【自造DIARY】Jetson Nano的開源應用 ─ Jetbot小車

Posted By CIRCUS Pi on 8 月 10, 2019 in Edge AI開發地圖, Jetson Nano, NVIDIA, 創客萊吧MakerLab, 教學文 | 1 comment

作者：CIRCUS Pi

Nvidia Jetson Nano 發行了幾個月，大家應該都操作的差不多了，基本效能大致都摸透，那 Jetson Nano 還能做什麼呢？本篇文章將教你製作 Jetbot 開源程式碼的小車 ─「Jet-falcon 千年鷹」。

Jetson Nano 從 2019 年 4 月初開始發行到現在，也經過了幾個月的時間，相信大家也快要把 Jetson Nano 各種基本效能都測試得差不多了。那麼接下來，Jetson Nano 可以做什麼應用呢？

在 Nvidia 官方開源出的各種 Jetson Nano 應用中，有個很經典的應用─「Jetbot」，讓更多人能夠更方便地學習如何在 Jetson Nano 上訓練、推論神經網路技術，以實現各種關於自駕車技術的應用。那麼，到底應該從哪裡取得 Nvidia 開源的 Jetbot 零件呢？

Jetbot 的零件清單：https://github.com/NVIDIA-AI-IOT/jetbot/wiki/Bill-of-Materials

Jetbot 的零件清單部份截圖（圖片來源：GitHub）

相信大家一定都非常開心 Nvidia 分享了 Jetbot 的零件清單，不過零件清單中每個零件的取得，有些須從 Amazon 找尋、有些要從 Adafruit 下單、而有些則要從 Sparkfun 購買。等到把 Jetbot 上需要的所有零件都下單完畢後，還要再等一陣子海運時間。漫長的等待時間，急性子的人等不及啦！

於是一台可以完整使用 Jetbot 開源程式碼的小車─「Jet-falcon 千年鷹」，就這樣誕生啦！

Jet – falcon：https://www.icshop.com.tw/product-page.php?27398

Jet-falcon 鋰電池版本（圖片來源：iCshop）

接下來，我們就來介紹如何使用 Jetbot 開源程式碼，與自行測試的人臉辨識，在 Jet-falcon 上實現吧！

電源

首先，因為目前世界各地的網友們在測試時，有發現到 Jetson Nano 對於電源供給的要求較為嚴苛，因此在開始實現各種應用前，我們先來看一下 Jet-falcon 的電源部份。

在一開始製作 Jet-falcon 時，為了考慮到後續能夠更新「JetPack」（Nvidia 為了建立人工智慧應用程式，所開發的軟體，請參考 https://developer.nvidia.com/embedded/jetpack ），因此特別設計了兩種電源版本：

行動電源版本：輕巧方便、易於隨時使用
鋰電池版本：車體擴展性強韌、模型推論效率佳、方便後續更新 JetPack 軟體

其中，行動電源版本部份，官方建議雙孔輸出共 3A 的規格使用。但經實測，即使是擁有雙孔輸出 3A 的行動電源，若是 MicroUSB 電源線長度超過大約「45 公分」的長度（目前測試結果，實際長度仍需要再多加測試），也一樣容易因為壓降過多，導致 Jetson-nano 無法正常執行。

過長的 Micro USB線將無法正常啟動 Jetson Nano（圖片來源：創客萊吧提供）

因此，在使用一般行動電源，或是一般電源供應器的電源（如樹莓派的專用電源供應器：https://www.icshop.com.tw/product_info.php/products_id/26946 ），皆需要特別注意電源線的長度。

相反地，只要線材的長度短於目前測試的「45 公分」MicroUSB 電源線，且能夠承受 2A 以上的電流，即使是一般行動電源（需雙孔輸出共 2A 規格），也能夠正常使用 Jetson Nano 喔！不過要記得將 Jetson Nano 的「功率模式」，調整成「5W」喔！

本次實測之行動電源規格（圖片來源：創客萊吧提供）

利用 5V/2A 行動電源執行 Jet-falcon，並開啟網頁瀏覽器（圖片來源：創客萊吧提供）

另外很重要的一點，目前也有非常多朋友們在使用部份 HDMI 轉 VGA 的轉接頭時，Jetson Nano 會無法出現畫面。經過實測，使用可外接 Micro USB 電源的轉接器較佳，因可額外供給電源給予轉接器，讓螢幕畫面正常輸出。

下兩圖為使用可外接 Micro USB 電源的 HDMI 轉 VGA 轉接器，與是否接入 MicroUSB 電源的實測結果。

測試使用的 HDMI 轉 VGA 轉接器：https://www.icshop.com.tw/product_info.php/products_id/11673

「有」使用外接 MicroUSB 外接電源的 HDMI轉 VGA轉接器測試結果（圖片來源：創客萊吧提供）

「無」使用外接 MicroUSB 外接電源的 HDMI轉 VGA轉接器測試結果（圖片來源：創客萊吧提供）

透過此次實測結果，目前認為 Jetson Nano 使用轉接器無法輸出畫面的原因之一，或許與 Jetson Nano developer kit 上的 HDMI 接口有做相關保護，導致供給轉接器的電壓不足有關，讓螢幕無法輸出畫面。

至於鋰電池版本的 Jet -falcon，則是採用 2S 的鋰電池，規格為 5200 mah、25C，搭配一組可限制電流輸出量的直流降壓器，並配有一個鋰電池專用警報器，提醒您注意電池的電量。

需要限制電流的主要原因，是防止 Jetson Nano 在功率全開時，某些執行動作（像是使用 cuda 推論神經網路），讓通過 Jetson Nano developer kit 的瞬間電流過大，自動啟動保護裝置，形成「死機」的狀態。

可限制電流的直流穩壓器（圖片來源：創客萊吧提供）

平台設計

Jet-falcon 的壓克力平台（圖片來源：創客萊吧提供）

在設計 Jet-falcon 時，為了降低讓大家尋找安裝機構平台的時間，便在壓克力板材上裁切出了許多孔位。讓使用者可以依照自己的喜好，彈性地調整 Jet-falcon 上的電子零件位置。

您可以

自行旋轉 Jetson Nano 四個方位角度安裝
自行調整鏡頭架於平台的相對位置，也可自行設計相對應的 3D 列印機構裝置
較大的圓形孔位讓您放置線材

也可以在不拆除整個 Jet-falcon 平台下，執行下列動作

查看 Jetson Nano 的 GPIO 腳位
調整馬達控制版的母座螺絲
調整直流供應器的電壓與電流

另外，為了幫助 Jetson Nano 降低溫度，也特別為他搭配了一組風扇，並且為了之後能夠方便的安裝 M2 網路卡，也在安裝風扇的壓克力材料上，預留了兩根天線的孔位。

Jet-falcon 的風扇組裝示意圖（圖片來源：創客萊吧提供）

風扇的轉速與風量規格如下

轉速（Speed）：9000RPM±10%

風量（Airflow）：3.24CFM

使用這一組風扇後，Jetson-nano 上的散熱片溫度變大幅下降，即使是在執行推論神經網路模型時，溫度也能夠維持在手指能夠觸碰的溫度範圍內。

了解 Jet -falcon 硬體的部分後，下面我們就來實測看看 JetBot 的開源程式碼吧!

NVIDIA – AI – IOT , Jetbot：https://github.com/NVIDIA-AI-IOT/jetbot

基本移動

不論是使用行動電源版、或是鋰電池版本的 Jet-falcon，其實都建議以遠端連線的方式，操作 Jetson Nano，主要是為了增加 Jetson Nano 的使用效率。畢竟外接螢幕時，Jetson Nano 會為了將影像輸出至螢幕，而占用些許運算資源。

根據 Jetbot 的開源程式碼，可成功地透過 Jupyter Notebook ，遠端連線至 Jet-falcon 上，並執行了關於 Jetbot 中，「Basic Motion」程式碼，結果顯示於下方的 gif 動畫圖。

使用 Basic Motion 程式碼移動的 Jet-falcon（圖片來源：創客萊吧提供）

影像擷取

Jetson Nano 支援使用樹莓派的鏡頭設備，來擷取影像畫面。因此目前在Jet- falcon 上，我們安裝的是樹莓派鏡頭。使用的是「collision_avoidance」中的「live_demo」部份程式碼，實測的結果在下方的 gif 動畫圖。

使用「 collision_avoidance 」中的「 live_demo 」部份程式碼，測試影像畫面（圖片來源：創客萊吧提供）

避免碰撞

Jetbot 的經典使用方法，便是避免碰撞障礙物的實驗。在「collision_avoidance」範例程式中，使用遷移式學習（transfer learning），搭配知名的預模型（pre-trained model），來完成避免碰撞障礙物的實驗。下方的影片，便是 Jet-falcon 使用此種方法，完成避免掉落於桌面的實驗。