HackerBoxes 0013: Autosport: 12 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

AUTOSPORT: Tässä kuussa HackerBox Hackers tutkii autojen elektroniikkaa. Tämä opas sisältää tietoja HackerBoxes #0013: n kanssa työskentelystä. Jos haluat saada tällaisen laatikon suoraan postilaatikkoosi joka kuukausi, nyt on aika tilata HackerBoxes.com ja liittyä vallankumoukseen!

Tämän HackerBoxin aiheet ja oppimistavoitteet:

• NodeMCU: n mukauttaminen Arduinolle
• 2WD -autosarjan kokoaminen
• NodeMCU: n kytkeminen 2WD -autosarjan ohjaamiseen
• NodeMCU: n ohjaaminen WiFi: n kautta Blynkin avulla
• Anturien käyttäminen itsenäiseen navigointiin
• Työskentely autojen sisäisen diagnostiikan (OBD) kanssa

HackerBoxes on kuukausittainen tilauslaatikkopalvelu DIY -elektroniikalle ja tietotekniikalle. Olemme harrastajia, tekijöitä ja kokeilijoita. Hakata planeettaa!

Vaihe 1: HackerBoxes 0013: Laatikon sisältö

• HackerBoxes #0013 Kerättävä viitekortti
• 2WD -auton runkosarja
• NodeMCU WiFi -prosessorimoduuli
• Moottorisuoja NodeMCU: lle
• Hyppylohko moottorisuojalle
• Paristokotelo (4 x AA)
• HC-SR04 ultraääni-etäisyysanturi
• TCRT5000 IR -heijastavat anturit
• DuPont naaras-naaraspuserot 10cm
• Kaksi punaista lasermoduulia
• Mini-ELM327 sisäinen diagnostiikka (OBD)
• Ainutlaatuinen HackerBoxes -kilpatarra

Muutamia muita asioita, joista on apua:

• Neljä AA -paristoa
• Kaksipuolinen vaahtoteippi tai tarranauhat
• microUSB -kaapeli
• Älypuhelin tai tabletti
• Tietokone, jossa on Arduino IDE

Mikä tärkeintä, tarvitset seikkailutunnetta, DIY -henkeä ja hakkereiden uteliaisuutta. Hardcore -harrastajaelektroniikka ei ole aina helppoa, mutta kun jatkat ja nautit seikkailusta, voit saada paljon tyydytystä sinnikkyydestäsi ja projektiesi saamisesta. Ota jokainen askel hitaasti, muista yksityiskohdat ja älä epäröi pyytää apua.

Vaihe 2: Autoelektroniikka ja itse ajavat autot

Autoelektroniikka on mitä tahansa maantieajoneuvoissa käytettävää elektronista järjestelmää. Näitä ovat esimerkiksi tietokoneet, telematiikka, auton viihdejärjestelmät ja niin edelleen. Autoelektroniikka syntyi tarpeesta ohjata moottoreita. Ensimmäisiä käytettiin moottorin toimintojen ohjaamiseen ja niitä kutsuttiin moottorin ohjausyksiköiksi (ECU). Kun elektronisia säätimiä alettiin käyttää enemmän autoteollisuudessa, lyhenne ECU sai yleisemmän "elektronisen ohjausyksikön" merkityksen, ja sitten kehitettiin erityisiä ECU: ita. ECU: t ovat modulaarisia. Kaksi tyyppiä ovat moottorin ohjausmoduulit (ECM) tai voimansiirron ohjausmoduulit (TCM). Nykyaikaisessa autossa voi olla jopa 100 ecua.

Radio-ohjattavat autot (R/C-autot) ovat henkilöautoja tai kuorma-autoja, joita voidaan ohjata kaukaa erikoislähettimen tai kaukosäätimen avulla. Termiä "R/C" on käytetty tarkoittamaan sekä "kauko-ohjattavaa" että "radio-ohjattua", mutta nykyään yleisesti käytetty "R/C" viittaa yleensä ajoneuvoihin, joita ohjataan radiotaajuusyhteydellä.

Itsenäinen auto (kuljettajaton auto, itseohjautuva auto, robottiauto) on ajoneuvo, joka kykenee havaitsemaan ympäristönsä ja navigoimaan ilman ihmisen panosta. Itsenäiset autot voivat tunnistaa ympäristön käyttämällä erilaisia tekniikoita, kuten tutkaa, lidaria, GPS: ää, matkamittaria ja tietokonenäköä. Kehittyneet ohjausjärjestelmät tulkitsevat aistitietoja tunnistamaan sopivat navigointipolut sekä esteet ja merkinnät. Itsenäisissä autoissa on ohjausjärjestelmät, jotka kykenevät analysoimaan aistitietoja erottaakseen tiellä olevat eri autot, mikä on erittäin hyödyllistä suunniteltaessa polkua haluttuun kohteeseen.

Vaihe 3: Arduino NodeMCU: lle

NodeMCU on avoimen lähdekoodin IoT -alusta. Se sisältää Espressif Systemsin ESP8266 Wi-Fi SoC -laitteella toimivan laiteohjelmiston ja ESP-12-moduuliin perustuvan laitteiston.

Arduino IDE voidaan nyt helposti laajentaa tukemaan NodeMCU -moduulien ohjelmointia ikään kuin ne olisivat mikä tahansa muu Arduino -kehitysalusta.

Varmista aluksi, että sinulla on asennettuna Arduino IDE (www.arduino.cc) ja ohjaimet käytettävälle NodeMCU-moduulille sopivalle sarja-USB-sirulle. Tällä hetkellä useimmat NodeMCU-moduulit sisältävät CH340-sarja-USB-sirun. CH340 -sirujen valmistajalla (WCH.cn) on ohjaimet saatavilla kaikkiin suosittuihin käyttöjärjestelmiin. Tarkista heidän sivustonsa Googlen käännössivu.

Suorita Ardino IDE, mene asetuksiin ja etsi kenttä "Hallituksen ylimääräiset URL -osoitteet"

Liitä tähän URL -osoitteeseen:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Asenna Board Manager ESP8266: lle.

Asennuksen jälkeen sulje IDE ja käynnistä se sitten uudelleen.

Liitä nyt NodeMCU -moduuli tietokoneeseen microUSB -kaapelilla (kuten useimmat matkapuhelimet ja tabletit).

Valitse kortin tyyppi Arduino IDE: stä NodeMCU 1.0: ksi

Haluamme aina ladata ja testata vilkkuvan esittelyn uudelle Arduino -levylle vain saadaksemme varmuuden siitä, että kaikki toimii oikein. NodeMCU ei ole poikkeus, mutta sinun on vaihdettava LED -nasta nastasta 13 pin16 ennen kääntämistä ja lataamista. Varmista, että tämä pikatesti toimii oikein, ennen kuin siirryt mihinkään monimutkaisempaan Arduino NodeMCU: n kanssa.

Tässä on ohje, joka käy läpi Arduino NodeMCU: n asennusprosessin ja sisältää joitain erilaisia sovellusesimerkkejä. Se on hieman harhaanjohtava tässä tarkoituksessa, mutta saattaa olla hyödyllistä tarkastella toista näkökulmaa, jos jäät jumiin.

Vaihe 4: 2WD -auton runkosarja

2WD -auton runkosarjan sisältö:

• Alumiinirunko (värit vaihtelevat)
• Kaksi FM90 DC -moottoria
• Kaksi pyörää kumirenkailla
• Vapaarataspyörä
• Laitteiston kokoaminen
• Asennuslaitteet

FM90 DC -moottorit näyttävät mikropalveluilta, koska ne on rakennettu samaan muovikoteloon kuin tavalliset mikroservot, kuten FS90, FS90R tai SG92R. FM90 ei kuitenkaan ole servo. FM90 on tasavirtamoottori, jossa on muovinen vaihteisto.

FM90 -moottorin nopeutta ohjataan pulssileveyttä moduloivilla (PWM) virtajohdoilla. Suuntaa ohjataan vaihtamalla tehon napaisuutta kuten minkä tahansa harjatun tasavirtamoottorin kanssa. FM90 voi toimia 4-6 voltin tasavirralla. Vaikka se on pieni, se ottaa tarpeeksi virtaa, jotta sitä ei pitäisi ajaa suoraan mikro -ohjaimen tapista. Käytä moottoriajuria tai H-siltaa.

FM90 DC -moottorin tiedot:

• Mitat: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3 "x 0,49" x 1,2"
• Spline -määrä: 21
• Paino: 8,4 g
• Kuormittamaton nopeus: 110 rpm (4.8v) / 130 rpm (6v)
• Käyttövirta (ilman kuormaa): 100mA (4.8v) / 120mA (6v)
• Huipun vääntömomentti (4,8 V): 1,3 kg/cm/18,09 oz/in
• Huipun vääntömomentti (6v): 1,5 kg/cm/20,86 oz/in
• Pysäytysvirta: 550mA (4.8v) / 650mA (6v)

Vaihe 5: Auton runko: Mekaaninen kokoonpano

Auton alusta voidaan koota helposti tämän kaavion mukaisesti.

Huomaa, että laitteistossa on kaksi pientä pussia laitteistoa. Yksi sisältää kiinnityslaitteet, joissa on kuusi messinkistä 5 mm-M3 -kiinnikettä sekä vastaavat ruuvit ja mutterit. Tämä kiinnityslaite voi olla hyödyllinen myöhemmissä vaiheissa, kun ohjaimia, antureita ja muita esineitä kiinnitetään runkoon.

Tässä vaiheessa käytämme kokoonpanolaitteistoa, joka sisältää:

• Neljä ohutta M2x8 -ruuvia ja pienet vastaavat mutterit moottorien kiinnittämiseen
• Neljä paksumpaa M3x10 -ruuvia ja suurempia vastaavia muttereita pyörän kiinnittämiseksi
• Kaksi karkealla kierteellä varustettua PB2.0x8 -ruuvia pyörien kiinnittämiseen moottoreihin

Huomaa, että FM90 -moottorit on suunnattu siten, että lankajohdot ulottuvat kootun rungon takaa.

Vaihe 6: Auton runko: Lisää Power Pack ja ohjain

ESP-12E-moottorinsuojalevy tukee NodeMCU-moduulin liittämistä suoraan. Moottorinsuojus sisältää L293DD-työntövoiman moottorin ohjainsirun (tietolomake). Moottorin johtojen johdot on kytkettävä moottorin suojuksen A+/A- ja B+/B- ruuviliittimiin (liittimien irrottamisen jälkeen). Akkujohdot on kytkettävä akun tuloliittimiin.

Jos yksi pyöristä pyörii väärään suuntaan, johtoja vastaavaan moottoriin voidaan vaihtaa ruuviliittimissä tai suuntabitti käännetään koodissa (seuraava vaihe).

Moottorin suojuksessa on muovinen virtapainike akun tulon aktivoimiseksi. Hyppylohkoa voidaan käyttää virran ohjaamiseen NodeMCU: lle moottorin suojuksesta. Ilman hyppylohkoa asennettu NodeMCU voi saada virtaa USB -kaapelista. Kun hyppylohko on asennettu (kuten kuvassa), akkuvirta syöttää moottoreita ja ohjataan myös NodeMCU -moduuliin.

Moottorin suojus ja akku voidaan asentaa runkoon asettamalla ruuvinreiät alumiinirungossa oleviin aukkoihin. Meidän on kuitenkin helpompi kiinnittää ne runkoon kaksipuolisella vaahtoteipillä tai tarrakiinnityksellä.

Vaihe 7: Auton runko: Ohjelmointi ja Wi-Fi-ohjaus

Blynk on alusta, jossa on iOS- ja Android -sovellukset Arduinon, Raspberry Pi: n ja muiden laitteiden hallintaan Internetin kautta. Se on digitaalinen kojelauta, johon voit rakentaa graafisen käyttöliittymän projektillesi vetämällä ja pudottamalla widgettejä. Kaikki on todella yksinkertaista asentaa ja alat ryöstää heti. Blynk vie sinut verkkoon ja on valmis asioiden Internetiin.

Tässä oleva HBcar.ino Arduino -skripti näyttää kuinka yhdistää neljä painiketta (eteenpäin, taaksepäin, oikealle ja vasemmalle) Blynk -projektissa 2WD -auton rungon moottoreiden ohjaamiseksi.

Ennen kääntämistä ohjelmassa on vaihdettava kolme merkkijonoa:

• Wi-Fi SSID (Wi-Fi-tukiasemaan)
• Wi-Fi-salasana (Wi-Fi-tukiasemaan)
• Blynk -valtuutusmerkki (Blynk -projektistasi)

Huomaa esimerkkikoodista, että moottorin kilven L293DD -siru on kytketty seuraavasti:

• GPIO -nasta 5 moottorin A nopeudelle
• GPIO -nasta 0 moottorin A suuntaan
• GPIO -nasta 4 moottorin B nopeudelle
• GPIO -nasta 2 moottorin B suuntaan

Vaihe 8: Autonomisen navigoinnin anturit: Ultraääni -etäisyysmittari

HC-SR04-ultraääni-etäisyysmittari (tietolomake) voi mitata noin 2–400 cm tarkkuudella jopa 3 mm. HC-SR04-moduuli sisältää ultraäänilähettimen, vastaanottimen ja ohjauspiirin.

Kun olet kiinnittänyt neljä naaras-naaraspuolista puseroa HC-SR04: n nastoihin, teipin kääriminen liittimien ympärille voi auttaa sekä eristämään liitännät oikosulusta alumiinirunkoon että myös joustavan massan kiilautumaan alusta kuvan mukaisesti.

Tässä esimerkissä HC-SR04: n neljä nastaa voidaan kytkeä moottorin suojaan:

• VCC (HC-SR04: ssä)-VIN (moottorin suojassa)
• Liipaisin (HC-SR04: ssä)-D6 (moottorin suojuksessa)
• Kaiku (HC-SR04: ssä)-D7 (moottorin suojuksessa)
• GND (HC-SR04: ssä)-GND (moottorin suojassa)

VIN toimittaa noin 6VDC HC-SR04: lle, joka tarvitsee vain 5V. Se näyttää kuitenkin toimivan hyvin. Toinen käytettävissä oleva virtakisko (3,3 V) on joskus riittävä virransyöttöön HC-SR04-moduulille (kokeile ehdottomasti), mutta joskus se ei riitä jännitteeseen.

Kun tämä on kytketty, kokeile esimerkkikoodia NodeMCUping.ino testataksesi HC-SR04: n toimintaa. Etäisyys anturista mihin tahansa kohteeseen tulostetaan sarjamonitoriin (9600 -kortille) senttimetreinä. Hanki hallitsijamme ja testaa tarkkuus. Vaikuttavaa eikö?

Nyt kun sinulla on tämä vihje, kokeile jotain tällaista törmäyksiä välttävälle, itsenäiselle ajoneuvolle:

1. eteenpäin, kunnes etäisyys on <10 cm
2. pysäyttää
3. käännä pieni etäisyys (valinnainen)
4. käännä satunnainen kulma (aika)
5. silmukka vaiheeseen 1

Yleisiä taustatietoja on tässä opetusvideossa, joka sisältää yksityiskohtia HC-SR04-moduulin käytöstä.

Vaihe 9: Autonomisen navigoinnin anturit: Infrapunaheijastavuus

IR -heijastava anturimoduuli käyttää TCRT5000 (tietolomake) värin ja etäisyyden havaitsemiseen. Moduuli lähettää infrapunavaloa ja havaitsee sitten, onko se heijastunut. Koska kyky tunnistaa, onko pinta valkoinen tai musta, tätä anturia käytetään usein linjoissa, jotka seuraavat robotteja ja automaattista tiedonkeruuta hyödyllisyysmittarilla.

Mittausetäisyys on 1 mm - 8 mm ja keskipiste noin 2,5 mm. Mukana on myös potentiometri herkkyyden säätämiseksi. IR -diodi lähettää jatkuvasti infrapunavaloa, kun moduuli on kytketty virtalähteeseen. Kun lähetetty infrapunavalo ei heijastu, triodi on pois päältä, jolloin digitaalinen (D0) -lähtö ilmaisee logiikan LOW.

Vaihe 10: Lasersäteet

Näitä yleisiä 5 mW: n 5 V: n lasermoduuleja voidaan käyttää punaisten lasersäteiden lisäämiseen melkein mihin tahansa, jolla on 5 V: n teho.

Huomaa, että nämä moduulit voivat vaurioitua helposti, joten HackerBox #0013 sisältää parin varmuuskopiointia varten. Ole varovainen lasermoduulien kanssa!

Vaihe 11: Auton sisäinen diagnostiikka (OBD)

Ajoneuvon diagnostiikka (OBD) on autoteollisuus, joka viittaa ajoneuvon itsediagnostiikka- ja raportointikykyyn. OBD -järjestelmät antavat ajoneuvon omistajalle tai korjausteknikolle pääsyn ajoneuvon eri osajärjestelmien tilaan. OBD: n kautta saatavien diagnostiikkatietojen määrä on vaihdellut suuresti sen jälkeen, kun se otettiin käyttöön ajoneuvotietokoneiden 1980-luvun alussa. OBD: n varhaiset versiot yksinkertaisesti sytyttäisivät toimintahäiriön merkkivalon, jos ongelma havaittaisiin, mutta eivät antaisi mitään tietoa ongelman luonteesta. Nykyaikaiset OBD-toteutukset käyttävät standardoitua digitaalista tietoliikenneporttia reaaliaikaisen tiedon tuottamiseen standardoidun diagnostiikan vikakoodisarjan tai DTC: n lisäksi, joiden avulla voidaan nopeasti tunnistaa ja korjata ajoneuvon toimintahäiriöt.

OBD-II on parannus sekä valmiuksissa että standardoinnissa. OBD-II-standardi määrittää vianmääritysliittimen tyypin ja sen liittimen, käytettävissä olevat sähköiset signalointiprotokollat ja viestiformaatin. Se tarjoaa myös ehdokasluettelon seurattavista ajoneuvoparametreista sekä kunkin datan koodaamisesta. Liittimessä on tappi, joka antaa virtaa skannaustyökalulle ajoneuvon akusta, joten tarvetta kytkeä skannaustyökalu virtalähteeseen erikseen. OBD-II-vianmäärityskoodit ovat 4-numeroisia, ja niiden edessä on kirjain: P moottorille ja voimansiirrolle (voimansiirto), B korille, C alustalle ja U verkolle. Valmistajat voivat myös lisätä mukautettuja dataparametreja OBD-II-toteutukseensa, mukaan lukien reaaliaikaiset datapyynnöt sekä vikakoodit.

ELM327 on ohjelmoitu mikro-ohjain, joka liitetään useimpien nykyaikaisten autojen sisäiseen diagnostiikkaan (OBD). ELM327-komentoprotokolla on yksi suosituimmista PC-OBD-rajapintastandardeista, ja muut toimittajat toteuttavat sen. Alkuperäinen ELM327 on toteutettu Microchip Technologyn PIC18F2480 -mikrokontrollerilla. ELM327 tiivistää matalan tason protokollan ja esittelee yksinkertaisen käyttöliittymän, joka voidaan kutsua UARTin kautta, tyypillisesti kädessä pidettävällä diagnostiikkatyökalulla tai tietokoneella, joka on kytketty USB-, RS-232-, Bluetooth- tai Wi-Fi-yhteydellä. Tällaisen ohjelmiston toimintoihin voi kuulua ajoneuvon täydentäviä mittalaitteita, virhekoodien raportointi ja virhekoodien tyhjennys.

Vaikka vääntömomentti on luultavasti tunnetuin, on monia sovelluksia, joita voidaan käyttää ELM327: n kanssa.

Vaihe 12: hakata planeettaa

Kiitos, että jaoit seikkailumme autoelektroniikan parissa. Jos olet nauttinut tästä opetusohjelmasta ja haluat saada tällaisen elektroniikkaprojektin laatikon joka kuukausi suoraan postilaatikkoosi, liity meihin tilaamalla TÄSTÄ.

Ota yhteyttä ja jaa menestyksesi alla olevissa kommenteissa ja/tai HackerBoxesin Facebook -sivulla. Kerro meille toki, jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset apua missä tahansa. Kiitos, että olet osa HackerBoxesia. Pidä ehdotuksesi ja palautteesi tulossa. HackerBoxes ovat SINUN laatikoitasi. Tehdään jotain hienoa!