Atnaujintas RC automobilis: 23 žingsniai (su nuotraukomis)

2025 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2025-01-13 06:57

RC automobiliai man visada buvo jaudulio šaltinis. Jie greiti, linksmi ir jums nereikia jaudintis, jei juos sudaužysite. Vis dėlto, būdamas vyresnis, labiau subrendęs RC entuziastas, manęs negalima matyti žaidžiančio su mažais, vaikams skirtomis RC mašinomis. Turiu turėti didelių, suaugusių žmogaus dydžio. Čia iškyla problema: suaugusieji RC automobiliai yra brangūs. Naršant internete pigiausias, kurį galėjau rasti, kainavo 320 USD, vidutiniškai apie 800 USD. Mano kompiuteris yra pigesnis nei šie žaislai!

Žinodamas, kad negaliu sau leisti šių žaislų, manyje esantis gamintojas pasakė, kad galiu pagaminti automobilį už 10 -tą kainą. Taigi aš pradėjau savo kelionę paversti šiukšles auksu

Prekės

RC automobiliui reikalingos dalys yra šios:

• Naudotas RC automobilis
• L293D variklio tvarkyklė (DIP forma)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ radijo modulis
• RC drono baterija (arba bet kuri kita didelės srovės baterija)
• LM2596 Buck konverteriai (2)
• Laidai
• Perfboard
• Maži, įvairūs komponentai (antgaliai, varžtai, kondensatoriai ir kt.)

RC valdikliui reikalingos šios dalys:

• Naudotas valdiklis (turi turėti 2 analogines vairasvirtes)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ radijo modulis
• Elektros laidai

1 žingsnis: perdirbtas lobis

Šis projektas iš pradžių prasidėjo maždaug prieš metus, kai su draugais planavome pagaminti kompiuteriu varomą automobilį hakatono projektui (kodavimo konkursui). Mano planas buvo nueiti į dėvėtų daiktų parduotuvę, nusipirkti didžiausią RC automobilį, kokį tik galiu rasti, išdarinėti vidų ir pakeisti jį ESP32.

Sunkmečiu puoliau prie Saverso, nusipirkau RC automobilį ir ruošiausi hakatonui. Deja, daugelis reikalingų dalių neatvyko laiku, todėl turėjau visiškai atsisakyti projekto.

Nuo tada RC automobilis renka dulkes po mano lova, iki šiol …

Greita apžvalga:

Šiame projekte aš pakeisiu naudotą žaislinį automobilį ir IR valdiklį, kad sukurtų „Upcycled RC Car“. Aš išdarinėsiu vidų, implantuosiu „Arduino Nano“ir naudosiu radijo modulį NRF24L01+, kad galėčiau bendrauti.

2 žingsnis: teorija

„Suprasti, kaip kažkas veikia, yra svarbiau nei žinoti, kaip tai padaryti“

- Kevin Yang 2020-05-17 (aš ką tik tai sugalvojau)

Tai pasakius, pradėkime kalbėti apie „Upcycled RC Car“teoriją ir elektroniką.

Automobilio pusėje naudosime „NRF24L01+“, „Arduino Nano“, „L293D“variklio tvarkyklę, RC automobilio variklius ir du pinigus. Vienas „Buck“keitiklis tiekia variklio varomąją įtampą, o kitas - 5 V „Arduino Nano“.

Valdiklio pusėje mes naudosime NRF24L01+, „Arduino Nano“ir analoginius valdiklius pakartotinai naudojamame valdiklyje.

3 žingsnis: NRF24L01+

Prieš pradėdami turbūt turėčiau paaiškinti kambaryje esantį dramblį: NRF24L01+. Jei dar nesate susipažinę su pavadinimu, NRF24 yra lustas, kurį gamina „Nordic Semiconductors“. Gamintojų bendruomenėje jis yra gana populiarus radijo ryšiui dėl mažos kainos, mažo dydžio ir gerai parašytos dokumentacijos.

Taigi, kaip iš tikrųjų veikia NRF modulis? Pradedantiesiems, NRF24L01+ veikia 2,4 GHz dažniu. Tai tas pats dažnis, kuriuo veikia „Bluetooth“ir „Wifi“(su nedideliais skirtumais!). Lustas bendrauja tarp „Arduino“naudodamas keturių kontaktų ryšio protokolą SPI. Energijai NRF24 naudoja 3,3 V įtampą, tačiau kaiščiai taip pat toleruoja 5 V. Tai leidžia mums naudoti „Arduino Nano“, kuris naudoja 5V logiką, su NRF24, kuris naudoja 3.3V logiką. Keletas kitų funkcijų yra tokios.

Žymios savybės:

• Veikia 2,4 GHz dažnių juostoje
• Maitinimo įtampos diapazonas: 1,6 - 3,6 V.
• 5V Tolerantiškas
• Naudoja SPI ryšį (MISO, MOSI, SCK)
• Užima 5 kaiščius (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Gali sukelti trikdžius - IRQ (labai svarbu šiame projekte!)
• Miegojimo rezimas
• Vartoja 900nA - 12mA
• Perdavimo diapazonas: ~ 100 metrų (gali skirtis priklausomai nuo geografinės vietos)
• Kaina: 1,20 USD už modulį („Amazon“)

Jei norite sužinoti daugiau apie NRF24L01+, pabaigoje skaitykite skyrių Papildomi skaitymai

4 žingsnis: L293D - dvigubo H tilto variklio tvarkyklė

Nors „Arduino Nano“gali tiekti pakankamai srovės, kad galėtų maitinti šviesos diodą, jokiu būdu „Nano“negali maitinti variklio pats. Todėl varikliui valdyti turime naudoti specialų tvarkyklę. Be to, kad galėtų tiekti srovę, vairuotojo lustas taip pat apsaugos „Arduino“nuo bet kokių įtampos šuolių, atsirandančių įjungiant ir išjungiant variklį.

Įdėkite L293D, keturių pusių H tilto variklio tvarkyklę arba, pasauliečiams tariant, mikroschemą, kuri gali varyti du variklius pirmyn ir atgal.

L293D remiasi H-tiltais, valdančiais tiek variklio greitį, tiek kryptį. Kitas bruožas yra maitinimo šaltinio izoliacija, leidžianti „Arduino“išjungti iš maitinimo šaltinio, atskirto nuo variklių.

5 žingsnis: Automobilio pašalinimas

Užteks teorijos ir pradėkime kurti!

Kadangi RC automobilis nėra komplektuojamas su valdikliu (nepamirškite jo iš taupymo parduotuvės), vidinė elektronika iš esmės yra nenaudinga. Taigi, atidariau RC automobilį ir įmečiau valdiklio plokštę į savo šiukšlių dėžę.

Dabar svarbu padaryti keletą pastabų prieš pradedant. Vienas dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį, yra RC automobilio maitinimo įtampa. Automobilis, kurį nusipirkau, yra labai senas, dar prieš pradedant naudoti ličio baterijas. Tai reiškia, kad šis RC automobilis buvo išjungtas iš Ni-Mh akumuliatoriaus, kurio vardinė įtampa 9,6 voltai. Tai svarbu, nes tai bus įtampa, kuria varysime variklius.

6 veiksmas: kaip veikia automobilis?

Galiu 99% užtikrintai pasakyti, kad mano automobilis nėra toks pat kaip jūsų, tai reiškia, kad šis skyrius iš esmės yra nenaudingas. Tačiau svarbu atkreipti dėmesį į keletą mano automobilio savybių, nes tuo grindžiu savo dizainą.

Vairavimas

Skirtingai nuo šiuolaikinių RC automobilių, mano modifikuojamas automobilis nenaudoja servo. Vietoj to mano automobilis naudoja pagrindinį šlifuotą variklį ir spyruokles. Tai turi daug trūkumų, ypač todėl, kad neturiu galimybės atlikti puikių posūkių. Tačiau viena tiesioginė nauda yra ta, kad man nereikia jokios sudėtingos valdymo sąsajos. Viskas, ką man reikia padaryti, yra įjungti variklį tam tikru poliškumu (priklausomai nuo to, kokiu keliu noriu pasukti).

Diferencialinė ašis

Nuostabu, kad mano RC automobilyje taip pat yra diferencialinė ašis ir du skirtingi pavarų režimai. Tai gana juokinga, nes skirtumai dažniausiai randami tikruose automobiliuose, o ne mažuose RC. Manyčiau, kad prieš tai, kai šis automobilis atsidūrė taupių prekių parduotuvės lentynose, tai buvo aukščiausios klasės RC modelis.

7 žingsnis: galios problema

Kadangi funkcijos yra neveikiančios, dabar turime kalbėti apie svarbiausią šios konstrukcijos dalį: kaip mes aprūpinsime RC automobilį? Ir tiksliau: kiek srovės reikia varikliams valdyti?

Norėdami atsakyti į šį klausimą, aš prijungiau drono akumuliatorių prie „Buck“keitiklio, kur 11 V akumuliatorių numečiau prie 9,6 V variklių. Iš ten aš nustatiau multimetrą į 10A srovės režimą ir užbaigiau grandinę. Mano skaitiklis perskaitė, kad varikliams reikia 300 mA srovės, kad įeitų laisvas oras.

Nors tai gali atrodyti nedaug, matavimas, kuris mums tikrai rūpi, yra variklių stabdymo srovė. Norėdami tai išmatuoti, uždėjau rankas ant ratų, kad jie nesisuktų. Kai pažvelgiau į savo skaitiklį, jis rodė tvirtą 1A.

Žinodamas, kad pavaros varikliai ims maždaug stiprintuvą, aš pradėjau tikrinti vairo variklius, kurie sustingo 500 mA. Turėdamas šias žinias priėjau prie išvados, kad galiu išjungti visą sistemą iš RC drono akumuliatoriaus ir dviejų LM2596 kainų keitiklių*.

*Kodėl dviejų dolerių valdikliai? Na, kiekvieno LM2596 maksimali srovė yra 3A. Jei viską išjungsiu iš vieno keitiklio, aš sunaudosiu daug srovės, todėl turėčiau gana didelius įtampos šuolius. Pagal konstrukciją „Arduino Nano“jėga remiasi kiekvieną kartą, kai yra didelis įtampos šuolis. Todėl aš naudoju du keitiklius, kad palengvintų apkrovą ir išlaikyčiau „Nano“izoliuotą nuo variklių.

Paskutinis svarbus komponentas, kurio mums reikia, yra „Li-Po“ląstelių įtampos testeris. Tai daroma siekiant apsaugoti akumuliatorių nuo per didelio išsikrovimo, kad nebūtų sugadintas jo veikimo laikas (visada laikykite ličio baterijos elemento įtampą aukštesnę nei 3,5 V!)

8 žingsnis: RC automobilio grandinė

Išsprendus maitinimo problemą, dabar galime sukurti grandinę. Aukščiau yra schema, kurią padariau RC automobiliui.

Atminkite, kad neįtraukiau akumuliatoriaus voltmetro jungties. Norėdami naudoti voltmetrą, jums tereikia prijungti balanso jungtį prie atitinkamų voltmetro kaiščių. Jei to niekada nedarėte, spustelėkite vaizdo įrašą, susietą skiltyje Papildomi skaitymai, kad sužinotumėte daugiau.

Pastabos apie grandinę

L293D įjungimo kaiščiams (1, 9) reikalingas kintamo greičio PWM signalas. Tai reiškia, kad prie jų galima prijungti tik kelis „Arduino Nano“kaiščius. Kitiems L293D kaiščiams viskas tinka.

Kadangi NRF24L01+ palaiko ryšį per SPI, turime prijungti jo SPI kaiščius prie „Arduino Nano“SPI kaiščių (taigi prijunkite MOSI -> MOSI, MISO -> MISO ir SCK -> SCK). Taip pat svarbu pastebėti, kad prijungiau NRF24 IRQ kaištį prie „Arduino Nano“2 kaiščio. Taip yra todėl, kad IRQ kaištis kiekvieną kartą, kai NR24 gauna pranešimą, yra ŽEMAS. Žinodamas tai, galiu sukelti pertrauką, kad liepčiau „Nano“skaityti radiją. Tai leidžia „Nano“daryti kitus dalykus, kol laukia naujų duomenų.

9 žingsnis: PCB

Kadangi noriu padaryti tai modulinį dizainą, sukūriau PCB naudodami perf plokštę ir daugybę antraščių kaiščių.

10 žingsnis: galutiniai ryšiai

Kai PCB buvo padaryta ir RC automobilis išdarinėtas, aš išbandžiau aligatoriaus laidus, ar viskas veikia.

Išbandęs, ar visos jungtys yra teisingos, aligatoriaus laidus pakeičiau tikrais kabeliais ir visus komponentus pritvirtinau prie važiuoklės.

Šiuo metu galbūt supratote, kad šis straipsnis nėra žingsnis po žingsnio vadovas. Taip yra todėl, kad paprasčiausiai neįmanoma parašyti kiekvieno žingsnio, todėl keli kiti „Instructables“veiksmai bus tai, kad aš pasidalinsiu keliais patarimais, kuriuos sužinojau gamindamas automobilį.

11 veiksmas: 1 patarimas: radijo modulio išdėstymas

Norėdami padidinti RC automobilio diapazoną, padėjau NRF radijo modulį kuo toliau į šoną. Taip yra todėl, kad radijo bangos atspindi metalus, tokius kaip PCB ir laidai, todėl sumažėja diapazonas. Norėdami tai išspręsti, aš įdėjau modulį į pačią PCB pusę ir iškirpiau plyšį automobilio korpuse, kad jis galėtų išsikišti.

12 žingsnis: 2 patarimas: išlaikykite modulinį

Kitas dalykas, kurį padariau kelis kartus, mane išgelbėjo - tai visko prijungimas per antraštės kaiščius ir gnybtų blokus. Tai leidžia lengvai pakeisti dalis, jei vienas iš komponentų keps (dėl kokių nors priežasčių …).

13 žingsnis: 3 patarimas: naudokite radiatorius

Mano RC automobilio varikliai stumia L293D iki galo. Nors variklio vairuotojas gali nuolat valdyti iki 600 mA, tai taip pat reiškia, kad jis labai įkaista ir greitai įkaista! Štai kodėl verta įdėti šiek tiek šiluminės pastos ir radiatorių, kad „L293D“pats nevirtų. Tačiau net ir esant šilumos kriauklėms, lustas vis tiek gali įkaisti. Todėl po 2-3 žaidimo minučių leiskite automobiliui atvėsti.

14 žingsnis: RC valdiklio laikas

Baigę RC automobilį, galime pradėti gaminti valdiklį.

Kaip ir RC automobilis, aš taip pat nusipirkau valdiklį, galvodamas, kad galiu su juo ką nors padaryti. Ironiška, kad valdiklis iš tikrųjų yra IR, todėl jis naudoja IR šviesos diodus, kad galėtų bendrauti tarp įrenginių.

Pagrindinė šios konstrukcijos idėja yra išlaikyti originalią plokštę valdiklio viduje ir aplink ją pastatyti „Arduino“ir „NRF24L01+“.

15 žingsnis: Analoginės vairasvirtės pagrindai

Prisijungimas prie analoginės vairasvirtės gali būti nelengvas, ypač todėl, kad nėra kaiščių pertraukimo plokštės. Nesijaudink! Visi analoginiai vairasvirtės veikia tuo pačiu pagrindiniu principu ir paprastai turi tą patį kištuką.

Iš esmės analoginiai vairasvirtės yra tik du potenciometrai, kurie keičia pasipriešinimą judant skirtingomis kryptimis. Pavyzdžiui, kai perkeliate vairasvirtę į dešinę, x ašies potenciometras keičia vertę. Dabar, kai pastumiate vairasvirtę į priekį, y ašies potenciometras keičia vertę.

Turint tai omenyje, jei pažvelgsime į analoginės vairasvirtės apačią, pamatysime 6 kaiščius, 3 x ašies potenciometrą ir 3 y ašies potenciometrą. Viskas, ką jums reikia padaryti, tai prijungti 5 V ir įžeminimą prie išorinių kaiščių ir prijungti vidurinį kaištį prie analoginio „Arduino“įvesties.

Atminkite, kad potenciometro reikšmės bus susietos su 1024, o ne 512! Tai reiškia, kad norėdami valdyti bet kokius skaitmeninius išėjimus (pvz., PWM signalą, kurį naudojame valdydami L293D), turime naudoti „Arduino“integruoto žemėlapio () funkciją. Tai jau padaryta kodekse, bet jei planuojate rašyti savo programą, turite tai nepamiršti.

16 žingsnis: valdiklio jungtys

Ryšiai tarp NRF24 ir „Nano“vis dar yra vienodi valdikliui, tačiau atėmus IRQ ryšį.

Valdiklio grandinė parodyta aukščiau.

Valdiklio modifikavimas tikrai yra meno rūšis. Aš tai jau minėjau daugybę kartų, bet tiesiog neįmanoma žingsnis po žingsnio parašyti, kaip tai padaryti. Taigi, kaip ir tai, ką dariau anksčiau, duosiu keletą patarimų, ką sužinojau kurdama valdiklį.

17 žingsnis: 1 patarimas: naudokite dalis, kurias ketinate šalinti

Valdiklyje yra labai mažai vietos, todėl, jei norite įtraukti kitus automobilio įėjimus, naudokite jau esančius jungiklius ir rankenėles. Savo valdikliui taip pat prijungiau potenciometrą ir 3 krypčių jungiklį prie „Nano“.

Kitas dalykas, kurį reikia nepamiršti, kad tai yra jūsų valdiklis. Jei kaiščiai neatitinka jūsų norų, visada galite juos pertvarkyti!

18 veiksmas: 2 patarimas: pašalinkite nereikalingus pėdsakus

Kadangi mes naudojame originalią plokštę, turėtumėte nubraukti visus pėdsakus, kurie patenka į analogines vairasvirtes ir kitus jūsų naudojamus jutiklius. Taip išvengsite bet kokio netikėto jutiklio elgesio.

Norėdami atlikti šiuos pjūvius, aš tiesiog panaudojau dėžutės pjaustytuvą ir kelis kartus įvertinau PCB, kad tikrai atskirtumėte pėdsakus.

19 veiksmas: 3 patarimas: laikykite laidus trumpus

Šis patarimas konkrečiai kalba apie SPI linijas tarp „Arduino“ir „NRF24“modulio, tačiau tai pasakytina ir apie kitas jungtis. „NRF24L01+“yra labai jautrus trikdžiams, todėl, jei laidai sulaiko triukšmą, jis sugadins duomenis. Tai yra vienas iš pagrindinių SPI komunikacijos trūkumų. Lygiai taip pat, laikydami laidus kuo trumpesnius, visą valdiklį padarysite švaresnį ir organizuotesnį.

20 žingsnis: 4 patarimas: vieta! Paskirtis! Paskirtis

Be to, kad laidai būtų kuo trumpesni, tai reiškia, kad atstumas tarp dalių turi būti kuo trumpesnis.

Ieškodami vietų, kur pritvirtinti NRF24 ir „Arduino“, nepamirškite jų laikyti kuo arčiau vienas kito ir vairasvirtės.

Kitas dalykas, kurį reikia nepamiršti, yra tai, kur įdėti NRF24 modulį. Kaip minėta anksčiau, radijo bangos negali praeiti pro metalą, todėl modulį turėtumėte sumontuoti šalia valdiklio šono. Norėdami tai padaryti, su „Dremel“išpjoviau nedidelį plyšį, kad NRF24 išliptų iš šono.

21 žingsnis: kodas

Tikriausiai svarbiausia šio kūrinio dalis yra tikrasis kodas. Įtraukiau komentarus ir viską, todėl neaiškinsiu kiekvienos programos eilutės po eilutės.

Turėdamas tai omenyje, noriu atkreipti dėmesį į kelis svarbius dalykus: norint paleisti programas, turėsite atsisiųsti NRF24 biblioteką. Jei dar neturite įdiegtų bibliotekų, siūlau jums sužinoti, kaip tai padaryti, skyriuje „Papildomi skaitymai“susietos pamokos. Be to, siunčiant signalus į L293D, niekada neįjunkite abiejų krypčių kaiščių. Tai sutrumpins variklio vairuotoją ir privers jį sudegti.

Gitubas-

22 žingsnis: galutinis produktas

Galiausiai, po vienerių metų dulkių surinkimo ir 3 savaičių rankų darbo, aš pagaliau baigiau gaminti „Upcycled RC Car“. Nors turiu pripažinti, kad jis nėra toks galingas, kaip įžangoje matomi automobiliai, jis pasirodė daug geriau, nei maniau. Automobilis gali važiuoti 40 minučių, kol jam baigsis energija, ir gali nutolti iki 150 metrų nuo valdiklio.

Keletas dalykų, kuriuos tikrai padarysiu, norėdamas patobulinti automobilį, yra pakeisti L293D į didesnį, galingesnį variklį L298. Kitas dalykas, kurį norėčiau padaryti, yra pakeisti numatytąjį NRF radijo modulį į sustiprintą antenos versiją. Šios modifikacijos padidintų atitinkamai automobilio sukimo momentą ir diapazoną.

23 žingsnis: papildomi skaitymai:

NRF24L01+

• Šiaurės šalių puslaidininkių duomenų lapas
• SPI komunikatas (straipsnis)
• Pagrindinė sąranka (vaizdo įrašas)
• Išsami pamoka (straipsnis)
• Išplėstiniai patarimai ir gudrybės (vaizdo įrašų serijos)

L293D

• „Texas Instruments“duomenų lapas
• Išsami pamoka (straipsnis)