Upcyklované RC auto: 23 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

RC auta pro mě vždy byla zdrojem vzrušení. Jsou rychlí, zábavní a nemusíte si dělat starosti, když je rozbijete. Přesto jako starší, zralejší RC nadšenec mě nevidí hrát si s malými dětskými RC auty. Musím mít velké, dospělé muže velikosti. Zde nastává problém: dospělá RC auta jsou drahá. Při procházení online stálo nejlevnější, co jsem našel, 320 dolarů, průměrně kolem 800 dolarů. Můj počítač je levnější než tyto hračky!

Věděl, že si tyto hračky nemůžu dovolit, výrobce ve mně řekl, že bych mohl vyrobit auto za desetinu ceny. Začal jsem tedy svou cestou proměnit odpadky ve zlato

Zásoby

Díly potřebné pro RC auto jsou následující:

• Ojeté RC auto
• Ovladač motoru L293D (formulář DIP)
• Arduino Nano
• Rádiový modul NRF24L01+
• RC dronová baterie (nebo jakákoli jiná vysokoproudá baterie)
• LM2596 Buck převodníky (2)
• Dráty
• Perfboard
• Malé, různé součásti (kolíkové kontakty, šroubové svorky, kondenzátory atd.)

Díly potřebné pro RC ovladač jsou následující:

• Použitý ovladač (musí mít 2 analogové joysticky)
• Arduino Nano
• Rádiový modul NRF24L01+
• Elektrické dráty

Krok 1: Recyklovaný poklad

Tento projekt původně začal asi před rokem, když jsme s přáteli plánovali vyrobit počítačem poháněné auto pro projekt hackathon (soutěž v kódování). Mým plánem bylo zajít do spořitelny, koupit největší RC auto, které jsem našel, vykuchat vnitřnosti a vyměnit ho za ESP32.

V časové tísni jsem přispěchal k Savers, koupil si RC auto a připravil se na hackathon. Bohužel mnoho dílů, které jsem potřeboval, nepřišlo včas, takže jsem musel projekt úplně zrušit.

Od té doby RC auto sbírá prach pod mojí postelí, až dosud…

Rychlý přehled:

V tomto projektu znovu použiji ojeté autíčko a IR ovladač, abych vytvořil Upcycled RC Car. Vykuchám vnitřnosti, implantuji Arduino Nano a pro komunikaci mezi nimi použiji rádiový modul NRF24L01+.

Krok 2: Teorie

„Pochopit, jak něco funguje, je důležitější než vědět, jak to funguje.“

- Kevin Yang 17.5.2020 (právě jsem to vymyslel)

Tím jsme začali hovořit o teorii a elektronice za Upcycled RC Car.

Na straně auta budeme používat NRF24L01+, Arduino Nano, ovladač motoru L293D, motory v RC autě a dva buck převodníky. Jeden převodník buck bude dodávat hnací napětí pro motor, zatímco druhý bude dodávat 5V pro Arduino Nano.

Na straně ovladače budeme používat NRF24L01+, Arduino Nano a analogové joysticky v repurovaném ovladači.

Krok 3: NRF24L01+

Než začneme, měl bych pravděpodobně vysvětlit slona v místnosti: NRF24L01+. Pokud název ještě neznáte, NRF24 je čip vyráběný společností Nordic Semiconductors. Je velmi populární v komunitě tvůrců pro rádiovou komunikaci díky své nízké ceně, malým rozměrům a dobře napsané dokumentaci.

Jak tedy modul NRF vlastně funguje? Pro začátek, NRF24L01+ pracuje na frekvenci 2,4 GHz. To je stejná frekvence, na jaké fungují Bluetooth a Wifi (s mírnými odchylkami!). Čip komunikuje mezi Arduinem pomocí SPI, čtyřpólového komunikačního protokolu. Pro napájení používá NRF24 3,3 V, ale piny jsou také tolerantní k 5 V. To nám umožňuje použít Arduino Nano, které používá 5V logiku, s NRF24, které používá 3,3V logiku. Několik dalších funkcí je následující.

Pozoruhodné vlastnosti:

• Běží na šířce pásma 2,4 GHz
• Rozsah napájecího napětí: 1,6 - 3,6V
• 5V tolerantní
• Používá SPI komunikaci (MISO, MOSI, SCK)
• Zabírá 5 pinů (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (Velmi důležité v tomto projektu!)
• Režim spánku
• Spotřebovává 900nA - 12mA
• Dosah přenosu: ~ 100 metrů (liší se podle zeměpisné polohy)
• Cena: 1,20 $ za modul (Amazon)

Pokud se chcete dozvědět více o NRF24L01+, podívejte se na konec do sekce Extra Readings

Krok 4: L293D - Double H -Bridge Motor Driver

Ačkoli Arduino Nano může dodávat dostatek proudu pro napájení LED, neexistuje způsob, jakým by Nano mohl napájet motor sám. K ovládání motoru proto musíme použít speciální ovladač. Kromě schopnosti dodávat proud bude čip ovladače také chránit Arduino před napěťovými špičkami, které vznikají zapínáním a vypínáním motoru.

Vložte L293D, čtyřnásobný poloviční ovladač motoru H-můstku nebo laicky řečeno čip, který může pohánět dva motory dopředu a dozadu.

L293D spoléhá na H-Bridges k ovládání rychlosti motoru i směru. Další funkcí je izolace napájecího zdroje, která umožňuje Arduinu vybít zdroj energie oddělený od motorů.

Krok 5: Vykuchání auta

Dost teorie a můžeme začít stavět!

Vzhledem k tomu, že RC auto není dodáváno s ovladačem (pamatujte si, že je z obchodu se šetrností), vnitřní elektronika je v podstatě k ničemu. Otevřel jsem tedy RC auto a hodil desku ovladače do svého šrotu.

Nyní je důležité si udělat pár poznámek, než začneme. Jedna věc, které si všimnete, je napájecí napětí pro RC auto. Auto, které jsem koupil, je velmi staré, ještě předtím, než se baterie na bázi lithia dostaly do hlavního proudu. To znamená, že toto RC auto bylo napájeno z Ni-Mh baterie o jmenovitém napětí 9,6 voltů. To je důležité, protože to bude napětí, na kterém budeme pohánět motory.

Krok 6: Jak auto funguje?

Mohu s 99% jistotou říci, že moje auto není stejné jako to vaše, což znamená, že tato část je v podstatě k ničemu. Je však důležité poukázat na několik funkcí, které má moje auto, protože z toho budu vycházet při návrhu.

Řízení

Na rozdíl od moderních RC aut auto, které upravuji, nepoužívá k zatáčení servo. Místo toho moje auto používá základní kartáčovaný motor a pružiny. To má mnoho nevýhod, zejména proto, že nemám schopnost jemných zatáček. Jednou bezprostřední výhodou však je, že nepotřebuji žádné složité ovládací rozhraní, abych se otočil. Jediné, co musím udělat, je napájet motor určitou polaritou (podle toho, jakým způsobem chci zatočit).

Diferenciální náprava

Úžasně, moje RC auto obsahuje také diferenciální nápravu a dva různé režimy řazení. To je docela zábavné, protože diferenciály se obvykle nacházejí v reálných automobilech, ne v malých RC. Myslel bych si, že než se tohle auto dostalo na pulty obchodů se spořivostí, byl to špičkový RC model.

Krok 7: Problém napájení

Když jsou funkce mimo provoz, musíme nyní hovořit o nejdůležitější části této sestavy: Jak budeme napájet RC auto? A abych byl konkrétnější: Kolik proudu je potřeba k pohonu motorů?

Abych na to odpověděl, připojil jsem baterii dronu k převodníku buck, kde jsem shodil 11V baterie na 9,6V motorů. Odtamtud jsem nastavil multimetr na aktuální režim 10A a dokončil obvod. Můj měřič přečetl, že motory potřebují 300 mA proudu, aby se mohly otáčet ve volném vzduchu.

I když to nemusí znít moc, měření, na kterém nám opravdu záleží, je zastavovací proud motorů. Abych to změřil, položil jsem ruce na kola, abych zabránil jejich otáčení. Když jsem se podíval na svůj měřič, zobrazil solidní 1A.

Věděl jsem, že hnací motory budou čerpat zhruba zesilovač, a pak jsem pokračoval v testování motorů řízení, které při zastavení čerpaly 500 mA. S těmito znalostmi jsem dospěl k závěru, že mohu napájet celý systém z baterie RC dronu a dvou převodníků buck LM2596*.

*Proč dvoupatrové ovladače? Každý LM2596 má maximální proud 3A. Kdybych vypnul vše z jednoho převodníku buck, chtěl bych čerpat hodně proudu, a proto bych měl docela velké napěťové špičky. Síla Arduino Nano podle návrhu spočívá vždy, když dojde k velkému nárůstu napětí. Proto jsem použil dva měniče k odlehčení zátěže a udržoval Nano izolovaný od motorů.

Poslední důležitou součástí, kterou potřebujeme, je tester napětí článků Li-Po. Účelem je chránit baterii před nadměrným vybitím, aby se zabránilo zničení životnosti baterie (vždy udržujte napětí článku lithiové baterie nad 3,5 V!)

Krok 8: RC automobilový obvod

Když je na cestě problém s napájením, můžeme nyní postavit obvod. Nahoře je schéma, které jsem vytvořil pro RC auto.

Mějte na paměti, že jsem nezahrnul připojení voltmetru baterie. Chcete -li použít voltmetr, stačí připojit konektor váhy k příslušným kolíkům voltmetru. Pokud jste to ještě nikdy neudělali, klikněte na video propojené v sekci Extra četby a dozvíte se více.

Poznámky k obvodu

Povolovací kolíky (1, 9) na L293D vyžadují, aby signál PWM měl proměnnou rychlost. To znamená, že k nim lze připojit pouze několik pinů na Arduino Nano. U ostatních kolíků na L293D jde cokoli.

Protože NRF24L01+ komunikuje přes SPI, musíme jeho SPI piny připojit k SPI pinům na Arduino Nano (připojte tedy MOSI -> MOSI, MISO -> MISO a SCK -> SCK). Je také důležité si všimnout, že jsem připojil pin IRQ NRF24 ke kolíku 2 na Arduino Nano. Důvodem je, že kolík IRQ klesne na LOW pokaždé, když NR24 obdrží zprávu. Když to vím, mohu spustit přerušení a říct Nano, aby četl rádio. To umožňuje Nano dělat jiné věci, zatímco čeká na nová data.

Krok 9: PCB

Protože chci, aby to byl modulární design, vytvořil jsem DPS pomocí desky Perf a spousty záhlaví.

Krok 10: Konečná připojení

Když byla PCB hotová a RC auto vykuchané, použil jsem aligátorové dráty, abych vyzkoušel, jestli vše funguje.

Po testování, že jsou všechna připojení správná, jsem nahradil aligátorové vodiče skutečnými kabely a připevnil všechny komponenty k šasi.

V tuto chvíli jste si možná uvědomili, že tento článek není návodem krok za krokem. Je to proto, že je prostě nemožné napsat každý jednotlivý krok, takže místo toho v následujících několika krocích Instructables budu sdílet několik tipů, které jsem se naučil při výrobě auta.

Krok 11: Tip 1: Umístění rádiového modulu

Abych zvýšil dosah RC auta, umístil jsem rádiový modul NRF co nejdále do strany. Důvodem je, že rádiové vlny se odrážejí od kovů, jako jsou desky plošných spojů a vodiče, což snižuje dosah. Abych to vyřešil, položil jsem modul na samou stranu desky plošných spojů a vyřízl štěrbinu v pouzdře auta, aby mohla vyčnívat.

Krok 12: Tip 2: Udržujte to modulární

Další věc, kterou jsem udělal, že mě několikrát zachránila, je propojit vše pomocí kolíků záhlaví a svorkovnic. To umožňuje snadnou výměnu dílů, pokud dojde k smažení jedné ze součástí (z jakéhokoli důvodu …).

Krok 13: Tip 3: Používejte chladiče

Motory v mém RC autě posouvají L293D na samé hranice. Přestože ovladač motoru dokáže nepřetržitě zpracovávat až 600 mA, znamená to také, že je velmi horký a rychlý! Proto je dobré přidat nějakou tepelnou pastu a chladiče, aby se L293D nemohl sám vařit. I s chladiči se však čip může zahřát na dotek. Proto je dobré nechat auto po 2-3 minutách hry vychladnout.

Krok 14: RC ovladač čas

Když je RC auto hotové, můžeme začít vyrábět ovladač.

Stejně jako RC auto jsem si před časem koupil ovladač v domnění, že bych s ním mohl něco udělat. Je ironií, že ovladač je ve skutečnosti IR, takže ke komunikaci mezi zařízeními používá infračervené LED diody.

Základní myšlenkou této sestavy je ponechat původní desku uvnitř ovladače a postavit kolem ní Arduino a NRF24L01+.

Krok 15: Základy analogového joysticku

Připojení k analogovému joysticku může být skličující zejména proto, že pro piny neexistuje žádná oddělovací deska. Žádný strach! Všechny analogové joysticky fungují na stejném principu vedení a obvykle mají stejný vývod.

Analogové joysticky jsou v podstatě jen dva potenciometry, které mění odpor při pohybu v různých směrech. Když například pohybujete joystickem doprava, potenciometr osy x změní hodnotu. Když nyní pohybujete joystickem dopředu, potenciometr osy y změní hodnotu.

S ohledem na to, když se podíváme na spodní stranu analogového joysticku, uvidíme 6 pinů, 3 pro potenciometr osy x a 3 pro potenciometr osy y. Vše, co musíte udělat, je připojit 5V a uzemnění k vnějším kolíkům a připojit střední pin k analogovému vstupu na Arduinu.

Mějte na paměti, že hodnoty pro potenciometr budou mapovány na 1024 a ne na 512! To znamená, že musíme v Arduinu použít vestavěnou funkci map () k ovládání jakýchkoli digitálních výstupů (jako signál PWM, který používáme k ovládání L293D). To je již v kódu provedeno, ale pokud plánujete napsat vlastní program, musíte to mít na paměti.

Krok 16: Připojení ovladače

Spojení mezi NRF24 a Nano jsou pro ovladač stále stejná, ale minus připojení IRQ.

Obvod pro ovladač je zobrazen výše.

Modifikace ovladače je rozhodně forma umění. Tento bod jsem již uvedl nesčetněkrát, ale jednoduše nelze napsat postup krok za krokem, jak to udělat. Stejně jako to, co jsem udělal dříve, poskytnu několik tipů na to, co jsem se naučil při vytváření svého ovladače.

Krok 17: Tip 1: Použijte součásti, které máte k dispozici

Prostor je v ovladači opravdu omezený, a proto, pokud chcete do auta zahrnout jakékoli další vstupy, použijte spínače a knoflíky, které již existují. Pro svůj ovladač jsem také k Nano připojil potenciometr a 3cestný přepínač.

Další věc, kterou je třeba mít na paměti, že toto je váš ovladač. Pokud vám pinouty nevyhovují, můžete je vždy uspořádat!

Krok 18: Tip 2: Odstraňte zbytečné stopy

Protože používáme původní desku, měli byste seškrábnout všechny stopy, které jdou na analogové joysticky a na všechny ostatní senzory, které používáte. Tím předejdete možnosti neočekávaného chování senzoru.

K provedení těchto řezů jsem jednoduše použil řezačku na krabice a několikrát zabodoval desku plošných spojů, abych stopy opravdu oddělil.

Krok 19: Tip 3: Udržujte dráty co nejkratší

Tento tip konkrétně hovoří o linkách SPI mezi modulem Arduino a NRF24, ale platí to i pro ostatní připojení. NRF24L01+ je extrémně citlivý na rušení, takže pokud jsou kabely zachyceny jakýmkoli šumem, dojde k poškození dat. To je jedna z hlavních nevýhod komunikace SPI. Stejně tak, pokud budete mít vodiče co nejkratší, budete celý ovladač čistší a organizovanější.

Krok 20: Tip 4: Umístění! Umístění! Umístění

Kromě toho, že jsou dráty jen co nejkratší, znamená to také udržovat vzdálenost mezi částmi co nejkratší.

Při hledání míst k připojení NRF24 a Arduina nezapomeňte je držet co nejblíže k sobě a joystickům.

Další věc, kterou je třeba mít na paměti, je, kam umístit modul NRF24. Jak již bylo řečeno, rádiové vlny nemohou procházet kovem, proto byste měli modul namontovat blízko boku ovladače. Za tímto účelem jsem Dremelem vyřízl malou štěrbinu, aby NRF24 trčel ze strany.

Krok 21: Kód

Pravděpodobně nejdůležitější částí tohoto sestavení je skutečný kód. Zahrnul jsem komentáře a vše, takže nebudu vysvětlovat každý program řádek po řádku.

S tím bylo řečeno, několik důležitých věcí, které chci zdůraznit, je, že pro spuštění programů budete muset stáhnout knihovnu NRF24. Pokud ještě nemáte nainstalované knihovny, doporučuji vám podívat se na návody propojené v sekci Další čtení, kde se dozvíte, jak na to. Rovněž při odesílání signálů na L293D nikdy nezapínejte oba směrovací kolíky. Tím dojde ke zkratu ovladače motoru a jeho spálení.

Github-

Krok 22: Konečný produkt

Konečně, po roce sbírání prachu a 3 týdnech ruční práce, jsem konečně dokončil výrobu Upcycled RC auta. I když musím přiznat, že není nikde tak silný, jako auta viděná v úvodu, vyšel mnohem lépe, než jsem si myslel. Vůz může jezdit 40 minut, než se vybije, a může se dostat až 150 m od ovladače.

Několik věcí, které bych rozhodně udělal pro vylepšení auta, je vyměnit L293D za L298, větší a výkonnější ovladač motoru. Další věc, kterou bych udělal, je vyměnit výchozí rádiový modul NRF za zesílenou verzi antény. Tyto úpravy by zvýšily točivý moment a dojezd vozu.

Krok 23: Extra čtení:

NRF24L01+

• Datový list severských polovodičů
• Komunikace SPI (článek)
• Základní nastavení (video)
• Výukový program do hloubky (článek)
• Pokročilé tipy a triky (série videí)

L293D

• Datový list Texas Instruments
• Výukový program do hloubky (článek)