RC keturių ratų „Ground Rover“: 11 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:51

Tai „Monolitas ant ratų“(ačiū Stanley Kubrickui: D)

Nuo tada, kai pradėjau tvarkytis elektroniką, buvo viena iš mano svajonių sukurti nuotoliniu būdu valdomą roverį, nes belaidžiai dalykai mane visada žavėjo. Iki kolegijos projekto neturėjau pakankamai laiko ir pinigų, kad galėčiau jį sukurti. Taigi paskutinių metų projektui sukūriau keturių ratų roverį. Šioje pamokoje paaiškinsiu, kaip aš panaudojau seną stiprintuvo korpusą, norėdamas sukurti roverį nuo nulio ir kaip padaryti radijo valdiklį.

Tai keturių ratų antžeminis roveris su keturiais atskirais varomaisiais varikliais. Variklio tvarkyklės grandinė yra pagrįsta L298N, o RF valdymas pagrįstas HT12E ir HT12D pora iš „Holtek“puslaidininkio. Jis nenaudoja „Arduino“ar kitų mikrovaldiklių. Mano sukurta versija naudoja pigią 433 MHz ISM juostos ASK siųstuvo ir imtuvo porą belaidžiam veikimui. Roveris valdomas keturiais mygtukais, o naudojamas vairavimo metodas yra diferencinė pavara. Valdiklio veikimo atstumas atviroje erdvėje yra apie 100 m. Pradėkime kurti dabar.

(Visi vaizdai yra didelės skiriamosios gebos. Atidarykite juos naujame skirtuke, kad gautumėte didelę raišką.)

1 veiksmas: reikalingos dalys ir įrankiai

• 4 x 10 cm x 4 cm ratai su 6 mm skylėmis (arba tie, kurie suderinami su jūsų turimais varikliais)
• 4 x 12 V, 300 arba 500 aps / min pavarų varikliai su 6 mm velenu
• 1 x tinkamo dydžio metalinis gaubtas (pakartotinai panaudojau seną metalinį dėklą)
• 4 x L formos variklio spaustukai
• 2 x 6V 5Ah, švino rūgšties baterijos
• 1 x 9V baterija
• 1 x L298N variklio vairuotojo plokštė arba plikas IC
• 1 x 433MHz siųstuvas
• 2 x 433 MHz imtuvas (suderinamas)
• 4 x 12 mm mygtukai
• 1 x DC statinės lizdas
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 „Quad XNOR Gate IC“
• 1 x CD4069 Quad NOT Gate IC
• 4 x 100uF elektrolitiniai kondensatoriai
• 7 x 100 nF keraminiai kondensatoriai
• 4 x 470R rezistoriai
• 1 x 51K rezistorius (svarbu)
• 1 x 680R rezistorius
• 1 x 1 mln. Rezistorius (svarbu)
• 1 x 7805 arba LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• 3 x 2 kontaktų varžtai
• 1 x SPDT svirties jungiklis
• 1 x matiniai juodi dažai
• Šviesos diodai, laidai, įprastos PCB, IC lizdai, jungikliai, gręžtuvas, „Dremel“, smėlio popierius ir kiti įrankiai

Tokias dalis kaip varikliai, ratai, spaustukai ir kt. Galima pasirinkti pagal jūsų poreikius.

2 žingsnis: variklio tvarkyklės schema

HT12D yra 12 bitų dekoderis, kuris yra nuoseklaus įėjimo lygiagretaus išvesties dekoderis. HT12D įvesties kaištis bus prijungtas prie imtuvo, turinčio nuosekliąją išvestį. Tarp 12 bitų 8 bitai yra adreso bitai, o HT12D iššifruos įvestį, jei tik tuo atveju, jei gaunami duomenys atitinka dabartinį adresą. Tai naudinga, jei norite valdyti daug įrenginių tuo pačiu dažniu. Adreso vertei nustatyti galite naudoti 8 kontaktų DIP jungiklį. Bet aš juos litavau tiesiai į GND, kuris duoda adresą 00000000. HT12D čia veikia esant 5 V įtampai, o Rosc vertė yra 51 KΩ. Rezistoriaus vertė yra svarbi, nes jos keitimas gali sukelti dekodavimo problemų.

433MHz imtuvo išėjimas yra prijungtas prie HT12D įvesties, o keturi išėjimai yra prijungti prie L298 2A dvigubo H tilto tvarkyklės. Vairuotojui reikia šilumos kriauklės, kad būtų galima tinkamai išsklaidyti šilumą, nes ji gali labai įkaisti.

Kai paspaudžiu nuotolinio valdymo pulto kairįjį mygtuką, noriu, kad M1 ir M2 veiktų priešinga kryptimi nei M3 ir M4, ir atvirkščiai, jei norite veikti dešinėje. Norint važiuoti pirmyn, visi varikliai turi veikti ta pačia kryptimi. Tai vadinama diferencine pavara ir naudojama kovos tankuose. Todėl mums tereikia valdyti ne tik vieną kaištį, bet ir keturis vienu metu. To negalima pasiekti naudojant mano turimus SPST mygtukus, nebent turite SPDT jungiklius ar vairasvirtę. Tai suprasite pažiūrėję į aukščiau pateiktą loginę lentelę. Kitame žingsnyje siųstuvo gale pasiekiama reikiama logika.

Visą sąranką maitina dvi serijos konfigūracijos 6V, 5Ah švino rūgšties baterijos. Tokiu būdu turėsime daug vietos įdėti baterijas į važiuoklę. Bet bus geriau, jei rasite „Li-Po“akumuliatorių 12 V diapazone. Nuolatinės srovės statinės lizdas naudojamas prijungti Pb-Acid baterijas prie išorinio įkroviklio. 5V HT12D generuojamas naudojant 7805 reguliatorių.

3 žingsnis: sukurkite variklio tvarkyklę

Visiems komponentams lituoti naudojau perforatorių. Pirmiausia sudėkite komponentus taip, kad juos būtų lengviau lituoti nenaudojant daugybės trumpiklių. Tai patirties klausimas. Kai padėtis bus patenkinama, lituokite kojas ir nupjaukite perteklines dalis. Dabar atėjo laikas maršrutizavimui. Galbūt naudojote automatinio maršrutizatoriaus funkciją daugelyje PCB dizaino programų. Tu čia maršrutizatorius. Naudokite savo logiką, kad gautumėte geriausią maršrutą, minimaliai naudodami trumpiklius.

RF imtuvui naudojau IC lizdą, o ne tiesiogiai litavau, nes vėliau galiu jį pakartotinai naudoti. Visa plokštė yra modulinė, kad vėliau prireikus galėčiau jas lengvai išardyti. Būti moduliu yra vienas iš mano pomėgių.

4 žingsnis: RF nuotolinio valdiklio schema

Tai 4 kanalų RF nuotolinio valdymo pultas, skirtas roveriui. Nuotolinio valdymo pultas yra pagrįstas HT12E ir HT12D, 2^12 serijos kodavimo-dekoderio pora iš puslaidininkio Holtek. RF ryšį užtikrina 433 MHz ASK siųstuvo ir imtuvo pora.

HT12E yra 12 bitų kodavimo įrenginys ir iš esmės lygiagretus įvesties ir nuoseklaus išvesties kodavimo įrenginys. Iš 12 bitų 8 bitai yra adreso bitai, kurie gali būti naudojami valdant kelis imtuvus. Smeigtukai A0-A7 yra adreso įvesties kaiščiai. Osciliatoriaus dažnis 5V veikimui turėtų būti 3 KHz. Tada „Rosc“vertė bus 1,1 MΩ esant 5 V įtampai. Mes kreipiamės į teismą su 9 V baterija, todėl „Rosc“vertė yra 1 MΩ. Žiūrėkite duomenų lapą, kad nustatytumėte tikslų osciliatoriaus dažnį ir rezistorių, naudojamą konkrečiam įtampos diapazonui. AD0-AD3 yra valdymo bitų įvestys. Šie įėjimai valdys HT12D dekoderio D0-D3 išėjimus. Galite prijungti HT12E išvestį prie bet kurio siųstuvo modulio, kuris priima serijinius duomenis. Tokiu atveju išvestį prijungiame prie 433MHz siųstuvo įvesties kaiščio.

Mes turime keturis variklius nuotoliniu būdu valdyti, iš kurių kiekvienas yra lygiagrečiai prijungtas diferencinei pavarai, kaip parodyta ankstesnėje blokinėje schemoje. Norėjau valdyti diferencinės pavaros variklius keturiais įprastais SPST mygtukais. Bet yra problema. Mes negalime valdyti (arba įjungti) kelių HT12E kodavimo kanalų tik SPST mygtukais. Čia atsiranda loginiai vartai. Vienas 4069 CMOS NOR ir vienas 4077 NAND sudaro loginę tvarkyklę. Kiekvieną kartą paspaudus mygtukus, loginis derinys generuoja reikiamus signalus keliuose kodavimo įvesties kaiščiuose (tai buvo intuityvus sprendimas, o ne eksperimentas, pvz., „Lemputė!“). Šių loginių vartų išvestis yra prijungta prie HT12E įėjimų ir siunčiama nuosekliai per siųstuvą. Gavęs signalą, HT12D iššifruos signalą ir atitinkamai ištrauks išvesties kaiščius, kurie tada valdys L298N ir variklius.

5 veiksmas: sukurkite nuotolinį RF valdiklį

Nuotolinio valdymo pultui naudoju dvi atskiras perforatoriaus dalis; vienas mygtukais, o kitas - logine grandine. Visos plokštės yra visiškai modulinės, todėl jas galima nuimti be litavimo. Siųstuvo modulio antenos kaištis prijungtas prie išorinės teleskopinės antenos, išgelbėtos iš seno radijo. Bet jūs galite naudoti vieną vielos gabalą. Nuotolinio valdymo pultas tiesiogiai naudoja 9 V bateriją.

Viskas buvo sugrūsta į mažą plastikinę dėžę, kurią radau šiukšlių dėžėje. Tai nėra geriausias būdas sukurti nuotolinio valdymo pultą, tačiau jis tarnauja tikslui.

6 žingsnis: Nuotolinio valdiklio dažymas

Viskas buvo supakuota viduje su mygtukais, DPDT jungikliu, įjungimo indikatoriaus LED ir antena. Aš išgręžiau keletą skylių šalia siųstuvo, nes radau, kad po ilgo veikimo jis šiek tiek įkaista. Taigi skylės užtikrins tam tikrą oro srautą.

Buvo klaida iškirpti didelę stačiakampę skylę viršuje, o ne mažas keturias. Galbūt galvojau apie ką nors kita. Apdailai naudoju metalinius sidabrinius dažus.

7 žingsnis: važiuoklės kūrimas

Kaip roverio važiuoklę naudojau seną stiprintuvo metalinį korpusą. Po juo buvo skylių, o kai kurias iš jų reikėjo praplatinti gręžtuvu, todėl variklio spaustukus buvo lengva pritvirtinti. Turite rasti kažką panašaus arba pagaminti iš lakštinio metalo. Stačiakampiai variklio spaustukai (arba L spaustukai) turi po šešias varžtų skyles. Visa sąranka nebuvo tokia tvirta, nes lakšto storis buvo mažas, bet pakankamai, kad išlaikytų visą baterijų svorį ir viską. Varikliai gali būti pritvirtinti prie spaustukų, naudojant veržles, pateiktas su nuolatinės srovės varikliais. Variklio velenas turi srieginę skylę ratams pritvirtinti.

Naudojau 300 aps./min nuolatinės srovės variklius su plastikine pavarų dėže. Plastikinės pavarų dėžės (krumpliaračiai vis dar yra metaliniai) varikliai yra pigesni nei „Johnson“reduktoriai. Tačiau jie greičiau susidėvės ir neturės tiek daug sukimo momento. Siūlau naudoti „Johnson“variklius su 500 arba 600 aps./min. 300 aps./min.

Kiekvienas variklis turi būti lituojamas su 100 nF keraminiais kondensatoriais, kad būtų sumažintos kontaktinės kibirkštys variklių viduje. Tai užtikrins geresnį variklių tarnavimo laiką.

8 žingsnis: važiuoklės dažymas

Dažyti lengva purškiamomis dažų skardinėmis. Visai važiuoklei naudojau matinę juodą spalvą. Norėdami geriau užbaigti, turite nuvalyti metalinį korpusą švitriniu popieriumi ir pašalinti visus senus dažų sluoksnius. Užtepkite du sluoksnius ilgam gyvenimui.

9 žingsnis: bandymas ir apdaila

Tikrai džiaugiausi, kai pirmą kartą išbandžiau, kad viskas veikia nepriekaištingai. Manau, kad pirmą kartą kažkas panašaus atsitiko.

Aš naudoju tiffino dėžutę, kad galėčiau laikyti vairuotojo lentą viduje. Kadangi viskas yra modulinė, surinkimas yra lengvas. RF imtuvo antenos laidas buvo prijungtas prie plieninės vielos antenos už važiuoklės ribų.

Surinkus viskas atrodė puikiai, kaip tikėjausi.

10 žingsnis: pamatykite tai veikdami

Aukščiau yra tada, kai aš naudoju roverį nešioti GPS + pagreičio matuoklio modulį kitam projektui. Viršutinėje plokštėje yra GPS, akselerometras, RF siųstuvas -imtuvas ir naminis „Arduino“. Žemiau yra variklio vairuotojo lenta. Galite pamatyti, kaip ten įdėtos Pb rūgšties baterijos. Jiems ten yra pakankamai vietos, nepaisant to, kad tiffino dėžutė yra viduryje.

Žiūrėkite vaizdo įraše veikiantį roverį. Vaizdo įrašas šiek tiek drebėjo, kai jį fotografavau telefonu.

11 žingsnis: patobulinimai

Kaip visada sakau, visada yra kur tobulėti. Aš padariau tik pagrindinį RC roverį. Jis nėra pakankamai galingas, kad neštų svorius, išvengtų kliūčių ir nebūtų greitas. RF valdiklio diapazonas yra ribojamas iki maždaug 100 metrų atviroje erdvėje. Kurdami vieną, turėtumėte pabandyti išspręsti visus šiuos trūkumus; ne tik pakartokite, nebent jus riboja dalių ir įrankių prieinamumas. Štai keletas mano tobulinimo pasiūlymų jums.

• Naudokite „Johnson“metalo pavarų dėžės variklius, kurių sūkiai yra 500 arba 600 aps./min. Jie yra tikrai galingi ir gali išvystyti iki 12 kg sukimo momentą esant 12 V įtampai. Bet jums reikės suderinamo variklio tvarkyklės ir didelės srovės akumuliatorių.
• Variklio PWM valdymui naudokite mikrovaldiklį. Tokiu būdu galite kontroliuoti roverio greitį. Reikalingas specialus jungiklis greičio valdymui nuotolinio valdymo pulto gale.
• Naudokite geresnę ir galingesnę radijo siųstuvo ir imtuvo porą, kad padidintumėte veikimo diapazoną.
• Tvirta važiuoklė greičiausiai pagaminta iš aliuminio kartu su spyruokliniais amortizatoriais.
• Besisukanti robotų platforma, skirta pritvirtinti robotų rankas, fotoaparatus ir kitus daiktus. Gali būti pagamintas naudojant servo ant važiuoklės viršaus.

Planuoju sukurti 6 ratų roverį su visomis aukščiau paminėtomis savybėmis ir būti naudojamas kaip bendrosios paskirties roverio platforma. Tikiuosi, kad jums patiko šis projektas ir kažko išmokote. Ačiū, kad skaitote:)