Обновленный радиоуправляемый автомобиль: 23 ступени (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Радиоуправляемые машины всегда были для меня источником волнения. Они быстрые, веселые, и вам не о чем беспокоиться, если вы их сломаете. Тем не менее, как более взрослый, более зрелый энтузиаст радиоуправления, меня не видно, чтобы он играл с маленькими детскими радиоуправляемыми машинками. Мне нужны большие, размером с человека. Вот тут и возникает проблема: взрослые радиоуправляемые автомобили стоят дорого. При просмотре в Интернете самый дешевый, который я смог найти, стоил 320 долларов, а в среднем около 800 долларов. Мой компьютер дешевле этих игрушек!

Зная, что я не могу позволить себе эти игрушки, производитель во мне сказал, что я могу сделать машину за 10-ю часть цены. Таким образом, я начал свое путешествие по превращению мусора в золото.

Запасы

Детали, необходимые для радиоуправляемой машины, следующие:

• Подержанный автомобиль с радиоуправлением
• Драйвер двигателя L293D (форма DIP)
• Ардуино Нано
• NRF24L01 + Радиомодуль
• Батарея RC Drone (или любая другая сильноточная батарея)
• Понижающие преобразователи LM2596 (2)
• Провода
• Перфорированная плита
• Мелкие, разные компоненты (штыри, винтовые клеммы, конденсаторы и т. Д.)

Детали, необходимые для контроллера RC, следующие:

• Используемый контроллер (необходимо иметь 2 аналоговых джойстика)
• Ардуино Нано
• NRF24L01 + Радиомодуль
• Электрические провода

Шаг 1: переработанное сокровище

Первоначально этот проект начался около года назад, когда мы с друзьями планировали сделать машину с компьютерным управлением для проекта хакатона (соревнования по программированию). Мой план состоял в том, чтобы пойти в комиссионный магазин, купить самый большой радиоуправляемый автомобиль, который я смог найти, выпотрошить внутренности и заменить его на ESP32.

В условиях нехватки времени я помчался в Savers, купил радиоуправляемую машину и подготовился к хакатону. К сожалению, многие детали, которые мне были нужны, не были доставлены вовремя, поэтому мне пришлось полностью отказаться от проекта.

С тех пор радиоуправляемая машина пылилась под моей кроватью, до сих пор …

Краткая информация:

В этом проекте я перепрофилирую подержанную игрушечную машинку и ИК-контроллер для создания переработанной радиоуправляемой машины. Я выпотрошу внутренности, имплантирую Arduino Nano и использую радиомодуль NRF24L01 + для связи между ними.

Шаг 2: теория

«Понимание того, как что-то работает, важнее, чем умение заставить это работать»

- Кевин Ян 17.05.2020 (это я только что придумал)

С учетом сказанного, давайте начнем говорить о теории и электронике, лежащих в основе Upcycled RC Car.

Что касается автомобиля, мы будем использовать NRF24L01 +, Arduino Nano, драйвер двигателя L293D, двигатели в автомобиле RC и два понижающих преобразователя. Один понижающий преобразователь будет подавать управляющее напряжение для двигателя, а другой - 5 В для Arduino Nano.

На стороне контроллера мы будем использовать NRF24L01 +, Arduino Nano и аналоговые джойстики в перепрофилированном контроллере.

Шаг 3: NRF24L01 +

Прежде чем мы начнем, я, вероятно, должен рассказать о слоне в комнате: NRF24L01 +. Если вы еще не знакомы с названием, NRF24 - это чип, произведенный Nordic Semiconductors. Он довольно популярен в сообществе разработчиков для радиосвязи из-за невысокой цены, небольшого размера и хорошо написанной документации.

Так как же на самом деле работает модуль NRF? Ну, для начала, NRF24L01 + работает на частоте 2,4 ГГц. Это та же частота, на которой работают Bluetooth и Wi-Fi (с небольшими вариациями!). Чип обменивается данными между Arduino, используя SPI, четырехконтактный протокол связи. Для питания NRF24 использует 3,3 В, но контакты также допускают 5 В. Это позволяет нам использовать Arduino Nano, который использует логику 5 В, с NRF24, который использует логику 3,3 В. Вот несколько других функций.

Примечательные особенности:

• Работает на полосе частот 2,4 ГГц
• Диапазон напряжения питания: 1,6 - 3,6 В
• 5 В толерантный
• Использует связь SPI (MISO, MOSI, SCK)
• Занимает 5 контактов (MISO, MOSI, SCK, CE, CS)
• Может запускать прерывания - IRQ (очень важно в этом проекте!)
• Спящий режим
• Потребляет 900 нА - 12 мА
• Дальность передачи: ~ 100 метров (зависит от географического положения)
• Стоимость: 1,20 доллара за модуль (Amazon)

Если вы хотите узнать больше о NRF24L01 +, ознакомьтесь с разделом «Дополнительные материалы» в конце

Шаг 4: L293D - Драйвер двигателя с двойным Н-мостом

Хотя Arduino Nano может подавать ток, достаточный для питания светодиода, Nano не может управлять двигателем самостоятельно. Следовательно, мы должны использовать специальный драйвер для управления двигателем. Помимо возможности подачи тока, микросхема драйвера также защитит Arduino от любых скачков напряжения, возникающих при включении и выключении двигателя.

Вставьте L293D, драйвер двигателя с четырьмя полумостами, или, говоря простым языком, микросхему, которая может управлять двумя двигателями вперед и назад.

L293D использует H-мосты для управления как скоростью двигателя, так и его направлением. Еще одна особенность - изоляция источника питания, которая позволяет Arduino работать от источника питания отдельно от двигателей.

Шаг 5: выпотрошить машину

Достаточно теории, и давайте приступим к построению!

Поскольку в радиоуправляемой машине нет контроллера (вспомните, что он из благотворительного магазина), внутренняя электроника в основном бесполезна. Таким образом, я открыл радиоуправляемую машину и выбросил плату контроллера в свою мусорную корзину.

Перед тем, как мы начнем, важно сделать несколько заметок. Одна вещь, на которую стоит обратить внимание, - это напряжение питания для радиоуправляемой машины. Автомобиль, который я купил, очень старый, задолго до того, как литиевые батареи стали массовым явлением. Это означает, что эта радиоуправляемая машина питалась от никель-металлгидридной батареи с номинальным напряжением 9,6 вольт. Это важно, так как это будет напряжение, при котором мы будем управлять двигателями.

Шаг 6: Как работает машина?

Могу сказать с вероятностью 99%, что моя машина не такая, как ваша, а это значит, что этот раздел по сути бесполезен. Тем не менее, важно указать на некоторые особенности моей машины, потому что я буду основывать свой дизайн на этом.

Рулевое управление

В отличие от современных радиоуправляемых машин, машина, которую я модифицирую, не использует сервопривод для поворота. Вместо этого в моей машине используется базовый щеточный мотор и пружины. У этого есть много недостатков, особенно потому, что я не умею делать точные повороты. Однако одно непосредственное преимущество состоит в том, что мне не нужен сложный интерфейс управления для поворота. Все, что мне нужно сделать, это подать питание на двигатель определенной полярности (в зависимости от того, в какую сторону я хочу повернуть).

Дифференциальный мост

Удивительно, но мой радиоуправляемый автомобиль также содержит дифференциальную ось и два разных режима переключения передач. Это довольно забавно, поскольку дифференциалы обычно встречаются в реальных автомобилях, а не в маленьких RC. Я бы подумал, что до того, как эта машина попала на полки благотворительного магазина, это была высококлассная модель RC.

Шаг 7: Проблема власти

Разобравшись с особенностями, мы теперь должны поговорить о самой важной части этой сборки: как мы собираемся приводить в действие радиоуправляемую машину? А если быть более конкретным: какой ток нужен для привода двигателей?

Чтобы ответить на этот вопрос, я подключил батарею дрона к понижающему преобразователю, где я сбросил 11 В батареи на 9,6 В двигателей. Оттуда я установил мультиметр в режим тока 10А и замкнул схему. Мой счетчик показал, что двигателям требуется 300 мА тока, чтобы вращаться в открытом воздухе.

Хотя это может показаться не таким уж большим, измерение, которое нас действительно волнует, - это ток останова двигателей. Чтобы измерить это, я кладу руки на колеса, чтобы они не вращались. Когда я посмотрел на свой глюкометр, он показал сплошную 1А.

Зная, что приводные двигатели будут потреблять примерно ампер, я затем приступил к тестированию двигателей рулевого управления, которые потребляли 500 мА при остановке. Обладая этими знаниями, я пришел к выводу, что могу запитать всю систему от батареи RC дрона и двух понижающих преобразователей LM2596 *.

* Почему контроллеры с двумя баками? Ну, у каждого LM2596 максимальный ток 3А. Если я запитаю все от одного понижающего преобразователя, я буду потреблять большой ток и, следовательно, у меня будут довольно большие скачки напряжения. По своей конструкции усилие Arduino Nano останавливается каждый раз при большом скачке напряжения. Поэтому я использовал два преобразователя, чтобы облегчить нагрузку и изолировать Nano от двигателей.

Последний важный компонент, который нам нужен, - это тестер напряжения Li-Po ячеек. Это делается для защиты аккумулятора от чрезмерной разрядки, чтобы предотвратить истощение срока службы аккумулятора (всегда поддерживайте напряжение элемента литиевой батареи выше 3,5 В!)

Шаг 8: Схема радиоуправляемой машины

Теперь, когда проблема с питанием решена, мы можем построить схему. Выше схематическое изображение радиоуправляемого автомобиля, которое я сделал.

Имейте ввиду, что я не включил подключение вольтметра аккумулятора. Чтобы использовать вольтметр, все, что вам нужно сделать, это подключить разъем баланса к соответствующим контактам вольтметра. Если вы никогда не делали этого раньше, нажмите на видео, указанное в разделе «Дополнительные материалы», чтобы узнать больше.

Примечания к схеме

Контакты включения (1, 9) на L293D требуют, чтобы сигнал ШИМ имел регулируемую скорость. Это означает, что к ним можно подключить только несколько контактов Arduino Nano. Для других контактов на L293D все подходит.

Поскольку NRF24L01 + обменивается данными через SPI, мы должны подключить его контакты SPI к контактам SPI на Arduino Nano (так что подключите MOSI -> MOSI, MISO -> MISO и SCK -> SCK). Также важно отметить, что я подключил вывод IRQ NRF24 к выводу 2 на Arduino Nano. Это связано с тем, что вывод IRQ переходит в низкий уровень каждый раз, когда NR24 получает сообщение. Зная это, я могу вызвать прерывание, чтобы сказать Nano, чтобы он прочитал радио. Это позволяет Nano делать другие вещи, пока он ожидает новых данных.

Шаг 9: печатная плата

Поскольку я хочу сделать это модульным дизайном, я создал печатную плату, используя перфорированную плату и множество выводов заголовка.

Шаг 10: Заключительные соединения

Когда печатная плата была готова, а радиоуправляемая машина выпотрошена, я использовал провода из крокодиловой кожи, чтобы проверить, все ли работает.

После проверки правильности всех подключений я заменил провода типа «крокодил» на настоящие кабели и прикрепил все компоненты к шасси.

На этом этапе вы, возможно, поняли, что эта статья не является пошаговым руководством. Это потому, что просто невозможно записать каждый шаг, поэтому вместо следующих нескольких шагов Instructables я поделюсь несколькими советами, которые я узнал при создании автомобиля.

Шаг 11: Совет 1: Размещение радиомодуля

Чтобы увеличить дальность действия радиоуправляемой машины, я разместил радиомодуль NRF как можно дальше в сторону. Это связано с тем, что радиоволны отражаются от металлов, таких как печатные платы и провода, что снижает дальность действия. Чтобы решить эту проблему, я положил модуль на самую сторону печатной платы и вырезал в корпусе автомобиля прорезь, чтобы он мог выступать.

Шаг 12: Совет 2: Сохраняйте модульность

Еще одна вещь, которую я сделал, которая меня несколько раз спасла, - это подключила все через штыри и клеммные колодки. Это позволяет легко заменять детали, если один из компонентов поджаривается (по какой-либо причине…).

Шаг 13: Совет 3: используйте радиаторы

Двигатели в моей радиоуправляемой машине доводят L293D до предела его возможностей. Хотя драйвер двигателя может непрерывно работать с током до 600 мА, это также означает, что он становится очень горячим и быстрым! Вот почему рекомендуется добавить термопасту и радиаторы, чтобы L293D не готовился сам. Однако даже с радиаторами чип все равно может быть слишком горячим, чтобы дотронуться до него. Поэтому рекомендуется дать машине остыть после 2-3 минут игры.

Шаг 14: Время пульта ДУ

Когда радиоуправляемая машина готова, мы можем приступить к созданию контроллера.

Как и в случае с радиоуправляемой машиной, я некоторое время назад купил контроллер, думая, что могу что-нибудь с ним сделать. По иронии судьбы, контроллер на самом деле является инфракрасным, поэтому для связи между устройствами он использует инфракрасные светодиоды.

Основная идея этой сборки - сохранить исходную плату внутри контроллера и построить вокруг нее Arduino и NRF24L01 +.

Шаг 15: Основы аналогового джойстика

Подключение к аналоговому джойстику может быть сложной задачей, особенно из-за отсутствия коммутационной платы для контактов. Не волнуйся! Все аналоговые джойстики работают по одному и тому же принципу управления и обычно имеют одинаковую распиновку.

По сути, аналоговые джойстики - это всего лишь два потенциометра, которые изменяют сопротивление при перемещении в разных направлениях. Например, когда вы перемещаете джойстик вправо, потенциометр оси x изменяет значение. Теперь, когда вы перемещаете джойстик вперед, потенциометр оси Y изменяет значение.

Имея это в виду, если мы посмотрим на нижнюю часть аналогового джойстика, мы увидим 6 контактов, 3 для потенциометра оси x и 3 для потенциометра оси y. Все, что вам нужно сделать, это подключить 5 В и землю к внешним контактам, а средний контакт подключить к аналоговому входу на Arduino.

Имейте в виду, что значения для потенциометра будут отображаться на 1024, а не на 512! Это означает, что мы должны использовать встроенную функцию map () в Arduino для управления любыми цифровыми выходами (например, сигналом PWM, который мы используем для управления L293D). Это уже сделано в коде, но если вы планируете написать свою собственную программу, вы должны помнить об этом.

Шаг 16: Подключения контроллера

Соединения между NRF24 и Nano остаются такими же для контроллера, но без соединения IRQ.

Схема контроллера показана выше.

Модифицировать контроллер - определенно искусство. Я уже говорил об этом бесчисленное количество раз, но просто невозможно написать пошаговое руководство, как это сделать. Таким образом, как и то, что я сделал ранее, я дам несколько советов о том, чему я научился при создании своего контроллера.

Шаг 17: Совет 1: Используйте детали, имеющиеся в вашем распоряжении

В контроллере действительно мало места, поэтому, если вы хотите включить какие-либо другие входы для автомобиля, используйте переключатели и ручки, которые уже есть. Для своего контроллера я также подключил к Nano потенциометр и трехпозиционный переключатель.

Еще нужно иметь в виду, что это ваш контроллер. Если распиновка вам не подходит, вы всегда можете переставить их!

Шаг 18: Совет 2: Удалите ненужные следы

Поскольку мы используем оригинальную плату, вам следует соскрести все следы, которые идут на аналоговые джойстики и любые другие датчики, которые вы используете. Таким образом вы предотвратите возможность неожиданного поведения датчика.

Чтобы сделать эти надрезы, я просто использовал нож для резки бумаги и несколько раз надрезал печатную плату, чтобы по-настоящему отделить следы.

Шаг 19: Совет 3: держите провода как можно короче

В этом совете конкретно говорится о линиях SPI между Arduino и модулем NRF24, но это также верно и для других соединений. NRF24L01 + чрезвычайно чувствителен к помехам, поэтому, если какой-либо шум будет улавливаться проводами, это приведет к повреждению данных. Это один из основных недостатков связи по SPI. Точно так же, делая провода как можно короче, вы также делаете весь контроллер чище и организованнее.

Шаг 20: Совет 4: Размещение! Размещение! Размещение

Помимо того, что провода должны быть как можно короче, это также означает, что расстояние между частями должно быть как можно короче.

При поиске мест для установки NRF24 и Arduino не забывайте держать их как можно ближе друг к другу и к джойстикам.

Еще нужно иметь в виду, где разместить модуль NRF24. Как было сказано ранее, радиоволны не могут проходить через металл, поэтому вам следует установить модуль рядом с контроллером. Для этого я сделал небольшую щель с помощью Dremel, чтобы позволить NRF24 выступать сбоку.

Шаг 21: Код

Вероятно, самая важная часть этой сборки - это сам код. Я включил комментарии и все остальное, поэтому я не буду объяснять каждую программу построчно.

С учетом вышесказанного, я хочу отметить несколько важных вещей: вам необходимо загрузить библиотеку NRF24 для запуска программ. Если у вас еще не установлены библиотеки, я предлагаю вам ознакомиться с учебными пособиями, указанными в разделе «Дополнительные материалы», чтобы узнать, как это сделать. Также, отправляя сигналы на L293D, никогда не включайте оба штифта направления. Это приведет к короткому замыканию привода двигателя и его возгоранию.

Github-

Шаг 22: конечный продукт

Наконец, после года сбора пыли и трех недель ручного труда я наконец закончил создание обновленного радиоуправляемого автомобиля. Хотя я должен признать, что это нигде не так мощно, как машины, представленные во введении, он оказался намного лучше, чем я думал. Автомобиль может ехать 40 минут, прежде чем разрядится, и может отъехать на расстояние до 150 м от контроллера.

Несколько вещей, которые я определенно сделал бы для улучшения автомобиля, - это поменять L293D на L298, более крупный и мощный драйвер двигателя. Еще я бы заменил радиомодуль NRF по умолчанию на версию с усиленной антенной. Эти модификации увеличили бы крутящий момент и запас хода автомобиля соответственно.

Шаг 23: Дополнительные чтения:

NRF24L01 +

• Технические данные Nordic Semiconductor
• Сообщение SPI (статья)
• Базовая настройка (видео)
• Углубленное руководство (статья)
• Дополнительные советы и рекомендации (серия видео)

L293D

• Технический паспорт Texas Instruments
• Углубленное руководство (статья)