RC Car Upcycled: 23 Step (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

ماشین های RC همیشه برای من هیجان انگیز بوده اند. آنها سریع هستند ، سرگرم کننده هستند و اگر آنها را خراب کنید ، نگران نباشید. با این حال ، به عنوان یک علاقه مندان بزرگتر ، بالغ و RC ، نمی توانم با ماشینهای کوچک RC بچه گانه بازی کنم. من باید افراد بزرگ و بزرگسال به اندازه مردان داشته باشم. اینجاست که مشکلی بوجود می آید: ماشینهای RC بزرگسال گران هستند. هنگام مرور آنلاین ، ارزان ترین هزینه ای که پیدا کردم 320 دلار بود ، به طور متوسط حدود 800 دلار. کامپیوتر من ارزانتر از این اسباب بازی ها است!

با آگاهی از این که من توان خرید این اسباب بازی ها را ندارم ، سازنده در من گفت که می توانم ماشین را با یک دهم قیمت بسازم. بنابراین ، من سفر خود را برای تبدیل زباله به طلا آغاز کردم

تدارکات

قطعات مورد نیاز خودرو RC به شرح زیر است:

• ماشین RC استفاده شده
• درایور موتور L293D (فرم DIP)
• آردوینو نانو
• NRF24L01+ ماژول رادیویی
• باتری RC Drone (یا هر باتری با جریان زیاد دیگر)
• LM2596 باک مبدل (2)
• سیم ها
• تخته چوبی
• اجزای کوچک و متفرقه (پین هدر ، پایانه های پیچ ، خازن ها و غیره)

قطعات مورد نیاز برای کنترل کننده RC به شرح زیر است:

• کنترل کننده استفاده شده (باید دارای 2 جوی استیک آنالوگ باشد)
• آردوینو نانو
• NRF24L01+ ماژول رادیویی
• سیمهای برق

مرحله 1: گنج بازیافت شده

این پروژه در ابتدا حدود یک سال پیش آغاز شد زمانی که من و دوستانم قصد داشتیم برای یک پروژه هکاتون (مسابقه کد نویسی) یک ماشین کامپیوتری بسازیم. برنامه من این بود که به یک مغازه صرفه جویی بروم ، بزرگترین ماشین RC را که می توانم خریداری کنم ، داخل آن را روده کرده و ESP32 را جایگزین آن کنم.

با گذشت زمان ، من به Savers رفتم ، یک ماشین RC خریدم و خودم را برای هکاتون آماده کردم. متأسفانه ، بسیاری از قطعات مورد نیاز من به موقع وارد نشد ، بنابراین مجبور شدم پروژه را به طور کامل کنار بگذارم.

از آن زمان ، ماشین RC زیر تخت من گرد و غبار جمع می کند ، تا کنون…

مرور سریع:

در این پروژه ، من یک ماشین اسباب بازی دست دوم و یک کنترل کننده IR را برای ایجاد RC Car Upcycled استفاده می کنم. من قسمت داخلی را روده می کنم ، Arduino Nano را کاشته و از ماژول رادیویی NRF24L01+ برای برقراری ارتباط بین این دو استفاده می کنم.

مرحله 2: نظریه

درک نحوه عملکرد چیزی مهمتر از دانستن نحوه عملکرد آن است

- کوین یانگ 5/17/2020 (من این را تازه درست کردم)

با این اوصاف ، بیایید در مورد نظریه و وسایل الکترونیکی پشت ماشین RC Upcycled صحبت کنیم.

در سمت خودرو ، از NRF24L01+، آردوینو نانو ، راننده موتور L293D ، موتورهای ماشین RC و دو مبدل باک استفاده خواهیم کرد. یک مبدل باک ولتاژ رانندگی موتور را تامین می کند و دیگری یک ولتاژ 5 ولت برای آردوینو نانو را تامین می کند.

در سمت کنترلر ، ما از یک NRF24L01+، یک Arduino Nano و جوی استیک های آنالوگ در کنترل کننده مجدد استفاده می کنیم.

مرحله 3: NRF24L01+

قبل از شروع کار ، احتمالاً باید فیل موجود در اتاق را توضیح دهم: NRF24L01+. اگر قبلاً با این نام آشنا نیستید ، NRF24 یک تراشه تولید شده توسط نیمه هادی های شمال اروپا است. به دلیل قیمت پایین ، اندازه کوچک و مستندات خوب ، در ارتباط با رادیو در جامعه سازندگان بسیار محبوب است.

بنابراین ماژول NRF در واقع چگونه کار می کند؟ خوب برای شروع ، NRF24L01+ با فرکانس 2.4 گیگاهرتز کار می کند. این همان فرکانسی است که بلوتوث و Wifi روی آن کار می کنند (با کمی تغییرات!). این تراشه با استفاده از SPI ، یک پروتکل ارتباطی چهار پین ، بین آردوینو ارتباط برقرار می کند. برای تغذیه ، NRF24 از 3.3 ولت استفاده می کند اما پین ها نیز 5 ولت را تحمل می کنند. این به ما امکان می دهد از Arduino Nano ، که از منطق 5V استفاده می کند ، با NRF24 ، که از منطق 3.3V استفاده می کند ، استفاده کنیم. چند ویژگی دیگر به شرح زیر است.

ویژگی های قابل توجه:

• با پهنای باند 2.4 گیگاهرتز اجرا می شود
• محدوده ولتاژ منبع تغذیه: 1.6 - 3.6 ولت
• 5 ولت تحمل
• از ارتباطات SPI (MISO ، MOSI ، SCK) استفاده می کند
• دارای 5 پین (MISO ، MOSI ، SCK ، CE ، CS)
• Can Trigger Interrupts - IRQ (در این پروژه بسیار مهم است!)
• حالت خواب
• مصرف 900nA - 12mA
• محدوده انتقال: 100 متر (بسته به موقعیت جغرافیایی متفاوت است)
• هزینه: 1.20 دلار برای هر ماژول (آمازون)

اگر می خواهید در مورد NRF24L01+اطلاعات بیشتری کسب کنید ، در انتها قسمت Reading Extra را مطالعه کنید

مرحله 4: L293D - درایور موتور H -Bridge دوگانه

اگرچه آردوینو نانو می تواند جریان کافی برای تغذیه LED را تأمین کند ، اما به هیچ وجه نانو نمی تواند به تنهایی یک موتور را تغذیه کند. بنابراین ، برای کنترل موتور باید از راننده خاصی استفاده کنیم. تراشه راننده علاوه بر اینکه می تواند جریان را تأمین کند ، از آردوینو در برابر هرگونه افزایش ولتاژ ناشی از روشن و خاموش شدن موتور محافظت می کند.

L293D ، یک راننده موتور چهار پل نیمه H H ، یا به عبارتی غیر معمول ، یک تراشه که می تواند دو موتور را به جلو و عقب حرکت دهد ، وارد کنید.

L293D برای کنترل سرعت و جهت موتور به H-Bridges متکی است. ویژگی دیگر انزوا منبع تغذیه است که به آردوینو اجازه می دهد از منبع تغذیه جدا از موتورها خارج شود.

مرحله 5: لوله کشی ماشین

نظریه کافی است و اجازه دهید در واقع شروع به ساختن کنیم!

از آنجا که ماشین RC دارای کنترلر نیست (آن را از مغازه صرفه جویی به یاد داشته باشید) ، وسایل الکترونیکی داخلی اساساً بی فایده است. بنابراین ، ماشین RC را باز کردم و برد کنترل را داخل سطل قراضه ام انداختم.

در حال حاضر مهم است که قبل از شروع چند یادداشت برداری کنیم. نکته ای که باید به آن توجه کنید ولتاژ تغذیه خودرو RC است. ماشینی که خریدم بسیار قدیمی است ، قبل از اینکه باتری های لیتیوم رایج باشند. این بدان معنی است که این ماشین RC از باتری Ni-Mh با ولتاژ اسمی 9.6 ولت خاموش شده است. این مهم است زیرا این ولتاژی است که موتورها را با آن حرکت می دهیم.

مرحله 6: ماشین چگونه کار می کند؟

با اطمینان 99٪ می توانم بگویم ماشین من با شما یکسان نیست ، یعنی این بخش اساساً بی فایده است. با این حال ، مهم است که به چند ویژگی که ماشین من دارد اشاره کنم ، زیرا من طراحی خود را بر اساس آن انجام می دهم.

فرمان

بر خلاف خودروهای RC مدرن ، خودرویی که من آن را اصلاح می کنم از سروو برای چرخاندن استفاده نمی کند. در عوض ، ماشین من از یک موتور برس اصلی و فنرها استفاده می کند. این امر دارای معایب زیادی است ، مخصوصاً به این دلیل که من توانایی انجام چرخش های خوب را ندارم. با این حال ، یک مزیت فوری این است که برای چرخاندن به هیچ رابط کنترل پیچیده ای احتیاج ندارم. تنها کاری که باید انجام دهم این است که موتور را با یک قطبیت مشخص (بسته به اینکه از کدام طرف می خواهم بچرخم) تغذیه کنم.

محور دیفرانسیل

به طرز شگفت انگیزی ، ماشین RC من همچنین دارای محور دیفرانسیل و دو حالت دنده متفاوت است. این بسیار سرگرم کننده است زیرا معمولاً دیفرانسیل ها در اتومبیل های واقعی مشاهده می شوند ، نه در اتومبیل های کوچک RC. من فکر می کنم قبل از اینکه این خودرو در قفسه های یک فروشگاه صرفه جویی قرار بگیرد ، یک مدل RC درجه یک بود.

مرحله 7: مسئله قدرت

با توجه به ویژگی های خارج از راه ، ما اکنون باید در مورد مهمترین قسمت این ساخت صحبت کنیم: چگونه می خواهیم خودروی RC را تغذیه کنیم؟ و به طور دقیق تر: چقدر جریان برای حرکت موتورها لازم است؟

برای پاسخ به این موضوع ، من یک باتری هواپیمای بدون سرنشین را به مبدل باک متصل کردم ، در آنجا 11 ولت باتری را به 9.6 ولت موتورها انداختم. از آنجا ، مولتی متر را روی حالت فعلی 10A تنظیم کردم و مدار را تکمیل کردم. کنتور من نوشته بود که موتورها برای گردش هوای آزاد به 300 میلی آمپر جریان نیاز دارند.

اگرچه این ممکن است زیاد به نظر نرسد ، اندازه گیری که ما واقعاً به آن اهمیت می دهیم جریان ایست موتورها است. برای اندازه گیری این اندازه ، دستان خود را روی چرخ ها می گذارم تا از چرخش آنها جلوگیری شود. وقتی به مترم نگاه کردم ، 1A جامد را نشان داد.

با آگاهی از این که موتورهای محرک تقریباً یک آمپر خواهند بود ، سپس موتورهای فرمان را که در حالت متوقف 500mA کشیدند ، آزمایش کردم. با این دانش ، من به این نتیجه رسیدم که می توانم کل سیستم را با باتری RC و دو مبدل باک LM2596*خاموش کنم.

*چرا کنترل کننده های دو باک؟ خوب ، هر LM2596 حداکثر جریان 3A دارد. اگر همه چیز را از یک مبدل باک خاموش کنم ، می خواهم جریان زیادی را بکشم ، و بنابراین ، جهش ولتاژ بسیار بزرگی خواهم داشت. با طراحی ، نیروی آردوینو نانو هر بار که یک ولتاژ زیاد افزایش می یابد ، استراحت می کند. بنابراین ، من از دو مبدل برای کاهش بار و جدا نگه داشتن نانو از موتورها استفاده کردم.

آخرین مولفه مهم مورد نیاز ما دستگاه اندازه گیری ولتاژ سلول Li-Po است. هدف از انجام این کار محافظت از باتری در برابر تخلیه بیش از حد برای جلوگیری از خرابی عمر باتری است (همیشه ولتاژ سلول باتری لیتیومی را بالای 3.5 ولت نگه دارید!)

مرحله 8: مدار اتومبیل RC

با روشن شدن مشکل برق ، اکنون می توانیم مدار را بسازیم. در بالا شماتیک است که برای ماشین RC تهیه کرده ام.

به خاطر داشته باشید که من اتصال ولت متر باتری را وارد نکردم. برای استفاده از ولت متر ، تنها کاری که باید انجام دهید این است که اتصال تعادل را به پین های مربوطه ولت متر متصل کنید. اگر تا به حال این کار را نکرده اید ، روی ویدیوی پیوند شده در بخش خواندن های اضافی کلیک کنید تا بیشتر بدانید.

نکاتی در مورد مدار

پین های فعال (1 ، 9) در L293D به سیگنال PWM نیاز دارند تا سرعت متغیری داشته باشد. این بدان معناست که تنها چند پین در Arduino Nano می تواند به آنها متصل شود. برای سایر پین های L293D ، همه چیز برطرف می شود.

از آنجا که NRF24L01+ از طریق SPI ارتباط برقرار می کند ، ما باید پین های SPI آن را به پین های SPI در Arduino Nano متصل کنیم (بنابراین MOSI -> MOSI ، MISO -> MISO و SCK -> SCK را وصل کنید). همچنین توجه به این نکته ضروری است که من پین IRQ NRF24 را به پین 2 در Arduino Nano متصل کردم. این به این دلیل است که هر بار که NR24 پیامی دریافت می کند ، پین IRQ پایین می رود. با دانستن این ، می توانم وقفه ای ایجاد کنم تا به نانو بگوید که رادیو بخواند. این به نانو اجازه می دهد تا کارهای دیگری را انجام دهد در حالی که منتظر داده های جدید است.

مرحله 9: PCB

همانطور که می خواهم این طرح را مدولار کنم ، با استفاده از perfboard و تعداد زیادی پین هدر ، یک PCB ایجاد کردم.

مرحله 10: اتصالات نهایی

با اتمام PCB و خراب شدن ماشین RC ، از سیم تمساح استفاده کردم تا بررسی کنم که آیا همه چیز کار می کند یا خیر.

پس از آزمایش اینکه همه اتصالات صحیح هستند ، سیمهای تمساح را با کابلهای واقعی جایگزین کردم و همه اجزای آن را به شاسی محکم کردم.

در این مرحله ، ممکن است متوجه شده باشید که این مقاله یک راهنمای گام به گام نیست. این امر به این دلیل است که نوشتن تک تک قدم ها به سادگی غیرممکن است ، بنابراین در عوض ، چند مرحله بعدی دستورالعمل این خواهد بود که من نکاتی را که هنگام ساختن ماشین آموخته ام به اشتراک بگذارم.

مرحله 11: نکته 1: قرار دادن ماژول رادیویی

برای افزایش برد ماشین RC ، ماژول رادیویی NRF را تا آنجا که ممکن است در کنار آن قرار دادم. این به این دلیل است که امواج رادیویی از فلزاتی مانند PCB و سیمها منعکس می شوند و بنابراین ، محدوده را کاهش می دهند. برای حل این مشکل ، ماژول را در همان طرف PCB قرار دادم و شکافی را در محفظه خودرو بریدم تا به بیرون بچسبد.

مرحله 12: نکته 2: آن را مدولار نگه دارید

یکی دیگر از کارهایی که من را نجات داد ، اتصال همه چیز از طریق پین هدر و بلوک های ترمینال است. در صورت سرخ شدن یکی از اجزاء (به هر دلیلی …) این امر امکان تعویض آسان قطعات را فراهم می کند.

مرحله 13: نکته 3: از هیت سینک استفاده کنید

موتورهای موجود در ماشین RC من L293D را به حد خود می رساند. در حالی که راننده موتور می تواند تا 600 میلی آمپر را به طور مداوم تحمل کند ، این بدان معناست که بسیار گرم و سریع می شود! به همین دلیل ایده خوبی است که مقداری خمیر حرارتی و سینک بخاری اضافه کنید تا L293D از پختن خود جلوگیری کند. با این حال ، حتی با وجود گرمکن ها ، تراشه هنوز هم می تواند خیلی داغ شود. به همین دلیل ایده خوبی است که اجازه دهید ماشین بعد از 2-3 دقیقه بازی سرد شود.

مرحله 14: زمان کنترل RC

با اتمام ماشین RC ، می توانیم ساخت کنترلر را شروع کنیم.

من نیز مانند ماشین RC مدتی قبل کنترل کننده را خریداری کردم و فکر می کردم می توانم با آن کاری انجام دهم. از قضا ، کنترل کننده در واقع یک IR است ، بنابراین از LED های IR برای ارتباط بین دستگاه ها استفاده می کند.

ایده اصلی با این بیلد این است که برد اصلی را داخل کنترلر نگه دارید و Arduino و NRF24L01+ را در اطراف آن بسازید.

مرحله 15: مبانی جوی استیک آنالوگ

اتصال به یک جوی استیک آنالوگ ممکن است دلهره آور باشد ، به ویژه به این دلیل که هیچ صفحه شکست برای پین ها وجود ندارد. نگران نباش! همه جوی استیک های آنالوگ بر اساس یک اصل هدایت کننده عمل می کنند و معمولاً دارای پینت یکسانی هستند.

در اصل ، جوی استیک های آنالوگ تنها دو پتانسیومتر هستند که هنگام حرکت در جهات مختلف مقاومت را تغییر می دهند. به عنوان مثال ، هنگامی که جوی استیک را به راست حرکت می دهید ، پتانسیومتر محور x مقدار آن را تغییر می دهد. حالا وقتی جوی استیک را به جلو می برید ، پتانسیومتر محور y مقدار را تغییر می دهد.

با این حساب ، اگر به قسمت زیر جوی استیک آنالوگ نگاه کنیم ، 6 پین ، 3 پتانسیومتر محور x و 3 پتانسیومتر محور y مشاهده می کنیم. تنها کاری که باید انجام دهید این است که 5 ولت و زمین را به پین های خارجی وصل کنید و پین وسط را به ورودی آنالوگ در آردوینو وصل کنید.

به خاطر داشته باشید که مقادیر پتانسیومتر به 1024 و نه 512 ترسیم می شود! این بدان معناست که ما باید از تابع map () ساخته شده در Arduino برای کنترل هرگونه خروجی دیجیتال (مانند سیگنال PWM که برای کنترل L293D استفاده می کنیم) استفاده کنیم. این قبلاً در کد انجام شده است ، اما اگر قصد نوشتن برنامه خود را دارید ، باید آن را در نظر داشته باشید.

مرحله 16: اتصالات کنترل کننده

اتصالات بین NRF24 و Nano برای کنترلر هنوز یکسان است اما منهای اتصال IRQ.

مدار کنترل کننده در بالا نشان داده شده است.

اصلاح مدولار قطعاً نوعی هنر است. من قبلاً بیشمار بار به این نکته اشاره کرده ام ، اما نمی توان مرحله به مرحله نحوه انجام این کار را نوشت. بنابراین ، مانند کاری که قبلاً انجام دادم ، چند نکته در مورد آنچه در هنگام ساخت کنترلر آموخته ام ، ارائه خواهم داد.

مرحله 17: نکته 1: از قطعات در اختیار خود استفاده کنید

در کنترلر فضا واقعاً تنگ است ، بنابراین ، اگر می خواهید ورودی های دیگری را برای خودرو در نظر بگیرید ، از کلیدها و دستگیره هایی که قبلاً وجود دارد استفاده کنید. برای کنترلر من نیز یک پتانسیومتر و یک سوئیچ 3 جهته به نانو متصل کردم.

نکته دیگری که باید در نظر داشته باشید این است که کنترل کننده شما است. اگر پین ها مناسب فانتزی شما نیستند ، همیشه می توانید آنها را تغییر دهید!

مرحله 18: نکته 2: حذف آثار غیر ضروری

از آنجا که ما از تخته اصلی استفاده می کنیم ، باید تمام ردپایی را که به جوی استیک های آنالوگ و هر سنسور دیگری که استفاده می کنید ، بردارید. با این کار ، از وقوع هرگونه رفتار غیر منتظره سنسور جلوگیری می کنید.

برای ایجاد این برش ها ، من به سادگی از یک جعبه برش استفاده کردم و PCB را چند بار گل زدم تا آثار را واقعاً جدا کنم.

مرحله 19: نکته 3: سیم ها را تا آنجا که می توانید کوتاه نگه دارید

این نکته به طور خاص در مورد خطوط SPI بین آردوینو و ماژول NRF24 صحبت می کند ، اما این مورد در مورد سایر اتصالات نیز صادق است. NRF24L01+ به تداخل بسیار حساس است ، بنابراین اگر نویز توسط سیم ها برداشته شود ، داده ها را خراب می کند. این یکی از اشکالات اصلی ارتباط SPI است. به همین ترتیب ، با کوتاه نگه داشتن سیم ها ، می توانید کل کنترلر را تمیزتر و منظم تر کنید.

مرحله 20: نکته 4: قرار دادن! تعیین سطح! تعیین سطح

علاوه بر کوتاه نگه داشتن سیم ها تا آنجا که ممکن است ، این بدان معناست که فاصله بین قطعات را تا آنجا که ممکن است کوتاه نگه دارید.

هنگام جستجوی مکان هایی برای نصب NRF24 و آردوینو ، به یاد داشته باشید که آنها را تا حد امکان به یکدیگر و جوی استیک ها نزدیک کنید.

نکته دیگری که باید در نظر داشته باشید این است که ماژول NRF24 را در کجا قرار دهید. همانطور که قبلاً گفته شد ، امواج رادیویی قادر به عبور از فلز نیستند ، بنابراین باید ماژول را در کنار کنترلر نصب کنید. برای انجام این کار ، من یک شکاف کوچک با Dremel برش دادم تا NRF24 از کنار آن خارج شود.

مرحله 21: کد

احتمالاً مهمترین قسمت این ساخت کد واقعی است. من کامنت ها و همه چیز را وارد کرده ام بنابراین هر برنامه را خط به خط توضیح نمی دهم.

با توجه به این موارد ، چند نکته مهم که می خواهم به آنها اشاره کنم این است که برای اجرای برنامه ها باید کتابخانه NRF24 را بارگیری کنید. اگر هنوز کتابخانه ها را نصب نکرده اید ، پیشنهاد می کنم آموزش های پیوند داده شده در قسمت Extra Readings را مطالعه کنید تا نحوه کار را بیاموزید. همچنین ، هنگام ارسال سیگنال به L293D ، هرگز پین های جهت را هر دو روشن نکنید. این باعث کوتاه شدن راننده موتور و سوختن آن می شود.

Github-

مرحله 22: محصول نهایی

سرانجام ، پس از یک سال جمع آوری گرد و غبار و 3 هفته کار دستی ، سرانجام ساخت ماشین RC Upcycled را به پایان رساندم. در حالی که باید اعتراف کنم ، هیچ جا به اندازه اتومبیل هایی که در مقدمه دیده می شود قدرتمندتر از آن چیزی نیست که فکر می کردم. این خودرو می تواند 40 دقیقه قبل از تمام شدن برق حرکت کند و می تواند تا 150 متر از کنترلر فاصله داشته باشد.

چند مورد که من قطعاً برای بهبود خودرو انجام می دهم این است که L293D را با L298 جایگزین کنم ، یک راننده موتور بزرگتر و قوی تر. کار دیگری که من انجام می دهم این است که ماژول رادیویی پیش فرض NRF را برای نسخه آنتن تقویت شده عوض کنم. این تغییرات گشتاور و برد خودرو را به ترتیب افزایش می دهد.

مرحله 23: قرائت های اضافی:

NRF24L01+

• برگه اطلاعات نیمه هادی نوردیک
• ارتباط SPI (مقاله)
• تنظیمات اولیه (ویدئو)
• آموزش عمیق (مقاله)
• نکات و ترفندهای پیشرفته (سری فیلم)

L293D

• برگه اطلاعات Texas Instruments
• آموزش عمیق (مقاله)