Mașină RC reciclată: 23 de pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Mașinile RC au fost întotdeauna o sursă de entuziasm pentru mine. Sunt rapide, sunt distractive și nu trebuie să vă faceți griji dacă le prăbușiți. Cu toate acestea, în calitate de pasionat de RC, mai în vârstă, mai matur, nu pot fi văzut jucându-mă cu mașini RC mici pentru copii. Trebuie să am niște bărbați mari, crescuți. Aici apare o problemă: mașinile RC pentru adulți sunt scumpe. În timp ce navigați online, cel mai ieftin pe care l-am găsit a costat 320 USD, media fiind în jur de 800 USD. Calculatorul meu este mai ieftin decât aceste jucării!

Știind că nu-mi pot permite aceste jucării, producătorul din mine a spus că aș putea face mașină pentru un al zecelea din preț. Astfel, mi-am început călătoria pentru a transforma gunoiul în aur

Provizii

Piesele necesare pentru mașina RC sunt următoarele:

• Mașină RC second-hand
• Driver motor L293D (formular DIP)
• Arduino Nano
• NRF24L01 + Modul radio
• Baterie RC Drone (sau orice altă baterie cu curent ridicat)
• Convertoare Buck LM2596 (2)
• Fire
• Perfboard
• Componente mici, diverse (știfturi, terminale cu șurub, condensatori etc.)

Piesele necesare pentru controlerul RC sunt următoarele:

• Controler folosit (trebuie să aibă 2 joystick-uri analogice)
• Arduino Nano
• NRF24L01 + Modul radio
• Fire electrice

Pasul 1: Comoara reciclată

Acest proiect a început inițial acum aproximativ un an, când eu și prietenii mei plănuiam să facem o mașină cu computer pentru un proiect de hackathon (concurs de codare). Planul meu era să merg la un magazin de cumpărături, să cumpăr cea mai mare mașină RC pe care am putut să o găsesc, să-i înghesui interiorul și să o înlocuiesc cu un ESP32.

Într-o criză de timp, m-am repezit la Savers, am cumpărat o mașină RC și m-am pregătit pentru hackathon. Din păcate, multe dintre părțile de care aveam nevoie nu au venit la timp, așa că a trebuit să renunț complet la proiect.

De atunci, mașina RC colectează praf sub patul meu, până acum …

Prezentare rapidă:

În acest proiect, voi reface o mașină de jucărie uzată și un controler IR pentru a crea mașina RC upcycled. Voi elimina interiorul, voi implanta Arduino Nano și voi folosi modulul radio NRF24L01 + pentru a comunica între cele două.

Pasul 2: Teorie

„Înțelegerea modului în care funcționează ceva este mai importantă decât să știi cum să-l faci să funcționeze.”

- Kevin Yang 2020-05-17 (tocmai am inventat asta)

Cu toate acestea, să începem să vorbim despre teoria și electronica din spatele mașinii RC upcycled.

Pe partea de mașină, vom folosi un NRF24L01 +, un Arduino Nano, un driver de motor L293D, motoarele din mașina RC și doi convertoare buck. Un convertor buck va furniza tensiunea de acționare pentru motor, în timp ce celălalt va furniza 5V pentru Arduino Nano.

Pe partea controlerului, vom folosi un NRF24L01 +, un Arduino Nano și joystick-urile analogice din controlerul reutilizat.

Pasul 3: NRF24L01 +

Înainte de a începe, probabil că ar trebui să explic elefantul din cameră: NRF24L01 +. Dacă nu sunteți deja familiarizați cu numele, NRF24 este un cip produs de Nordic Semiconductors. Este destul de popular în comunitatea producătorilor de comunicații radio datorită prețului său redus, dimensiunilor mici și documentației bine scrise.

Deci, cum funcționează modulul NRF? Ei bine, pentru început, NRF24L01 + funcționează pe frecvența de 2,4 GHz. Aceasta este aceeași frecvență pe care funcționează Bluetooth și Wifi (cu ușoare variații!). Cipul comunică între un Arduino folosind SPI, un protocol de comunicație cu patru pini. Pentru putere, NRF24 folosește 3,3V, dar pinii sunt, de asemenea, 5V toleranți. Acest lucru ne permite să folosim un Arduino Nano, care folosește logica de 5V, cu NRF24, care folosește logica de 3,3V. Câteva alte caracteristici sunt după cum urmează.

Caracteristici notabile:

• Rulează pe lățimea de bandă de 2,4 GHz
• Gama de tensiune de alimentare: 1,6 - 3,6V
• 5V Tolerant
• Utilizează comunicarea SPI (MISO, MOSI, SCK)
• Ocupă 5 pini (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (Foarte important în acest proiect!)
• Modul de somn
• Consumă 900nA - 12mA
• Gama de transmisie: ~ 100 metri (va varia în funcție de locația geografică)
• Cost: 1,20 USD per modul (Amazon)

Dacă doriți să aflați mai multe despre NRF24L01 +, consultați secțiunea Lecturi suplimentare la final

Pasul 4: L293D - Driver dublu motor H-Bridge

Deși Arduino Nano poate furniza suficient curent pentru a alimenta un LED, nu există nicio modalitate în care Nano poate alimenta un motor de la sine. Prin urmare, trebuie să folosim un driver special pentru a controla motorul. Pe lângă faptul că poate furniza curentul, cipul șoferului va proteja Arduino de orice vârfuri de tensiune care apar din pornirea și oprirea motorului.

Introduceți L293D, un motor de cvadruplu cu jumătate de H-pod sau, în termeni simpli, un cip care poate conduce două motoare înainte și înapoi.

L293D se bazează pe H-Bridges pentru a controla atât viteza unui motor, cât și direcția. O altă caracteristică este izolarea sursei de alimentare, care permite Arduino să curgă dintr-o sursă de alimentare separată de motoare.

Pasul 5: Evacuarea mașinii

Teorie suficientă și să începem de fapt să construim!

Deoarece mașina RC nu vine cu un controler (amintiți-vă de la un magazin second hand), electronica din interior este practic inutilă. Astfel, am deschis mașina RC și am aruncat placa de control în coșul meu de gunoi.

Acum este important să luăm câteva note înainte de a începe. Un lucru de observat este tensiunea de alimentare pentru mașina RC. Mașina pe care am cumpărat-o este foarte veche, cu mult înainte ca bateriile pe bază de litiu să fie obișnuite. Aceasta înseamnă că această mașină RC a fost oprită dintr-o baterie Ni-Mh cu o tensiune nominală de 9,6 volți. Acest lucru este important, deoarece aceasta va fi tensiunea la care vom conduce motoarele.

Pasul 6: Cum funcționează mașina?

Pot spune cu 99% certitudine că mașina mea nu este aceeași cu a ta, ceea ce înseamnă că această secțiune este în esență inutilă. Cu toate acestea, este important să subliniem câteva caracteristici pe care le are mașina mea, deoarece îmi voi baza designul pe acest lucru.

Direcție

Spre deosebire de mașinile RC moderne, mașina pe care o modific nu utilizează un servo pentru a întoarce. În schimb, mașina mea folosește un motor periat de bază și arcuri. Acest lucru are multe dezavantaje, mai ales că nu am capacitatea de a face viraje fine. Cu toate acestea, un beneficiu imediat este că nu am nevoie de nicio interfață de control complicată pentru a activa. Tot ce trebuie să fac este să energizați motorul cu o anumită polaritate (în funcție de modul în care vreau să rotesc).

Axa diferențială

În mod uimitor, mașina mea RC conține, de asemenea, o axă diferențială și două moduri de treaptă diferite. Acest lucru este destul de amuzant, deoarece diferențialele se găsesc de obicei în mașinile din viața reală, nu în cele mici RC. Aș crede că înainte ca această mașină să fie pe rafturile unui magazin second-hand, a fost un model RC de ultimă generație.

Pasul 7: Problema puterii

Cu funcțiile în afara drumului, acum trebuie să vorbim despre cea mai importantă parte a acestei construcții: Cum vom alimenta mașina RC? Și pentru a fi mai specific: Cât de mult curent este necesar pentru a acționa motoarele?

Pentru a răspunde la acest lucru, am conectat o baterie de dronă la un convertor Buck, unde am scăpat 11V al bateriei la 9,6V al motoarelor. De acolo, am setat multimetrul la modul curent 10A și am finalizat circuitul. Contorul meu a citit că motoarele aveau nevoie de 300 mA de curent pentru a se transforma în aer liber.

Deși s-ar putea să nu pară prea mult, măsurarea care ne interesează cu adevărat este curentul de blocare al motoarelor. Pentru a măsura acest lucru, am pus mâinile peste roți pentru a le împiedica să se rotească. Când m-am uitat la contor, acesta afișa un 1A solid.

Știind că motoarele de acționare vor trage aproximativ un amplificator, am continuat apoi să testez motoarele de direcție care au atras 500mA când au fost blocate. Cu aceste cunoștințe, am ajuns la concluzia că pot opri întregul sistem dintr-o baterie de dronă RC și doi convertoare LM2596 *.

* De ce controlere cu doi bani? Ei bine, fiecare LM2596 are un curent maxim de 3A. Dacă opresc totul dintr-un singur convertor Buck, aveam să trag mult curent și, prin urmare, aș avea vârfuri de tensiune destul de mari. Prin proiectare, forța Arduino Nano se odihnește de fiecare dată când există un vârf de tensiune mare. Prin urmare, am folosit doi convertoare pentru a ușura sarcina și a menține Nano izolat de motoare.

O ultimă componentă importantă de care avem nevoie este un tester de tensiune a celulei Li-Po. Scopul acestei acțiuni este de a proteja bateria de supra-descărcare pentru a preveni distrugerea duratei de viață a bateriei (mențineți întotdeauna tensiunea celulei unei baterii pe bază de litiu peste 3,5 V!)

Pasul 8: Circuit auto RC

Având în vedere problema puterii, putem construi acum circuitul. Mai sus este schema pe care am făcut-o pentru mașina RC.

Rețineți că nu am inclus conexiunea voltmetrului bateriei. Pentru a utiliza voltmetrul, tot ce trebuie să faceți este să conectați conectorul de echilibru la pinii respectivi ai voltmetrului. Dacă nu ați făcut acest lucru până acum, faceți clic pe videoclipul legat în secțiunea Lecturi suplimentare pentru a afla mai multe.

Note privind circuitul

Pinii de activare (1, 9) de pe L293D necesită un semnal PWM pentru a avea viteză variabilă. Asta înseamnă că numai câțiva pini de pe Arduino Nano pot fi conectați la acestea. Pentru celelalte știfturi de pe L293D, totul merge.

Deoarece NRF24L01 + comunică prin SPI, trebuie să conectăm pinii SPI la pinii SPI de pe Arduino Nano (deci conectați MOSI -> MOSI, MISO -> MISO și SCK -> SCK). De asemenea, este important să observați că am conectat pinul IRQ al NRF24 la pinul 2 de pe Arduino Nano. Acest lucru se datorează faptului că pinul IRQ scade de fiecare dată când NR24 primește un mesaj. Știind acest lucru, pot declanșa o întrerupere pentru a-i spune lui Nano să citească radioul. Acest lucru permite Nano să facă alte lucruri în timp ce așteaptă date noi.

Pasul 9: PCB

Deoarece vreau să fac din acesta un design modular, am creat un PCB folosind placa perf și multe pini de antet.

Pasul 10: Conexiuni finale

Cu PCB-ul terminat și mașina RC degajată, am folosit fire de aligator pentru a testa dacă totul funcționează.

După ce am testat că toate conexiunile sunt corecte, am înlocuit firele de aligator cu cabluri reale și am fixat toate componentele pe șasiu.

În acest moment, este posibil să fi realizat că acest articol nu este un ghid pas cu pas. Acest lucru se datorează faptului că este pur și simplu imposibil să scriu fiecare pas, așa că, în schimb, următorii pași Instructables îmi voi împărtăși câteva sfaturi pe care le-am învățat în timp ce făceam mașina.

Pasul 11: Sfat 1: Plasarea modulului radio

Pentru a mări autonomia mașinii RC, am așezat modulul radio NRF cât mai departe posibil. Acest lucru se datorează faptului că undele radio reflectă metalele, cum ar fi PCB-urile și firele, reducând astfel gama. Pentru a rezolva acest lucru, am pus modulul chiar pe partea PCB și am tăiat o fantă în carcasa mașinii pentru a-i permite să iasă.

Pasul 12: Sfatul 2: Păstrați-l modular

Un alt lucru pe care l-am făcut, care m-a salvat de câteva ori, este să conectez totul prin pini de antet și blocuri de borne. Acest lucru permite schimbarea ușoară a pieselor dacă una dintre componente se prăjește (din orice motiv …).

Pasul 13: Sfatul 3: Folosiți radiatoarele

Motoarele din mașina mea RC împing L293D până la limitele sale. În timp ce șoferul poate suporta până la 600 mA continuu, înseamnă și că se încălzește foarte repede! Acesta este motivul pentru care este o idee bună să adăugați niște pastă termică și radiatoare pentru a împiedica L293D să se gătească. Cu toate acestea, chiar și cu radiatoarele de căldură, cipul poate fi prea cald pentru a fi atins. Acesta este motivul pentru care este o idee bună să lăsați mașina să se răcească după 2-3 minute de joc.

Pasul 14: Timp controler RC

Cu mașina RC terminată, putem începe fabricarea controlerului.

La fel ca mașina RC, am cumpărat și controlerul cu ceva timp în urmă, crezând că aș putea face ceva cu ea. În mod ironic, controlerul este de fapt unul IR, deci folosește LED-uri IR pentru a comunica între dispozitive.

Ideea de bază a acestei construcții este de a păstra placa originală în interiorul controlerului și de a construi Arduino și NRF24L01 + în jurul său.

Pasul 15: Noțiuni de bază asupra joystick-ului analogic

Conectarea la un joystick analogic poate fi descurajantă mai ales pentru că nu există nici o placă de rupere pentru pini. Fără griji! Toate joystick-urile analogice funcționează pe același principiu de ghidare și au de obicei același pinout.

În esență, joystick-urile analogice sunt doar două potențiometre care schimbă rezistența atunci când sunt deplasate în direcții diferite. De exemplu, atunci când deplasați joystick-ul spre dreapta, potențiometrul pe axa X își schimbă valoarea. Acum, când mutați joystick-ul înainte, potențiometrul axei y schimbă valoarea.

Având în vedere acest lucru, dacă ne uităm la partea inferioară a joystick-ului analogic, vedem 6 pini, 3 pentru potențiometrul pe axa x și 3 pentru potențiometrul pe axa y. Tot ce trebuie să faceți este să conectați 5V și masă la pinii externi și să conectați pinul din mijloc la o intrare analogică de pe Arduino.

Rețineți că valorile pentru potențiometru vor fi mapate la 1024 și nu la 512! Aceasta înseamnă că trebuie să folosim funcția builtin map () din Arduino pentru a controla orice ieșiri digitale (cum ar fi semnalul PWM pe care îl folosim pentru a controla L293D). Acest lucru este deja făcut în cod, dar dacă intenționați să scrieți propriul program, trebuie să aveți în vedere acest lucru.

Pasul 16: Conexiuni controler

Conexiunile dintre NRF24 și Nano sunt în continuare aceleași pentru controler, dar minus conexiunea IRQ.

Circuitul pentru controler este prezentat mai sus.

Modificarea unui controler este cu siguranță o formă de artă. Am subliniat deja acest punct de nenumărate ori, dar pur și simplu nu este posibil să scriu un pas cu pas cum să faci acest lucru. Astfel, la fel ca ceea ce am făcut mai devreme, voi da câteva sfaturi despre ceea ce am învățat în timp ce îmi făceam controlerul.

Pasul 17: Sfat 1: Folosiți piesele la dispoziția dvs

Spațiul este foarte mic în controler, prin urmare, dacă doriți să includeți orice alte intrări pentru mașină, utilizați comutatoarele și butoanele care sunt deja acolo. Pentru controlerul meu, am conectat și un potențiometru și un comutator cu 3 căi la Nano.

Un alt lucru de reținut este că acesta este controlerul dvs. Dacă pinout-urile nu se potrivesc fanteziei tale, le poți oricând rearanja!

Pasul 18: Sfat 2: Eliminați urmele inutile

Întrucât folosim placa originală, ar trebui să eliminați toate urmele care se îndreaptă către joystick-urile analogice și către orice alt senzor pe care îl utilizați. Procedând astfel, împiedicați apariția oricărui comportament neașteptat al senzorului.

Pentru a face aceste tăieturi, am folosit pur și simplu un tăietor de cutii și am marcat PCB-ul de câteva ori pentru a separa cu adevărat urmele.

Pasul 19: Sfat 3: Păstrați firele scurte cât se poate

Acest sfat vorbește în mod specific despre liniile SPI dintre modulul Arduino și NRF24, dar acest lucru este valabil și pentru celelalte conexiuni. NRF24L01 + este extrem de sensibil la interferențe, deci dacă orice zgomot este preluat de fire, acesta va corupe datele. Acesta este unul dintre principalele dezavantaje ale comunicării SPI. La fel, păstrând firele cât mai scurte, puteți face tot controlerul mai curat și mai organizat.

Pasul 20: Sfat 4: Plasare! Plasament! Plasament

Pe lângă menținerea firelor cât mai scurte posibil, aceasta înseamnă și menținerea distanței dintre părți cât mai scurtă posibil.

Când căutați locuri unde să montați NRF24 și Arduino, nu uitați să le păstrați cât mai aproape unul de celălalt și de joystick-uri.

Un alt lucru de care trebuie să ții cont este unde să pui modulul NRF24. După cum sa spus mai devreme, undele radio nu pot trece prin metal, prin urmare, ar trebui să montați modulul lângă partea laterală a controlerului. Pentru a face acest lucru, am tăiat o mică fantă cu un Dremel pentru a lăsa NRF24 să iasă din lateral.

Pasul 21: Cod

Probabil cea mai importantă parte a acestei construcții este codul real. Am inclus comentarii și totul, așa că nu voi explica fiecare program rând cu rând.

Acestea fiind spuse, câteva lucruri importante pe care vreau să le subliniez este că va trebui să descărcați biblioteca NRF24 pentru a rula programele. Dacă nu aveți deja bibliotecile instalate, vă sugerez să consultați tutorialele legate în secțiunea Lecturi suplimentare pentru a afla cum. De asemenea, atunci când trimiteți semnale către L293D, nu porniți niciodată pinii de direcție. Acest lucru va scurtcircuita conducătorul motorului și va cauza arderea acestuia.

Github-

Pasul 22: Produsul final

În cele din urmă, după un an de colectare a prafului și 3 săptămâni de muncă manuală, am terminat în sfârșit fabricarea Upcycled RC Car. Deși trebuie să recunosc, nu este nicăieri la fel de puternic precum mașinile văzute în introducere, a ieșit mult mai bine decât credeam. Mașina poate conduce 40 de minute înainte de a se epuiza și poate merge până la 150 m distanță de controler.

Câteva lucruri pe care le-aș face cu siguranță pentru a îmbunătăți mașina sunt schimbarea L293D cu L298, un șofer de motor mai mare și mai puternic. Un alt lucru pe care l-aș face este să schimb modulul radio NRF implicit pentru versiunea de antenă amplificată. Aceste modificări ar crește cuplul și, respectiv, autonomia mașinii.

Pasul 23: Citiri suplimentare:

NRF24L01 +

• Foaie de date Nordic Semiconductor
• Comunicare SPI (articol)
• Configurare de bază (video)
• Tutorial aprofundat (articol)
• Sfaturi și trucuri avansate (seria video)

L293D

• Foaie de date Texas Instruments
• Tutorial aprofundat (articol)