Kierrätetty RC -auto: 23 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

RC -autot ovat aina olleet minulle jännityksen lähde. Ne ovat nopeita, hauskoja, eikä sinun tarvitse huolehtia, jos törmäät niihin. Kuitenkin vanhempana, kypsempänä RC -harrastajana minua ei voida nähdä leikkimässä pienillä lasten RC -autoilla. Minulla on oltava isoja, aikuisen miehen kokoisia. Tässä syntyy ongelma: aikuiset RC -autot ovat kalliita. Verkkoselaamisen aikana halvin löytämäni hinta oli 320 dollaria, keskimäärin noin 800 dollaria. Tietokoneeni on halvempi kuin nämä lelut!

Tietäen, ettei minulla ole varaa näihin leluihin, valmistaja minussa sanoi, että voin tehdä auton kymmenesosalla hinnasta. Aloitin siis matkan muuttaa roskat kullaksi

Tarvikkeet

RC -autoon tarvittavat osat ovat seuraavat:

• Käytetty RC -auto
• L293D -moottorin ohjain (DIP -lomake)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ radiomoduuli
• RC Drone -akku (tai mikä tahansa muu suurvirtainen akku)
• LM2596 Buck -muuntimet (2)
• Johdot
• Perfboard
• Pienet, erilaiset komponentit (nastat, ruuviliittimet, kondensaattorit jne.)

RC -ohjaimeen tarvittavat osat ovat seuraavat:

• Käytetty ohjain (pitää olla 2 analogista ohjaussauvaa)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ radiomoduuli
• Sähköjohdot

Vaihe 1: Kierrätetty aarre

Tämä projekti alkoi alunperin noin vuosi sitten, kun ystäväni ja minä suunnittelimme tehdä tietokoneella ajettavan auton hackathon-projektille (koodauskilpailu). Suunnitelmani oli mennä säästökauppaan, ostaa suurin löydetty RC -auto, suolistaa sisäosat ja korvata se ESP32: lla.

Aikakriisissä ryntäsin Saversin luo, ostin RC -auton ja valmistauduin hackathoniin. Valitettavasti monet tarvitsemani osat eivät saapuneet ajoissa, joten minun piti lopettaa projekti kokonaan.

Siitä lähtien RC -auto on kerännyt pölyä sängyni alle, tähän asti…

Nopea katsaus:

Tässä projektissa aion käyttää käytettyä leluautoa ja IR -ohjainta Upcycled RC Carin luomiseksi. Suolistan sisäosat, istutan Arduino Nanon ja käytän NRF24L01+ -moduulia kommunikoimaan näiden kahden välillä.

Vaihe 2: Teoria

Ymmärtää, miten jokin toimii, on tärkeämpää kuin tietää, miten se saadaan toimimaan

- Kevin Yang 17.5.2020 (keksin juuri tämän)

Aloitetaan puhuminen Upcycled RC Carin takana olevasta teoriasta ja elektroniikasta.

Auton puolella käytämme NRF24L01+, Arduino Nano, L293D -moottoriajuri, RC -auton moottorit ja kaksi buck -muunninta. Yksi buck -muunnin syöttää moottorin käyttöjännitteen, kun taas toinen syöttää 5 V: n jännitteen Arduino Nano -laitteelle.

Ohjaimen puolella käytämme NRF24L01+, Arduino Nano ja analogiset ohjaussauvat uudelleen käytetyssä ohjaimessa.

Vaihe 3: NRF24L01+

Ennen kuin aloitamme, minun pitäisi luultavasti selittää huoneessa oleva norsu: NRF24L01+. Jos et vielä tunne nimeä, NRF24 on Nordic Semiconductorsin tuottama siru. Se on melko suosittu valmistajayhteisössä radioviestinnässä sen alhaisen hinnan, pienen koon ja hyvin kirjoitettujen asiakirjojen vuoksi.

Joten miten NRF -moduuli todella toimii? Aloittelijoille NRF24L01+ toimii 2,4 GHz: n taajuudella. Tämä on sama taajuus, jolla Bluetooth ja Wifi toimivat (pienillä vaihteluilla!). Siru kommunikoi Arduinon välillä käyttäen SPI: tä, nelinapaista viestintäprotokollaa. Virtaksi NRF24 käyttää 3.3V, mutta nastat kestävät myös 5V. Tämän ansiosta voimme käyttää Arduino Nanoa, joka käyttää 5 V: n logiikkaa, ja NRF24: n kanssa, joka käyttää 3,3 V: n logiikkaa. Muutamia muita ominaisuuksia ovat seuraavat.

Merkittäviä ominaisuuksia:

• Toimii 2,4 GHz: n kaistanleveydellä
• Syöttöjännitealue: 1.6 - 3.6V
• 5V suvaitsevainen
• Käyttää SPI -viestintää (MISO, MOSI, SCK)
• Käyttää 5 nastaa (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Voi laukaista keskeytyksiä - IRQ (erittäin tärkeä tässä projektissa!)
• Nukkumismoodi
• Kuluttaa 900nA - 12mA
• Lähetysalue: ~ 100 metriä (vaihtelee maantieteellisen sijainnin mukaan)
• Hinta: 1,20 dollaria per moduuli (Amazon)

Jos haluat lisätietoja NRF24L01+-laitteesta, tutustu lopussa oleviin lisälukuihin

Vaihe 4: L293D - kaksois H -sillan moottoriajuri

Vaikka Arduino Nano voi syöttää tarpeeksi virtaa LED -valolle, Nano ei voi millään tavalla käyttää moottoria itse. Siksi meidän on käytettävä erityistä ohjainta moottorin ohjaamiseen. Sen lisäksi, että ohjainpiiri pystyy toimittamaan virtaa, se suojaa myös Arduinoa kaikilta jännitepiikeiltä, joita syntyy moottorin käynnistämisestä ja sammuttamisesta.

Aseta L293D, nelinkertainen puolisilta H-sillan moottorinohjain, tai maallikoiden kannalta siru, joka voi ajaa kahta moottoria eteen- ja taaksepäin.

L293D käyttää H-siltoja ohjaamaan sekä moottorin nopeutta että suuntaa. Toinen ominaisuus on virtalähteen eristys, jonka avulla Arduino voi ajaa pois virtalähteestä erillään moottoreista.

Vaihe 5: Auton irrotus

Teoria riittää ja aloitetaan rakentaminen!

Koska RC -autossa ei ole ohjainta (muista se säästöliikkeestä), sisäelektroniikka on periaatteessa hyödytöntä. Niinpä avasin RC -auton ja heitin ohjauskortin romusäiliöön.

Nyt on tärkeää tehdä muutama muistiinpano ennen kuin aloitamme. Yksi huomioitava asia on RC -auton syöttöjännite. Ostamani auto on hyvin vanha, ennen kuin litiumpohjaiset akut olivat valtavirtaa. Tämä tarkoittaa, että tämä RC-auto oli sammutettu Ni-Mh-akusta, jonka nimellisjännite oli 9,6 volttia. Tämä on tärkeää, koska tämä on jännite, jolla käytämme moottoreita.

Vaihe 6: Kuinka auto toimii?

Voin sanoa 99% varmuudella, että autoni ei ole sama kuin sinun, joten tämä osa on käytännössä hyödytön. On kuitenkin tärkeää mainita muutamia ominaisuuksia, joita autollani on, koska aion perustaa suunnitteluni siitä.

Ohjaus

Toisin kuin nykyaikaiset RC -autot, modifioimani auto ei käytä servoa kääntymiseen. Sen sijaan autossani on harjattu perusmoottori ja jouset. Tällä on monia haittoja erityisesti siksi, että minulla ei ole kykyä tehdä hienoja käännöksiä. Yksi välitön etu on kuitenkin se, että en tarvitse monimutkaista ohjausliitäntää kääntyäkseni. Minun tarvitsee vain syöttää moottoriin virtaa tietyllä napaisuudella (riippuen siitä, mihin suuntaan haluan kääntyä).

Tasauspyörästön akseli

Hämmästyttävää, että RC -autossani on myös tasauspyörästö ja kaksi eri vaihteistoa. Tämä on varsin huvittavaa, koska eroja löytyy yleensä tosielämän autoista, ei pienistä RC-autoista. Luulisin, että ennen kuin tämä auto tuli säästökaupan hyllyille, se oli huippuluokan RC-malli.

Vaihe 7: Virtaongelma

Kun ominaisuudet ovat poissa käytöstä, meidän on nyt puhuttava tämän rakenteen tärkeimmästä osasta: Kuinka aiomme käyttää RC -autoa? Ja tarkemmin sanottuna: Kuinka paljon virtaa tarvitaan moottorien käyttämiseen?

Vastatakseni tähän, liitin drone -akun buck -muuntimeen, jossa pudotin akun 11 voltin moottorien 9,6 volttiin. Sieltä asetin yleismittarin 10A virtatilaan ja suoritin piirin loppuun. Mittarini luki, että moottorit tarvitsivat 300 mA virtaa vapauttaakseen ilmaa.

Vaikka tämä ei ehkä kuulosta paljon, mittaus, josta todella välitämme, on moottorien pysäytysvirta. Tämän mittaamiseksi laitoin käteni pyörien päälle estääkseni pyörimästä. Kun katsoin mittaria, se näytti kiinteää 1A.

Tietäen, että käyttömoottorit vetävät suunnilleen vahvistimen, testasin sitten ohjausmoottoreita, jotka vetivät 500mA pysähtyessään. Tämän tiedon perusteella tulin siihen tulokseen, että voin sammuttaa koko järjestelmän RC -drone -akusta ja kahdesta LM2596 -buck -muuntimesta*.

*Miksi kahden pukin ohjaimet? Jokaisen LM2596: n maksimivirta on 3A. Jos sammutan kaiken yhdestä buck -muuntimesta, otin paljon virtaa, ja siksi minulla olisi melko suuria jännitepiikkejä. Suunnittelun mukaan Arduino Nano -voima lepää aina, kun on suuri jännitepiikki. Siksi käytin kahta muunninta keventämään kuormaa ja pitämään Nano eristettynä moottoreista.

Viimeinen tärkeä komponentti, jota tarvitsemme, on Li-Po-kennojännitemittari. Tämän tarkoituksena on suojata akku liialliselta purkautumiselta, jotta se ei pilaa akun käyttöikää (pidä aina litiumpohjaisen akun kennojännite yli 3,5 V!)

Vaihe 8: RC -autopiiri

Kun virtaongelma on poissa tieltä, voimme nyt rakentaa piirin. Yllä on kaavio, jonka tein RC -autolle.

Muista, että en sisällyttänyt akun volttimittariliitäntää. Jos haluat käyttää voltimittaria, sinun tarvitsee vain liittää vaakaliitin voltimittarin vastaaviin nastoihin. Jos et ole koskaan tehnyt tätä aiemmin, saat lisätietoja napsauttamalla Lisälukemat -osion linkitettyä videota.

Huomautuksia piiristä

L293D: n aktivointitapit (1, 9) edellyttävät PWM -signaalia, jolla on muuttuva nopeus. Tämä tarkoittaa, että vain muutama Arduino Nanon nasta voidaan liittää niihin. L293D: n muiden nastojen kohdalla kaikki menee.

Koska NRF24L01+ kommunikoi SPI: n kautta, meidän on liitettävä sen SPI -nastat Arduino Nanon SPI -nastoihin (liitä siis MOSI -> MOSI, MISO -> MISO ja SCK -> SCK). On myös tärkeää huomata, että liitin NRF24: n IRQ -nastan Arduino Nanon nastaan 2. Tämä johtuu siitä, että IRQ -nasta menee LOW aina, kun NR24 vastaanottaa viestin. Tietäen tämän, voin laukaista keskeytyksen ja kehottaa nanoa lukemaan radion. Tämän ansiosta Nano voi tehdä muita asioita odottaessaan uutta dataa.

Vaihe 9: PCB

Koska haluan tehdä tästä modulaarisen rakenteen, loin piirilevyn käyttäen perf -levyä ja paljon otsikkotappeja.

Vaihe 10: Lopulliset liitännät

Kun piirilevy oli tehty ja RC -auto pelastettu, testasin alligaattorijohtimilla, toimiiko kaikki.

Testattuaan, että kaikki liitännät ovat oikein, korvasin alligaattorijohdot oikeilla kaapeleilla ja kiinnitin kaikki komponentit runkoon.

Tässä vaiheessa olet ehkä ymmärtänyt, että tämä artikkeli ei ole vaiheittainen opas. Tämä johtuu siitä, että jokaisen askeleen kirjoittaminen on yksinkertaisesti mahdotonta, joten seuraavien Instructables -vaiheiden avulla kerron muutamia vinkkejä, jotka olen oppinut auton valmistuksen aikana.

Vaihe 11: Vihje 1: Radiomoduulin sijoittaminen

RC -auton kantaman lisäämiseksi laitoin NRF -radiomoduulin mahdollisimman sivulle. Tämä johtuu siitä, että radioaallot heijastavat pois metalleista, kuten piirilevyistä ja johtimista, mikä pienentää kantamaa. Tämän ratkaisemiseksi laitoin moduulin piirilevyn sivulle ja leikkasin raon auton koteloon, jotta se voi tarttua ulos.

Vaihe 12: Vinkki 2: Pidä se modulaarisena

Toinen asia, jonka tein, pelasti minut muutaman kerran, on yhdistää kaikki otsikkotappien ja riviliittimien kautta. Tämä mahdollistaa osien vaihtamisen helposti, jos jokin komponenteista paistaa (jostain syystä …).

Vaihe 13: Vihje 3: Käytä jäähdytyselementtejä

RC -autoni moottorit työntävät L293D: n äärimmilleen. Vaikka moottorin kuljettaja pystyy käsittelemään jopa 600 mA jatkuvasti, se tarkoittaa myös, että se kuumenee erittäin nopeasti! Tästä syystä on hyvä lisätä lämpötahnaa ja jäähdytyselementtejä, jotta L293D ei kypsenny itse. Kuitenkin, vaikka jäähdytyselementit, siru voi silti tulla liian kuumaksi koskettaa. Siksi on hyvä antaa auton jäähtyä 2-3 minuutin pelin jälkeen.

Vaihe 14: RC -ohjaimen aika

Kun RC -auto on valmis, voimme aloittaa ohjaimen valmistamisen.

Kuten RC -auto, ostin myös ohjaimen jonkin aikaa sitten ajattelemalla, että voisin tehdä jotain sen kanssa. Ironista kyllä, ohjain on itse asiassa IR -ohjain, joten se käyttää IR -LEDejä kommunikoimaan laitteiden välillä.

Tämän rakenteen perusidea on pitää alkuperäinen levy ohjaimen sisällä ja rakentaa Arduino ja NRF24L01+ sen ympärille.

Vaihe 15: Analogisen ohjaussauvan perusteet

Yhdistäminen analogiseen ohjaussauvaan voi olla pelottavaa erityisesti siksi, että nastoille ei ole katkaisulautaa. Ei hätää! Kaikki analogiset ohjaussauvat toimivat samalla periaatteella ja niillä on yleensä sama pistoke.

Pohjimmiltaan analogiset ohjaussauvat ovat vain kaksi potentiometriä, jotka muuttavat vastusta, kun niitä liikutetaan eri suuntiin. Esimerkiksi kun liikutat ohjaussauvaa oikealle, x-akselin potentiometri muuttaa arvoa. Kun siirrät ohjaussauvaa eteenpäin, y-akselin potentiometri muuttaa arvoa.

Tässä mielessä, jos katsomme analogisen ohjaussauvan alapintaa, näemme 6 nastaa, 3 x-akselin potentiometrille ja 3 y-akselin potentiometrille. Sinun tarvitsee vain kytkeä 5 V ja maadoitus ulkoisiin nastoihin ja liittää keskimmäinen nasta Arduinon analogiseen tuloon.

Muista, että potentiometrin arvot kartoitetaan arvoon 1024 eikä 512! Tämä tarkoittaa, että meidän on käytettävä Arduinon sisäänrakennettua kartta () -toimintoa ohjaamaan kaikkia digitaalilähtöjä (kuten PWM -signaalia, jota käytämme L293D: n ohjaamiseen). Tämä on jo tehty koodissa, mutta jos aiot kirjoittaa oman ohjelman, sinun on pidettävä tämä mielessä.

Vaihe 16: Ohjaimen liitännät

NRF24: n ja nanon väliset liitännät ovat edelleen samat ohjaimelle, mutta ilman IRQ -yhteyttä.

Ohjaimen piiri on esitetty yllä.

Ohjaimen muokkaaminen on ehdottomasti taidetta. Olen esittänyt tämän asian jo lukemattomia kertoja, mutta ei yksinkertaisesti ole mahdollista kirjoittaa askel askeleelta ohjeita tämän tekemiseen. Siksi, kuten mitä tein aiemmin, annan muutamia vinkkejä siitä, mitä olen oppinut ohjainta tehdessäni.

Vaihe 17: Vinkki 1: Käytä hävitettäviä osia

Ohjaimessa on todella vähän tilaa, joten jos haluat sisällyttää muita tuloja autoon, käytä jo olemassa olevia kytkimiä ja nuppeja. Ohjaimelleni liitin myös potentiometrin ja 3-suuntaisen kytkimen Nanoon.

Toinen asia pitää mielessä, että tämä on ohjaimesi. Jos pinoutit eivät sovi mielikuvitukseesi, voit aina järjestää ne uudelleen!

Vaihe 18: Vihje 2: Poista tarpeettomat jäljet

Koska käytämme alkuperäistä levyä, sinun pitäisi kaavata pois kaikki jäljet, jotka tulevat analogisille ohjaussauvoille ja muille käyttämillesi antureille. Näin estät odottamattoman anturin käyttäytymisen.

Näiden leikkausten tekemiseksi käytin yksinkertaisesti laatikkoleikkuria ja pisteytin PCB: n muutaman kerran todella erottaa jäljet.

Vaihe 19: Vihje 3: Pidä johdot mahdollisimman lyhyinä

Tässä vinkissä puhutaan erityisesti Arduinon ja NRF24 -moduulin välisistä SPI -linjoista, mutta tämä pätee myös muihin yhteyksiin. NRF24L01+ on erittäin herkkä häiriöille, joten jos johdot keräävät kohinaa, se vioittaa tietoja. Tämä on yksi SPI -viestinnän suurimmista haitoista. Samoin pitämällä johdot mahdollisimman lyhyinä, voit myös tehdä koko ohjaimesta puhtaamman ja organisoidumman.

Vaihe 20: Vinkki 4: sijoittaminen! Sijoitus! Sijoitus

Sen lisäksi, että johdot pidetään mahdollisimman lyhyinä, se tarkoittaa myös, että osien välinen etäisyys on pidettävä mahdollisimman lyhyenä.

Kun etsit paikkoja NRF24: n ja Arduinon kiinnittämiseksi, muista pitää ne mahdollisimman lähellä toisiaan ja ohjaussauvoja.

Toinen asia, joka on pidettävä mielessä, on se, minne NRF24 -moduuli sijoitetaan. Kuten aiemmin sanottiin, radioaallot eivät pysty kulkemaan metallin läpi, joten moduuli on asennettava lähelle ohjainta. Tätä varten leikkasin pienen raon Dremelillä, jotta NRF24 tarttuisi sivuun.

Vaihe 21: Koodi

Todennäköisesti tärkein osa tätä rakennetta on todellinen koodi. Olen sisällyttänyt kommentit ja kaiken, joten en selitä kutakin ohjelmaa rivi riviltä.

Muutama tärkeä asia, jonka haluan korostaa, on se, että sinun on ladattava NRF24 -kirjasto ohjelmien suorittamiseksi. Jos sinulla ei ole vielä kirjastoja asennettuna, suosittelen, että tutustut oppaisiin, jotka on linkitetty Lisälukemat -osioon. Samoin, kun lähetät signaaleja L293D: hen, älä koskaan käännä molempia suuntatappeja päälle. Tämä lyhentää moottorin ohjainta ja aiheuttaa sen palamisen.

Github-

Vaihe 22: Lopputuote

Lopuksi, yhden vuoden pölyn keräämisen ja kolmen viikon käsityön jälkeen, olen vihdoin saanut päätökseen Upcycled RC Carin valmistamisen. Vaikka minun on myönnettävä, se ei ole missään yhtä tehokas kuin johdannossa näkyvät autot, mutta se tuli paljon paremmin kuin luulin. Auto voi ajaa 40 minuuttia ennen kuin virta loppuu ja se voi nousta jopa 150 metrin päähän ohjaimesta.

Muutamia asioita, joita ehdottomasti tekisin auton parantamiseksi, on vaihtaa L293D L298: een, joka on suurempi ja tehokkaampi moottoriajuri. Toinen asia, jonka tekisin, on vaihtaa NRF -oletusmoduuli vahvistettuun antenniversioon. Nämä muutokset lisäisivät vääntömomenttia ja auton kantamaa.

Vaihe 23: Lisälukemat:

NRF24L01+

• Nordic Semiconductor Datasheet
• SPI -tiedonanto (artikkeli)
• Perusasetukset (video)
• Perusteellinen opetusohjelma (artikkeli)
• Vinkkejä ja temppuja (videosarjat)

L293D

• Texas Instruments -esite
• Perusteellinen opetusohjelma (artikkeli)