RC čtyřkolový pozemní rover: 11 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:25

Toto je „monolit na kolech“(díky Stanley Kubrick: D)

Byl to jeden z mých snů postavit dálkově ovládaný pozemní rover od té doby, co jsem začal hrát s elektronikou, protože mě bezdrátové věci vždy fascinovaly. Neměl jsem dost času a peněz na stavbu jednoho až do svého projektu na vysoké škole. Pro svůj poslední rok jsem tedy postavil čtyřkolový rover. V tomto pokynu vysvětlím, jak jsem použil skříň starého zesilovače ke stavbě roveru od nuly a jak vyrobit radič.

Jedná se o čtyřkolový pozemní rover se čtyřmi samostatnými hnacími motory. Obvod ovladače motoru je založen na L298N a řízení RF je založeno na páru HT12E a HT12D od polovodiče Holtek. Nepoužívá Arduino ani jiné mikrokontroléry. Verze, kterou jsem vytvořil, používá pro bezdrátový provoz levný pár vysílače a přijímače ASK v pásmu 433 MHz ISM. Rover se ovládá čtyřmi tlačítky a použitým způsobem řízení je diferenciální pohon. Ovladač má dosah asi 100 m v otevřeném prostoru. Začněme stavět hned.

(Všechny obrázky jsou ve vysokém rozlišení. Pro vysoké rozlišení je otevřete na nové kartě.)

Krok 1: Potřebné součásti a nástroje

• Kola 4 x 10 cm x 4 cm s otvory 6 mm (nebo taková, která jsou kompatibilní s vašimi motory)
• 4 x 12, 300 nebo 500 RPM motory s 6 mm hřídelí
• 1 x kovový kryt vhodné velikosti (znovu jsem použil staré kovové pouzdro)
• 4 x svorky motoru ve tvaru L
• 2 x 6V 5Ah, olověné baterie
• 1 x 9V baterie
• 1 x L298N Motor Driver Board nebo holý IC
• Vysílač 1 x 433 MHz
• 2 x 433 MHz přijímač (kompatibilní)
• Tlačítka 4 x 12 mm
• 1 x DC barel jack
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR Gate IC
• 1 x CD4069 Quad NOT Gate IC
• 4 x 100uF elektrolytické kondenzátory
• 7 x 100nF keramické kondenzátory
• Rezistory 4 x 470R
• 1 x 51K odpor (důležité)
• 1 x 680R odpor
• 1 x 1M rezistor (důležité)
• 1 x 7805 nebo LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• 3 x 2pin šroubové svorky
• 1 x SPDT kolébkový přepínač
• 1 x matná černá barva
• LED diody, vodiče, běžné desky plošných spojů, zásuvky IC, přepínače, vrtačka, Dremel, pískovací papíry a další nástroje

Díly, jako jsou motory, kola, svorky atd., Lze vybrat podle vašich požadavků.

Krok 2: Schéma ovladače motoru

HT12D je 12bitový dekodér, což je dekodér sériového vstupu a paralelního výstupu. Vstupní pin HT12D bude připojen k přijímači, který má sériový výstup. Mezi 12 bity je 8 bitů adresových bitů a HT12D dekóduje vstup, pouze pokud se příchozí data shodují s jeho aktuální adresou. To je užitečné, pokud chcete provozovat více zařízení se stejnou frekvencí. K nastavení hodnoty adresy můžete použít 8kolíkový přepínač DIP. Ale připájel jsem je přímo na GND, což dává adresu 00000000. HT12D je zde provozován na 5V a hodnota Rosc je 51 KΩ. Hodnota odporu je důležitá, protože jeho změna může způsobit problémy s dekódováním.

Výstup přijímače 433 MHz je připojen ke vstupu HT12D a čtyři výstupy jsou připojeny k ovladači L298 2A dual H-bridge. Řidič potřebuje pro správný odvod tepla chladič, protože se může velmi zahřát.

Když stisknu levé tlačítko na dálkovém ovládání, chci, aby M1 a M2 běžely opačným směrem než u M3 a M4 a naopak pro pravý provoz. Pro provoz vpřed budou všechny motory muset běžet stejným směrem. Toto se nazývá diferenciální pohon a používá se v bitevních tancích. Proto potřebujeme k ovládání nejen jeden pin, ale i čtyři současně. Toho nelze dosáhnout pomocí tlačítek SPST, která mám, pokud nemáte nějaké přepínače SPDT nebo joystick. Pochopíte to při pohledu na výše uvedenou logickou tabulku. V dalším kroku je na konci vysílače dosaženo požadované logiky.

Celé nastavení je napájeno dvěma 6V, 5Ah olověnými bateriemi v sériové konfiguraci. Tímto způsobem budeme mít dostatek prostoru pro umístění baterií do šasi. Ale bude lepší, když najdete Li-Po baterie v rozsahu 12V. K připojení baterií Pb-Acid k externí nabíječce se používá DC barel jack. 5V pro HT12D je generováno pomocí regulátoru 7805.

Krok 3: Sestavení ovladače motoru

Na pájení všech součástek jsem použil perfboard. Nejprve umístěte součásti způsobem, který je snadnější pájet bez použití mnoha propojek. To je otázka zkušeností. Jakmile je umístění uspokojivé, pájejte nohy a odřízněte přebytečné části. Nyní je čas na směrování. Možná jste použili funkci automatického routeru v mnoha softwarech pro návrh desek plošných spojů. Vy jste tu router. Použijte svou logiku pro nejlepší směrování s minimálním použitím propojek.

Místo přímého pájení jsem použil zásuvku IC pro přijímač RF, protože ji mohu později znovu použít. Celá deska je modulární, takže je mohu v případě potřeby později snadno rozebrat. Být modulární je jedním z mých předchůdců.

Krok 4: Schéma dálkového ovladače RF

Jedná se o 4kanálový dálkový ovladač RF pro vozítko. Dálkový ovladač je založen na páru kodér-dekodér řady HT12E a HT12D, 2^12 od polovodiče Holtek. RF komunikaci umožňuje pár 433 MHz ASK vysílač-přijímač.

HT12E je 12bitový kodér a v zásadě paralelní vstupně-sériový výstupní kodér. Z 12 bitů jsou 8bitové adresové bity, které lze použít k ovládání více přijímačů. Piny A0-A7 jsou kolíky pro zadání adresy. Frekvence oscilátoru by měla být 3 KHz pro provoz 5V. Pak bude hodnota Rosc pro 5V 1,1 MΩ. Žalujeme 9V baterii, a proto je hodnota Rosc 1 MΩ. Přesný kmitočet oscilátoru a odpor, které mají být použity pro konkrétní rozsah napětí, najdete v datovém listu. AD0-AD3 jsou řídicí bitové vstupy. Tyto vstupy budou ovládat výstupy D0-D3 dekodéru HT12D. Výstup HT12E můžete připojit k jakémukoli modulu vysílače, který přijímá sériová data. V tomto případě připojíme výstup na vstupní pin vysílače 433MHz.

Máme čtyři motory pro dálkové ovládání, z nichž každý dva jsou zapojeny paralelně pro diferenciální pohon, jak je vidět na předchozím blokovém schématu. Chtěl jsem ovládat motory pro diferenciální pohon pomocí čtyř běžně dostupných tlačítek SPST. Ale je tu problém. Nemůžeme ovládat (ani povolit) více kanálů kodéru HT12E pouhými tlačítky SPST. Zde vstupují do hry logické brány. Jeden logický ovladač 4069 CMOS NOR a jeden 4077 NAND. Při každém stisknutí tlačítek logická kombinace generuje požadované signály na více vstupních pinech kodéru (to bylo intuitivní řešení, spíše než něco, co vymyslelo experimentování, jako „žárovka!“). Výstup těchto logických bran je připojen ke vstupům HT12E a poslán sériově přes vysílač. Po přijetí signálu HT12D signál dekóduje a podle toho zatáhne za výstupní piny, které pak budou pohánět L298N a motory.

Krok 5: Sestavení vzdáleného kotle RF

Pro dálkový ovladač jsem použil dva samostatné kusy perfboardu; jeden pro tlačítka a druhý pro logický obvod. Všechny desky jsou plně modulární a lze je tedy odpojit bez jakéhokoli odpájení. Kolík antény vysílacího modulu je připojen k externí teleskopické anténě zachráněné ze starého rádia. Můžete k tomu ale použít jeden kus drátu. Dálkový ovladač používá přímo 9V baterii.

Všechno bylo nacpané do malé plastové krabičky, kterou jsem našel v haraburdí. Není to nejlepší způsob, jak vytvořit dálkový ovladač, ale plní svůj účel.

Krok 6: Malování dálkového ovladače

Všechno bylo zabaleno uvnitř s tlačítky, přepínačem DPDT, indikátorem zapnutí LED a odkrytou anténou. Vyvrtal jsem několik otvorů poblíž vysílače, protože jsem zjistil, že se po delším provozu trochu zahřívá. Otvory tedy zajistí určité proudění vzduchu.

Bylo chybou vyříznout velký obdélníkový otvor nahoře místo malých čtyř. Možná jsem myslel něco jiného. Na dokončení jsem použil metalickou stříbrnou barvu.

Krok 7: Sestavení podvozku

Jako podvozek roveru jsem použil starý kovový kryt zesilovače. Dole měl otvory a některé musel rozšířit vrtákem, což usnadnilo upevnění svorek motoru. Musíte najít něco podobného nebo ho vyrobit pomocí plechu. Pravoúhlé svorky motoru (nebo svorky L) mají po šesti otvorech pro šrouby. Celé nastavení nebylo tak robustní, protože tloušťka plechu byla malá, ale dostačující na to, aby unesla veškerou váhu baterií a všeho. Motory lze připevnit ke svorkám pomocí matic dodávaných s motory s DC převodovkou. Hřídel motoru má závitový otvor pro uchycení kol.

Použil jsem stejnosměrné motory s převodovkou 300 ot / min s plastovou převodovkou. Motory s plastovou převodovkou (ozubená kola jsou stále kovové) jsou levnější než motory s převodovkou Johnson. Ale rychleji se opotřebovávají a nemají tolik točivého momentu. Doporučuji použít motory s převodovkou Johnson s otáčkami 500 nebo 600. 300 ot / min na dobrou rychlost nestačí.

Každý motor musí být připájen keramickými kondenzátory 100 nF, aby se omezilo jiskření kontaktů uvnitř motorů. To zajistí lepší životnost motorů.

Krok 8: Malování podvozku

Malování je snadné pomocí plechovek se sprejem. Na celý podvozek jsem použil matnou černou. Pro lepší povrchovou úpravu je třeba kovové tělo očistit brusným papírem a odstranit všechny staré vrstvy laku. Pro dlouhou životnost naneste dvě vrstvy.

Krok 9: Testování a dokončení

Byl jsem opravdu nadšený, když jsem viděl, že všechno fungovalo bezchybně při prvním testování. Myslím, že to bylo poprvé, co se něco takového stalo.

Pomocí tiffinového boxu jsem držel desku řidiče uvnitř. Jelikož je vše modulární, montáž je snadná. Anténní vodič přijímače RF byl připojen k anténě z ocelového drátu mimo šasi.

Všechno po sestavení vypadalo skvěle, přesně tak, jak jsem očekával.

Krok 10: Podívejte se na to v akci

Nahoře je, když jsem použil rover k přepravě modulu GPS + akcelerometru pro jiný projekt. Na horní desce jsou GPS, akcelerometr, RF transceiver a domácí Arduino. Pod ním je deska řidiče motoru. Můžete vidět, jak jsou tam umístěny baterie Pb-Acid. Je tu pro ně dost místa, přestože uprostřed je tiffin box.

Podívejte se na vozítko v akci ve videu. Video je trochu roztřesené, když jsem ho natáčel telefonem.

Krok 11: Vylepšení

Jak vždy říkám, vždy je co zlepšovat. To, co jsem vyrobil, je jen základní RC rover. Není dost silný na to, aby unesl závaží, uhnul překážkám a nebyl ani rychlý. Dosah rádiového ovladače je v otevřeném prostoru omezen na přibližně 100 metrů. Při vytváření jedné byste se měli pokusit vyřešit všechny tyto nevýhody; nejen jej replikujte, pokud nejste omezeni dostupností dílů a nástrojů. Zde jsou některé z mých návrhů na vylepšení.

• Pro lepší vyvážení otáček a točivého momentu použijte motory s kovovou převodovkou Johnson s 500 nebo 600 ot / min. Jsou opravdu výkonné a při 12 V mohou vyvinout točivý moment až 12 kg. Budete však potřebovat kompatibilní ovladač motoru a baterie pro vysoké proudy.
• K řízení PWM motoru použijte mikrokontrolér. Tímto způsobem můžete ovládat rychlost roveru. Bude potřebovat speciální spínač pro ovládání rychlosti na konci dálkového ovladače.
• Pro lepší dosah použijte lepší a výkonnější pár rádiových vysílačů a přijímačů.
• Silný podvozek pravděpodobně vyrobený z hliníku spolu s pružinovými tlumiči.
• Otočná robotická platforma pro připevnění robotických ramen, kamer a dalších věcí. Lze vyrobit pomocí serva v horní části podvozku.

Mám v plánu postavit 6kolový rover se všemi výše uvedenými funkcemi a použít jej jako platformu roveru pro obecné účely. Doufám, že se vám tento projekt líbil a něco jste se dozvěděli. Děkuji za přečtení:)