время. В данной реализации подразумевается, что Наливатор умеет делать только один коктейль, то есть у него есть только одна кнопка — «Налить».

Я сделал конфиг в котором описаны подключенные насосы и коктейль, который нужно наливать.

{
  "cname": "санрайз",
  "pumps": [
    {
      "name": "Tequila",
      "pump_pin": 17,
      "led_pin": 23,
      "duration": 17
    },
    {
      "name": "Juice",
      "pump_pin": 22,
      "led_pin": 25,
      "duration": 49
    },
    {
      "name": "Grenadine",
      "pump_pin": 27,
      "led_pin": 24,
      "duration": 7
    }
  ]
}

Этот конфиг читает Наливатор при запуске, и понимает какой пин на какое время нужно включать. Для работы с GPIO я использовал библиотеку go-rpigpio:

  for _, v := range CurrentPumps.Pumps {
    log.Printf("Nalivaem %s ;duration = %v; GPIO = %v", v.Name, v.Duration, v.Pump_pin)
    //pump pin open
    p, err := rpi.OpenPin(v.Pump_pin, rpi.OUT)
    if err != nil {
      panic(err)
    }
    defer p.Close()

    //led pin open
    l, l_err := rpi.OpenPin(v.Led_pin, rpi.OUT)
    if l_err != nil {
      log.Printf("LED - Can't set LED pin to output")
    }
    defer  l.Close()

    // pump on
    p.Write(rpi.HIGH)

    //led on
    l.Write(rpi.HIGH)

    time.Sleep(time.Second * time.Duration(v.Duration))

    // pump off
    p.Write(rpi.LOW)

    //led off
    l.Write(rpi.LOW)
  }
}

Весь код в гитхабе — github.com/fote/nalivator9000

Осталось добавить веб-интерфейс и все готово. Насчет корпуса я не стал заморачиваться и разместил все в икеевской коробке. В этот момент я понял, что дизайнера из меня не выйдет. В общем над внешним обликом еще стоит поработать.

Когда пришло время испытаний, я пригласил друзей провести нагрузочное тестирование, но перед их приходом понял, что веб-интерфейс это не совсем удобно — он не доступен из интернета, а подключаться к запароленной wi-fi сети, вбивать IP-адрес в браузере… слишком сложно. Тогда я добавил telegram-бота, который ждёт что ему напишут имя коктейля и наливает его. Я не буду описывать как создать бота, т.к. уже есть множество хороших статей на эту тему, в том числе и для Golang.

Также я решил добавить синтез речи, воспользовавшись Yandex SpeechKit. API этого сервиса очень прост, а лицензионное соглашение позволяет пользоваться им бесплатно в некоммерческих целях. Перед отправкой сообщения от telegram-бота, я прогоняю фразу через SpeechKit, в ответ получаю .wav-файл и воспроизвожу его через подключенный по 3.5mm-jack динамик.

Заключение

Тестирование Наливатора прошло успешно — тестировщики остались довольны и оставили много фичереквестов.

Напоследок видео работы:

За ваше здоровье!

Автор: 4te

Источник