HackerBoxes 0013: Autosport: 12 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

AUTOSPORT: Tento měsíc HackerBox Hackers zkoumají automobilovou elektroniku. Tento Instructable obsahuje informace pro práci s HackerBoxes #0013. Pokud byste chtěli každý měsíc dostávat takovéto schránky do své schránky, nyní je čas přihlásit se k odběru na HackerBoxes.com a připojit se k revoluci!

Témata a vzdělávací cíle pro tento HackerBox:

• Přizpůsobení NodeMCU pro Arduino
• Sestavení sady do auta 2WD
• Zapojení NodeMCU k ovládání 2WD sady do auta
• Ovládání NodeMCU přes WiFi pomocí Blynk
• Použití senzorů pro autonomní navigaci
• Práce s palubní diagnostikou automobilů (OBD)

HackerBoxes je služba měsíčního předplatného pro elektroniku a výpočetní techniku pro kutily. Jsme fandové, tvůrci a experimentátoři. Hackujte planetu!

Krok 1: HackerBoxes 0013: Obsah krabice

• Sběratelská referenční karta HackerBoxes #0013
• Sada podvozku do auta 2WD
• Modul procesoru WiFi NodeMCU
• Motorový štít pro NodeMCU
• Propojovací blok pro štít motoru
• Box na baterie (4 x AA)
• Ultrazvukový snímač rozsahu HC-SR04
• IR snímače odrazivosti TCRT5000
• Propojky DuPont pro ženy a ženy 10 cm
• Dva červené laserové moduly
• Palubní diagnostika Mini-ELM327 (OBD)
• Exkluzivní závodní obtisk HackerBoxes

Některé další věci, které budou užitečné:

• Čtyři baterie AA
• Oboustranná pěnová páska nebo pásky na suchý zip
• kabel microUSB
• Chytrý telefon nebo tablet
• Počítač s Arduino IDE

A co je nejdůležitější, budete potřebovat smysl pro dobrodružství, kutilského ducha a hackerskou zvědavost. Hardcore fandění elektroniky není vždy snadné, ale když vytrváte a užíváte si dobrodružství, může velká spokojenost vycházet z vytrvalosti a zprovoznění vašich projektů. Každý krok udělejte pomalu, pamatujte na detaily a neváhejte požádat o pomoc.

Krok 2: Automobilová elektronika a samořiditelná auta

Automobilová elektronika jsou jakékoli elektronické systémy používané v silničních vozidlech. Patří sem carputery, telematika, systémy automobilové zábavy atd. Automobilová elektronika vznikla z potřeby ovládat motory. První byly použity k ovládání funkcí motoru a byly označovány jako řídicí jednotky motoru (ECU). Jak se elektronické ovládání začalo používat pro více automobilových aplikací, zkratka ECU nabyla obecnějšího významu „elektronická řídicí jednotka“a poté byly vyvinuty konkrétní ECU. Nyní jsou ECU modulární. Dva typy zahrnují řídicí moduly motoru (ECM) nebo řídicí moduly převodovky (TCM). Moderní auto může mít až 100 ECU.

Rádiem ovládaná auta (vozy R/C) jsou osobní nebo nákladní automobily, které lze ovládat na dálku pomocí specializovaného vysílače nebo dálkového ovladače. Termín „R/C“byl používán ve smyslu „dálkově ovládaného“i „rádiem řízeného“, ale běžné použití „R/C“se dnes obvykle vztahuje na vozidla ovládaná vysokofrekvenčním spojením.

Autonomní auto (auto bez řidiče, auto s vlastním řízením, robotické auto) je vozidlo, které dokáže vnímat své prostředí a navigovat bez lidského zásahu. Autonomní auta dokážou detekovat okolí pomocí celé řady technik, jako je radar, lidar, GPS, odometrie a počítačové vidění. Pokročilé řídicí systémy interpretují senzorické informace k identifikaci vhodných navigačních cest, překážek a příslušných značek. Autonomní auta mají řídicí systémy, které jsou schopné analyzovat senzorická data a rozlišovat mezi různými vozy na silnici, což je velmi užitečné při plánování cesty k požadovanému cíli.

Krok 3: Arduino pro NodeMCU

NodeMCU je open source platforma IoT. Obsahuje firmware, který běží na ESP8266 Wi-Fi SoC od Espressif Systems a hardware založený na modulu ESP-12.

Arduino IDE lze nyní snadno rozšířit na podporu programování modulů NodeMCU, jako by to byla jakákoli jiná vývojová platforma Arduino.

Pro začátek se ujistěte, že máte nainstalovaný Arduino IDE (www.arduino.cc) a ovladače pro příslušný čip Serial-USB na používaném modulu NodeMCU. V současné době většina modulů NodeMCU obsahuje čip CH340 Serial-USB. Výrobce čipů CH340 (WCH.cn) má k dispozici ovladače pro všechny populární operační systémy. Podívejte se na stránku jejich překladu Google.

Spusťte Ardino IDE, přejděte do předvoleb a vyhledejte pole pro zadávání „Další adresy URL správce Board“

Vložte tuto adresu URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Chcete -li nainstalovat Board Manager pro ESP8266.

Po instalaci zavřete IDE a poté jej spusťte zpět.

Nyní připojte modul NodeMCU k počítači pomocí kabelu microUSB (jak jej používá většina mobilních telefonů a tabletů).

Vyberte typ desky v Arduino IDE jako NodeMCU 1.0

Vždy rádi načítáme a testujeme ukázku mrknutí na nové desce Arduino, abychom získali jistotu, že vše funguje správně. NodeMCU není výjimkou, ale před kompilací a nahráváním musíte změnit pin LED z pin13 na pin16. Ujistěte se, že tento rychlý test funguje správně, než přejdete na cokoli složitějšího s Arduino NodeMCU.

Zde je návod, který prochází procesem nastavení pro Arduino NodeMCU s několika různými příklady aplikací. Zde je to trochu scestné z cíle, ale může být užitečné podívat se na jiný úhel pohledu, pokud se zaseknete.

Krok 4: 2WD Car Chassis Kit

Obsah sady 2WD Car Chassis Kit:

• Hliníkový podvozek (barvy se liší)
• Dva stejnosměrné motory FM90
• Dvě kola s gumovými pneumatikami
• Volnoběžka
• Montážní hardware
• Montážní hardware

Motory FM90 DC vypadají jako mikro servo, protože jsou zabudovány ve stejném plastovém pouzdře jako běžná mikro serva, jako jsou FS90, FS90R nebo SG92R. FM90 však není servo. FM90 je stejnosměrný motor s plastovou převodovkou.

Rychlost motoru FM90 je řízena napájecími vodiči s modulací šířky impulzů (PWM). Směr je řízen výměnou polarity napájení jako u jakéhokoli kartáčovaného stejnosměrného motoru. FM90 může pracovat na 4-6 V DC. I když je malý, odebírá dostatek proudu, takže by neměl být napájen přímo z kolíku mikrokontroléru. Měl by být použit ovladač motoru nebo H-můstek.

Specifikace stejnosměrného motoru FM90:

• Rozměry: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3 palce x 0,49 palce x 1,2 palce
• Počet spline: 21
• Hmotnost: 8,4 g
• Rychlost bez zatížení: 110 otáček za minutu (4,8 v) / 130 otáček za minutu (6 v)
• Provozní proud (bez zatížení): 100mA (4,8v) / 120mA (6v)
• Peak Stall Torque (4,8 V): 1,3 kg/cm/18,09 oz/in
• Peak Stall Torque (6v): 1,5 kg/cm/20,86 oz/in
• Zastavený proud: 550mA (4,8v) / 650mA (6v)

Krok 5: Podvozek automobilu: Mechanická montáž

Automobilový podvozek lze snadno sestavit podle tohoto schématu.

Všimněte si, že existují dvě malé tašky hardwaru. Jeden obsahuje montážní hardware se šesti mosaznými patkami 5 mm-M3 spolu s odpovídajícími šrouby a maticemi. Tento montážní hardware může být užitečný v dalších krocích montáže ovladačů, senzorů a dalších položek na šasi.

Pro tento krok použijeme montážní hardware, který obsahuje:

• Čtyři tenké šrouby M2x8 a malé matice pro připevnění motorů
• Čtyři silnější šrouby M3x10 a větší matice pro připevnění kolečka
• Dva šrouby PB2.0x8 s hrubými závity pro připevnění kol k motorům

Mějte na paměti, že motory FM90 jsou orientovány tak, že vodiče vycházejí ze zadní části sestaveného podvozku.

Krok 6: Podvozek automobilu: Přidejte napájecí zdroj a ovladač

Deska stínění motoru ESP-12E podporuje přímé připojení modulu NodeMCU. Štít motoru obsahuje čip ovladače L293DD push-pull motoru (datový list). Vodiče motoru by měly být připojeny ke šroubovým svorkám A+/A- a B+/B- na stínění motoru (po odstranění konektorů). Vodiče baterie by měly být zapojeny do šroubových svorek vstupu baterie.

Pokud se jedno z kol otáčí špatným směrem, lze vodiče k odpovídajícímu motoru zaměnit na šroubových svorkách nebo lze v kódu převést směrový bit (další krok).

Na krytu motoru je plastové tlačítko pro aktivaci napájení baterie. Propojovací blok lze použít ke směrování napájení do NodeMCU ze štítu motoru. Bez nainstalovaného propojovacího bloku se NodeMCU může napájet z kabelu USB. Když je nainstalován propojovací blok (jak je znázorněno), baterie napájí motory a je také napájena do modulu NodeMCU.

Kryt motoru a bateriový modul lze namontovat na šasi tak, že otvory pro šrouby zarovnáte s dostupnými otvory v hliníkovém šasi. Pro nás je však jednodušší je jednoduše připevnit k podvozku pomocí oboustranné pěnové pásky nebo lepicích pásků na suchý zip.

Krok 7: Podvozek automobilu: Programování a ovládání Wi-Fi

Blynk je platforma s aplikacemi pro iOS a Android pro ovládání Arduina, Raspberry Pi a dalšího hardwaru přes internet. Je to digitální řídicí panel, kde můžete pro svůj projekt vytvořit grafické rozhraní pouhým přetažením widgetů. Je opravdu jednoduché vše nastavit a hned si začnete pohrávat. Blynk vás dostane online a připravený na internet vašich věcí.

Zde zahrnutý skript HBcar.ino Arduino ukazuje, jak propojit čtyři tlačítka (vpřed, vzad, vpravo a vlevo) na projektu Blynk pro ovládání motorů na podvozku 2WD.

Před kompilací je třeba v programu změnit tři řetězce:

• Wi-Fi SSID (pro váš přístupový bod Wi-Fi)
• Heslo Wi-Fi (pro přístupový bod Wi-Fi)
• Autorizační token Blynk (z vašeho projektu Blynk)

Všimněte si z ukázkového kódu, že čip L293DD na stínění motoru je zapojen následovně:

• GPIO pin 5 pro rychlost motoru A.
• GPIO pin 0 pro směr motoru A.
• GPIO pin 4 pro rychlost motoru B.
• GPIO pin 2 pro směr B motoru

Krok 8: Senzory pro autonomní navigaci: Ultrazvukový dálkoměr

Ultrazvukový dálkoměr HC-SR04 (datový list) může poskytovat měření od asi 2 cm do 400 cm s přesností až 3 mm. Modul HC-SR04 obsahuje ultrazvukový vysílač, přijímač a řídicí obvod.

Po připojení čtyř propojek mezi ženami a ženami k kolíkům HC-SR04 může omotání určité pásky kolem konektorů pomoci izolovat spoje od zkratu k hliníkovému šasi a také poskytnout poddajnou hmotu pro zaklínění do štěrbiny v přední části podvozku podle obrázku.

V tomto případě mohou být čtyři piny na HC-SR04 připojeny ke stínění motoru:

• VCC (na HC-SR04) až VIN (na stínění motoru)
• Spoušť (na HC-SR04) až D6 (na stínění motoru)
• Echo (na HC-SR04) na D7 (na stínění motoru)
• GND (na HC-SR04) až GND (na stínění motoru)

VIN bude dodávat asi 6VDC do HC-SR04, který potřebuje pouze 5V. Zdá se však, že to funguje dobře. Druhá dostupná napájecí lišta (3,3 V) je někdy dostačující pro napájení modulu HC-SR04 (určitě to zkuste), ale někdy to nestačí.

Jakmile je toto zapojeno, vyzkoušejte ukázkový kód NodeMCUping.ino a otestujte provoz HC-SR04. Vzdálenost od senzoru k jakémukoli předmětu je vytištěna na sériovém monitoru (deska 9600) v centimetrech. Získejte naše pravítko a vyzkoušejte přesnost. Působivé, že?

Nyní, když máte tento tip, zkuste něco podobného pro autonomní vozidlo, které zabrání kolizi:

1. dopředu až do vzdálenosti <10 cm
2. Stůj
3. couvání na malou vzdálenost (volitelně)
4. otočit náhodný úhel (čas)
5. smyčka ke kroku 1

Pro obecné informace o pozadí je zde výukové video plné podrobností o používání modulu HC-SR04.

Krok 9: Senzory pro autonomní navigaci: Infračervená (IR) odrazivost

Modul IR reflexního senzoru využívá k detekci barev a vzdálenosti TCRT5000 (datový list). Modul vyzařuje infračervené světlo a poté detekuje, zda přijímá odraz. Díky své schopnosti rozpoznat, zda je povrch bílý nebo černý, je tento senzor často používán v řadě za roboty a automatickým protokolováním dat na měřičích obsluhy.

Rozsah měřicí vzdálenosti je od 1 mm do 8 mm a centrální bod je asi 2,5 mm. K dispozici je také integrovaný potenciometr pro nastavení citlivosti. Když je modul připojen k napájení, IR dioda bude nepřetržitě vysílat infračervené světlo. Pokud není vyzařované infračervené světlo odraženo, bude trioda ve vypnutém stavu, což způsobí, že digitální (D0) výstup bude indikovat logickou LOW.

Krok 10: Laserové paprsky

Tyto běžné 5mW 5V laserové moduly lze použít k přidání červených laserových paprsků téměř ke všemu, co má k dispozici 5V napájení.

Všimněte si, že tyto moduly lze snadno poškodit, takže HackerBox #0013 obsahuje pár, který poskytuje zálohu. Dávejte pozor na své laserové moduly!

Krok 11: Automobilová palubní diagnostika (OBD)

Palubní diagnostika (OBD) je automobilový termín odkazující na schopnost autodiagnostiky a hlášení vozidla. Systémy OBD umožňují majiteli vozidla nebo opraváři přístup ke stavu různých subsystémů vozidla. Množství diagnostických informací dostupných prostřednictvím OBD se od jeho zavedení ve verzích palubních počítačů počátkem 80. let značně lišilo. Dřívější verze OBD by jednoduše rozsvítily indikátor poruchy, pokud by byl detekován problém, ale neposkytovaly by žádné informace o povaze problému. Moderní implementace OBD používají standardizovaný digitální komunikační port k poskytování dat v reálném čase kromě standardizované řady diagnostických poruchových kódů nebo DTC, které umožňují rychle identifikovat a odstraňovat poruchy ve vozidle.

OBD-II je vylepšení schopností i standardizace. Standard OBD-II specifikuje typ diagnostického konektoru a jeho vývod, dostupné protokoly elektrické signalizace a formát zpráv. Poskytuje také kandidátský seznam parametrů vozidla ke sledování spolu s tím, jak kódovat data pro každý z nich. V konektoru je kolík, který zajišťuje napájení diagnostického nástroje z baterie vozidla, což eliminuje potřebu samostatného připojení diagnostického nástroje ke zdroji napájení. Diagnostické poruchové kódy OBD-II jsou 4místné a před nimi je písmeno: P pro motor a převodovku (hnací ústrojí), B pro tělo, C pro podvozek a U pro síť. Výrobci mohou také přidat vlastní datové parametry ke své konkrétní implementaci OBD-II, včetně požadavků na data v reálném čase a chybových kódů.

ELM327 je naprogramovaný mikrokontrolér pro propojení s rozhraním palubní diagnostiky (OBD), který se nachází ve většině moderních automobilů. Příkazový protokol ELM327 je jedním z nejpopulárnějších standardů rozhraní PC-OBD a je implementován také jinými dodavateli. Původní ELM327 je implementován na mikrokontroléru PIC18F2480 od společnosti Microchip Technology. ELM327 abstrahuje nízkoúrovňový protokol a představuje jednoduché rozhraní, které lze volat pomocí UART, obvykle pomocí ručního diagnostického nástroje nebo počítačového programu připojeného přes USB, RS-232, Bluetooth nebo Wi-Fi. Funkce takového softwaru může zahrnovat doplňkové vybavení vozidla, hlášení chybových kódů a mazání chybových kódů.

Zatímco moment je pravděpodobně nejznámější, s ELM327 lze použít mnoho aplikací.

Krok 12: Hackujte planetu

Děkujeme za sdílení našeho dobrodružství s automobilovou elektronikou. Pokud vás tento Instrucable bavil a chtěli byste si nechat každý měsíc doručit krabici s elektronickými projekty přímo do vaší schránky, připojte se k nám PŘIHLÁŠENÍM ZDE.

Oslovte a podělte se o svůj úspěch v níže uvedených komentářích a/nebo na facebookové stránce HackerBoxes. Určitě nám dejte vědět, pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete s čímkoli pomoci. Děkujeme, že jste součástí HackerBoxes. Nechte si prosím své návrhy a zpětnou vazbu. HackerBoxes jsou VAŠE boxy. Pojďme udělat něco skvělého!