【講座】樹莓派 Raspberry Pi 開源專案,無人小車與空氣盒子的技術實務

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T 客邦每個月都會舉辦月月小聚,3 月講座以「樹莓派開源專案」為主題。這次會有來自世界頂尖大學 MIT 的小鴨城(Duckietown)與躍上國際舞台的 PiM25 開源空氣盒子,由活躍於樹莓派社群的台灣樹莓派中央研究院代表來分享,希望有更多台灣的開發者加入,歡迎大家來交流。

時間: 課程內容
14:00 ~ 14:10: 開場(T客邦主持人&網通推動辦公室代表)
14:10 ~ 15:20: 主題1:小鴨城 (Duckietown),一個基於 Raspberry Pi 和 ROS 的開源無人小車專案。講者:Sosorry
15:30 ~ 16:30: 主題2:PiM25開源專案–空氣汙染與公眾健康。講者:黃子恒(中央研究院資訊科學所研究助理)
16:30 ~ 17:00: 現場交流

活動資訊

  • 活動時間:2019年3月27(三) PM14:00 – PM17:00
  • 活動人數:100
  • 活動地點:T客邦總部,台北市中山區民生東路二段141號4F
  • 活動費用:免費

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[新聞] PiM25 Project on MagPi 77

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我們在去年發布的 PiM25 專案被 MagPi 77 報導了(第八頁)!

原文摘錄如下。
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We like to see citizen science here at The MagPi – you may remember Raspberry Shake, the seismometer add-on for the Pi, which crowdsourced seismic activity.

In East Asia, we hear a fair bit about issues with air quality, so we weren’t too surprised when Nai-Wen, organiser of the Taiwanese Raspberry Pi community, told us about a project using open-source software to keep track of air pollution in Taiwan.

“PM2.5 is a citizen science project. We provide instructions and open-source code to help people create and customise their own PiM25 box.” Nai‐Wen tells us via email.
“When the PiM25 box is ready, air quality and GPS data can upload to the Taiwan’s PM2.5 Open Data Portal (Location Aware Sensing System, or LASS) 24/7. Everyone can see the open data from the map (magpi.cc/rdfiGe).”

Mapping the air The visualisation is fairly straightforward, colour-coding the results.
Taipei, the capital, is fairly clean, but the west coast tends to be a little polluted. Data is updated on the fly, so these values may change depending on wind, time of day, and even time of year. “We wanted to build up an easy-to-use airbox and visualise the environment information,” Nai-Wen explains.

“We hope the awareness will increase their interest in improving their air, health, life, and planet.”

Raspberry Pi in Taiwan While it’s sometimes easy to think of the Raspberry Pi community as being largely UK based, it’s important to remember that people use it all around the world, including in Taiwan. Starting in 2013, there have been regular meet-ups every month or two, organised by Nai‐Wen: “We have workshops, hackathons, and an occasional book club event. The community also helps to organise open-source conferences, such as PyCon Taiwan or MakerConf Taiwan.”

We look forward to seeing what else comes out of the Taiwanese Pi community
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PiM25 靈感來自於中研院陳伶志老師和哈爸所發起的 LASS環境感測器網路系統。LASS 是目前國際知名的公民專案,也有很多媒體採訪報導與演講分享,例如 TEDxTaipei今週刊等等。但過去大部分是使用聯發科 LinkIT 7688/7697 或是瑞昱阿米巴等,使用 Raspberry Pi 的案例較少,因此我們也發布一個版本,希望 Pi 的愛好者也可以一起守護台灣。

PiM25 採用 PIGPIOd 控制 GPIO 腳位,特色之一是可同時讀取多組 UART 設備,例如可同時讀取攀藤 G5 PMS5003 PM2.5 感測器和 GPS 資訊。特色之二是我們將會發布 Blockly 的圖形操作界面,可以讓小朋友也很容易使用拖拉式的方式上手。

目前 PiM25 有兩個版本,第一個是包含多種感測器的完整版,包括攀藤 G5 PMS5003 PM2.5 感測器ublox NEO-6GPSDHT22 溫濕度感測器,和 I2C OLED(0.96″),我們做了一版 Pi Zero W 的展示
第二個版本是中研院陳伶志老師的輕量化版本,只使用了攀藤 G5T PMS5003T PM2.5 粉塵濃度/溫濕度二合一感測器GPS,就可讀取基本的 PM2.5, 溫濕度和經緯度數值。

pim25b 歡迎 fork 和 PR。

[紀錄] Raspberry Pi社群聚會 #23 會後資料(樹莓派自走車)

第二十三次 Raspberry Pi 社群聚會會後資料,希望透過社群活動的分享和交流,找到更多 Raspberry Pi 的可能。本次主題是「樹莓派自走車」。過往資訊可看共筆,報名可到 KKTIX

天瓏書局(Tenlong Bookstore)
這次的活動是在天瓏書局 CodingSpace 舉辦,場地很新設備很好,小老闆很給力提供了很多協助。

Raspberry Pi社群聚會 #23(Raspberry Pi Meetup #23)
但這次因為報名人數爆棚所以略顯擁擠,下次聚會要吃 Pizza 應該會更擠吧?

樹莓派基金會贊助貼紙(Raspberry Pi Foundation donate stickers to us)
這次活動樹莓派基金會有贊助貼紙,所以來參加的朋友都很開心的拿了不同的貼紙做紀念。

如何玩Donkey Car(Donkey Car How to Play)
這次的講者李翼介紹 Donkey Car 怎麼玩。Donkey Car 是一個機器學習加上馬達控制的綜合型專案,也就是使用者先在車道上使用搖桿控制小車,並且將影像資訊和搖桿資訊記錄下來。再將蒐集到的資料訓練出對應的模型,之後再把訓練好的模型放到小車上試著讓它自走,並持續做蒐集資料、訓練模型、測試小車的動作直到符合預期結果。

Donkey Car硬體清單(The Donkey Car Hardware List)
Donkey Car 的硬體清單,包含了 Pi 3、車體、相機模組、搖桿以外,還用了冰棍做相機支架,非常有趣。


目前比較難取得的是 RC Car,還要再搭配專用擴充板,不過這都可以再進行改造的。對 Donkey Car 來說,相機模組是唯一的資料輸入來源。

Donkey Car軟體架構(The Donkey Car Software Architecture)
在 Donkey Car 的軟體架構中,包含了認知(Perception)、規劃(Planning)、控制(Control)和資料收集(Data Collection)等步驟。所謂的認知就是自駕車需要取得當前的狀態(state),包括是否正在前進還是後退?如果知道狀態以後,就可以根據條件做規劃,例如左轉、右轉或是避障等。有了規劃結果以後就可以發出控制訊號來控制馬達調整車子動作,最後就是持續把從相機讀進來的影像資料或是搖桿資料給保存下來。

Donkey Car身經網路(The Donkey Neural Network Model)
Donkey Car 的核心精神就是使用神經網路將影像和對應的動作做連結,因此選擇適合的模型與調整參數是很重要的。

Donkey Car資料類別(The Donkey Car Data)
除了有好的神經網路模型以外,如何挑選好的資料在機器學習領域也是非常重要的。對此李翼分享了自身的經驗,不能只給模型乖乖的控制資料,必須要加上一些錯誤再導正的控制資料,就像是我們人在開車時的行為。

Donkey Car車道設計(Donkey Car Lane Design)
車道設計也是大哉問,不論是地板材質、膠帶材質與顏色都會影響辨識結果,並且特別要注意車道轉彎角度必須要小於車子的迴轉半徑,才不會做出一個無法跑得賽道出來。

結語
最後的結論就是雖然神經網路是一個黑盒子,但多數的行為是可以根據訓練資料而得到的,因此除了模型設計以外,使用乾淨和有設計過的資料做訓練才會得到理想的結果,也就是 “餵什麼像什麼”。


李翼的分享非常精彩,中場休息時還被團團圍住。大家都想要在這次的分享吸收講者的經驗以減少自己摸索的時間。

驢車學走路(樹莓派在自駕遙控車的應用)的投影片下載

 

源自於MIT的小鴨車專案(Duckietown Project from MIT)
我們這次介紹小鴨城(Duckietown)專案,這是一個基於 Raspberry PiROS 的開源無人小車專案,源自於 MIT。在 2016 年課程初設計時,還是一個靠著影像辨識加控制理論所搭建的自走車平台,但到了 2017/2018 年已經可以結合機器學習做到多種環境識別與容器化等更適合在學校推廣的機器人平台。


這是在 2016 年課程(2.166)的架構,一開始會需要設定樹莓派(Duckiebot)和開發環境(Virtualbox),並且讓兩邊的網路透過名稱解析方式互通。一開始會做車輪校正(Wheel Calibration)確認小車能行走直線不偏移,再來從小車的視角去觀察世界可以看到如果要做到最簡單的車道跟隨(Lane Following)會需要找到左邊的黃色線段和右邊的白色車道,因此經過影像處理的技術,包括色彩空間轉換、濾波、邊緣偵測和找直線等可得到黃線和白線的線段座標。再經過相機校正(Camera Calibration)後,可以讓影像資訊從二維相機影像座標映射到真實世界三維座標。最後經過投票與條件機率可決定最適合的參數,再根據此一參數調整馬達控制訊號讓小車狀態改變達到能沿著車道行走的功能。

車道跟隨展示(Lane Following Demo)
sosorry 也展示了車道跟隨(Lane Following)的功能。但當天的光線太暗,黃線的部份並沒有清楚的看到,但在經過亮度補償後有改善,可以完整跑完一圈。

採果機器人展示(FarmHarvestBot Demo)
我們在之前的工作坊有遇到 FarmBotTUG 的朋友,他們開了一個新的採果機器人專案(FarmHarvestBot) ,希望能做到可以自動採收水果的機器人。我們也根據他們的想法做了一個簡單的展示,可以一邊自走 S 型車道,再一邊進行手臂控制夾取物品。未來將會做成原型車,能透過影像辨識再使用機器手臂自動抓取物品。

小鴨城(Duckietown)一個基於Raspberry Pi和ROS 的開源無人小車專案介紹投影片下載
 
我們預計在十二月還會在舉辦一次小鴨車的工作坊,活動時間與地點近期會公佈,歡迎大家一起來玩。

[產品] Great Scott Gadgets HackRF One – Software Defined Radio 無線數據傳輸模組

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HackRF One 是一款軟體定義無線電(SDR, Software Defined Radio) 設備,可發送/接收 1MHz 到 6GHz 的無線電信號。
HackRF One 被用在現代和下一代無線電技術的測試和開發,是一個開源硬體平台,可用作 USB 外接設備獨立運行。


《特色》

  • 1 MHz 到 6 GHz 工作頻率
  • 半雙工
  • 取樣高達每秒2000萬
  • 8-bit quadrature samples (8-bit I and 8-bit Q)
  • 相容GNU Radio, SDR# 等
  • Software-configurable RX and TX gain and baseband filter
  • Software-controlled antenna port power (50 mA at 3.3 V)
  • SMA female antenna connector
  • SMA female clock input and output for synchronization
  • Convenient buttons for programming
  • Internal pin headers for expansion
  • USB 2.0
  • USB 供電
  • 開源硬體

《規格》
* HackRF One x1
* micro USB 線 x1
* 重量: 100g / 0.22lbs
* 尺寸: 124mm x 80mm x 18mm / 4.88″ x 3.15″ x 0.7″
* 線長: 約22.5″

* 注意:本商品不含天線。

《資源》
* HackRF SDR 教學

* HackRF Wiki
* HackRF 原始碼
* HackRF 逆向工程 LoRa RN2483 教學

$9975 


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[活動] Raspberry Pi社群聚會 #21 會後資料(樹莓派在物聯網上的應用案例,從 Maker 到 Mass Production)

第二十一次 Raspberry Pi 社群聚會會後資料,希望透過社群活動的分享和交流,找到更多 Raspberry Pi 的可能。本次主題是「樹莓派在物聯網上的應用案例,從 Maker 到 Mass Production」。過往資訊可看共筆


這次的主題是分享使用樹莓派(Raspberry Pi)量產的經驗或是產品。第一位是由威名資訊介紹使將樹莓派做成尿素加注機的商業化應用經驗談。


產品的需求是從空污而來。空氣污染的來源之一是柴油引擎的排放物,其組成主要是氮氧化物(NOx)和微粒(包含碳煙),其次是碳氫化合物(HC) 。如果能使用氨氣作為還原劑,可以讓氨氣和氮氧化物反應生成氮氣和水,就可以無害的排放到大氣中。但由於使用氨氣需要一套複雜的控制系統,因此使用尿素(環保汽車尿素,Diesel exhaust fluid)會更為方便,因為尿素的水溶液在 200°C 的溫度以上,會產生 NH3 可達到和氨氣一樣的效果。


威名資訊所設計的尿素加注機的硬體組成有 Raspberry Pi 和 Arduino。讀取油料的高低和加注尿素是由 Arduino 負責,其資訊會透過 UART 和 Pi 傳輸,而 Pi 則負責顯示畫面,並將加注結果傳回伺服器。


圖為尿素加注機內部的線路。使用 Pi 或是 Arduino 這類硬體的好處,就是在於開發快速。只要設計好適當的線路圖,就可以用麵包板和杜邦線等電子零件驗證想法。如果初步的測試沒問題,就可以手工焊接讓雛型系統更穩固。經過一段時間的實測猴,就能再進行 PCB 的生產等後續量產動作。


產品量產後的問題之一,就是蒐集 log。如果是一開始就有先考慮到的都不會是問題,但你永遠不知道使用者會怎麼用這產品。因此威名資訊曾經接到尿素加注資料讀取錯誤的問題回報,為了第一時間瞭解狀況,就在半夜從台北直奔彰化花壇,只為了取回 log 和釐清問題所在。


大部分的人還是只拿 Pi 做概念驗證,因此提問的人很多,都想多瞭解可能會發生的問題,看能不能少踩幾個坑。

威名資訊的投影片下載

 


第二位講者 sosorry 也分享國內外使用樹莓派做產品的幾個要點。第一個案例是使用樹莓派做監控系統。
目前市面上大多數的監控設備都是使用可見光的 Camera,但這會受到天候或是光線等影響,因此為了能降低環境影響,有廠商使用可見光的相機模組熱紅外線影像相機模組融合成監視系統。這是使用雙相機做 alpha blending 的效果。


第二個案例是使用樹莓派做能源監控系統。這是國外所發起的 OpenEnergyMonitor 專案,整體架構包含了可單獨運作的溫度監控模組(emonTH)、可偵測電流消耗的能源監控模組(emonTx)、使用了 Pi 和 ATmega328 擴充板做為系統核心的物聯網閘道器(emonPi),和最後資料分析與視覺化的儀表板(emonCMS)。

特別介紹這專案不只是這已經是量產的產品,而是觀摩別人怎麼經營開源專案。這專案所有的項目都是開源的,包括了硬體開源,但也提供線上購買現成的模組。其次是軟體開源,包括了前端韌體到網頁後台都可以在 github 下載。再來是所有的訊息傳遞都使用開放標準,可方便各種軟體的串接與硬體擴充。當然教學文件教學影片也是必備的,還有線上社群可以作為你最後的支援。以上所有專案資料可以到網站上取得。

最後還分享了一些使用樹莓派量產的注意事項。完整內容可參考投影片
樹莓派在物聯網上的應用案例 from raspberrypi-tw

 


這次 Noah 有給了一個 lightning talk,主要是推廣 FOSSASIAPSLab 的一些精神與產品,和樹莓派是相仿的。不過可惜的是沒有實機展出,也許下次可以結合樹莓派做更多的分享。

 

歡迎大家來參加社群聚會,相關活動我們都會在網頁facebook 公告,如果有主題想分享也請來信 service AT raspberrypi.com.tw。

[產品] 智慧喇叭語音學習套件

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《特色》
1. 手把手教學,附完整範例程式,可結合智慧插座套件做語音控制開關。
2. 可使用 NLTK結巴(Jieba)做中英文斷詞和自然語言處理。
3. 可嵌入 Google Assistant 或是雲端語音辨識功能,例如 AlexaOlami 等。
4. 可串接 snowboy 自訂喚醒詞,串接 Dialogflow 自然語言理解平台。
5. 全系列 Pi 都可以使用。

《規格》
1. ReSpeaker雙麥克風擴充板(2-Mics Pi HAT)
2. Grove 母排線 x1
3. Grove 公排線 x1
4. 高品質攜帶式喇叭(USB 充電)
5. 萬用電子零件包

《教學》
* [Wiki]ReSpeaker 2-Mics Pi HAT
* 1.Get started with Google Assistant
* 2.How to use button to trigger Google Assistant

《教學投影片》

改造 ReSpeaker 2-MIC HAT from raspberrypi-tw

《HackMD》
* 改造 ReSpeaker 2-MIC HAT

《範例程式》
* https://github.com/raspberrypi-tw/hack-respeaker

$950 


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[產品] ReSpeaker 四麥克風陣列擴充板(ReSpeaker 4-Mic Array for Raspberry Pi)

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《特色》
* 適合語音產品,能讓您輕易的接上 Google AssistantAmazon AlexaJasperIBM Watson 等語音服務。
* 使用 AC108 開發,內建四通道 ADC,具有 I2S/TDM 輸出轉換,能擷取高清晰度的語音輸入。
* 包含四個麥克風,可進行語音活性檢測(Voice activity detection,VAD)和方向定位(Direction of Arrival, DOA)。
* 三公尺遠收音。

* 注意:和 ReSpeaker雙麥克風擴充板(2-Mics Pi HAT) 不同,該擴充板沒有耳機插孔提供音訊輸出。

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《規格》
* Raspberry Pi Zero / Zero W / B+ / Pi 2 / Pi 3 適用
* 4 analog microphones
* 2 個 Grove 介面: 支援 GPIO 及 I2C
* 12 APA102 可程式化 RGB LEDs,使用 SPI 介面
* 可遠至 3 公尺外收音
* 尺寸: 65mm x 65mm x 9mm
* 重量:G.W 20g

* 注意:本商品不包含 Raspberry Pi !

《下載》
* ReSpeaker 4-Mic Array for Raspberry Pi v1.0.pdf
* AC108_Datasheet_V1.1

《教學》
* [Wiki] ReSpeaker 4-Mic Array for Raspberry Pi
* 改造 ReSpeaker 2-MIC HAT 教學投影片

《HackMD》
* 改造 ReSpeaker 2-MIC HAT

《範例程式》
* https://github.com/raspberrypi-tw/hack-respeaker

$800 


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[產品] ReSpeaker雙麥克風擴充板(2-Mics Pi HAT)

ReSpeaker-2-Mics-Pi-HAT-s

《特色》
ReSpeaker 2-Mics Pi HAT 是一個適用於語音應用的雙麥克風擴充板。該擴充板使用 WM8960 的低功耗立體聲編解碼器,兩側有兩個麥克風可收音,讓您可以很容易的串接 Amazon Alexa Voice Service 或是 Google Assistant 等語音服務。此外,擴充板上還有 3 個 APA102 RGB LED,1 個按鍵和 2 個 Grove 介面,讓您很容易擴充其他硬體與應用程式。板上的 3.5mm 音訊插孔或 JST 2.0 揚聲器輸出均可用於音訊輸出。

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《規格》
* Raspberry Pi Zero / Zero W / B+ / Pi 2 / Pi 3 適用
* 雙麥克風
* 2 個 Grove 介面: 支援 GPIO 及 I2C
* 可程式化控制按鍵及 LED 燈(包括 1 按鍵和 3 LED 燈)
* 內鍵音訊編/解碼器
* 雙音訊輸出: 3.5mm 音訊插孔、JST2.0 揚聲器輸出
* 可遠至 3 公尺外收音
* 尺寸: 65mm x 30mm x 15mm
* 重量:G.W 34g N.W 12g

* 注意:本擴充板不包含 microSD卡 及 Pi Zero!

《使用教學》
* [Wiki]ReSpeaker 2-Mics Pi HAT
* 1.Get started with Google Assistant
* 2.How to use button to trigger Google Assistant
* 改造 ReSpeaker 2-MIC HAT 教學投影片

《HackMD》
* 改造 ReSpeaker 2-MIC HAT

《範例程式》
* https://github.com/raspberrypi-tw/hack-respeaker

《相關》
* [新聞] Raspberry Pi Zero 套餐特價中
* [產品] Raspberry Pi Zero v1.3 + Mini HDMI轉接頭 + OTG + 8G microSD + 5V電源 + 2×20排針
* [產品] Raspberry Pi Zero v1.3 + Raspberry Pi Camera(v2)
* [產品] Raspberry Pi Zero v1.3 + Raspberry Pi NoIR Camera(v2)

$680 


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