HackerBoxes 0013: Autosports: 12 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:58

AUTOSPORT: Šomēnes HackerBox Hackers pēta automobiļu elektroniku. Šajā pamācībā ir informācija darbam ar HackerBoxes #0013. Ja vēlaties katru mēnesi saņemt šādu kastīti tieši savā pastkastītē, tagad ir īstais laiks abonēt vietni HackerBoxes.com un pievienoties revolūcijai!

Šīs HackerBox tēmas un mācību mērķi:

• NodeMCU pielāgošana Arduino
• 2WD automašīnas komplekta salikšana
• NodeMCU vadīšana 2WD automašīnas komplekta vadīšanai
• NodeMCU vadīšana, izmantojot WiFi, izmantojot Blynk
• Sensoru izmantošana autonomai navigācijai
• Darbs ar automobiļu borta diagnostiku (OBD)

HackerBoxes ir ikmēneša abonēšanas kastes pakalpojums DIY elektronikai un datortehnoloģijai. Mēs esam hobiji, veidotāji un eksperimentētāji. Uzlauzt planētu!

1. darbība. HackerBoxes 0013: kastes saturs

• HackerBoxes #0013 kolekcionējama atsauces karte
• 2WD automašīnas šasijas komplekts
• NodeMCU WiFi procesora modulis
• Motora vairogs NodeMCU
• Džempera bloks motora vairogam
• Akumulatora kārba (4 x AA)
• HC-SR04 ultraskaņas diapazona sensors
• TCRT5000 IR atstarošanas sensori
• DuPont sieviešu-sieviešu džemperi 10cm
• Divi sarkani lāzera moduļi
• Mini-ELM327 borta diagnostika (OBD)
• Ekskluzīva HackerBoxes sacīkšu uzlīme

Dažas citas lietas, kas būs noderīgas:

• Četras AA baterijas
• Divpusēja putu lente vai Velcro sloksnes
• microUSB kabelis
• Viedtālrunis vai planšetdators
• Dators ar Arduino IDE

Vissvarīgākais - jums būs nepieciešama piedzīvojumu sajūta, DIY gars un hakeru zinātkāre. Hardcore hobiju elektronika ne vienmēr ir vienkārša, taču, ja jūs neatlaidīgi izbaudīsit piedzīvojumus, jūs varat gūt lielu gandarījumu par neatlaidību un projektu īstenošanu. Vienkārši veiciet katru soli lēnām, ņemiet vērā detaļas un nevilcinieties lūgt palīdzību.

2. darbība. Automobiļu elektronika un pašbraucošās automašīnas

Automobiļu elektronika ir jebkura elektroniska sistēma, ko izmanto autotransporta līdzekļos. Tie ietver datorus, telemātiku, automašīnas izklaides sistēmas un tā tālāk. Automobiļu elektronika radās no nepieciešamības vadīt dzinējus. Pirmie tika izmantoti, lai kontrolētu dzinēja funkcijas, un tos sauca par dzinēja vadības blokiem (ECU). Kad elektroniskās vadības ierīces sāka izmantot vairāk automobiļu lietojumiem, akronīms ECU ieguva vispārīgāku jēdzienu "elektroniskā vadības ierīce", un pēc tam tika izstrādāti īpaši ECU. Tagad ECU ir modulāri. Divi veidi ietver dzinēja vadības moduļus (ECM) vai transmisijas vadības moduļus (TCM). Mūsdienu automašīnai var būt līdz 100 ECU.

Radio vadāmas automašīnas (R/C automašīnas) ir automašīnas vai kravas automašīnas, kuras var vadīt no attāluma, izmantojot specializētu raidītāju vai tālvadības pulti. Termins "R/C" ir lietots, lai apzīmētu gan "ar tālvadību", gan "ar radio vadāmību", taču mūsdienās plaši lietots "R/C" parasti attiecas uz transportlīdzekļiem, kurus kontrolē radiofrekvences saite.

Autonoma automašīna (automašīna bez vadītāja, pašbraucoša automašīna, robotizēta automašīna) ir transportlīdzeklis, kas spēj uztvert savu vidi un orientēties bez cilvēka ieguldījuma. Autonomās automašīnas var noteikt apkārtni, izmantojot dažādas metodes, piemēram, radaru, lidaru, GPS, odometriju un datora redzi. Uzlabotās vadības sistēmas interpretē maņu informāciju, lai identificētu atbilstošus navigācijas ceļus, kā arī šķēršļus un atbilstošās norādes. Autonomajām automašīnām ir vadības sistēmas, kas spēj analizēt maņu datus, lai atšķirtu dažādas automašīnas uz ceļa, kas ir ļoti noderīgi, plānojot ceļu uz vēlamo galamērķi.

3. darbība: Arduino NodeMCU

NodeMCU ir atvērtā koda IoT platforma. Tas ietver programmaparatūru, kas darbojas ar ESP8266 Wi-Fi SoC no Espressif Systems, un aparatūru, kuras pamatā ir ESP-12 modulis.

Arduino IDE tagad var viegli paplašināt, lai atbalstītu NodeMCU moduļu programmēšanu tā, it kā tie būtu jebkura cita Arduino izstrādes platforma.

Lai sāktu, pārliecinieties, vai esat instalējis Arduino IDE (www.arduino.cc), kā arī draiverus atbilstošajai sērijas USB mikroshēmai jūsu izmantotajā NodeMCU modulī. Pašlaik lielākajā daļā NodeMCU moduļu ir CH340 sērijas USB mikroshēma. CH340 mikroshēmu ražotājam (WCH.cn) ir pieejami draiveri visām populārajām operētājsistēmām. Apskatiet viņu vietnes Google tulkošanas lapu.

Palaidiet Ardino IDE, dodieties uz preferencēm un atrodiet lauku, kurā ievadīt "Papildu valdes pārvaldnieka URL"

Ielīmējiet šajā URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Lai instalētu ESP8266 valdes pārvaldnieku.

Pēc instalēšanas aizveriet IDE un pēc tam sāciet to dublēt.

Tagad pievienojiet NodeMCU moduli datoram, izmantojot microUSB kabeli (kā to izmanto lielākā daļa mobilo tālruņu un planšetdatoru).

Arduino IDE atlasiet tāfeles veidu kā NodeMCU 1.0

Mums vienmēr patīk ielādēt un pārbaudīt mirgojošo demonstrāciju jaunā Arduino plāksnē, lai tikai iegūtu pārliecību, ka viss darbojas pareizi. NodeMCU nav izņēmums, taču pirms apkopošanas un augšupielādes jums ir jāmaina LED tapa no pin13 uz pin16. Pārliecinieties, vai šis ātrais tests darbojas pareizi, pirms pāriet uz kaut ko sarežģītāku, izmantojot Arduino NodeMCU.

Šeit ir pamācība, kas ietver Arduino NodeMCU iestatīšanas procesu ar dažiem dažādiem lietojumprogrammu piemēriem. Šeit tas ir nedaudz novirzīts no mērķa, taču, ja iestrēgst, var būt noderīgi aplūkot citu viedokli.

4. solis: 2WD automašīnas šasijas komplekts

2WD automašīnas šasijas komplekta saturs:

• Alumīnija šasija (krāsas atšķiras)
• Divi FM90 līdzstrāvas motori
• Divi riteņi ar gumijas riepām
• Brīvgaitas ritentiņš
• Montāžas aparatūra
• Montāžas aparatūra

FM90 līdzstrāvas motori izskatās kā mikro servo, jo tie ir iebūvēti tādā pašā plastmasas korpusā kā parastie mikro servi, piemēram, FS90, FS90R vai SG92R. Tomēr FM90 nav servo. FM90 ir līdzstrāvas motors ar plastmasas pārnesumkārbu.

FM90 motora ātrumu kontrolē strāvas vadi ar impulsa platuma modulācijas (PWM) palīdzību. Virzienu kontrolē, mainot strāvas polaritāti, tāpat kā ar jebkuru matētu līdzstrāvas motoru. FM90 var darboties ar 4-6 voltu līdzstrāvu. Lai gan tas ir mazs, tas patērē pietiekami daudz strāvas, tāpēc to nedrīkst vadīt tieši no mikrokontrollera tapas. Jāizmanto motora vadītājs vai H tilts.

FM90 līdzstrāvas motora specifikācijas:

• Izmēri: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3 collas x 0,49 collas x 1,2 collas
• Splainu skaits: 21
• Svars: 8,4 g
• Ātrums bez slodzes: 110 apgr./min (4.8 v) / 130 apgriezienu minūtē (6 v)
• Darbības strāva (bez slodzes): 100mA (4.8v) / 120mA (6v)
• Maksimālais apstāšanās griezes moments (4,8 V): 1,3 kg/cm/18,09 unces/collas
• Maksimālais apstāšanās griezes moments (6 V): 1,5 kg/cm/20,86 unces/collas
• Stall strāva: 550mA (4.8v) / 650mA (6v)

5. solis: automašīnas šasija: mehāniskā montāža

Automašīnas šasiju var viegli salikt saskaņā ar šo diagrammu.

Ņemiet vērā, ka ir divi mazi aparatūras maisiņi. Viens no tiem ietver montāžas aparatūru ar sešiem misiņa 5 mm-M3 atdalījumiem kopā ar atbilstošām skrūvēm un uzgriežņiem. Šī montāžas aparatūra var būt noderīga vēlākos posmos, uzstādot kontrolierus, sensorus un citus priekšmetus pie šasijas.

Šajā solī mēs izmantosim montāžas aparatūru, kas ietver:

• Četras plānas M2x8 skrūves un mazi uzgriežņi motoru piestiprināšanai
• Četras biezākas M3x10 skrūves un lielāki atbilstošie uzgriežņi riteņa riteņa piestiprināšanai
• Divas PB2.0x8 skrūves ar rupjiem pavedieniem riteņu piestiprināšanai pie motoriem

Ņemiet vērā, ka FM90 motori ir orientēti tā, lai vadu vadi stiepjas no saliktās šasijas aizmugures.

6. darbība: automašīnas šasija: pievienojiet barošanas bloku un kontrolieri

ESP-12E motora vairoga plāksne atbalsta tiešu NodeMCU moduļa pievienošanu. Motora vairoga komplektā ietilpst L293DD spiedpogas motora vadītāja mikroshēma (datu lapa). Motora vadu vadi jāpievieno motora vairoga A+/A- un B+/B- skrūvju spailēm (pēc savienotāju noņemšanas). Akumulatora vadiem jābūt pieslēgtiem pie akumulatora ievades skrūves spailēm.

Ja viens no riteņiem griežas nepareizā virzienā, vadus uz atbilstošo motoru var nomainīt pie skrūvju spailēm, vai arī virziena bitu var apgriezt kodā (nākamais solis).

Uz motora vairoga ir plastmasas barošanas poga, lai aktivizētu akumulatora ieejas padevi. Džempera bloku var izmantot, lai novirzītu enerģiju uz NodeMCU no motora vairoga. Ja nav uzstādīts džemperis, NodeMCU var darboties no USB kabeļa. Ja ir uzstādīts džemperis (kā parādīts attēlā), akumulatora barošana nodrošina motorus un tiek vadīta arī uz NodeMCU moduli.

Motora vairogu un akumulatoru bloku var piestiprināt pie šasijas, izklājot skrūvju caurumus ar pieejamām atverēm alumīnija šasijā. Tomēr mums ir vieglāk tos vienkārši piestiprināt pie šasijas, izmantojot divpusēju putuplasta lenti vai lipīgas velcro sloksnes.

7. solis: automašīnas šasija: programmēšana un Wi-Fi vadība

Blynk ir platforma ar iOS un Android lietotnēm, lai internetā kontrolētu Arduino, Raspberry Pi un citu aparatūru. Tas ir digitāls informācijas panelis, kurā varat izveidot sava projekta grafisko interfeisu, vienkārši velkot un nometot logrīkus. Ir ļoti vienkārši visu iestatīt, un jūs uzreiz sāksiet mesties. Blynks jūs novirzīs tiešsaistē un būs gatavs interneta lietām.

Šeit iekļautais HBcar.ino Arduino skripts parāda, kā saslēgt četras pogas (uz priekšu, atpakaļ, pa labi un pa kreisi) Blynk projektā, lai kontrolētu 2WD automašīnas šasijas motorus.

Pirms apkopošanas programmā ir jāmaina trīs virknes:

• Wi-Fi SSID (jūsu Wi-Fi piekļuves punktam)
• Wi-Fi parole (jūsu Wi-Fi piekļuves punktam)
• Blynk autorizācijas marķieris (no jūsu Blynk projekta)

Ievērojiet no koda piemēra, ka L293DD mikroshēma uz motora vairoga ir savienota šādi:

• GPIO tapa 5 motora A ātrumam
• GPIO tapa 0 motora A virzienam
• GPIO tapa 4 motora B ātrumam
• GPIO tapa 2 motora B virzienam

8. darbība: sensori autonomai navigācijai: ultraskaņas diapazona meklētājs

HC-SR04 ultraskaņas diapazona meklētājs (datu lapa) var nodrošināt mērījumus no aptuveni 2 cm līdz 400 cm ar precizitāti līdz 3 mm. HC-SR04 modulī ietilpst ultraskaņas raidītājs, uztvērējs un vadības ķēde.

Pēc četru sieviešu-sieviešu džemperu piestiprināšanas pie HC-SR04 tapām, lentes iesaiņošana ap savienotājiem var palīdzēt izolēt savienojumus no īssavienojuma līdz alumīnija korpusam, kā arī nodrošināt elastīgu masu, lai ieietu slotā priekšpusē šasija, kā parādīts attēlā.

Šajā piemērā četras tapas uz HC-SR04 var pieslēgt pie motora vairoga:

• VCC (uz HC-SR04) līdz VIN (uz motora vairoga)
• Aktivizētājs (uz HC-SR04) līdz D6 (uz motora vairoga)
• Atbalss (uz HC-SR04) līdz D7 (uz motora vairoga)
• GND (uz HC-SR04) līdz GND (uz motora vairoga)

VIN piegādās aptuveni 6VDC uz HC-SR04, kam nepieciešams tikai 5V. Tomēr šķiet, ka tas darbojas labi. Cita pieejamā barošanas sliede (3,3 V) dažkārt ir piemērota, lai darbinātu HC-SR04 moduli (noteikti pamēģiniet), bet dažreiz nepietiek ar spriegumu.

Kad tas ir savienots, izmēģiniet piemēra kodu NodeMCUping.ino, lai pārbaudītu HC-SR04 darbību. Attālums no sensora līdz jebkuram objektam uz seriālā monitora (9600 plates) tiek izdrukāts centimetros. Iegūstiet mūsu lineālu un pārbaudiet precizitāti. Iespaidīgi vai ne?

Tagad, kad jums ir šāds mājiens, izmēģiniet kaut ko līdzīgu, lai izvairītos no sadursmes un autonomu transportlīdzekli:

1. uz priekšu, līdz attālums <10 cm
2. apstāties
3. apgriezt nelielu attālumu (pēc izvēles)
4. pagriezt nejaušu leņķi (laiku)
5. cilpa uz 1. darbību

Lai iegūtu vispārīgu pamatinformāciju, šeit ir apmācības video, kurā ir pilna informācija par HC-SR04 moduļa izmantošanu.

9. darbība. Autonomās navigācijas sensori: infrasarkanā (IR) atstarošana

IR atstarojošā sensora modulis izmanto TCRT5000 (datu lapu), lai noteiktu krāsu un attālumu. Modulis izstaro IR gaismu un pēc tam nosaka, vai tas saņem atstarojumu. Pateicoties spējai noteikt, vai virsma ir balta vai melna, šo sensoru bieži izmanto rindā, sekojot robotiem un automātiskai datu reģistrēšanai komunālo ierīču skaitītājos.

Mērīšanas attāluma diapazons ir no 1 mm līdz 8 mm, un centrālais punkts ir aptuveni 2,5 mm. Ir arī iebūvēts potenciometrs jutīguma regulēšanai. Kad modulis ir pievienots strāvas avotam, IR diode nepārtraukti izstaros IR gaismu. Ja izstarotā infrasarkanā gaisma netiek atstarota, triode būs izslēgtā stāvoklī, un digitālā (D0) izeja norāda uz zemu loģiku.

10. solis: lāzera stari

Šos parastos 5 mW 5 V lāzera moduļus var izmantot, lai pievienotu sarkanos lāzera starus gandrīz visam, kam ir pieejama 5 V jauda.

Ņemiet vērā, ka šos moduļus var viegli sabojāt, tāpēc HackerBox #0013 ietver pāris, lai nodrošinātu dublējumu. Uzmanieties ar lāzera moduļiem!

11. darbība. Automobiļa borta diagnostika (OBD)

Borta diagnostika (OBD) ir automobiļu termins, kas attiecas uz transportlīdzekļa pašdiagnostikas un ziņošanas iespējām. OBD sistēmas nodrošina transportlīdzekļa īpašniekam vai remonta tehniķim piekļuvi dažādu transportlīdzekļu apakšsistēmu statusam. OBD pieejamās diagnostikas informācijas apjoms ir ļoti mainījies kopš tās ieviešanas transportlīdzekļa borta datoru 1980. gadu sākuma versijās. OBD agrīnās versijas vienkārši iedegtu nepareizas darbības indikatora gaismu, ja tiktu atklāta problēma, bet nesniegtu nekādu informāciju par problēmas būtību. Mūsdienu OBD ieviešanā tiek izmantots standartizēts ciparu sakaru ports, lai sniegtu reāllaika datus papildus standartizētai diagnostikas kļūdu kodu sērijai vai DTC, kas ļauj ātri noteikt un novērst transportlīdzekļa darbības traucējumus.

OBD-II ir gan spēju, gan standartizācijas uzlabojums. OBD-II standarts nosaka diagnostikas savienotāja veidu un tā kontaktligzdu, pieejamos elektriskos signalizācijas protokolus un ziņojumapmaiņas formātu. Tas arī nodrošina kandidātu sarakstu ar transportlīdzekļa parametriem, kas jāuzrauga, kā arī to, kā kodēt datus par katru. Savienotājā ir tapa, kas nodrošina skenēšanas rīka barošanu no transportlīdzekļa akumulatora, un tāpēc nav nepieciešams skenēšanas rīku atsevišķi pievienot strāvas avotam. OBD-II diagnostikas traucējumu kodi ir četrciparu, un pirms tiem ir burts: P dzinējam un transmisijai (spēka piedziņa), B korpusam, C šasijai un U tīklam. Ražotāji savai īpašajai OBD-II ieviešanai var pievienot arī pielāgotus datu parametrus, tostarp reāllaika datu pieprasījumus, kā arī problēmu kodus.

ELM327 ir ieprogrammēts mikrokontrolleris savienošanai ar borta diagnostikas (OBD) saskarni, kas atrodama lielākajā daļā mūsdienu automašīnu. Komandu protokols ELM327 ir viens no populārākajiem datora un OBD saskarnes standartiem, un to īsteno arī citi pārdevēji. Oriģinālais ELM327 ir ieviests PIC18F2480 mikrokontrollerī no Microchip Technology. ELM327 apkopo zema līmeņa protokolu un piedāvā vienkāršu interfeisu, ko var izsaukt, izmantojot UART, parasti ar rokas diagnostikas rīku vai datorprogrammu, kas savienota ar USB, RS-232, Bluetooth vai Wi-Fi. Šādas programmatūras funkcija var ietvert transportlīdzekļa papildu instrumentus, ziņot par kļūdu kodiem un dzēst kļūdu kodus.

Lai gan griezes moments, iespējams, ir vispazīstamākais, ir daudzas lietojumprogrammas, kuras var izmantot kopā ar ELM327.

12. solis: uzlauziet planētu

Paldies, ka dalījāties mūsu piedzīvojumā automobiļu elektronikā. Ja jums patika šī pamācība un vēlaties, lai šāda elektronikas projektu kaste katru mēnesi tiktu piegādāta tieši uz jūsu pastkasti, lūdzu, pievienojieties mums, abonējot ŠEIT.

Sazinieties un dalieties savos panākumos zemāk esošajos komentāros un/vai HackerBoxes Facebook lapā. Noteikti informējiet mūs, ja jums ir kādi jautājumi vai nepieciešama palīdzība ar kaut ko. Paldies, ka esat daļa no HackerBoxes. Lūdzu, turpiniet saņemt savus ieteikumus un atsauksmes. HackerBoxes ir JŪSU kastes. Izgatavosim kaut ko lielisku!