Uzlabota RC automašīna: 23 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

RC automašīnas man vienmēr ir bijušas sajūsmas avots. Viņi ir ātri, jautri, un jums nav jāuztraucas, ja tos avarējat. Tomēr kā vecāks, nobriedušāks RC entuziasts mani nevar redzēt spēlējamies ar mazām, bērniem paredzētām RC automašīnām. Man ir jābūt lieliem, pieaugušiem vīrieša augumā. Šeit rodas problēma: pieaugušo RC automašīnas ir dārgas. Pārlūkojot tiešsaistē, lētākais, ko es varētu atrast, maksāja 320 USD, vidēji - aptuveni 800 USD. Mans dators ir lētāks nekā šīs rotaļlietas!

Zinot, ka es nevaru atļauties šīs rotaļlietas, ražotājs manī teica, ka varu izgatavot automašīnu par desmito daļu cenas. Tādējādi es sāku savu ceļu, lai pārvērstu atkritumus zeltā

Piegādes

RC automašīnai nepieciešamās detaļas ir šādas:

• Lietota RC automašīna
• L293D motora draiveris (DIP veidlapa)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ Radio modulis
• RC drona akumulators (vai jebkurš cits augstas strāvas akumulators)
• LM2596 Buck pārveidotāji (2)
• Vadi
• Perfboard
• Mazas, dažādas sastāvdaļas (galvenes tapas, skrūvju spailes, kondensatori utt.)

RC kontrolierim nepieciešamās detaļas ir šādas:

• Izmantots kontrolieris (jābūt 2 analogām kursorsvirām)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ Radio modulis
• Elektriskie vadi

1. solis: pārstrādāti dārgumi

Šis projekts sākotnēji sākās apmēram pirms gada, kad mēs ar draugiem plānojām izgatavot ar datoru vadītu automašīnu hakatona projektam (kodēšanas konkursam). Mans plāns bija doties uz lietoto preču veikalu, nopirkt lielāko RC automašīnu, kādu vien varēju atrast, izķidāt iekšpusi un aizstāt to ar ESP32.

Laika grūtībās es metos pie Saversa, nopirku RC automašīnu un gatavojos hakatonam. Diemžēl daudzas man vajadzīgās detaļas neieradās laikā, tāpēc man nācās pilnībā atcelt projektu.

Kopš tā laika RC automašīna vāc putekļus zem manas gultas, līdz šim …

Ātrs pārskats:

Šajā projektā es pārveidošu lietotu rotaļu automašīnu un IR kontrolieri, lai izveidotu Upcycled RC Car. Es izķidāju iekšpusi, implantēju Arduino Nano un izmantoju NRF24L01+ radio moduli, lai sazinātos starp abiem.

2. solis: teorija

Izpratne par to, kā kaut kas darbojas, ir svarīgāka par zināšanām, kā to panākt

- Kevins Jangs 17.05.2020 (es tikko to izdomāju)

To sakot, sāksim runāt par Upcycled RC Car aiz teorijas un elektronikas.

Automašīnas pusē mēs izmantosim NRF24L01+, Arduino Nano, L293D motora draiveri, RC automašīnas motorus un divus dolāra pārveidotājus. Viens buks pārveidotājs piegādās motora piedziņas spriegumu, bet otrs - 5 V Arduino Nano.

Kontroliera pusē mēs izmantosim NRF24L01+, Arduino Nano un analogos kursorsviras atkārtotā kontrollerī.

3. darbība: NRF24L01+

Pirms sākam, man, iespējams, vajadzētu izskaidrot telpā esošo ziloni: NRF24L01+. Ja jūs vēl neesat pazīstams ar nosaukumu, NRF24 ir mikroshēma, ko ražo Nordic Semiconductors. Tā ir diezgan populāra veidotāju kopienā radiosakariem, jo tā ir zemā cena, maza izmēra un labi uzrakstīta dokumentācija.

Tātad, kā NRF modulis faktiski darbojas? Iesācējiem NRF24L01+ darbojas ar 2,4 GHz frekvenci. Šī ir tā pati frekvence, kurā darbojas Bluetooth un Wifi (ar nelielām izmaiņām!). Mikroshēma sazinās starp Arduino, izmantojot SPI-četru kontaktu sakaru protokolu. Jaudai NRF24 izmanto 3,3 V, bet tapas ir izturīgas arī pret 5 V. Tas ļauj mums izmantot Arduino Nano, kas izmanto 5V loģiku, ar NRF24, kas izmanto 3.3V loģiku. Dažas citas funkcijas ir šādas.

Ievērojamas iezīmes:

• Darbojas ar 2,4 GHz joslas platumu
• Barošanas sprieguma diapazons: 1.6 - 3.6V
• 5V tolerants
• Izmanto SPI komunikāciju (MISO, MOSI, SCK)
• Aizņem 5 tapas (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (ļoti svarīgi šajā projektā!)
• Miega režīms
• Patērē 900nA - 12mA
• Pārraides diapazons: ~ 100 metri (mainīsies atkarībā no ģeogrāfiskās atrašanās vietas)
• Izmaksas: 1,20 USD par moduli (Amazon)

Ja vēlaties uzzināt vairāk par NRF24L01+, beigās skatiet sadaļu Papildu lasījumi

4. solis: L293D - dubultā H -tilta motora draiveris

Lai gan Arduino Nano var piegādāt pietiekami daudz strāvas, lai darbinātu gaismas diodi, Nano nekādā veidā nevar darbināt motoru pats. Tāpēc motora vadīšanai jāizmanto īpašs draiveris. Vadītāja mikroshēma papildus strāvas padevei var arī aizsargāt Arduino no jebkādiem sprieguma kāpumiem, kas rodas, ieslēdzot un izslēdzot motoru.

Ievietojiet L293D, četrkāršu pusi H tilta motora draiveri, vai nespeciālistiski izsakoties, mikroshēmu, kas var vadīt divus motorus uz priekšu un atpakaļ.

L293D paļaujas uz H-tiltiem, lai kontrolētu gan motora ātrumu, gan virzienu. Vēl viena iezīme ir barošanas avota izolācija, kas ļauj Arduino darboties no barošanas avota, kas ir atsevišķi no motoriem.

5. solis: automašīnas izķidāšana

Pietiek teorijas un ļauj sākt būvēt!

Tā kā RC automašīnai nav kontroliera (atcerieties to no taupības veikala), iekšējā elektronika būtībā ir bezjēdzīga. Tādējādi es atvēru RC automašīnu un iemetu vadības paneli savā atkritumu tvertnē.

Tagad ir svarīgi veikt dažas piezīmes, pirms sākam. Viena lieta, kas jāņem vērā, ir RC automašīnas barošanas spriegums. Automašīna, kuru es nopirku, ir ļoti veca, vēl pirms tam, kad tika izmantotas litija baterijas. Tas nozīmē, ka šī RC automašīna tika izslēgta no Ni-Mh akumulatora ar nominālo spriegumu 9,6 volti. Tas ir svarīgi, jo tas būs spriegums, pie kura mēs darbināsim motorus.

6. darbība. Kā darbojas automašīna?

Ar 99% pārliecību varu teikt, ka mana automašīna nav tāda pati kā jūsu automašīna, tas nozīmē, ka šī sadaļa būtībā ir bezjēdzīga. Tomēr ir svarīgi norādīt uz dažām manai automašīnai raksturīgām iezīmēm, jo es savu dizainu balstīšu uz to.

Stūrēšana

Atšķirībā no mūsdienu RC automašīnām, automašīna, kuru modificēju, pagriešanai neizmanto servo. Tā vietā manā automašīnā tiek izmantots matēts pamata motors un atsperes. Tam ir daudz trūkumu, jo īpaši tāpēc, ka man nav iespējas veikt smalkus pagriezienus. Tomēr viens tūlītējs ieguvums ir tas, ka man nav nepieciešama sarežģīta vadības saskarne, lai to pagrieztu. Viss, kas man jādara, ir iedarbināt motoru ar noteiktu polaritāti (atkarībā no tā, kādā virzienā es gribu griezties).

Diferenciālā ass

Pārsteidzoši, manā RC automašīnā ir arī diferenciālā ass un divi dažādi pārnesumu režīmi. Tas ir diezgan uzjautrinoši, jo diferenciāļi parasti atrodami reālās dzīves automašīnās, nevis mazās RC. Es domāju, ka pirms šīs automašīnas nonākšanas noliktavas plauktos tas bija augstākās klases RC modelis.

7. solis. Jaudas jautājums

Tā kā funkcijas vairs nav pieejamas, mums tagad jārunā par šīs konstrukcijas vissvarīgāko daļu: kā mēs darbināsim RC automašīnu? Un precīzāk: cik daudz strāvas ir nepieciešama dzinēju darbināšanai?

Lai atbildētu uz šo jautājumu, es pievienoju bezpilota lidaparāta akumulatoru buks pārveidotājam, kur es nometa akumulatora 11 V līdz 9,6 V motoriem. No turienes es iestatīju multimetru 10A strāvas režīmā un pabeidzu ķēdi. Mans skaitītājs lasīja, ka motoriem bija nepieciešama 300 mA strāva, lai ieslēgtu brīvo gaisu.

Lai gan tas var neizklausīties daudz, mērījums, kas mums patiešām rūp, ir motoru strāvas strāva. Lai to izmērītu, es uzliku rokas pār riteņiem, lai tie nepagrieztos. Kad paskatījos uz savu skaitītāju, tas parādīja stabilu 1A.

Zinot, ka piedziņas motori patērēs aptuveni pastiprinātāju, es turpināju pārbaudīt stūres motorus, kas apstājušies patērēja 500 mA. Ar šīm zināšanām es nonācu pie secinājuma, ka varu izslēgt visu sistēmu, izmantojot RC drone akumulatoru un divus LM2596 buck pārveidotājus*.

*Kāpēc divu dolāru kontrolieri? Katram LM2596 maksimālā strāva ir 3A. Ja es visu izslēdzu no viena buka pārveidotāja, es gatavojas izvilkt lielu strāvu, un tāpēc man būtu diezgan lieli sprieguma tapas. Pēc konstrukcijas Arduino Nano spēks balstās katru reizi, kad ir liels sprieguma pieaugums. Tāpēc es izmantoju divus pārveidotājus, lai atvieglotu slodzi un saglabātu Nano izolētu no motoriem.

Pēdējais svarīgais komponents, kas mums nepieciešams, ir Li-Po šūnu sprieguma testeris. Tā mērķis ir aizsargāt akumulatoru no pārmērīgas izlādes, lai nesabojātu akumulatora darbības laiku (vienmēr turiet litija akumulatora elementa spriegumu virs 3,5 V!)

8. solis: RC automašīnas ķēde

Ja strāvas problēma nav atrisināta, mēs tagad varam izveidot ķēdi. Iepriekš ir shēma, ko es izveidoju RC automašīnai.

Paturiet prātā, ka es neiekļāvu akumulatora voltmetra savienojumu. Lai izmantotu voltmetru, viss, kas jums jādara, ir savienot līdzsvara savienotāju ar voltmetra attiecīgajām tapām. Ja jūs to nekad neesat darījis, noklikšķiniet uz videoklipa, kas ir saistīts ar papildu lasījumiem, lai uzzinātu vairāk.

Piezīmes par ķēdi

L293D iespējošanas tapām (1, 9) ir nepieciešams PWM signāls ar mainīgu ātrumu. Tas nozīmē, ka ar tām var savienot tikai dažas Arduino Nano tapas. Pārējām L293D tapām viss notiek.

Tā kā NRF24L01+ sazinās, izmantojot SPI, mums ir jāpievieno tā SPI tapas ar SPI tapām Arduino Nano (tāpēc pievienojiet MOSI -> MOSI, MISO -> MISO un SCK -> SCK). Ir arī svarīgi atzīmēt, ka es savienoju NRF24 IRQ tapu ar Arduino Nano 2. tapu. Tas ir tāpēc, ka IRQ tapa katru reizi, kad NR24 saņem ziņojumu, kļūst ZEMA. Zinot to, es varu izraisīt pārtraukumu, lai pateiktu Nano lasīt radio. Tas ļauj Nano darīt citas lietas, gaidot jaunus datus.

9. solis: PCB

Tā kā es vēlos to padarīt par moduļu dizainu, es izveidoju PCB, izmantojot perf plāksni un daudz galvenes tapas.

10. darbība: gala savienojumi

Kad PCB ir pabeigta un RC automašīna ir izķidāta, es izmantoju aligatora vadus, lai pārbaudītu, vai viss darbojas.

Pēc pārbaudes, ka visi savienojumi ir pareizi, es aizstāju aligatora vadus ar īstiem kabeļiem un piestiprināju visas sastāvdaļas pie šasijas.

Šajā brīdī jūs, iespējams, sapratāt, ka šis raksts nav soli pa solim. Tas ir tāpēc, ka vienkārši nav iespējams uzrakstīt katru soli, tāpēc nākamie daži Instructables soļi būs tas, ka es dalīšos ar dažiem padomiem, kurus uzzināju, gatavojot automašīnu.

11. solis: 1. padoms: radio moduļa izvietojums

Lai palielinātu RC automašīnas diapazonu, es novietoju NRF radio moduli pēc iespējas tālāk uz sāniem. Tas ir tāpēc, ka radioviļņi atstaro metālus, piemēram, PCB un vadus, tādējādi samazinot diapazonu. Lai to atrisinātu, es ievietoju moduli pašā PCB pusē un izgriezu spraugu automašīnas korpusā, lai tas varētu izlocīties.

12. solis: 2. padoms: saglabājiet to modulāri

Vēl viena lieta, ko es izdarīju, kas mani izglāba dažas reizes, ir visu savienot caur galvenes tapām un spaiļu blokiem. Tas ļauj viegli nomainīt detaļas, ja kāda no sastāvdaļām tiek cepta (kāda iemesla dēļ …).

13. solis: 3. padoms: izmantojiet siltuma izlietnes

Manas RC automašīnas motori nospiež L293D līdz pašām robežām. Lai gan motora vadītājs var nepārtraukti apstrādāt līdz 600 mA, tas nozīmē arī to, ka tas kļūst ļoti karsts un ātrs! Šī iemesla dēļ ieteicams pievienot termisko pastu un radiatorus, lai novērstu L293D gatavošanu. Tomēr pat ar siltuma izlietnēm mikroshēma joprojām var kļūt pārāk karsta, lai tai pieskartos. Šī iemesla dēļ ir ieteicams ļaut automašīnai atdzist pēc 2-3 spēles minūtēm.

14. solis: RC kontroliera laiks

Kad RC automašīna ir pabeigta, mēs varam sākt izgatavot kontrolieri.

Tāpat kā RC automašīna, es arī kādu laiku atpakaļ nopirku kontrolieri, domājot, ka varētu ar to kaut ko darīt. Ironiski, ka kontrolieris faktiski ir IR, tāpēc tas izmanto IR gaismas diodes, lai sazinātos starp ierīcēm.

Šīs konstrukcijas pamatideja ir saglabāt oriģinālo plati kontroliera iekšpusē un ap to izveidot Arduino un NRF24L01+.

15. darbība. Analogās kursorsviras pamati

Savienojuma izveide ar analogo kursorsviru var būt biedējoša, jo īpaši tāpēc, ka tapām nav sadalīšanas paneļa. Nav jāuztraucas! Visas analogās kursorsviras darbojas pēc viena un tā paša vadmotīva, un tām parasti ir viens un tas pats kontaktspraudnis.

Būtībā analogās kursorsviras ir tikai divi potenciometri, kas maina pretestību, pārvietojot tos dažādos virzienos. Piemēram, pārvietojot kursorsviru pa labi, x ass potenciometrs maina vērtību. Tagad, pārvietojot kursorsviru uz priekšu, y ass potenciometrs maina vērtību.

Paturot to prātā, ja paskatāmies uz analogās kursorsviras apakšpusi, mēs redzam 6 tapas, 3 x ass potenciometram un 3 y ass potenciometram. Viss, kas jums jādara, ir savienot 5V un zemi ar ārējām tapām un savienot vidējo tapu ar Arduino analogo ieeju.

Paturiet prātā, ka potenciometra vērtības tiks kartētas līdz 1024, nevis 512! Tas nozīmē, ka mums ir jāizmanto funkcija Arduino iebūvētā karte (), lai kontrolētu visas digitālās izejas (piemēram, PWM signālu, ko izmantojam, lai kontrolētu L293D). Tas jau ir izdarīts kodā, bet, ja plānojat rakstīt savu programmu, jums tas jāpatur prātā.

16. darbība: kontroliera savienojumi

Savienojumi starp NRF24 un Nano kontrolierim joprojām ir vienādi, bet atskaitot IRQ savienojumu.

Kontroliera ķēde ir parādīta iepriekš.

Kontroliera modificēšana noteikti ir mākslas veids. Es to jau esmu teicis neskaitāmas reizes, taču vienkārši nav iespējams soli pa solim uzrakstīt, kā to izdarīt. Tādējādi, tāpat kā tas, ko es darīju iepriekš, es sniegšu dažus padomus par to, ko es uzzināju, veidojot savu kontrolieri.

17. solis: 1. padoms. Izmantojiet rezerves daļas, lai atbrīvotos

Kontrollerī ir ļoti maz vietas, tādēļ, ja vēlaties iekļaut citas automašīnas ievades, izmantojiet jau esošos slēdžus un pogas. Savam kontrolierim es arī pievienoju potenciometru un trīsceļu slēdzi Nano.

Vēl viena lieta, kas jāpatur prātā, ka tas ir jūsu kontrolieris. Ja pinouts neatbilst jūsu vēlmēm, jūs vienmēr varat tos pārkārtot!

18. darbība: 2. padoms: noņemiet nevajadzīgās pēdas

Tā kā mēs izmantojam oriģinālo tāfelīti, jums vajadzētu nokasīt visas pēdas, kas atrodas uz analogo kursorsviru un visiem citiem izmantotajiem sensoriem. Šādi rīkojoties, jūs novēršat iespēju, ka var notikt neparedzēta sensora uzvedība.

Lai veiktu šos griezumus, es vienkārši izmantoju kastes griezēju un dažas reizes ieguvu PCB, lai patiešām atdalītu pēdas.

19. solis: 3. padoms. Saglabājiet vadus pēc iespējas īsākus

Šis padoms īpaši runā par SPI līnijām starp Arduino un NRF24 moduli, taču tas attiecas arī uz citiem savienojumiem. NRF24L01+ ir ārkārtīgi jutīgs pret traucējumiem, tādēļ, ja vadi uztver troksni, tas sabojās datus. Tas ir viens no galvenajiem SPI komunikācijas trūkumiem. Tāpat, saglabājot vadus pēc iespējas īsākus, jūs padarāt visu kontrolieri tīrāku un organizētāku.

20. solis: 4. padoms: izvietošana! Izvietojums! Izvietojums

Papildus tam, lai vadi būtu pēc iespējas īsāki, tas nozīmē arī to, ka attālums starp detaļām ir pēc iespējas īsāks.

Meklējot vietas, kur uzstādīt NRF24 un Arduino, neaizmirstiet tās turēt pēc iespējas tuvāk viena otrai un kursorsvirām.

Vēl viena lieta, kas jāpatur prātā, ir vieta, kur ievietot NRF24 moduli. Kā minēts iepriekš, radioviļņi nevar iziet cauri metālam, tāpēc modulis jāuzstāda pie kontroliera sāniem. Lai to izdarītu, es ar Dremel izgriezu nelielu šķēlumu, lai NRF24 varētu izkļūt no sāniem.

21. darbība: kods

Iespējams, vissvarīgākā šīs būves daļa ir faktiskais kods. Esmu iekļāvis komentārus un visu, tāpēc es nepaskaidrošu katru programmu pa rindām.

Ņemot to vērā, es vēlos norādīt dažas svarīgas lietas, ka, lai palaistu programmas, jums būs jālejupielādē NRF24 bibliotēka. Ja jums vēl nav instalētas bibliotēkas, es iesaku jums iepazīties ar pamācībām, kas ir saistītas ar papildu lasījumiem, lai uzzinātu, kā to izdarīt. Tāpat, nosūtot signālus uz L293D, nekad neieslēdziet abas virziena tapas. Tas saīsinās motora vadītāju un izraisīs tā izdegšanu.

Github-

22. solis: galaprodukts

Visbeidzot, pēc viena gada putekļu savākšanas un 3 nedēļu roku darba beidzot esmu pabeidzis izgatavot Upcycled RC Car. Lai gan jāatzīst, ka tas nekur nav tik spēcīgs kā ievadā redzamās automašīnas, tas izrādījās daudz labāk, nekā es domāju. Automašīna var braukt 40 minūtes, pirms tā beidzas, un tā var nobraukt līdz 150 m attālumā no kontroliera.

Dažas lietas, ko es noteikti darītu, lai uzlabotu automašīnu, ir L293D nomaiņa pret L298, lielāku, jaudīgāku dzinēja vadītāju. Vēl viena lieta, ko es darītu, ir nomainīt noklusējuma NRF radio moduli uz pastiprinātās antenas versiju. Šīs izmaiņas palielinātu attiecīgi griezes momentu un automašīnas diapazonu.

23. darbība: papildu lasījumi:

NRF24L01+

• Ziemeļvalstu pusvadītāju datu lapa
• SPI paziņojums (raksts)
• Pamata iestatīšana (video)
• Padziļināta apmācība (raksts)
• Uzlaboti padomi un triki (video sērijas)

L293D

• Texas Instruments datu lapa
• Padziļināta apmācība (raksts)