Watchmen shield v2 is an open-source printed circuit board by Codexzier, from the Codexzier/Watchmen repository on GitHub, published under the GPL-3.0 licence. It is a 2-layer board of 68.6 × 53.3 mm with 44 parts on 35 nets, routed with 252 tracks and 191 vias.
It is built around the 74AHCT1G125SE, RD-03D and ULN2003A, with the AO3401A, BAT54S and WS2812B among its other parts. Its parts include 13 resistors, 12 connectors, 7 capacitors, 2 ICs and 2 diodes.
Anwendung für den Arduino UNO Q (2 GB) mit UNO Media Carrier und IMX219-Kamera: Eine
dreh- und neigbare Plattform erkennt Personen, Autos und ein markantes Muster
(ArUco-Marker), folgt Personen bzw. dem Muster mit der Kamera, nutzt ein AI-Thinker RD-03D
Human-Radar zur Auswahl der nächsten Person, spart im Ruhemodus Strom und wird über Radar oder
Vibration (MPU6050) wieder geweckt. Kalibrierung und Live-Ansicht laufen über eine Webseite, die
der UNO Q selbst ausliefert. Dazu gibt es ein passendes Shield (KiCad-Projekt).
Inhalt
Ordner
Inhalt
app.yaml
App-Beschreibung für Arduino App Lab (Bricks: web_ui, object_detection)
Zeitkritisches (Schrittimpulse, Servo-Rampen, LED-Timing, Radar-Protokoll, Vibration) erledigt der
Mikrocontroller. Entscheidungen (Kalibrierung, Erkennung, Ruhemodus) trifft die Linux-Seite.
Inbetriebnahme
Kamera am Media Carrier aktivieren (App Lab ≥ Image 523): Einstellungen (Zahnrad) → Carriers →
„Enable external carriers …“ einschalten, für Camera0type1-2lanes (IMX219) wählen,
Apply and reboot.
App auf den UNO Q bringen, z. B. im Terminal des UNO Q:
bash
cd ~/ArduinoApps && git clone https://github.com/Codexzier/Watchmen.git watchmen
Danach erscheint die App in App Lab unter My Apps. Beim ersten Start lädt App Lab die Bricks
(Webserver, Objekterkennung mit YOLOX-Modell) und die Sketch-Bibliotheken (Servo, ArduinoGraphics).
Starten und im Browser http://<IP-des-UNO-Q>:7000 öffnen.
Priorität: Muster > Person > Auto. Texte, Schwellwerte usw. sind auf der Webseite einstellbar.
Ruhemodus: Nach 60 s ohne Erkennung wird die Kamera abgeschaltet, Kamera- und Radar-Servo gehen
waagerecht, die Spulen des Schrittmotors werden stromlos.
Aufwachen: ein Lebewesen im Radar näher als Weckabstand (Standard 3 m), mit mindestens
Mindestgeschwindigkeit in N Meldungen hintereinander – oder eine Vibration über der
Vibrationsschwelle (Standard 150 mg). Beides ist einstellbar.
Mehrere Personen: Die Radar-Ziele werden über ihren Winkel den Personen im Bild zugeordnet; die
Kamera folgt der nächsten Person. Ohne Radar-Zuordnung wird die größte (vermutlich nächste) gewählt.
Die Webseite zeigt das Radar als Halbkreis mit allen Zielen, der verfolgten Person, dem Kamera-
Sichtfeld und dem Weckabstand.
Deckenmontage (Sonderpunkt 2): Zeigt der MPU6050 „kopfüber“, wird das Kamerabild um 180°
gedreht. Die Nachführung rechnet intern im Rohbild weiter, die Kalibrierung bleibt gültig.
Ohne Motoren (Sonderpunkt 1): Liegen an A0 keine 3,3 V an, gibt es keine Kalibrierung und keine
Bewegung – Erkennung, Anzeige, Ruhemodus und Wecken funktionieren trotzdem.
Kalibrierung
Kalibrierung 1 – Bereiche (Reiter Kalibrierung):
Referenzfahrt drücken: Die Drehachse fährt bis zum Kontaktschalter (= Position 0). Fährt sie in
die falsche Richtung, Stopp, „Drehrichtung umkehren“ setzen und erneut starten.
Mit den Schiebereglern Servo 1 (Kamera) und Servo 2 (Radar) bewegen und mit Aktuell → Minimum /
Waagerecht / Maximum die Grenzen übernehmen.
Mit den Jog-Tasten die Drehachse an die Grenzen fahren und Minimum / Grundstellung / Maximum
übernehmen.
Ausgleich testen drücken und Servo 1 bewegen: Das Radar muss waagerecht bleiben. Kippt es mit,
das Vorzeichen des Ausgleichsfaktors umdrehen.
Einstellungen speichern.
Kalibrierung 2 – Richtungen: Kamera auf eine strukturierte Umgebung richten und
„Bereit zur Kamerabewegung einstellen“ drücken. Das System dreht und neigt um je 6° hin und zurück
und misst per Phasenkorrelation, wohin und wie weit sich das Bild verschiebt (Richtung und Maßstab).
Klappt das (Plausibilitätsprüfung), ist die Kalibrierung abgeschlossen. Sonst die beiden Richtungen
von Hand eintragen und Speichern drücken. Danach leuchten beide LEDs 5 s grün und die
Objekterkennung startet.
Nach jedem Einschalten wird bei abgeschlossener Kalibrierung zuerst automatisch die Referenzfahrt
ausgeführt (Offset des Schrittmotors), danach startet die Erkennung.
Das Muster (ArUco-Marker)
Reiter Muster: Marker anzeigen und ausdrucken (Standard: Wörterbuch DICT_4X4_50, jede ID). Der
weiße Rand muss erhalten bleiben. Sobald der Marker im Bild ist, hat er Vorrang vor allem anderen.
Tests (am PC, ohne Hardware)
bash
# Sketch mit Ersatz-Headern übersetzen und Hardware simulieren (g++)
tests/host_sketch/run_tests.sh
# Python-Logik mit simuliertem Mikrocontroller, Kamera-Welt und KI (numpy, opencv-python-headless, fastapi)
python3 tests/python/test_system.py
# Webseite mit simulierter Hardware ausprobieren (zusätzlich uvicorn, python-socketio)
python3 tests/python/sim_server.py --port 7000# dann http://localhost:7000# Browser-Test der Webseite (zusätzlich playwright + Chromium)
python3 tests/python/ui_check.py
Abgedeckt sind u. a.: Referenzfahrt inkl. Schrittverlust, Rampen, Servo-Grenzen und Radar-Ausgleich,
RD-03D-Rahmen, WS2812-Bitmuster, Matrix-Text, Vibration, A0-Erkennung; in Python die komplette
Kalibrierung (automatisch und von Hand), Verfolgen von Person und Muster (auch kopfüber), Auswahl der
nächsten Person per Radar, Ruhemodus und Wecken per Radar/Vibration, Betrieb ohne Motoren und Neustart.
Was vor dem Einsatz am echten Gerät zu prüfen ist
Die Software wurde gegen die offiziellen Quellen (App-Lab-Bricks, Arduino Zephyr-Core,
RouterBridge, Servo-Bibliothek) geschrieben und in Simulationen getestet. Auf echter Hardware
konnte ich sie nicht laufen lassen; ein Übersetzen mit der originalen Arduino-Toolchain war in meiner
Umgebung nicht möglich (Download gesperrt). Besonders beachten:
Beim ersten Übersetzen in App Lab eventuelle Compiler-Meldungen prüfen.
WS2812B: Das SPI-Timing geht von 5 MHz SPI-Takt aus (SPI2 an 160 MHz). Falsche Farben →
Pegelwandler und Verdrahtung prüfen.
RD-03D: Seitenrichtung je nach Einbau → ggf. „Radar-X-Achse spiegeln“.
MPU6050: „oben“-Achse passend zur Einbaulage einstellen (siehe Verdrahtung).
Shield v1: Lage des Fensters über der LED-Matrix mit der 1:1-Vorlage prüfen (siehe
hardware/README.md). Das Shield v2 hat kein Fenster und verdeckt die Matrix.
It measures 68.6 × 53.3 mm and has 2 copper layers, 1.6 mm thick.
What parts does the Watchmen shield v2 use?
44 parts, built around the 74AHCT1G125SE, RD-03D, ULN2003A and AO3401A. The full list of its parts is on this page, with links to each part's symbol and footprint where PCBKit's library has them.
Where can I download the Watchmen shield v2 KiCad files?
From the Codexzier/Watchmen repository on GitHub, at the commit this page was made from: the board is hardware/watchmen-shield-v2/watchmen-shield-v2.kicad_pcb and its schematic hardware/watchmen-shield-v2/watchmen-shield-v2.kicad_sch. PCBKit opens the board in the browser, with nothing to install.
Can I use the Watchmen shield v2 design in my own project?
Its repository publishes it under the GPL-3.0 licence: you may reuse it on that licence's terms (keep the author's notice, and for a copyleft licence share your changes alike).
Open the appropriate .kicadpro file in KiCad; .pro entries are legacy projects. Keep schematics, boards, local libraries, library tables, and supporting files together.
A data logger you wire straight into a race car: 12 V and CAN come in on one 4-pin plug, sensor readings and CAN traffic get written to a microSD card.
Codexzier/Watchmen
