Upcycled RC Car: 23 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

RC avtomobili so bili zame vedno vir navdušenja. So hitri, zabavni in vam ni treba skrbeti, če jih zrušite. Vendar pa se kot starejši, zrelejši navdušenec nad RC -jem ne morem videti, da bi se igral z majhnimi otroškimi avtomobili RC. Moram imeti velike, odrasle ljudi. Tu nastane problem: odrasli avtomobili z daljinskim upravljalnikom so dragi. Med brskanjem po spletu je najcenejši, ki sem ga našel, stal 320 dolarjev, povprečje pa okoli 800 dolarjev. Moj računalnik je cenejši od teh igrač!

Ker je vedel, da si teh igrač ne morem privoščiti, je izdelovalec v meni rekel, da lahko avto naredim za desetino cene. Tako sem začel svojo pot, da sem smeti spremenil v zlato

Zaloge

Za avtomobil RC so potrebni naslednji deli:

• Rabljen avto RC
• Gonilnik motorja L293D (obrazec DIP)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ Radijski modul
• Baterija RC Drone (ali katera koli druga baterija z visokim tokom)
• LM2596 Pretvorniki dolarjev (2)
• Žice
• Perfboard
• Majhne, različne komponente (zatiči glave, vijačni sponki, kondenzatorji itd.)

Za krmilnik RC so potrebni naslednji deli:

• Rabljen krmilnik (morata imeti 2 analogni krmilni palici)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ Radijski modul
• Električne žice

1. korak: Recikliran zaklad

Ta projekt se je prvotno začel pred približno letom dni, ko smo s prijatelji načrtovali izdelavo računalniškega avtomobila za projekt hackathon (tekmovanje v kodiranju). Moj načrt je bil, da grem v trgovino z blagom, kupim največji RC avtomobil, ki sem ga našel, odtrgam notranjost in ga zamenjam z ESP32.

Na časovni stiski sem odhitel k Savers, kupil avtomobil RC in se pripravil na hackathon. Na žalost mnogi deli, ki sem jih potreboval, niso prišli pravočasno, zato sem moral projekt v celoti opustiti.

Od takrat je avto RC zbiral prah pod mojo posteljo, do sedaj …

Hiter pregled:

V tem projektu bom uporabil rabljen avtomobil za igranje in IR krmilnik za izdelavo Upcycled RC Car. Odstranil bom notranjost, vsadil Arduino Nano in za komunikacijo med obema uporabil radijski modul NRF24L01+.

2. korak: Teorija

Razumevanje, kako nekaj deluje, je pomembnejše od tega, kako to narediti

- Kevin Yang 17.5.2020 (pravkar sem si izmislil)

S tem pa začnimo govoriti o teoriji in elektroniki za Upcycled RC Car.

Na avtomobilski strani bomo uporabljali NRF24L01+, Arduino Nano, gonilnik motorja L293D, motorje v avtomobilu RC in dva pretvornika dolarjev. En pretvornik denarja bo napajal pogonsko napetost motorja, drugi pa 5V za Arduino Nano.

Na strani krmilnika bomo uporabljali NRF24L01+, Arduino Nano in analogne krmilne palice v predelanem krmilniku.

3. korak: NRF24L01+

Preden začnemo, bi verjetno moral razložiti slona v sobi: NRF24L01+. Če imena še ne poznate, je NRF24 čip, ki ga proizvaja Nordic Semiconductors. Zaradi nizke cene, majhnosti in dobro napisane dokumentacije je zelo priljubljen pri ustvarjalcih radijske komunikacije.

Kako torej modul NRF dejansko deluje? Za začetek, NRF24L01+ deluje na frekvenci 2,4 GHz. To je ista frekvenca, na kateri delujeta Bluetooth in Wifi (z rahlimi spremembami!). Čip komunicira med Arduinom s SPI-jem, štiri-polnim komunikacijskim protokolom. Za napajanje NRF24 uporablja 3,3 V, a zatiči so tudi tolerantni na 5 V. To nam omogoča uporabo Arduino Nano, ki uporablja 5V logiko, z NRF24, ki uporablja 3,3V logiko. Nekaj drugih funkcij je naslednjih.

Pomembne lastnosti:

• Deluje na pasovni širini 2,4 GHz
• Napajalno območje napetosti: 1,6 - 3,6V
• 5V tolerantno
• Uporablja komunikacijo SPI (MISO, MOSI, SCK)
• Zavzame 5 zatičev (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Ali lahko sprožilec prekine - IRQ (zelo pomembno v tem projektu!)
• Spanje
• Porabi 900nA - 12mA
• Domet prenosa: ~ 100 metrov (odvisno od geografske lege)
• Cena: 1,20 USD na modul (Amazon)

Če želite izvedeti več o NRF24L01+, si oglejte razdelek Dodatni odčitki na koncu

4. korak: L293D - gonilnik motorja z dvojnim mostom H

Čeprav lahko Arduino Nano napaja dovolj toka za napajanje LED, Nano ne more napajati motorja sam. Zato moramo za krmiljenje motorja uporabiti poseben gonilnik. Poleg tega, da lahko napaja tok, bo gonilniški čip tudi zaščitil Arduino pred vsemi napetostnimi sunki, ki nastanejo pri vklopu in izklopu motorja.

Vstavite L293D, štirikratni gonilnik motorja s polovičnim H-mostom, ali laično rečeno, čip, ki lahko poganja dva motorja naprej in nazaj.

L293D se za nadzor hitrosti motorja in smeri opira na H-mostove. Druga značilnost je izolacija napajalnika, ki Arduinu omogoča, da deluje brez vira energije, ločenega od motorjev.

5. korak: Odstranitev avtomobila

Dovolj teorije in začnimo graditi!

Ker avtomobil RC ni opremljen s krmilnikom (spomnite se ga iz blagajne), je elektronika v notranjosti v bistvu neuporabna. Tako sem odprl avtomobil RC in vrgel krmilno ploščo v koš za odpadke.

Zdaj je pomembno, da si pred začetkom naredimo nekaj zapiskov. Opozoriti je treba napajalno napetost avtomobila RC. Avtomobil, ki sem ga kupil, je zelo star, še preden so bile v lasti litijeve baterije. To pomeni, da je bil ta avtomobil z daljinskim upravljalnikom napajan iz Ni-Mh baterije z nazivno napetostjo 9,6 voltov. To je pomembno, saj bo to napetost, na katero bomo poganjali motorje.

6. korak: Kako deluje avto?

Z 99 -odstotno gotovostjo lahko rečem, da moj avto ni enak vašemu, kar pomeni, da je ta del v bistvu neuporaben. Pomembno pa je opozoriti na nekaj lastnosti, ki jih ima moj avto, ker bom pri tem zasnoval svoj dizajn.

Krmiljenje

Za razliko od sodobnih avtomobilov RC, avto, ki ga spreminjam, ne uporablja servo za obračanje. Namesto tega moj avto uporablja osnovni krtačeni motor in vzmeti. To ima veliko pomanjkljivosti, še posebej zato, ker nimam možnosti, da bi dobro zavil. Vendar pa je ena takojšnja prednost, da za obračanje ne potrebujem zapletenega nadzornega vmesnika. Vse kar moram storiti je, da napajam motor z določeno polarnostjo (odvisno od tega, v katero smer se želim obrniti).

Diferencialna os

Presenetljivo je, da moj avto RC vsebuje tudi diferencialno os in dva različna načina prestavljanja. To je precej zabavno, saj razlike običajno najdemo v resničnih avtomobilih, ne v majhnih avtomobilih z daljinskim upravljalnikom. Mislim, da je bil ta avtomobil, preden je bil na policah prodajalne blagajni, vrhunski model RC.

7. korak: Vprašanje moči

Ker funkcij ni več, se moramo zdaj pogovarjati o najpomembnejšem delu te gradnje: Kako bomo poganjali avtomobil RC? In če smo natančnejši: Koliko toka je potrebno za pogon motorjev?

Da bi odgovoril na to, sem baterijo brezpilotnih letal priključil na pretvornik dolarjev, kjer sem 11V baterije spustil na 9.6V motorjev. Od tam sem multimeter nastavil na trenutni način 10A in dokončal vezje. Moj števec je prebral, da motorji potrebujejo 300 mA toka, da oddajo prost zrak.

Čeprav se to morda ne sliši veliko, je meritev, ki nas resnično skrbi, taktni tok motorjev. Za merjenje tega sem roke položil na kolesa, da se prepreči njihovo obračanje. Ko sem pogledal na svoj števec, je prikazal trdno 1A.

Ker sem vedel, da bodo pogonski motorji črpali približno ojačevalnik, sem nato nadaljeval s preizkušanjem krmilnih motorjev, ki so ob zastoju porabili 500 mA. S tem znanjem sem prišel do zaključka, da lahko celoten sistem izklopim iz baterije RC drona in dveh pretvornikov LM2596 dolarjev*.

*Zakaj krmilniki za dva dolarja? No, vsak LM2596 ima največji tok 3A. Če izklopim vse iz enega pretvornika, bi porabil veliko toka, zato bi imel precej velike napetosti. Po zasnovi sila Arduino Nano počiva vsakič, ko pride do velikega napetostnega trna. Zato sem uporabil dva pretvornika za lažjo obremenitev in obdržal Nano izoliran od motorjev.

Zadnja pomembna komponenta, ki jo potrebujemo, je merilnik napetosti celic Li-Po. Namen tega je zaščititi baterijo pred prekomernim praznjenjem, da se prepreči uničenje življenjske dobe baterije (napetost celice litijeve baterije vedno vzdržujte nad 3,5 V!)

8. korak: RC avtomobilsko vezje

Ko je problem z energijo odpravljen, lahko zdaj sestavimo vezje. Zgoraj je shema, ki sem jo naredil za avto RC.

Upoštevajte, da nisem vključil priključka voltmetra baterije. Če želite uporabiti voltmeter, morate samo priključek za uravnoteženje priključiti na ustrezne nožice voltmetra. Če tega še niste storili, kliknite videoposnetek, ki je povezan v razdelku Dodatno branje, če želite izvedeti več.

Opombe o vezju

Omogočni zatiči (1, 9) na L293D zahtevajo, da ima signal PWM spremenljivo hitrost. To pomeni, da je nanje mogoče priključiti le nekaj nožic na Arduino Nano. Za druge zatiče na L293D je vse v redu.

Ker NRF24L01+ komunicira prek SPI, moramo njegove zatiče SPI priključiti na zatiče SPI na Arduino Nano (zato povežite MOSI -> MOSI, MISO -> MISO in SCK -> SCK). Pomembno je tudi omeniti, da sem IRQ pin NRF24 priključil na pin 2 na Arduino Nano. To je zato, ker se zatič IRQ zniža vsakič, ko NR24 prejme sporočilo. Če vem to, lahko sprožim prekinitev, da povem Nano, naj prebere radio. To Nano omogoča, da počne druge stvari, medtem ko čaka na nove podatke.

9. korak: PCB

Ker želim to narediti modularno, sem ustvaril tiskano vezje z uporabo perf plošče in veliko zatičev glave.

10. korak: Končne povezave

S končanim tiskanim vezjem in brez avtomobila RC sem uporabil aligatorske žice, da sem preveril, ali vse deluje.

Ko sem preveril, ali so vse povezave pravilne, sem aligatorske žice zamenjal z resničnimi kabli in vse komponente pritrdil na ohišje.

Na tej točki ste morda ugotovili, da ta članek ni vodnik po korakih. To je zato, ker preprosto ni mogoče zapisati vsakega koraka, zato bom naslednjih nekaj korakov Instructables delil nekaj nasvetov, ki sem se jih naučil pri izdelavi avtomobila.

11. korak: Nasvet 1: Namestitev radijskega modula

Za povečanje dosega avtomobila RC sem radijski modul NRF postavil čim bolj ob strani. To je zato, ker se radijski valovi odbijajo od kovin, kot so PCB in žice, zato zmanjšujejo doseg. Da bi to rešili, sem modul postavil na samo stran tiskanega vezja in v ohišju avtomobila izrezal režo, da je lahko štrlel.

12. korak: Nasvet 2: Naj bo modularno

Še nekaj, kar sem naredil, kar me je nekajkrat rešilo, je povezovanje vsega z zatiči glave in sponkami. To omogoča enostavno zamenjavo delov, če se ena od sestavin ocvrti (iz kakršnega koli razloga …).

13. korak: Nasvet 3: Uporabite hladilnike

Motorji v mojem avtomobilu RC potiskajo L293D do skrajnih meja. Medtem ko gonilnik motorja zmore do 600 mA neprekinjeno, to pomeni tudi, da se zelo segreje in hitro! Zato je dobro dodati nekaj termalne paste in hladilnika, da preprečite, da bi se L293D sam kuhal. Vendar se lahko tudi pri toplotnih odtokih čip segreje na dotik. Zato je dobro, da se avto po 2-3 minutah igre ohladi.

Korak 14: Čas krmilnika RC

Ko je avto RC končan, lahko začnemo izdelovati krmilnik.

Tako kot avtomobil RC sem tudi jaz nekaj časa nazaj kupil krmilnik, misleč, da bi z njim lahko kaj naredil. Ironično je, da je krmilnik dejansko IR, zato uporablja IR LED za komunikacijo med napravami.

Osnovna ideja te gradnje je ohraniti prvotno ploščo v krmilniku in okoli nje zgraditi Arduino in NRF24L01+.

Korak 15: Osnove analognih igralnih palic

Priključitev na analogno krmilno palico je lahko zastrašujoča, še posebej, ker za nožice ni odklopne plošče. Brez skrbi! Vse analogne krmilne palice delujejo po istem vodilnem principu in imajo običajno enak pinout.

V bistvu so analogne krmilne palice le dva potenciometra, ki spreminjata upor, ko se premikata v različnih smereh. Ko na primer premaknete krmilno palčko v desno, potenciometer osi x spremeni vrednost. Ko pomaknete krmilno palčko naprej, potenciometer osi y spremeni vrednost.

Če upoštevamo to, če pogledamo spodnjo stran analogne krmilne palice, vidimo 6 zatičev, 3 za potenciometer za os x in 3 za potenciometer za os y. Vse kar morate storiti je, da priključite 5V in ozemljitev na zunanje zatiče in srednji zatič priključite na analogni vhod na Arduinu.

Upoštevajte, da bodo vrednosti potenciometra preslikane na 1024 in ne na 512! To pomeni, da moramo za nadzor vseh digitalnih izhodov uporabiti vgrajeno funkcijo map () v Arduinu (na primer signal PWM, ki ga uporabljamo za krmiljenje L293D). To je že zapisano v kodi, če pa nameravate napisati svoj program, morate to upoštevati.

Korak: Povezave krmilnika

Povezave med NRF24 in Nano so še vedno enake za krmilnik, vendar brez povezave IRQ.

Vezje za krmilnik je prikazano zgoraj.

Spreminjanje krmilnika je vsekakor umetniška oblika. O tem sem že neštetokrat govoril, vendar preprosto ni mogoče napisati korak za korakom, kako to narediti. Tako bom, tako kot sem storil prej, dal nekaj nasvetov o tem, kaj sem se naučil pri izdelavi svojega krmilnika.

Korak 17: Nasvet 1: Uporabite dele, ki so vam na voljo

Prostora v krmilniku je zelo malo, zato, če želite vključiti še druge vnose za avto, uporabite stikala in gumbe, ki so že tam. Za krmilnik sem na Nano priključil tudi potenciometer in 3-smerno stikalo.

Ne pozabite pa še, da je to vaš krmilnik. Če izpiski ne ustrezajo vašim željam, jih lahko vedno preuredite!

18. korak: Nasvet 2: Odstranite nepotrebne sledi

Ker uporabljamo izvirno ploščo, odstranite vse sledi, ki gredo na analogne igralne palice in vse druge senzorje, ki jih uporabljate. S tem preprečite možnost nepričakovanega vedenja senzorja.

Za te reze sem preprosto uporabil rezalnik za škatle in nekajkrat udaril tiskano vezje, da sem resnično ločil sledi.

Korak 19: Nasvet 3: Žice naj bodo čim krajše

Ta nasvet govori posebej o linijah SPI med Arduinom in modulom NRF24, vendar to velja tudi za druge povezave. NRF24L01+ je zelo občutljiv na motnje, zato če žice zaznajo šum, bodo podatki poškodovani. To je ena glavnih pomanjkljivosti komunikacije SPI. Podobno, če ohranite čim krajše žice, naredite celoten krmilnik čistejši in bolj organiziran.

20. korak: Nasvet 4: Umestitev! Umestitev! Umestitev

Poleg tega, da so žice čim krajše, to pomeni tudi čim manjšo razdaljo med deli.

Ko iščete mesta za namestitev NRF24 in Arduina, ne pozabite, da sta čim bližje drug drugemu in igralnim palicam.

Druga stvar, ki jo morate upoštevati, je, kam postaviti modul NRF24. Kot smo že omenili, radijski valovi ne morejo skozi kovino, zato morate modul namestiti blizu strani krmilnika. Če želite to narediti, sem z Dremelom odrezal majhno režo, da je NRF24 štrlel s strani.

21. korak: Koda

Verjetno najpomembnejši del te gradnje je dejanska koda. Vključil sem komentarje in vse, zato ne bom razlagal vsakega programa po vrsti.

Ob tem moram opozoriti na nekaj pomembnih stvari, da boste morali za zagon programov prenesti knjižnico NRF24. Če še nimate nameščenih knjižnic, predlagam, da si ogledate vaje, povezane v razdelku Dodatno branje, če želite izvedeti, kako. Pri pošiljanju signalov na L293D nikoli ne vklopite obeh smernih nožic. S tem boste skrajšali pogon motorja in zagoreli.

Github-

Korak: Končni izdelek

Končno sem po enem letu zbiranja prahu in treh tednih ročnega dela končno izdelal Upcycled RC Car. Čeprav moram priznati, da nikjer ni tako močan, kot so bili predstavljeni avtomobili, ki so bili predstavljeni, je izpadlo veliko bolje, kot sem mislil. Avto lahko vozi 40 minut, preden mu zmanjka moči, in je lahko oddaljen do 150 m od krmilnika.

Nekaj stvari, ki bi jih zagotovo naredil za izboljšanje avtomobila, je zamenjava L293D z L298, večjim, močnejšim gonilnikom motorja. Druga stvar, ki bi jo naredil, je zamenjati privzeti radijski modul NRF za različico ojačane antene. Te spremembe bi povečale navor oziroma doseg avtomobila.

23. korak: Dodatni odčitki:

NRF24L01+

• Nordijski podatkovni list polprevodnikov
• Sporočilo SPI (člen)
• Osnovne nastavitve (video)
• Poglobljeni vadnik (člen)
• Napredni nasveti in triki (video serija)

L293D

• Tehnični list Texas Instruments
• Poglobljeni vadnik (člen)