HackerBoxes 0013: Autosport: 12 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:08

AVTOSPORT: Ta mesec hekerji HackerBox raziskujejo avtomobilsko elektroniko. Ta navodila vsebujejo informacije za delo s HackerBoxes #0013. Če želite vsak mesec prejemati takšno škatlo na svoj nabiralnik, je zdaj čas, da se naročite na HackerBoxes.com in se pridružite revoluciji!

Teme in učni cilji za ta HackerBox:

• Prilagajanje NodeMCU za Arduino
• Sestavljanje 2WD avtomobilskega kompleta
• Ožičenje NodeMCU za krmiljenje 2WD avtomobilskega kompleta
• Nadzor NodeMCU prek WiFi z uporabo Blynka
• Uporaba senzorjev za avtonomno navigacijo
• Delo z avtomobilsko diagnostiko na vozilu (OBD)

HackerBoxes je storitev mesečne naročnine na elektroniko in računalniško tehnologijo DIY. Smo ljubitelji, ustvarjalci in eksperimentatorji. Hack the Planet!

1. korak: HackerBoxes 0013: Vsebina škatle

• HackerBoxes #0013 Zbirateljska referenčna kartica
• Komplet avtomobilske šasije 2WD
• NodeMCU WiFi procesorski modul
• Motorni ščit za NodeMCU
• Mostični blok za ščit motorja
• Škatla za baterije (4 x AA)
• HC-SR04 Ultrazvočni senzor za merjenje razdalje
• IR senzorji refleksije TCRT5000
• DuPont žensko-ženski skakači 10 cm
• Dva rdeča laserska modula
• Mini-ELM327 vgrajena diagnostika (OBD)
• Ekskluzivna dirkalna nalepka HackerBoxes

Nekaj drugih stvari, ki vam bodo v pomoč:

• Štiri AA baterije
• Dvostranski penasti trak ali Velcro trakovi
• kabel microUSB
• Pametni telefon ali tablični računalnik
• Računalnik z Arduino IDE

Najpomembneje je, da boste potrebovali občutek pustolovščine, DIY duha in hekersko radovednost. Hardcore hobistična elektronika ni vedno lahka, a ko vztrajate in uživate v pustolovščini, lahko vztrajnost in uspešnost vaših projektov prineseta veliko zadovoljstvo. Vsak korak naredite počasi, upoštevajte podrobnosti in ne oklevajte in prosite za pomoč.

Korak: Avtomobilska elektronika in samovozeči avtomobili

Avtomobilska elektronika je vsak elektronski sistem, ki se uporablja v cestnih vozilih. Ti vključujejo računalnike, telematiko, sisteme za zabavo v avtomobilu itd. Avtomobilska elektronika je nastala zaradi potrebe po nadzoru motorjev. Prvi so bili uporabljeni za nadzor delovanja motorja in so jih imenovali krmilne enote motorja (ECU). Ker so se elektronske kontrole začele uporabljati za več avtomobilskih aplikacij, je kratica ECU prevzela splošnejši pomen "elektronska krmilna enota", nato pa so razvili posebne ECU. Zdaj so ECU modularne. Dve vrsti vključujeta krmilne module motorja (ECM) ali krmilne module menjalnika (TCM). Sodoben avtomobil ima lahko do 100 ECU.

Radijsko vodeni avtomobili (R/C avtomobili) so avtomobili ali tovornjaki, ki jih je mogoče upravljati na daljavo s pomočjo specializiranega oddajnika ali daljinca. Izraz "R/C" je bil uporabljen tako za "daljinsko vodeno" kot "radijsko vodeno", vendar se običajna uporaba "R/C" danes običajno nanaša na vozila, ki jih nadzira radiofrekvenčna povezava.

Avtonomni avtomobil (avtomobil brez voznika, avtomobil, ki vozi sam, robotski avtomobil) je vozilo, ki je sposobno zaznati svoje okolje in krmariti brez človekovega vnosa. Avtonomni avtomobili lahko zaznajo okolico z različnimi tehnikami, kot so radar, lidar, GPS, odometrija in računalniški vid. Napredni nadzorni sistemi razlagajo senzorične informacije za prepoznavanje ustreznih navigacijskih poti, ovir in ustreznih oznak. Avtonomni avtomobili imajo nadzorne sisteme, ki lahko analizirajo senzorične podatke za razlikovanje med različnimi avtomobili na cesti, kar je zelo koristno pri načrtovanju poti do želenega cilja.

3. korak: Arduino za NodeMCU

NodeMCU je odprtokodna platforma IoT. Vključuje vdelano programsko opremo, ki deluje na Wi-Fi SoC ESP8266 podjetja Espressif Systems, in strojno opremo, ki temelji na modulu ESP-12.

Arduino IDE je zdaj mogoče enostavno razširiti, da podpira programiranje modulov NodeMCU, kot da bi bila katera koli druga razvojna platforma Arduino.

Za začetek se prepričajte, da imate nameščen Arduino IDE (www.arduino.cc) in gonilnike za ustrezen čip Serial-USB na modulu NodeMCU, ki ga uporabljate. Trenutno večina modulov NodeMCU vključuje serijski čip CH340-USB. Proizvajalec čipov CH340 (WCH.cn) ima na voljo gonilnike za vse priljubljene operacijske sisteme. Oglejte si Googlovo stran za prevajanje njihovega spletnega mesta.

Zaženite IDE Ardino, pojdite v nastavitve in poiščite polje za vnos »Dodatni URL -ji upravitelja plošč«

Prilepite ta URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Za namestitev upravitelja plošč za ESP8266.

Po namestitvi zaprite IDE in ga nato znova zaženite.

Zdaj povežite modul NodeMCU z računalnikom s kablom microUSB (kot ga uporablja večina mobilnih telefonov in tabličnih računalnikov).

Izberite vrsto plošče v Arduino IDE kot NodeMCU 1.0

Vedno radi naložimo in preizkusimo utripajoč demo na novi plošči Arduino, samo da bi dobili zaupanje, da vse deluje pravilno. NodeMCU ni izjema, vendar morate pred sestavljanjem in nalaganjem zatič LED spremeniti s pin13 na pin16. Preden nadaljujete na kaj bolj zapletenega z Arduino NodeMCU, se prepričajte, da ta hitri test deluje pravilno.

Tukaj je navodilo, ki obravnava postopek namestitve za Arduino NodeMCU z nekaj različnimi primeri aplikacij. Tu je nekoliko odmaknjeno od cilja, vendar bi bilo lahko v pomoč, če bi se zataknili.

4. korak: Komplet avtomobilske šasije 2WD

Vsebina kompleta avtomobilske šasije 2WD:

• Aluminijasto ohišje (barve se razlikujejo)
• Dva enosmerna motorja FM90
• Dve kolesi z gumijastimi pnevmatikami
• Kolesa z vrtljivim kolescem
• Sestavljanje strojne opreme
• Montaža strojne opreme

DC motorji FM90 izgledajo kot mikro servomotorji, ker so vgrajeni v isto plastično ohišje kot običajni mikro servomotorji, kot so FS90, FS90R ali SG92R. Vendar FM90 ni servo. FM90 je enosmerni motor s plastičnim zobnikom.

Hitrost motorja FM90 nadzorujejo napajalni kabli, ki modulirajo širino impulza (PWM). Smer nadzorujete tako, da zamenjate polariteto moči kot pri vsakem motorju z enosmernim tokom. FM90 lahko deluje na 4-6 V DC. Čeprav je majhen, črpa dovolj toka, da ga ne bi smeli poganjati neposredno iz zatiča mikrokrmilnika. Uporabiti morate motorni voznik ali H-most.

Specifikacije motorja DC DC90:

• Mere: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3 "x 0,49" x 1,2"
• Število sponov: 21
• Teža: 8,4 g
• Hitrost brez obremenitve: 110RPM (4.8v) / 130RPM (6v)
• Delovni tok (brez obremenitve): 100mA (4.8v) / 120mA (6v)
• Največji zavorni moment (4,8 V): 1,3 kg/cm/18,09 oz/in
• Največji zavorni moment (6v): 1,5 kg/cm/20,86 oz/in
• Stojni tok: 550mA (4.8v) / 650mA (6v)

5. korak: Podvozje avtomobila: mehanski sklop

V skladu s tem diagramom je mogoče avtomobilsko podvozje enostavno sestaviti.

Upoštevajte, da obstajata dve majhni vreči strojne opreme. Ena vključuje montažno strojno opremo s šestimi medeninastimi 5mm-M3 prečkami skupaj z ustreznimi vijaki in maticami. Ta montažna strojna oprema je lahko uporabna pri kasnejših korakih pritrditve krmilnikov, senzorjev in drugih elementov na ohišje.

Za ta korak bomo uporabili montažno strojno opremo, ki vključuje:

• Štirje tanki vijaki M2x8 in majhne ujemajoče se matice za pritrditev motorjev
• Štirje debelejši vijaki M3x10 in večje matice za pritrditev kolesca
• Dva vijaka PB2.0x8 z grobimi navoji za pritrditev koles na motorje

Upoštevajte, da so motorji FM90 usmerjeni tako, da se žični kabli raztezajo od zadnjega dela sestavljenega ohišja.

6. korak: Podvozje avtomobila: Dodajte napajalnik in krmilnik

Plošča za zaščito motorja ESP-12E podpira neposredno priključitev modula NodeMCU. Motorni ščit vključuje čip gonilnika motorja L293DD (podatkovni list). Kable žice motorja priključite na vijačne sponke A+/A- in B+/B- na ščitniku motorja (po odstranitvi konektorjev). Kabli akumulatorja morajo biti priključeni na vhodne sponke akumulatorja.

Če se eno od koles obrne v napačno smer, lahko žice do ustreznega motorja zamenjate na vijačnih sponkah ali pa smerni bit obrnete v kodi (naslednji korak).

Na ščitniku motorja je plastična tipka za vklop, ki aktivira vhod baterije. Mostični blok se lahko uporablja za usmerjanje napajanja v NodeMCU iz ščita motorja. Brez nameščenega mostičnega bloka se lahko NodeMCU napaja prek kabla USB. Ko je mostični blok nameščen (kot je prikazano), akumulator napaja motorje in se poganja tudi do modula NodeMCU.

Ščit motorja in akumulator lahko pritrdite na ohišje tako, da poravnate luknje za vijake z odprtinami v aluminijasti šasiji. Vendar pa jih lažje preprosto pritrdimo na ohišje z dvostranskim penastim trakom ali lepilnimi trakovi.

7. korak: Podvozje avtomobila: programiranje in nadzor Wi-Fi

Blynk je platforma z aplikacijami za iOS in Android za nadzor Arduino, Raspberry Pi in druge strojne opreme po internetu. To je digitalna nadzorna plošča, na kateri lahko zgradite grafični vmesnik za svoj projekt tako, da preprosto povlečete in spustite pripomočke. Nastaviti je zelo preprosto in takoj se boste začeli ukvarjati. Blynk vas bo na spletu pripravil na internet vaših stvari.

Skript HBcar.ino Arduino, ki je tukaj vključen, prikazuje, kako povezati štiri gumbe (naprej, nazaj, desno in levo) v projektu Blynk za nadzor motorjev na podvozju avtomobila 2WD.

Pred prevajanjem je treba v programu spremeniti tri nize:

• SSID Wi-Fi (za vašo dostopno točko Wi-Fi)
• Geslo za Wi-Fi (za vašo dostopno točko Wi-Fi)
• Žeton za avtorizacijo Blynk (iz vašega projekta Blynk)

Upoštevajte iz vzorčne kode, da je čip L293DD na ščitniku motorja ožičen na naslednji način:

• GPIO pin 5 za hitrost motorja A.
• GPIO pin 0 za smer motorja A.
• GPIO pin 4 za hitrost motorja B.
• GPIO pin 2 za smer motorja B.

8. korak: Senzorji za avtonomno navigacijo: ultrazvočni daljinomer

Ultrazvočni daljinomer HC-SR04 (podatkovni list) lahko zagotovi meritve od približno 2 cm do 400 cm z natančnostjo do 3 mm. Modul HC-SR04 vključuje ultrazvočni oddajnik, sprejemnik in krmilno vezje.

Po pritrditvi štirih moških in ženskih mostičkov na zatiče HC-SR04 lahko zavijanje traku okoli priključkov pomaga izolirati povezave od kratkega stika do aluminijastega ohišja in zagotoviti tudi prožno maso, ki se bo zagozdila v režo na sprednji strani ohišje, kot je prikazano.

V tem primeru lahko štiri zatiče na HC-SR04 priključite na ščit motorja:

• VCC (na HC-SR04) na VIN (na ščitniku motorja)
• Sprožilec (na HC-SR04) na D6 (na ščitniku motorja)
• Odmev (na HC-SR04) do D7 (na ščitniku motorja)
• GND (na HC-SR04) na GND (na ščitniku motorja)

VIN bo napajal približno 6VDC v HC-SR04, ki potrebuje le 5V. Vendar se zdi, da to dobro deluje. Druga razpoložljiva napajalna tirnica (3,3 V) je včasih primerna za napajanje modula HC-SR04 (vsekakor poskusite), včasih pa ni dovolj napetosti.

Ko je to povezano, preizkusite primer kode NodeMCUping.ino, da preizkusite delovanje HC-SR04. Razdalja od senzorja do katerega koli predmeta je natisnjena na serijskem monitorju (9600 plošča) v centimetrih. Pridobite naše ravnilo in preizkusite natančnost. Impresivno kajne?

Zdaj, ko imate ta namig, poskusite nekaj takega za avtonomno vozilo, ki se izogiba trkom:

1. naprej do razdalje <10 cm
2. ustaviti
3. vzvratno vožnjo na majhno razdaljo (neobvezno)
4. obrni naključni kot (čas)
5. zanko do 1. koraka

Za nekaj splošnih informacij o ozadju je tukaj video vadnica, polna podrobnosti o uporabi modula HC-SR04.

9. korak: Senzorji za avtonomno navigacijo: infrardeča (IR) odsevnost

Modul IR odsevni senzor uporablja TCRT5000 (podatkovni list) za zaznavanje barve in razdalje. Modul oddaja IR svetlobo in nato zazna, če prejme odboj. Zaradi svoje sposobnosti zaznavanja, ali je površina bela ali črna, se ta senzor pogosto uporablja v vrsti po robotih in samodejnem beleženju podatkov na števcih uporabnosti.

Merilno območje razdalje je od 1 mm do 8 mm, osrednja točka pa približno 2,5 mm. Vgrajen je tudi potenciometer za nastavitev občutljivosti. IR dioda bo neprekinjeno oddajala IR svetlobo, ko je modul priključen na napajanje. Ko se oddana infrardeča svetloba ne odbije, bo trioda v izklopljenem stanju, zaradi česar digitalni (D0) izhod prikazuje logično NIZKO.

10. korak: Laserski žarki

Ti običajni 5mW 5V laserski moduli se lahko uporabljajo za dodajanje rdečih laserskih žarkov skoraj vsemu, kar ima na voljo 5V moč.

Upoštevajte, da se lahko ti moduli zlahka poškodujejo, zato HackerBox #0013 vključuje nekaj za varnostno kopiranje. Pazite na laserske module!

Korak: Avtomobilska diagnostika na vozilu (OBD)

Vgrajena diagnostika (OBD) je avtomobilski izraz, ki se nanaša na sposobnost samodiagnoze in poročanja vozila. Sistemi OBD omogočajo lastniku vozila ali serviserju dostop do statusa različnih podsistemov vozila. Količina diagnostičnih informacij, ki so na voljo prek OBD, se je od uvedbe v zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja različic računalnikov na vozilu močno razlikovala. Zgodnje različice OBD bi preprosto prižgale indikatorsko lučko okvare, če bi odkrili težavo, vendar ne bi dale nobenih informacij o naravi težave. Sodobne izvedbe OBD uporabljajo standardizirana digitalna komunikacijska vrata za zagotavljanje podatkov v realnem času poleg standardizirane serije diagnostičnih kod ali DTC, ki omogočajo hitro prepoznavanje in odpravljanje napak v vozilu.

OBD-II je izboljšanje zmogljivosti in standardizacije. Standard OBD-II določa vrsto diagnostičnega priključka in njegov pinout, razpoložljive protokole električne signalizacije in obliko sporočil. Zagotavlja tudi seznam kandidatnih parametrov vozila za spremljanje, skupaj z načinom kodiranja podatkov za vsakega. V konektorju je zatič, ki napaja orodje za skeniranje iz akumulatorja vozila, kar odpravlja potrebo po ločenem priključitvi orodja za optično branje na vir napajanja. Kode diagnostičnih napak OBD-II so 4-mestne, pred njimi je črka: P za motor in menjalnik (pogonski sklop), B za karoserijo, C za podvozje in U za omrežje. Proizvajalci lahko svoji specifični izvedbi OBD-II dodajo tudi parametre podatkov po meri, vključno z zahtevami za podatke v realnem času in kodami težav.

ELM327 je programiran mikrokrmilnik za povezavo z vmesnikom za diagnostiko na vozilu (OBD), ki ga najdemo v večini sodobnih avtomobilov. Ukazni protokol ELM327 je eden izmed najbolj priljubljenih standardov vmesnika PC-to-OBD, izvajajo pa ga tudi drugi prodajalci. Prvotni ELM327 je implementiran na mikrokrmilniku PIC18F2480 podjetja Microchip Technology. ELM327 povzema protokol nizke ravni in predstavlja preprost vmesnik, ki ga je mogoče poklicati prek UART, običajno z ročnim diagnostičnim orodjem ali računalniškim programom, povezanim prek USB, RS-232, Bluetooth ali Wi-Fi. Funkcija te programske opreme lahko vključuje dodatne instrumente vozila, poročanje o kodah napak in brisanje kod napak.

Čeprav je navor verjetno najbolj znan, obstaja veliko aplikacij, ki jih je mogoče uporabiti z ELM327.

12. korak: Hack the Planet

Hvala, ker ste našo avanturo delili z avtomobilsko elektroniko. Če ste uživali v tem Instrucableu in bi radi vsak mesec dobili takšne škatle elektronskih projektov neposredno v vaš nabiralnik, se nam pridružite tako, da se naročite TUKAJ.

Dosezite in delite svoj uspeh v spodnjih komentarjih in/ali na Facebook strani HackerBoxes. Vsekakor nam sporočite, če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete pomoč pri čem. Hvala, ker ste del HackerBoxes. Prosimo, da prihajajo vaši predlogi in povratne informacije. HackerBoxes so VAŠE škatle. Naredimo nekaj odličnega!