Upciklirani RC automobil: 23 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2025-01-13 06:57

RC automobili su za mene uvijek bili izvor uzbuđenja. Brzi su, zabavni su i ne morate brinuti ako ih srušite. Ipak, kao stariji, zreliji ljubitelj RC -a, ne mogu se vidjeti kako se igram s malim, dječjim RC automobilima. Moram imati velike, odrasle ljude. Tu nastaje problem: odrasli RC automobili su skupi. Tijekom pregledavanja interneta najjeftinije što sam mogao pronaći koštalo je 320 dolara, a prosjek je oko 800 dolara. Moje računalo je jeftinije od ovih igračaka!

Znajući da si ne mogu priuštiti ove igračke, proizvođač u meni je rekao da mogu napraviti automobil za deseti dio cijene. Tako sam započeo svoje putovanje pretvaranjem smeća u zlato

Pribor

Dijelovi potrebni za RC automobil su sljedeći:

• Rabljeni RC automobil
• Vozač motora L293D (DIP obrazac)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ Radio modul
• RC Drone baterija (ili bilo koja druga baterija velike struje)
• LM2596 Pretvarači dolara (2)
• Žice
• Perfboard
• Male, razne komponente (iglice zaglavlja, stezaljke, kondenzatori itd.)

Dijelovi potrebni za RC regulator su sljedeći:

• Rabljeni kontroler (mora imati 2 analogna džojstika)
• Arduino Nano
• NRF24L01+ Radio modul
• Električne žice

Korak 1: Reciklirano blago

Ovaj je projekt prvotno započeo prije otprilike godinu dana kada smo moji prijatelji i ja planirali napraviti automobil na računalu za hackathon projekt (natjecanje u kodiranju). Moj je plan bio otići u trgovinu, kupiti najveći RC automobil koji sam mogao pronaći, izvaditi unutrašnjost i zamijeniti ga ESP32.

Na vremenskoj stisci, odjurio sam u Savers, kupio RC auto i pripremio se za hackathon. Nažalost, mnogi potrebni dijelovi nisu stigli na vrijeme pa sam morao potpuno odbaciti projekt.

Od tada je RC automobil skupljao prašinu ispod mog kreveta, do sada …

Brzi pregled:

U ovom projektu prenamijenit ću rabljeni automobil igračku i IC kontroler za stvaranje Upcycled RC automobila. Utrobit ću unutrašnjost, implantirati Arduino Nano i koristiti radio modul NRF24L01+ za komunikaciju između njih dvoje.

Korak 2: Teorija

Razumijevanje kako nešto funkcionira važnije je od znanja kako to učiniti

- Kevin Yang 17.5.2020. (Upravo sam ovo izmislio)

Uz to, počnimo govoriti o teoriji i elektronici iza Upcycled RC automobila.

Sa strane automobila koristit ćemo NRF24L01+, Arduino Nano, upravljački program motora L293D, motore u RC automobilu i dva pretvarača dolara. Jedan pretvarač će opskrbljivati pogonski napon motora, dok će drugi napajati 5V za Arduino Nano.

Na strani kontrolera koristit ćemo NRF24L01+, Arduino Nano i analogne upravljačke palice u prenamijenjenom kontroleru.

Korak 3: NRF24L01+

Prije nego što počnemo, vjerojatno bih trebao objasniti slona u prostoriji: NRF24L01+. Ako već niste upoznati s imenom, NRF24 je čip koji proizvodi Nordic Semiconductors. Vrlo je popularan u zajednici proizvođača radijske komunikacije zbog niske cijene, male veličine i dobro napisane dokumentacije.

Pa kako zapravo funkcionira NRF modul? Pa za početak, NRF24L01+ radi na frekvenciji 2,4 GHz. To je ista frekvencija na kojoj rade Bluetooth i Wifi (s malim varijacijama!). Čip komunicira između Arduina koristeći SPI, četvero-pinski komunikacijski protokol. Za napajanje, NRF24 koristi 3,3 V, no igle su također tolerantne na 5 V. To nam omogućuje korištenje Arduino Nanoa, koji koristi 5V logiku, s NRF24, koji koristi 3,3V logiku. Nekoliko drugih značajki je kako slijedi.

Značajne značajke:

• Radi na propusnosti od 2,4 GHz
• Raspon napona napajanja: 1,6 - 3,6V
• Tolerantan na 5V
• Koristi SPI komunikaciju (MISO, MOSI, SCK)
• Zauzima 5 pinova (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Mogu li okidači prekinuti - IRQ (Vrlo važno u ovom projektu!)
• Stanje mirovanja
• Potroši 900nA - 12mA
• Domet prijenosa: ~ 100 metara (ovisit će o geografskom položaju)
• Cijena: 1,20 USD po modulu (Amazon)

Ako želite saznati više o NRF24L01+, pogledajte odjeljak Dodatna čitanja na kraju

Korak 4: L293D - pokretač motora s dvostrukim H -mostom

Iako Arduino Nano može napajati dovoljno struje za napajanje LED diode, nema načina da Nano sam napaja motor. Stoga za upravljanje motorom moramo koristiti poseban upravljački program. Osim što može napajati struju, upravljački čip će također zaštititi Arduino od bilo kakvih skokova napona koji nastaju uključivanjem i isključivanjem motora.

Umetnite L293D, četverostruki pokretač motora s pola H-mosta, ili laički rečeno, čip koji može pokretati dva motora prema naprijed i natrag.

L293D se oslanja na H-mostove za kontrolu brzine motora, ali i smjera. Druga značajka je izolacija napajanja, koja omogućuje Arduinu da radi od izvora napajanja odvojenog od motora.

Korak 5: Vađenje automobila

Dosta je teorije i počnimo graditi!

Budući da RC automobil ne dolazi s kontrolerom (sjetite se ga iz prodavaonice), unutarnja elektronika je u osnovi beskorisna. Tako sam otvorio RC auto i bacio kontrolnu ploču u svoju kantu za otpad.

Sada je važno uzeti nekoliko bilješki prije nego počnemo. Jedna stvar koju treba primijetiti je opskrbni napon za RC automobil. Automobil koji sam kupio je vrlo star, prije nego što su litijeve baterije bile uvriježene. To znači da se ovaj RC automobil napajao iz Ni-Mh baterije nominalnog napona 9,6 volti. Ovo je važno jer će to biti napon na koji ćemo pokretati motore.

Korak 6: Kako automobil radi?

S 99% sigurnosti mogu reći da moj automobil nije isti kao vaš, što znači da je ovaj odjeljak u biti beskoristan. Međutim, važno je istaknuti nekoliko značajki koje moj automobil ima jer ću svoj dizajn temeljiti na tome.

Upravljanja

Za razliku od modernih RC automobila, automobil koji modificiram ne koristi servo za okretanje. Umjesto toga, moj automobil koristi osnovni motor sa četkama i opruge. To ima mnogo nedostataka, pogotovo zato što nemam mogućnosti napraviti dobre zavoje. Međutim, jedna neposredna prednost je ta što mi za okretanje ne treba komplicirano sučelje za upravljanje. Sve što trebam učiniti je napajati motor s određenim polaritetom (ovisno na koji način želim okrenuti).

Diferencijalna osovina

Iznenađujuće, moj RC automobil također sadrži osovinu diferencijala i dva različita načina prijenosa. Ovo je prilično zabavno jer se razlike obično nalaze u automobilima iz stvarnog života, a ne u malim RC-ovima. Pomislio bih da je prije nego što je ovaj automobil bio na policama trgovine sa štednjom, to bio vrhunski RC model.

Korak 7: Pitanje moći

Kad nema značajki, sada moramo razgovarati o najvažnijem dijelu ove konstrukcije: Kako ćemo napajati RC automobil? I da budemo precizniji: Kolika je struja potrebna za pogon motora?

Da bih odgovorio na to, spojio sam bespilotnu bateriju na pretvarač u dolarima, gdje sam spustio 11V baterije na 9.6V motora. Odatle sam postavio multimetar na 10A strujni način i dovršio krug. Moje brojilo je očitalo da je motorima potrebno 300 mA struje za uključivanje slobodnog zraka.

Iako ovo možda ne zvuči previše, mjerenje do kojeg nam je doista stalo je struja zastoja motora. Kako bih to izmjerio, stavio sam ruke preko kotača kako bih spriječio njihovo okretanje. Kad sam pogledao svoj mjerač, pokazao je solidnih 1A.

Znajući da će pogonski motori crtati otprilike pojačalo, tada sam nastavio s ispitivanjem motora upravljača koji su u zastoju potrošili 500 mA. S ovim znanjem došao sam do zaključka da mogu napajati cijeli sustav s RC baterije i dva LM2596 pretvarača dolara*.

*Zašto kontroleri od dva dolara? Pa, svaki LM2596 ima maksimalnu struju od 3A. Kad bih isključio sve iz jednog pretvarača, namjeravao bih izvući veliku struju, pa bih imao prilično velike skokove napona. Dizajn Arduino Nano sila miruje svaki put kad dođe do velikog skoka napona. Stoga sam upotrijebio dva pretvarača kako bih olakšao teret i držao Nano izoliranim od motora.

Posljednja važna komponenta koja nam je potrebna je Li-Po-ćelijski ispitivač napona. Svrha toga je zaštititi bateriju od prekomjernog pražnjenja kako bi se spriječilo uništavanje vijeka trajanja baterije (uvijek držite napon ćelije litijeve baterije iznad 3,5 V!)

Korak 8: Krug RC automobila

Budući da problem s napajanjem nije uspio, sada možemo konstruirati krug. Gore je shema koju sam napravio za RC automobil.

Imajte na umu da nisam uključio priključak voltmetra baterije. Da biste koristili voltmetar, sve što trebate učiniti je spojiti konektor vage na odgovarajuće pinove voltmetra. Ako to dosad niste učinili, kliknite videozapis povezan u odjeljku Dodatna čitanja da biste saznali više.

Bilješke o strujnom krugu

Pinovi za omogućavanje (1, 9) na L293D zahtijevaju PWM signal za promjenjivu brzinu. To znači da se samo nekoliko pinova na Arduino Nano može povezati s njima. Za ostale pinove na L293D sve ide.

Budući da NRF24L01+ komunicira preko SPI -ja, moramo spojiti njegove SPI pinove sa SPI pinovima na Arduino Nano (pa spojite MOSI -> MOSI, MISO -> MISO i SCK -> SCK). Također je važno napomenuti da sam IRQ pin NRF24 spojio na pin 2 na Arduino Nano. To je zato što IRQ pin opada svaki put kada NR24 primi poruku. Znajući to, mogu pokrenuti prekid da kažem Nano -u da čita radio. To omogućuje Nano -u da radi druge stvari dok čeka nove podatke.

Korak 9: PCB

Kako ovo želim učiniti modularnim dizajnom, stvorio sam PCB koristeći perf ploču i puno zaglavlja.

Korak 10: Završne veze

S gotovim PCB -om i izlučenim RC automobilom, koristio sam aligatorske žice da provjerim radi li sve.

Nakon što sam provjerio jesu li sve veze ispravne, zamijenio sam aligatorske žice pravim kabelima i pričvrstio sve komponente na šasiju.

U ovom trenutku ste možda shvatili da ovaj članak nije vodič korak po korak. To je zato što je jednostavno nemoguće ispisati svaki korak pa ću umjesto toga sljedećih nekoliko koraka Instructablesa podijeliti nekoliko savjeta koje sam naučio tijekom izrade automobila.

Korak 11: Savjet 1: Postavljanje radijskog modula

Kako bih povećao domet RC automobila, postavio sam radio modul NRF što je moguće bočnije. To je zato što se radijski valovi reflektiraju od metala poput PCB -a i žica, pa se smanjuje domet. Da bih to riješio, stavio sam modul sa same strane PCB -a i izrezao prorez u kućištu automobila kako bi mogao stršiti.

Korak 12: Savjet 2: Neka bude modularno

Još jedna stvar koju sam učinio i koja me spasila nekoliko puta je povezivanje svega putem pinova zaglavlja i priključnih blokova. To omogućuje jednostavnu zamjenu dijelova ako se jedna od komponenti isprži (iz bilo kojeg razloga …).

Korak 13: Savjet 3: Koristite hladnjake

Motori u mom RC automobilu guraju L293D do krajnjih granica. Iako vozač motora može kontinuirano nositi do 600 mA, to također znači da se jako zagrijava i brzo! Zbog toga je dobra ideja dodati malo termalne paste i hladnjaka kako biste spriječili da se L293D sam kuha. Međutim, čak i uz hladnjake, čip može biti prevruć za dodir. Zbog toga je dobra ideja da se automobil ohladi nakon 2-3 minute igre.

Korak 14: Vrijeme RC kontrolera

Kad je RC automobil gotov, možemo početi s izradom kontrolera.

Poput RC automobila, i ja sam neko vrijeme kupio kontroler misleći da bih mogao s njim nešto učiniti. Ironično, kontroler je zapravo IC, pa koristi IR LED za komunikaciju između uređaja.

Osnovna ideja ove gradnje je zadržati izvornu ploču unutar kontrolera i oko nje izgraditi Arduino i NRF24L01+.

Korak 15: Osnove analogne upravljačke palice

Spajanje na analognu upravljačku palicu može biti zastrašujuće, posebno jer ne postoji razvodna ploča za pinove. Ne brinite! Svi analogni joystici rade na istom principu i obično imaju isti pinout.

U biti, analogni joystici su samo dva potenciometra koji mijenjaju otpor pri pomicanju u različitim smjerovima. Na primjer, kada pomaknete joystick udesno, potenciometar na osi x mijenja vrijednost. Sada, kad pomaknete joystick naprijed, potenciometar osi y mijenja vrijednost.

Imajući to na umu, ako pogledamo donju stranu analogne upravljačke palice, vidimo 6 pinova, 3 za potenciometar na osi x i 3 za potenciometar na osi y. Sve što trebate učiniti je spojiti 5V i uzemljenje na vanjske pinove te spojiti srednji pin na analogni ulaz na Arduinu.

Imajte na umu da će se vrijednosti potenciometra mapirati na 1024, a ne na 512! To znači da moramo koristiti ugrađenu funkciju map () u Arduinu za kontrolu svih digitalnih izlaza (poput PWM signala koji koristimo za upravljanje L293D). To je već učinjeno u kodu, ali ako planirate pisati vlastiti program, morate to imati na umu.

Korak 16: Povezivanje kontrolera

Veze između NRF24 i Nano su i dalje iste za kontroler, ali umanjene za IRQ vezu.

Krug za regulator je prikazan gore.

Preinaka kontrolera definitivno je umjetnički oblik. Ovo sam već istaknuo bezbroj puta, ali jednostavno nije moguće napisati korak po korak kako to učiniti. Stoga ću, kao i ono što sam učinio ranije, dati nekoliko savjeta o tome što sam naučio dok sam stvarao svoj kontroler.

Korak 17: Savjet 1: Koristite dijelove koje imate na raspolaganju

U kontroleru je jako malo mjesta, stoga, ako želite uključiti bilo koji drugi ulaz za automobil, upotrijebite prekidače i tipke koji su već tamo. Za svoj regulator, također sam spojio potenciometar i trosmjerni prekidač na Nano.

Još jedna stvar koju treba imati na umu da je ovo vaš kontroler. Ako pinouts ne odgovaraju vašim željama, uvijek ih možete preurediti!

Korak 18: Savjet 2: Uklonite nepotrebne tragove

Budući da koristimo originalnu ploču, trebali biste sastrugati sve tragove koji idu do analognih upravljačkih palica i svih drugih senzora koje koristite. Time sprječavate mogućnost neočekivanog ponašanja senzora.

Za ove rezove jednostavno sam upotrijebio rezač kutija i nekoliko puta zabio PCB kako bih zaista odvojio tragove.

Korak 19: Savjet 3: Neka žice budu što kraće

Ovaj savjet posebno govori o SPI linijama između Arduina i NRF24 modula, ali to vrijedi i za ostale veze. NRF24L01+ izuzetno je osjetljiv na smetnje pa ako žice pokupe bilo kakvu buku, oštetit će podatke. Ovo je jedan od glavnih nedostataka SPI komunikacije. Isto tako, držeći žice što kraćim, također činite cijeli upravljač čistijim i organiziranijim.

Korak 20: Savjet 4: Položaj! Plasman! Plasman

Osim što žice moraju biti što kraće, to znači i održavanje što kraće udaljenosti između dijelova.

Prilikom traženja mjesta za postavljanje NRF24 i Arduina, imajte na umu da ih držite što je moguće bliže jedno drugom i upravljačkim palicama.

Još jedna stvar koju treba imati na umu je gdje staviti NRF24 modul. Kao što je ranije rečeno, radio valovi ne mogu proći kroz metal, stoga biste modul trebali postaviti blizu bočne strane kontrolera. Da bih to učinio, izrezao sam mali prorez Dremelom kako bi NRF24 stršio sa strane.

Korak 21: Kodirajte

Vjerojatno najvažniji dio ove gradnje je stvarni kod. Uključio sam komentare i sve pa neću objašnjavati svaki program redak po redak.

Uz to, nekoliko važnih stvari koje želim istaknuti je da ćete za pokretanje programa morati preuzeti knjižnicu NRF24. Ako još nemate instalirane knjižnice, predlažem da pogledate vodiče povezane u odjeljku Dodatna čitanja kako biste saznali kako. Također, prilikom slanja signala na L293D, nikada nemojte uključivati oba pina za smjer. To će kratki spoj vozača motora i uzrokovati njegovo izgaranje.

Github-

Korak 22: Završni proizvod

Konačno, nakon jedne godine skupljanja prašine i 3 tjedna ručnog rada, konačno sam završio s proizvodnjom Upcycled RC automobila. Iako moram priznati, nigdje nije tako moćan kao što su automobili viđeni u uvodu, ispalo je puno bolje nego što sam mislio. Automobil može voziti 40-ak minuta prije nego što mu nestane snage, a može se odmaknuti i do 150 metara od kontrolera.

Nekoliko stvari koje bih definitivno učinio da poboljšam automobil je zamjena L293D za L298, veći, snažniji vozač motora. Još jedna stvar koju bih učinio je zamijeniti zadani NRF radijski modul za verziju pojačane antene. Ove bi izmjene povećale okretni moment i domet automobila.

23. korak: Dodatna čitanja:

NRF24L01+

• Tehnički list Nordic Semiconductor
• SPI komunikacija (članak)
• Osnovno postavljanje (video)
• Dubinski vodič (članak)
• Napredni savjeti i trikovi (video serija)

L293D

• Tehnički list Texas Instruments
• Dubinski vodič (članak)