HackerBoxes 0013: Autosport: 12 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

AUTOSPORT: Ovaj mjesec HackerBox Hakeri istražuju automobilsku elektroniku. Ovaj Instructable sadrži informacije za rad s HackerBoxes #0013. Ako želite primati ovakvu kutiju svaki mjesec na poštanski pretinac, vrijeme je da se pretplatite na HackerBoxes.com i pridružite se revoluciji!

Teme i ciljevi učenja za ovaj HackerBox:

• Prilagođavanje NodeMCU -a za Arduino
• Sklapanje 2WD automobilskog kompleta
• Ožičenje NodeMCU -a za upravljanje 2WD automobilskim kompletom
• Upravljanje NodeMCU -om putem WiFi -a pomoću Blynka
• Korištenje senzora za autonomnu navigaciju
• Rad s automobilskom dijagnostikom na vozilu (OBD)

HackerBoxes je mjesečna pretplatnička usluga za DIY elektroniku i računalnu tehnologiju. Mi smo hobisti, stvaratelji i eksperimentatori. Hakirajte planet!

Korak 1: HackerBoxes 0013: Sadržaj kutije

• HackerBoxes #0013 Kolekciona referentna kartica
• 2WD Komplet šasije automobila
• NodeMCU WiFi procesorski modul
• Štitnik motora za NodeMCU
• Blok za kratkospojnike za štit motora
• Kutija za baterije (4 x AA)
• HC-SR04 Ultrazvučni senzor za rangiranje
• TCRT5000 IR senzori refleksije
• DuPont žensko-ženske skakačice 10 cm
• Dva crvena laserska modula
• Mini-ELM327 ugrađena dijagnostika (OBD)
• Ekskluzivna HackerBoxes trkačka naljepnica

Još neke stvari koje će vam biti od pomoći:

• Četiri AA baterije
• Dvostrana pjenasta traka ili čičak trake
• microUSB kabel
• Pametni telefon ili tablet
• Računalo s Arduino IDE

Ono što je najvažnije, trebat će vam osjećaj avanture, DIY duh i hakerska znatiželja. Hardcore hobistička elektronika nije uvijek laka, ali kad ustrajete i uživate u avanturi, upornost i uspješnost vaših projekata mogu izazvati veliko zadovoljstvo. Samo polako poduzimajte svaki korak, pazite na detalje i ne ustručavajte se zatražiti pomoć.

Korak 2: Automobilska elektronika i samovozeći automobili

Automobilska elektronika su svi elektronički sustavi koji se koriste u cestovnim vozilima. To uključuje računare, telematiku, sustave za zabavu u automobilu itd. Automobilska elektronika nastala je iz potrebe upravljanja motorima. Prvi su korišteni za kontrolu funkcija motora i nazivali su se upravljačke jedinice motora (ECU). Kako su se elektroničke kontrole počele koristiti za sve više automobilskih aplikacija, kratica ECU poprimila je općenitije značenje "elektroničke upravljačke jedinice", a zatim su razvijene posebne ECU. Sada su ECU modularne. Dvije vrste uključuju upravljačke module motora (ECM) ili upravljačke module mjenjača (TCM). Suvremeni automobil može imati do 100 ECU -a.

Radio-upravljani automobili (R/C automobili) su automobili ili kamioni kojima se može upravljati iz daljine pomoću specijaliziranog odašiljača ili daljinskog upravljača. Izraz "R/C" koristio se za značenje "daljinski upravljanog" i "radio-upravljanog", ali uobičajena upotreba "R/C" danas se obično odnosi na vozila kojima se upravlja radio-frekvencijskom vezom.

Autonomni automobil (automobil bez vozača, auto koji se sam upravlja, robotski automobil) vozilo je koje je u stanju osjetiti svoju okolinu i kretati se bez ljudskog udjela. Autonomni automobili mogu detektirati okolinu pomoću različitih tehnika kao što su radar, lidar, GPS, odometrija i računalni vid. Napredni sustavi upravljanja tumače osjetne informacije radi identifikacije odgovarajućih navigacijskih putova, kao i prepreka i relevantnih oznaka. Autonomni automobili imaju sustave upravljanja koji su sposobni analizirati osjetne podatke kako bi razlikovali različite automobile na cesti, što je vrlo korisno pri planiranju puta do željenog odredišta.

Korak 3: Arduino za NodeMCU

NodeMCU je IoT platforma otvorenog koda. Uključuje firmver koji radi na ESP8266 Wi-Fi SoC-u tvrtke Espressif Systems i hardver temeljen na modulu ESP-12.

Arduino IDE sada se može lako proširiti za podršku programiranju NodeMCU modula kao da su bilo koja druga Arduino razvojna platforma.

Za početak provjerite imate li instaliran Arduino IDE (www.arduino.cc) kao i upravljačke programe za odgovarajući serijski-USB čip na modulu NodeMCU koji koristite. Trenutno većina NodeMCU modula uključuje serijski-USB čip CH340. Proizvođač čipova CH340 (WCH.cn) ima dostupne upravljačke programe za sve popularne operacijske sustave. Pogledajte Googleovu stranicu za prijevod njihove web stranice.

Pokrenite Ardino IDE, idite u postavke i locirajte polje za unos "Dodatnih URL -ova upravitelja ploče"

Zalijepite ovaj URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Za instaliranje Upravitelja ploče za ESP8266.

Nakon instalacije zatvorite IDE, a zatim ga ponovno pokrenite.

Sada povežite NodeMCU modul s računalom pomoću microUSB kabela (kao što ga koristi većina mobilnih telefona i tableta).

Odaberite vrstu ploče unutar Arduino IDE -a kao NodeMCU 1.0

Uvijek volimo učitati i testirati blink demo na novoj Arduino ploči samo kako bismo stekli pouzdanje da sve radi ispravno. NodeMCU nije iznimka, ali prije sastavljanja i prijenosa morate promijeniti LED pin sa pin13 na pin16. Provjerite radi li ovaj brzi test ispravno prije nego prijeđete na bilo što složenije s Arduino NodeMCU -om.

Ovdje je uputstvo koje prolazi kroz postupak postavljanja za Arduino NodeMCU s nekim različitim primjerima aplikacija. Ovdje je pomalo zalutalo od cilja, no moglo bi biti korisno potražiti drugo gledište ako zaglavite.

Korak 4: 2WD komplet šasije automobila

Sadržaj kompleta šasije automobila 2WD:

• Aluminijsko kućište (boje se razlikuju)
• Dva istosmjerna motora FM90
• Dva kotača s gumenim gumama
• Kotač slobodnog hoda
• Montažni hardver
• Montaža hardvera

Motori istosmjerne struje FM90 izgledaju poput mikro servo pogona jer su ugrađeni u isto plastično kućište kao i uobičajeni mikro servomotori, poput FS90, FS90R ili SG92R. Međutim, FM90 nije servo. FM90 je istosmjerni motor s plastičnim zupčanikom.

Brzinom motora FM90 upravlja se pomoću impulsno modulirane širine (PWM) kabela za napajanje. Smjer se kontrolira zamjenom polariteta napajanja kao i kod svakog četkastog istosmjernog motora. FM90 može raditi na 4-6 V DC. Iako je mali, ne crpi dovoljno struje da se ne smije pokretati izravno s pina mikrokontrolera. Treba koristiti vozač motora ili H-most.

Specifikacije istosmjernog motora FM90:

• Dimenzije: 32,3 mm x 12,3 mm x 29,9 mm / 1,3 "x 0,49" x 1,2"
• Broj spline: 21
• Težina: 8,4 g
• Brzina bez opterećenja: 110 o / min (4,8 V) / 130 o / min (6 V)
• Radna struja (bez opterećenja): 100mA (4.8v) / 120mA (6v)
• Najveći zakretni moment (4,8 V): 1,3 kg/cm/18,09 oz/in
• Najveći okretni moment zaustavljanja (6v): 1,5 kg/cm/20,86 oz/in
• Zaustavljena struja: 550mA (4.8v) / 650mA (6v)

Korak 5: Šasija automobila: mehanički sklop

Šasija automobila može se lako sastaviti prema ovom dijagramu.

Imajte na umu da postoje dvije male vrećice hardvera. Jedan uključuje montažni hardver sa šest mesinganih razmaka 5 mm-M3 zajedno s odgovarajućim vijcima i maticama. Ovaj montažni hardver može biti koristan u kasnijim koracima postavljanja kontrolera, senzora i drugih stavki na šasiju.

Za ovaj korak koristit ćemo montažni hardver koji uključuje:

• Četiri tanka vijka M2x8 i male odgovarajuće matice za pričvršćivanje motora
• Četiri deblja vijka M3x10 i veće odgovarajuće matice za pričvršćivanje kotača
• Dva vijka PB2.0x8 s grubim navojem za pričvršćivanje kotača na motore

Imajte na umu da su motori FM90 orijentirani tako da se žičani vodiči protežu od stražnje strane sastavljene šasije.

Korak 6: Šasija automobila: Dodajte napajanje i kontroler

Ploča štitnika motora ESP-12E podržava izravno spajanje NodeMCU modula. Štitnik motora uključuje čip pogonskog sklopa motora L293DD (podatkovni list). Žice motora moraju biti spojene na vijčane stezaljke A+/A- i B+/B- na štitu motora (nakon uklanjanja konektora). Kablovi akumulatora trebaju biti ožičeni na ulazne stezaljke akumulatora.

Ako se jedan od kotača okrene u pogrešnom smjeru, žice do odgovarajućeg motora mogu se zamijeniti na vijčanim stezaljkama ili se smjerni bit može obrnuti u kodu (sljedeći korak).

Na štitu motora nalazi se plastična tipka za uključivanje za aktiviranje ulaza napajanja iz baterije. Kratkospojni blok može se koristiti za usmjeravanje napajanja do NodeMCU -a iz štita motora. Bez instaliranog kratkospojnog bloka, NodeMCU se može napajati putem USB kabela. S instaliranim kratkospojnim blokom (kao što je prikazano), napajanje baterije napaja motore i također se dovodi do modula NodeMCU.

Štitnik motora i baterija mogu se montirati na kućište tako da se rupe za vijke poravnaju s dostupnim otvorima u aluminijskom kućištu. Međutim, lakše nam je jednostavno ih pričvrstiti na šasiju pomoću dvostrane pjenaste trake ili ljepljivih čičak traka.

Korak 7: Šasija automobila: programiranje i Wi-Fi kontrola

Blynk je platforma s iOS i Android aplikacijama za kontrolu Arduina, Raspberry Pi i drugog hardvera putem Interneta. To je digitalna nadzorna ploča na kojoj možete izgraditi grafičko sučelje za svoj projekt jednostavnim povlačenjem i ispuštanjem widgeta. Vrlo je jednostavno sve postaviti i odmah ćete početi petljati. Blynk će vas spojiti na internet i pripremiti za Internet vaših stvari.

Ovdje uključena skripta HBcar.ino Arduino prikazuje kako spojiti četiri gumba (naprijed, natrag, desno i lijevo) na projektu Blynk za upravljanje motorima na šasiji automobila s 2 pogona.

Prije kompajliranja u programu je potrebno promijeniti tri niza:

• Wi-Fi SSID (za vašu Wi-Fi pristupnu točku)
• Lozinka za Wi-Fi (za vašu Wi-Fi pristupnu točku)
• Blynk autorizacijski token (iz vašeg Blynk projekta)

Imajte na umu iz primjera koda da je čip L293DD na štitu motora ožičen na sljedeći način:

• GPIO pin 5 za motor A brzine
• GPIO pin 0 za smjer motora A
• GPIO pin 4 za motor B brzine
• GPIO pin 2 za smjer motora B

Korak 8: Senzori za autonomnu navigaciju: Ultrazvučni daljinomer

HC-SR04 ultrazvučni daljinomer (podatkovni list) može mjeriti od 2 cm do 400 cm s točnošću do 3 mm. Modul HC-SR04 uključuje ultrazvučni odašiljač, prijamnik i upravljački krug.

Nakon što ste pričvrstili četiri žensko-ženska kratkospojnika na igle HC-SR04, omotavanje neke trake oko konektora može pomoći u izolaciji spojeva od kratkog spoja na aluminijsko kućište, a također može pružiti savitljivu masu koja će se zabiti u utor na prednjoj strani šasija kako je prikazano.

U ovom primjeru četiri pina na HC-SR04 mogu se spojiti na štitnik motora:

• VCC (na HC-SR04) na VIN (na štitu motora)
• Okidač (na HC-SR04) na D6 (na štitu motora)
• Odjek (na HC-SR04) do D7 (na štitu motora)
• GND (na HC-SR04) na GND (na štitu motora)

VIN će napajati oko 6VDC HC-SR04, kojem je potrebno samo 5V. Međutim, čini se da to dobro funkcionira. Druga raspoloživa energetska vodilica (3,3 V) ponekad je dovoljna za napajanje HC-SR04 modula (svakako pokušajte), ali ponekad nema dovoljan napon.

Nakon što je ovo ožičeno, isprobajte primjer koda NodeMCUping.ino kako biste testirali rad HC-SR04. Udaljenost od senzora do bilo kojeg objekta ispisana je na serijskom monitoru (9600 ploča) u centimetrima. Nabavite naše ravnalo i provjerite točnost. Impresivno zar ne?

Sada kada imate ovaj savjet, pokušajte ovako nešto za autonomno vozilo koje izbjegava sudar:

1. naprijed do udaljenosti <10 cm
2. zaustaviti
3. obrnuti malu udaljenost (izborno)
4. okrenite nasumični kut (vrijeme)
5. petlja do koraka 1

Za neke opće osnovne informacije, ovdje je video vodič s detaljima o korištenju HC-SR04 modula.

Korak 9: Senzori za autonomnu navigaciju: Infracrvena (IC) refleksija

Modul IC reflektirajućeg senzora koristi TCRT5000 (podatkovni list) za otkrivanje boje i udaljenosti. Modul emitira IC svjetlo i tada detektira prima li refleksiju. Zahvaljujući svojoj sposobnosti da osjetiti je li površina bijela ili crna, ovaj se senzor često koristi u redu nakon robota i automatskog bilježenja podataka na mjeračima komunalnih usluga.

Raspon udaljenosti mjerenja je od 1 mm do 8 mm, a središnja točka je oko 2,5 mm. Ugrađen je i potenciometar za podešavanje osjetljivosti. IR dioda će kontinuirano emitirati IC svjetlo kada je modul spojen na napajanje. Kad se emitirano infracrveno svjetlo ne reflektira, trioda će biti u isključenom stanju uzrokujući da digitalni (D0) izlaz pokazuje logičku NISKU.

Korak 10: Laserski zraci

Ovi uobičajeni laserski moduli od 5mW 5V mogu se koristiti za dodavanje crvenih laserskih zraka na gotovo sve što ima dostupnu snagu od 5V.

Imajte na umu da se ti moduli mogu lako oštetiti, pa HackerBox #0013 uključuje par koji pružaju sigurnosnu kopiju. Pazite sa svojim laserskim modulima!

Korak 11: Automatska dijagnostika na vozilu (OBD)

Ugrađena dijagnostika (OBD) automobilski je izraz koji se odnosi na sposobnost samodijagnostike i izvješćivanja vozila. OBD sustavi vlasniku vozila ili tehničaru za popravak omogućuju pristup statusu različitih podsustava vozila. Količina dijagnostičkih informacija dostupnih putem OBD-a uvelike se razlikovala od njezinog uvođenja u verzije računala za vozila ranih 1980-ih. Rane verzije OBD -a jednostavno bi osvijetlile indikatorsku lampicu kvara ako se otkrije problem, ali ne bi dale nikakve informacije o prirodi problema. Suvremene OBD implementacije koriste standardizirani digitalni komunikacijski port za pružanje podataka u stvarnom vremenu uz standardizirani niz dijagnostičkih kodova grešaka ili DTC-ova koji omogućuju brzo prepoznavanje i otklanjanje kvarova u vozilu.

OBD-II je poboljšanje sposobnosti i standardizacije. OBD-II standard određuje vrstu dijagnostičkog priključka i njegov pinout, dostupne protokole električne signalizacije i format slanja poruka. Također pruža popis kandidata za parametre vozila za praćenje zajedno s načinom kodiranja podataka za svaki. U priključku se nalazi pin koji napaja alat za ispitivanje iz akumulatora vozila, što eliminira potrebu za zasebnim spajanjem alata za ispitivanje na izvor napajanja. OBD-II dijagnostički kodovi problema četveroznamenkasti su, ispred kojih je slovo: P za motor i mjenjač (pogonski sklop), B za karoseriju, C za šasiju i U za mrežu. Proizvođači također mogu dodati prilagođene parametre podataka svojoj specifičnoj OBD-II implementaciji, uključujući zahtjeve za podacima u stvarnom vremenu, kao i kodove problema.

ELM327 je programirani mikrokontroler za povezivanje sa sučeljem dijagnostike na vozilu (OBD) koje se nalazi u većini modernih automobila. Naredbeni protokol ELM327 jedan je od najpopularnijih standarda sučelja PC-to-OBD, a implementiraju ga i drugi dobavljači. Izvorni ELM327 implementiran je na mikrokontroleru PIC18F2480 tvrtke Microchip Technology. ELM327 sažima protokol niske razine i predstavlja jednostavno sučelje koje se može pozvati putem UART-a, obično pomoću ručnog dijagnostičkog alata ili računalnog programa spojenog putem USB-a, RS-232, Bluetootha ili Wi-Fi-ja. Funkcija takvog softvera može uključivati dodatne instrumente vozila, prijavljivanje kodova pogrešaka i brisanje kodova pogrešaka.

Iako je Torque vjerojatno najpoznatiji, postoje mnoge aplikacije koje se mogu koristiti s ELM327.

Korak 12: Hakirajte planet

Hvala vam što ste našu avanturu podijelili s automobilskom elektronikom. Ako ste uživali u ovom Instrucable -u i željeli biste svaki mjesec isporučivati kutiju ovakvih elektroničkih projekata izravno u vaš poštanski sandučić, pridružite nam se OVDJE.

Dosegnite i podijelite svoj uspjeh u komentarima ispod i/ili na Facebook stranici HackerBoxes. Svakako nas obavijestite ako imate pitanja ili trebate pomoć oko bilo čega. Hvala vam što ste dio HackerBox -a. Molimo da vaši prijedlozi i povratne informacije stižu. HackerBoxes su VAŠE kutije. Napravimo nešto sjajno!