RC Ground Rover s četiri kotača: 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:39

Ovo je "Monolit na kotačima" (hvala Stanleyju Kubricku: D)

Jedan od mojih snova bio je izgraditi daljinski upravljani zemaljski rover otkad sam počeo petljati s elektronikom, jer su me bežične stvari uvijek fascinirale. Nisam imao dovoljno vremena i novca da ga sagradim sve do svog fakulteta. Tako sam sagradio rover na četiri kotača za svoj završni projekt. U ovom uputstvu ću objasniti kako sam koristio kućište starog pojačala za izgradnju rovera od nule i kako napraviti radio kontroler.

Ovo je rover na četiri kotača, s četiri odvojena pogonska motora. Krug pogonskog sklopa motora temelji se na L298N, a RF upravljanje temelji se na paru HT12E i HT12D iz poluvodiča Holtek. Ne koristi Arduino ili bilo koje druge mikrokontrolere. Verzija koju sam napravio koristi jeftini ASK odašiljač i prijemnik ASK band 433 MHz za bežični rad. Roverom se upravlja s četiri tipke, a način vožnje koristi se diferencijalnim pogonom. Regulator ima domet od oko 100 m na otvorenom prostoru. Počnimo graditi sada.

(Sve su slike u visokim rezolucijama. Otvorite ih na novoj kartici za visoku rezoluciju.)

Korak 1: Potrebni dijelovi i alati

• 4 x 10 cm x 4 cm kotači s rupama od 6 mm (ili onima koji su kompatibilni s motorima koje imate)
• 4 x 12V, 300 ili 500 o / min motori sa osovinom od 6 mm
• 1 x metalno kućište odgovarajuće veličine (ponovno sam koristio staro metalno kućište)
• 4 stezaljke za motor u obliku slova L
• 2 x 6V 5Ah, olovne baterije
• 1 x 9V baterija
• 1 x ploča upravljačkog programa motora L298N ili gola IC
• 1 x 433MHz odašiljač
• 2 x 433MHz prijemnik (kompatibilan)
• 4 x 12 mm tipke
• 1 x Jednosmjerna utičnica za istosmjernu struju
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR kapija IC
• 1 x CD4069 Quad NOT Gate IC
• 4 x 100uF elektrolitički kondenzatori
• 7 x 100nF keramički kondenzatori
• 4 x 470R otpornici
• 1 x 51K otpornik (važno)
• 1 x 680R otpornik
• 1 x 1M otpornik (važno)
• 1 x 7805 ili LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• 3 x 2 -pinski vijčani terminali
• 1 x Preklopni prekidač SPDT
• 1 x Mat crna boja
• LED diode, žice, uobičajene PCB, IC utičnice, prekidači, bušilica, Dremel, brusni papir i drugi alati

Dijelovi poput motora, kotača, stezaljki itd. Mogu se odabrati prema vašim zahtjevima.

Korak 2: Shema upravljačkog programa motora

HT12D je 12-bitni dekoder koji je serijski ulazno-paralelni izlazni dekoder. Ulazni pin HT12D bit će spojen na prijemnik koji ima serijski izlaz. Među 12 bitova, 8 bita su adresni bitovi, a HT12D će dekodirati ulaz samo ako se dolazni podaci podudaraju s trenutnom adresom. Ovo je korisno ako želite upravljati mnogim uređajima na istoj frekvenciji. Za postavljanje vrijednosti adrese možete koristiti 8 -polni DIP prekidač. No lemio sam ih izravno na GND što daje adresu 00000000. HT12D ovdje radi na 5V, a vrijednost Rosc je 51 KΩ. Vrijednost otpornika je važna jer njezina promjena može uzrokovati probleme s dekodiranjem.

Izlaz prijemnika od 433MHz spojen je na ulaz HT12D, a četiri izlaza spojena su na L298 2A dvostruki upravljački program H-mosta. Vozaču je potreban hladnjak za pravilno odvođenje topline jer se može jako zagrijati.

Kad pritisnem lijevu tipku na daljinskom upravljaču, želim da M1 i M2 trče u smjeru suprotnom od smjera M3 i M4 i obrnuto za rad udesno. Za rad prema naprijed svi će motori morati raditi u istom smjeru. To se naziva diferencijalni pogon i koristi se u borbenim tenkovima. Stoga nam nije potreban samo jedan pin za kontrolu, već četiri istovremeno. To se ne može postići pomoću SPST tipki koje imam, osim ako nemate neke SPDT prekidače ili joystick. To ćete razumjeti ako pogledate gore prikazanu logičku tablicu. Tražena logika postiže se na kraju odašiljača u sljedećem koraku.

Cijeli sklop napajaju se dvije olovne baterije od 6V, 5Ah u serijskoj konfiguraciji. Na ovaj način imat ćemo dovoljno prostora za postavljanje baterija u šasiju. Ali bit će bolje ako nađete Li-Po baterije u rasponu od 12V. Jednosmjerna bačvasta utičnica koristi se za povezivanje Pb-kiselinskih baterija na vanjski punjač. 5V za HT12D generira se pomoću regulatora 7805.

Korak 3: Izgradnja pogona motora

Koristio sam perfboard za lemljenje svih komponenti. Prvo postavite komponente na način da ih je lakše lemiti bez korištenja mnogo kratkospojnika. Ovo je stvar iskustva. Nakon što je položaj zadovoljavajući, lemite noge i odrežite višak dijelova. Sada je vrijeme za usmjeravanje. Možda ste koristili značajku automatskog usmjerivača na mnogim softverima za dizajn PCB-a. Vi ste usmjerivač ovdje. Koristite svoju logiku za najbolje usmjeravanje uz minimalnu uporabu skakača.

Koristio sam IC utičnicu za RF prijemnik umjesto izravnog lemljenja, jer je kasnije mogu ponovno upotrijebiti. Cijela ploča je modularna tako da ih mogu lako rastaviti ako kasnije bude potrebno. Biti modularna jedna je od mojih sklonosti.

Korak 4: Shema RF daljinskog upravljača

Ovo je 4 -kanalni RF daljinski upravljač za rover. Daljinski upravljač temelji se na paru kodera i dekodera serije 2^12 serije HT12E i HT12D iz poluvodiča Holtek. RF komunikaciju omogućuje par ASK odašiljač-prijamnik ASK na 433MHz.

HT12E je 12-bitni davač i u osnovi paralelni ulazni serijski izlazni koder. Od 12 bitova, 8 bita su adresni bitovi koji se mogu koristiti za kontrolu više prijemnika. Igle A0-A7 su ulazni pinovi adrese. Frekvencija oscilatora trebala bi biti 3 KHz za rad 5V. Tada će Rosc vrijednost biti 1,1 MΩ za 5V. Tužimo 9V bateriju, pa je stoga Rosc vrijednost 1 MΩ. Pogledajte tehnički list kako biste odredili točnu frekvenciju oscilatora i otpornik koji će se koristiti za određeni raspon napona. AD0-AD3 su ulazi upravljačkog bita. Ti će ulazi upravljati izlazima D0-D3 dekodera HT12D. Izlaz HT12E možete spojiti na bilo koji odašiljački modul koji prihvaća serijske podatke. U tom slučaju izlaz povezujemo s ulaznim pinom odašiljača na 433MHz.

Imamo četiri motora za daljinsko upravljanje, od kojih su svaki dva spojena paralelno za diferencijalni pogon kao što se vidi na prethodnom blok dijagramu. Htio sam upravljati motorima za diferencijalni pogon s četiri tipke SPST koji su općenito dostupni. Ali postoji problem. Ne možemo kontrolirati (ili omogućiti) više kanala kodera HT12E samo pomoću tipki SPST. Ovdje na scenu stupaju logička vrata. Jedan 4069 CMOS NOR i jedan 4077 NAND tvore logički upravljački program. Za svaki pritisak na tipke, logička kombinacija generira potrebne signale na više ulaznih pinova davača (ovo je bilo intuitivno rješenje, a ne nešto izmišljeno eksperimentiranjem, poput "žarulje!"). Izlazi ovih logičkih vrata povezani su s ulazima HT12E i poslani serijski preko odašiljača. Po primitku signala, HT12D će dekodirati signal i prema tome povući izlazne pinove koji će zatim pokrenuti L298N i motore.

Korak 5: Izgradnja RF daljinskog upravljača

Koristio sam dva zasebna perfboard komada za daljinski upravljač; jedan za gumbe i jedan za logičko kolo. Sve ploče su potpuno modularne i mogu se odvojiti bez odleživanja. Isteg antene modula odašiljača spojen je na vanjsku teleskopsku antenu sačuvanu od starog radija. Ali za to možete koristiti jedan komad žice. Daljinski upravljač izravno koristi 9V bateriju.

Sve je bilo nagurano u malu plastičnu kutiju koju sam našao u kutiji za otpad. Nije najbolji način izrade daljinskog upravljača, ali služi svrsi.

Korak 6: Slikanje daljinskog upravljača

Unutra je sve bilo upakirano s gumbima, DPDT prekidačem, LED indikatorom uključenosti i otkrivenom antenom. Izbušio sam nekoliko rupa u blizini odašiljača jer sam otkrio da se nakon dužeg rada malo zagrijava. Tako će rupe osigurati protok zraka.

Pogreška je bila izrezati veliku pravokutnu rupu na vrhu umjesto male četiri. Možda sam mislio na nešto drugo. Za završnu obradu koristila sam srebrnu metalik boju.

Korak 7: Izgradnja šasije

Koristio sam staro metalno kućište pojačala kao šasiju rovera. Imao je rupe ispod, a neke je morao proširiti bušilicom, što je olakšalo pričvršćivanje stezaljki motora. Morate pronaći nešto slično ili napraviti od lima. Stezaljke motora pod pravim kutom (ili L stezaljke) imaju po šest rupa za vijke. Cijela postavka nije bila tako čvrsta jer je debljina lima bila mala, ali dovoljna da izdrži svu težinu baterija i svega. Motori se mogu pričvrstiti na stezaljke pomoću matica isporučenih s motorima s istosmjernim pogonom. Vratilo motora ima otvor s navojem za pričvršćivanje kotača.

Koristio sam istosmjerne motore snage 300 o / min s plastičnim mjenjačem. Motori s plastičnim mjenjačem (zupčanici su još uvijek metalni) jeftiniji su od Johnsonovih zupčanih motora. Ali oni će se brže istrošiti i nemaju toliko okretnog momenta. Predlažem vam da koristite Johnsonove zupčanike sa 500 ili 600 okretaja u minuti. 300 okretaja u minuti nije dovoljno za dobru brzinu.

Svaki motor mora biti lemljen keramičkim kondenzatorom od 100 nF kako bi se smanjile kontaktne iskre unutar motora. To će osigurati bolji vijek trajanja motora.

Korak 8: Slikanje šasije

Slikanje je jednostavno s limenkama sa sprejom. Koristio sam mat crnu boju za cijelo kućište. Metalno tijelo morate očistiti brusnim papirom i ukloniti sve stare slojeve boje radi boljeg završetka. Nanesite dva sloja za dug život.

Korak 9: Testiranje i dorada

Bio sam jako uzbuđen kad sam vidio da je sve radilo besprijekorno kad sam ga isprobao. Mislim da se prvi put tako nešto dogodilo.

Koristio sam kutiju od tifina da držim vozačevu ploču unutra. Kako je sve modularno, montaža je jednostavna. Antenska žica RF prijemnika bila je spojena na antenu od čelične žice izvan kućišta.

Sve je izgledalo sjajno kad je sastavljeno, baš kao što sam i očekivao.

Korak 10: Pogledajte to na djelu

Gore je navedeno kada sam rover nosio modul GPS + akcelerometar za drugi projekt. Na gornjoj ploči su GPS, akcelerometar, RF primopredajnik i domaći Arduino. Ispod je ploča vozača motora. Možete vidjeti kako su tamo postavljene baterije Pb-Acid. Tamo ima dovoljno mjesta za njih unatoč tome što je kutija za tiffine u sredini.

U videu pogledajte rover na djelu. Video je pomalo drhtav dok sam ga snimao telefonom.

Korak 11: Poboljšanja

Kao što uvijek kažem, uvijek postoji prostor za poboljšanje. Ono što sam napravio je samo osnovni RC rover. Nije dovoljno snažan za nošenje utega, izbjegavanje prepreka, a ni brz. Domet RF kontrolera ograničen je na otprilike 100 metara na otvorenom prostoru. Sve te nedostatke trebali biste pokušati riješiti kad ih izgradite; nemojte ga samo ponavljati, osim ako niste ograničeni dostupnošću dijelova i alata. Evo nekoliko mojih prijedloga poboljšanja za vas.

• Za bolji balans brzine i okretnog momenta koristite Johnsonove metalne motore zupčanika od 500 ili 600 o / min. Oni su stvarno snažni i mogu izlasti do 12 kg okretnog momenta pri 12V. Ali trebat će vam kompatibilan upravljački program motora i baterije za velike struje.
• Za PWM kontrolu motora upotrijebite mikrokontroler. Na taj način možete kontrolirati brzinu rovera. Trebat će namjenski prekidač za kontrolu brzine na kraju daljinskog upravljača.
• Za bolji radni raspon upotrijebite bolji i snažniji par odašiljača i prijamnika.
• Snažna šasija vjerojatno izrađena od aluminija, zajedno s opružnim amortizerima.
• Rotirajuća robotska platforma za pričvršćivanje robotskih ruku, kamera i drugih stvari. Može se napraviti pomoću servo servera na vrhu šasije.

Planiram izgraditi rover sa 6 kotača sa svim gore navedenim značajkama i koristiti ga kao platformu rovera opće namjene. Nadam se da vam se svidio ovaj projekt i da ste nešto naučili. Hvala na čitanju:)