Ümbertöödeldud RC -auto: 23 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

RC -autod on minu jaoks alati elevust tekitanud. Nad on kiired, lõbusad ja te ei pea muretsema, kui neid kokku kukute. Kuid vanema, küpsema RC -entusiastina ei näe mind väikeste laste RC -autodega mängimas. Mul peavad olema suured, täiskasvanud mehe suurused. Siin tekib probleem: täiskasvanud RC -autod on kallid. Internetis sirvides maksis odavaim, mida leida sain, 320 dollarit, keskmine oli umbes 800 dollarit. Minu arvuti on odavam kui need mänguasjad!

Teades, et ma ei saa neid mänguasju endale lubada, ütles minus olev tegija, et saan auto teha kümnendiku hinnast. Nii alustasin oma teekonda prügi kullaks muutmiseks

Tarvikud

RC -auto jaoks vajalikud osad on järgmised:

• Kasutatud RC auto
• L293D mootorijuht (DIP -vorm)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ raadiomoodul
• RC droonipatarei (või mõni muu suure vooluga aku)
• LM2596 Bucki muundurid (2)
• Juhtmed
• Perfboard
• Väikesed mitmesugused komponendid (päise tihvtid, kruviklemmid, kondensaatorid jne)

RC -kontrolleri jaoks vajalikud osad on järgmised:

• Kasutatud kontroller (peab olema 2 analoog juhtkangi)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ raadiomoodul
• Elektrijuhtmed

Samm: taaskasutatud aare

See projekt algas algselt umbes aasta tagasi, kui plaanisime sõpradega teha hackathon-projekti jaoks (kodeerimisvõistlus) arvutiga juhitava auto. Minu plaan oli minna säästupoodi, osta suurim RC -auto, mida leida sain, sisikond roogida ja asendada see ESP32 -ga.

Ajahädas tormasin Saversi juurde, ostsin RC auto ja valmistusin häkatoniks. Kahjuks ei tulnud paljud vajalikud osad õigel ajal kohale, nii et pidin projekti täielikult lõpetama.

Sellest ajast alates on RC auto mu voodi alla tolmu kogunud, siiani…

Kiire ülevaade:

Selles projektis kasutan Upcycled RC Car loomiseks kasutatud mänguautot ja IR -kontrollerit. Sisestan sisikonna, implanteerin Arduino Nano ja kasutan nende kahe vaheliseks suhtlemiseks raadiomoodulit NRF24L01+.

2. samm: teooria

Mõistmine, kuidas miski töötab, on olulisem kui teadmine, kuidas see toimima saada

- Kevin Yang 17.05.2020 (ma just mõtlesin selle välja)

Sellega seoses hakkame rääkima Upcycled RC Car taga olevast teooriast ja elektroonikast.

Auto poolel kasutame NRF24L01+, Arduino Nano, L293D mootorijuhti, RC auto mootoreid ja kahte taalakonverterit. Üks buck -muundur toidab mootori ajamipinget, teine aga 5 V Arduino Nano jaoks.

Kontrolleri poolel kasutame NRF24L01+, Arduino Nano ja analoog -juhtkange uuesti kasutusel olevas kontrolleris.

3. samm: NRF24L01+

Enne alustamist peaksin ilmselt selgitama toas olevat elevanti: NRF24L01+. Kui te pole nimega veel tuttav, on NRF24 Nordic Semiconductorsi toodetud kiip. See on tegijate kogukonnas raadioside jaoks üsna populaarne madala hinna, väiksuse ja hästi kirjutatud dokumentatsiooni tõttu.

Niisiis, kuidas NRF -moodul tegelikult töötab? Alustuseks töötab NRF24L01+ sagedusel 2,4 GHz. See on sama sagedus, millel Bluetooth ja Wifi töötavad (väikeste erinevustega!). Kiip suhtleb Arduino vahel, kasutades nelja kontaktiga protokolli SPI. Toiteallikaks kasutab NRF24 3,3 V, kuid tihvtid on ka 5 V taluvad. See võimaldab meil kasutada Arduino Nano, mis kasutab 5V loogikat, koos NRF24 -ga, mis kasutab 3,3 V loogikat. Mõned muud funktsioonid on järgmised.

Märkimisväärsed omadused:

• Töötab 2,4 GHz ribalaiusega
• Toitepinge vahemik: 1,6 - 3,6 V.
• 5V tolerants
• Kasutab SPI kommunikatsiooni (MISO, MOSI, SCK)
• Võtab 5 tihvti (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Võib käivitada katkestusi - IRQ (selles projektis väga oluline!)
• Puhkerežiim
• Tarbib 900nA - 12mA
• Ülekandeulatus: ~ 100 meetrit (varieerub sõltuvalt geograafilisest asukohast)
• Maksumus: 1,20 dollarit mooduli kohta (Amazon)

Kui soovite NRF24L01+kohta rohkem teada saada, vaadake selle lõpu lisalugemist

Samm: L293D - kahekordne H -silla mootoridraiver

Kuigi Arduino Nano suudab LED -i toiteks piisavalt voolu toita, ei saa Nano kuidagi mootorit ise toita. Seetõttu peame mootori juhtimiseks kasutama spetsiaalset juhti. Lisaks voolu tarnimisele kaitseb juhi kiip ka Arduinot mis tahes pingepiikide eest, mis tekivad mootori sisse- ja väljalülitamisel.

Sisestage L293D, neljakordne pooleldi H-silla mootorijuht või võhiklikult öeldes kiip, mis võib juhtida kahte mootorit edasi ja tagasi.

L293D tugineb H-sildadele, et juhtida nii mootori kiirust kui ka suunda. Teine omadus on toiteallika eraldamine, mis võimaldab Arduino mootoritest eraldi vooluallikast välja voolata.

Samm: auto rookimine

Aitab teooriast ja hakkame tegelikult ehitama!

Kuna RC -autoga ei ole kaasas kontrollerit (mäletan seda säästupoodist), on sisemisest elektroonikast põhimõtteliselt kasu. Seega avasin RC auto ja viskasin kontrolleriplaadi oma prügikasti.

Nüüd on oluline enne alustamist teha mõned märkmed. Üks asi, mida tuleb tähele panna, on RC auto toitepinge. Auto, mille ostsin, on väga vana, juba enne seda, kui liitiumpõhised akud olid tavalised. See tähendab, et see RC-auto lülitati välja Ni-Mh akuga, mille nimipinge oli 9,6 volti. See on oluline, kuna see on pinge, millega me mootoreid juhime.

6. samm: kuidas auto töötab?

Võin 99% kindlusega öelda, et minu auto ei ole sama, mis teie oma, see tähendab, et see lõik on sisuliselt kasutu. Siiski on oluline välja tuua mõned funktsioonid, mis mu autol on, sest ma lähtun oma disainist sellest.

Roolimine

Erinevalt kaasaegsetest RC -autodest ei kasuta minu modifitseeritav auto pööramiseks servot. Selle asemel kasutab minu auto põhilist harjatud mootorit ja vedrusid. Sellel on palju puudusi, eriti kuna mul pole võimet teha häid pöördeid. Üks vahetu eelis on aga see, et ma ei vaja keerutamiseks ühtegi keerulist juhtimisliidest. Mul on vaja ainult mootorit teatud polaarsusega pingestada (olenevalt sellest, mis suunas ma pöörata tahan).

Diferentsiaal telg

Hämmastaval kombel sisaldab minu RC auto ka diferentsiaaltelge ja kahte erinevat käigurežiimi. See on üsna lõbus, kuna diferentsiaale leidub tavaliselt päris autodes, mitte väikestes RC-des. Ma arvaksin, et enne kui see auto säästukaupluse riiulitele jõudis, oli tegemist tipptasemel RC mudeliga.

7. samm: võimu küsimus

Kuna funktsioonid on välja lülitatud, peame nüüd rääkima selle ehituse kõige olulisemast osast: kuidas me hakkame RC -autot toitma? Ja täpsemalt: kui palju voolu on vaja mootorite käitamiseks?

Sellele vastamiseks ühendasin droonipatarei buck -muunduriga, kus lasin aku 11V alla mootorite 9,6V -le. Sealt seadsin multimeetri 10A voolurežiimi ja lõpetasin vooluringi. Minu arvesti luges, et mootorid vajasid vaba õhu sisselaskmiseks 300 mA voolu.

Ehkki see ei pruugi palju kõlada, on meie jaoks tõeliselt oluline mõõtmine mootorite seiskumisvool. Selle mõõtmiseks panin käed ratastele, et vältida nende pöörlemist. Kui vaatasin oma arvesti, näitas see tahket 1A.

Teades, et ajamimootorid tõmbavad umbes võimendi, hakkasin seejärel katsetama roolimootoreid, mis tõmbasid seiskumisel 500 mA. Selle teadmisega jõudsin järeldusele, et saan kogu süsteemi välja lülitada RC drooni akust ja kahest LM2596 buck converterist*.

*Miks kahe taalaga kontrollerid? Iga LM2596 maksimaalne vool on 3A. Kui lülitan kõik ühest muundurist välja, võtsin palju voolu ja seetõttu oleks mul päris suured pingepiigid. Disaini järgi toetub Arduino Nano jõud iga kord, kui tekib suur pinge. Seetõttu kasutasin koormuse kergendamiseks ja Nano mootoritest isoleerimiseks kahte muundurit.

Viimane oluline komponent, mida vajame, on Li-Po elemendipinge tester. Selle eesmärk on kaitsta akut ülelaadimise eest, et mitte rikkuda aku eluiga (hoidke liitiumpatarei akupinget alati üle 3,5 V!)

8. samm: RC autode ring

Kui toiteprobleem on välistatud, saame nüüd vooluringi luua. Ülal on skeem, mille tegin RC auto jaoks.

Pidage meeles, et ma ei lisanud aku voltmeetri ühendust. Voltmeetri kasutamiseks piisab, kui ühendada tasakaaluliides voltmeetri vastavate tihvtidega. Kui te pole seda varem teinud, klõpsake lisateabe saamiseks lingitud videol.

Märkused ringraja kohta

L293D lubatavad tihvtid (1, 9) vajavad muutuva kiirusega PWM -signaali. See tähendab, et nendega saab ühendada vaid mõne Arduino Nano tihvti. L293D teiste tihvtide puhul läheb kõik.

Kuna NRF24L01+ suhtleb SPI kaudu, peame ühendama selle SPI tihvtid Arduino Nano SPI -tihvtidega (seega ühendage MOSI -> MOSI, MISO -> MISO ja SCK -> SCK). Samuti on oluline märkida, et ühendasin NRF24 IRQ tihvti Arduino Nano tihvtiga 2. Selle põhjuseks on asjaolu, et IRQ -nööpnõel läheb LOW iga kord, kui NR24 võtab teate vastu. Seda teades saan käivitada katkestuse, et käskida Nanol raadiot lugeda. See võimaldab Nanol teha muid asju, kuni ta ootab uusi andmeid.

9. samm: PCB

Kuna ma tahan sellest moodulkujunduse teha, lõin trükkplaadi, kasutades perf -plaati ja palju päisepoldid.

Samm: lõplikud ühendused

Kui trükkplaat on tehtud ja RC auto roogitud, kasutasin alligaatorjuhtmeid, et kontrollida, kas kõik töötab.

Pärast katsetamist, et kõik ühendused on õiged, asendasin alligaatorijuhtmed päris kaablitega ja kinnitasin kõik komponendid šassii külge.

Siinkohal võisite aru saada, et see artikkel ei ole samm -sammult juhend. Selle põhjuseks on asjaolu, et iga sammu on lihtsalt võimatu kirjutada, nii et selle asemel jagan järgmiste juhiste juhistena seda, kuidas jagan auto valmistamisel õpitud näpunäiteid.

Samm: näpunäide 1: raadiomooduli paigutus

RC auto ulatuse suurendamiseks paigutasin NRF raadiomooduli nii kaugele kui võimalik. Seda seetõttu, et raadiolained peegelduvad metallidelt, nagu trükkplaadid ja juhtmed, vähendades seega leviala. Selle lahendamiseks panin mooduli PCB küljele ja lõikasin auto korpusesse pilu, et see saaks välja jääda.

Samm: näpunäide 2: hoidke seda modulaarsena

Teine asi, mida ma tegin, päästis mind paar korda, on kõik ühendada päisepistikute ja klemmliistude kaudu. See võimaldab osi lihtsalt vahetada, kui üks komponentidest praaditakse (mis tahes põhjusel …).

Samm: näpunäide 3: kasutage jahutusradiaatorit

Minu RC auto mootorid lükkavad L293D oma piiridesse. Kuigi mootorijuht saab pidevalt hakkama kuni 600 mA, tähendab see ka seda, et see muutub väga kuumaks ja kiireks! Sellepärast on hea mõte lisada termopastat ja jahutusradiaate, et vältida L293D küpsetamist. Kuid isegi jahutusradiaatorite korral võib kiip puudutamiseks siiski liiga kuumaks minna. Sellepärast on hea mõte lasta autol jahtuda pärast 2-3-minutilist mängimist.

14. samm: RC kontrolleri aeg

Kui RC auto on tehtud, saame hakata kontrollerit valmistama.

Nagu RC -auto, ostsin ka kontrolleri mõni aeg tagasi, mõeldes, et saaksin sellega midagi ette võtta. Iroonilisel kombel on kontroller tegelikult IR, nii et see kasutab seadmete vaheliseks suhtlemiseks IR -LED -e.

Selle ehituse põhiidee on hoida algne plaat kontrolleri sees ja ehitada selle ümber Arduino ja NRF24L01+.

Samm 15: Analoog juhtkangi põhitõed

Analoog -juhtkangiga ühendamine võib olla heidutav, eriti seetõttu, et tihvtide jaoks pole katkestusplaati. Pole probleemi! Kõik analoog -juhtkangid töötavad samal juhtpõhimõttel ja neil on tavaliselt sama pistikupesa.

Põhimõtteliselt on analoog -juhtkangid vaid kaks potentsiomeetrit, mis muudavad takistust erinevates suundades liigutamisel. Näiteks kui liigutate juhtkangi paremale, muudab x-telje potentsiomeeter väärtust. Nüüd, kui liigutate juhtkangi edasi, muudab y-telje potentsiomeeter väärtust.

Seda silmas pidades, kui vaatame analoog-juhtkangi alumist külge, näeme 6 tihvti, 3 x-telje potentsiomeetrit ja 3 y-telje potentsiomeetrit. Kõik, mida pead tegema, on ühendada 5V ja maandus väliste tihvtidega ning ühendada keskmine tihvt Arduino analoogsisendiga.

Pidage meeles, et potentsiomeetri väärtused kaardistatakse väärtusele 1024, mitte 512! See tähendab, et peame kasutama Arduino sisseehitatud kaardi () funktsiooni, et juhtida kõiki digitaalseid väljundeid (näiteks PWM -signaali, mida kasutame L293D juhtimiseks). See on koodis juba tehtud, kuid kui kavatsete oma programmi kirjutada, peate seda meeles pidama.

16. samm: kontrolleri ühendused

Ühendused NRF24 ja Nano vahel on kontrolleri jaoks endiselt samad, kuid miinus IRQ -ühendus.

Kontrolleri ahel on näidatud ülal.

Kontrolleri modifitseerimine on kindlasti kunstivorm. Olen seda juba korduvalt lugenud, kuid lihtsalt pole võimalik samm-sammult kirjutada, kuidas seda teha. Seega, nagu varemgi, annan ma mõned näpunäited selle kohta, mida ma kontrolleri valmistamise ajal õppisin.

Samm 17: näpunäide 1: kasutage osasid oma käsutuses

Kontrolleris on ruumi tõesti vähe, seega kui soovite lisada autosse muid sisendeid, kasutage juba olemas olevaid lüliteid ja nuppe. Kontrolleri jaoks ühendasin Nanoga ka potentsiomeetri ja 3-suunalise lüliti.

Teine asi, mida meeles pidada, on see teie kontroller. Kui nööpnõelad ei sobi teie soovile, saate neid alati ümber korraldada!

18. samm: näpunäide 2: eemaldage mittevajalikud jäljed

Kuna kasutame originaalplaati, peaksite kraapima kõik jäljed, mis lähevad analoog -juhtkangile ja muudele kasutatavatele anduritele. Seda tehes väldite sensori ootamatu käitumise tõenäosust.

Nende lõikude tegemiseks kasutasin lihtsalt karbilõikurit ja skoorisin paar korda PCB, et jäljed tõesti eraldada.

Samm: näpunäide 3: hoidke juhtmed võimalikult lühikesed

See näpunäide räägib konkreetselt SPI liinidest Arduino ja NRF24 mooduli vahel, kuid see kehtib ka teiste ühenduste kohta. NRF24L01+ on häirete suhtes äärmiselt tundlik, nii et kui juhtmed võtavad vastu müra, rikuvad need andmed. See on SPI kommunikatsiooni üks peamisi puudusi. Samuti hoiate juhtmed võimalikult lühikesena, muutes kogu kontrolleri puhtamaks ja organiseeritumaks.

Samm: näpunäide 4: paigutus! Paigutus! Paigutus

Lisaks juhtmete võimalikult lühikese hoidmisele tähendab see ka osade vahelise kauguse võimalikult lühikest hoidmist.

Kui otsite kohti, kuhu NRF24 ja Arduino paigaldada, pidage meeles, et hoidke need üksteisele ja juhtnuppudele võimalikult lähedal.

Teine asi, mida meeles pidada, on see, kuhu panna NRF24 moodul. Nagu varem öeldud, ei saa raadiolained metallist läbi minna, seetõttu peaksite mooduli paigaldama kontrolleri külje lähedale. Selleks lõikasin Dremeliga väikese pilu, et NRF24 küljelt välja jääks.

21. samm: kood

Tõenäoliselt on selle ehituse kõige olulisem osa tegelik kood. Olen lisanud kommentaarid ja kõik muu, nii et ma ei selgita iga programmi rida -realt.

Sellegipoolest tahaksin juhtida tähelepanu mõnele olulisele asjale, et programmide käitamiseks peate alla laadima NRF24 kogu. Kui te pole veel raamatukogusid installinud, soovitan teil tutvuda jaotises Lisalugemised lingitud õpetustega. Samuti ei tohi L293D -le signaalide saatmisel kunagi suunatugesid mõlemat sisse lülitada. See lühendab mootori juhti ja põhjustab selle põletamise.

Github-

22. etapp: lõpptoode

Lõpuks, pärast üheaastast tolmu kogumist ja 3 nädalat käelist tööd, olen lõpuks lõpetanud Upcycled RC Car valmistamise. Kuigi pean tunnistama, ei ole see kusagil nii võimas kui sissejuhatuses nähtud autod, tuli see palju paremini välja, kui ma arvasin. Auto võib sõita 40 minutit, enne kui tühjaks saab ja võib juhtpuldist kuni 150 m kaugusele minna.

Mõned asjad, mida ma kindlasti auto täiustamiseks teeksin, on L293D vahetamine suurema ja võimsama mootorijuhi L298 vastu. Teine asi, mida ma teeksin, oleks vahetada vaikimisi kasutatav NRF -raadiomoodul võimendatud antenni versiooni vastu. Need muudatused suurendaksid vastavalt auto pöördemomenti ja sõiduulatust.

23. samm: lisanäidud:

NRF24L01+

• Nordic Semiconductori andmeleht
• SPI teatis (artikkel)
• Põhiseadistus (video)
• Põhjalik õpetus (artikkel)
• Täpsemad näpunäited ja nipid (videosarjad)

L293D

• Texas Instruments andmeleht
• Põhjalik õpetus (artikkel)